浅埋软弱破碎围岩隧道进洞施工技术研究

进洞一直是隧道施工的关键环节,而洞口工程的顺利完成是暗洞正常施工的前提。目前,采用超前管棚支护、超前小导管注浆等超前支护方式基本能够保证隧道顺利进洞,但是大部分隧道进洞后在洞口段均会出现初期支护沉降变形较大的现象。山西省高(平)-陵(川)高速公路郭家川2#隧道洞口段围岩极其软弱破碎,在隧道采用超前管棚支护顺利进洞后,为了防止洞口段初期支护再次出现较大的沉降变形,提出在洞口段采用联合支护的方案,即将洞口段初期支护的钢拱架与护拱连接,并加强初期支护钢拱架之间的纵向连接,实践证明此方案是切实有效的。分析对比表明,对于浅埋软弱破碎围岩隧道,联合支护方案能够有效地减小洞口段初期支护的变形量,保证隧道结构的稳定性,从而保证隧道安全、快速进洞。     

粉煤灰地层大断面连拱隧道超前支护研究

在粉煤灰地层中修建隧道往往会因其承载力低、受压沉降大等特点产生施工安全隐患,为防止拱顶产生过大沉降,在实际施工之前往往进行可靠的超前支护.本文以穿越粉煤灰地带的盐坪坝大断面双连拱隧道为工程背景,通过数值模拟分析不同超前支护方式下围岩的变形特征,研究各种超前支护方式对围岩的变形控制效果,最终比选出粉煤灰地层条件下大断面双连拱隧道最合理的超前支护方式.研究结果表明,在超前锚杆或者超前小导管作用下,隧道洞周水平位移呈现拱腰>拱肩>拱脚的变形规律,隧道竖向位移呈现拱顶>拱肩>拱底的变形规律,同时隧道变形主要以竖向变形为主.同时在4.5 m长、120°范围下的超前小导管支护下,左洞隧道拱顶沉降仅为8.73 mm,拱腰收敛仅为1.01 mm,相对来说支护效果最好.     

大断面黄土隧道初期支护与围岩相互作用机理研究

依托已修建并投入运营的郑西高速铁路,针对开挖面积达170m2的大断面黄土隧道,进行了不同钢架形式作用机理的研究,明确了型钢拱架和格栅拱架的适用条件;采用现场对比试验等研究手段,在浅埋老黄土隧道中分别设置了型钢钢架、格栅钢架对比试验段.试验结果表明,两种钢架初期支护变形相当;两种钢架的应力均在允许值范围之内,但格栅钢架应力较小;格栅钢架的围岩-初期支护接触压力分布较均匀;两种钢架组合支护在控制大断面黄土隧道拱顶下沉方面无明显差异,水平收敛基本相等.另外,基于混凝土早期强度试验,采用围岩-结构法,根据组合支护与围岩的特征曲线,研究分析了围岩与组合支护的相互作用机制,最终得出了格栅钢架在大断面黄土隧道中的适用条件,以及在不同围岩条件下初期支护的设计参数.     

白山隧道塌方处治技术及其监测结果分析

白山左线隧道施工中,针对塌方发展过程和塌方机理,实施了一套基于"地表排水、围岩注浆、衬砌增强、基底防降"的塌方综合治理方案。文章分析了方案实施后的地表沉降、拱顶下沉、拱腰和边墙水平收敛的位移变化规律,以及初期支护背后水压力、初期支护与围岩的接触应力、锚杆轴力、型钢拱架应力及二次衬砌混凝土应力的发展趋势。结果表明:在软弱围岩地段,拱墙二次衬砌的施作显著改善了初期支护与围岩的接触应力,有效地减小了地表沉降及隧洞周边位移;同时,拱墙二次衬砌能有效地分担锚杆和型钢拱架的的部分荷载,改善仰拱二次衬砌的受力状况;塌方综合治理方案效果较好,保障了该隧道剩余塌方段的安全施工。     

基于结构特征曲线的软岩隧道钢拱架力学效应研究

针对传统锚喷支护难以适应软岩隧道大变形的问题,文章通过把钢拱架和喷射混凝土同时工作分为钢拱架单独工作和联合工作两个阶段,利用SAP2000有限元程序研究了实腹式型钢拱架和空间钢桁架拱的力学特征及其单独工作的力学效应;考虑材料非线性与几何非线性,研究了钢拱架在不同支撑条件下的极限承载力和极限变形能力。结果表明:(1)将钢拱架单独工作作为支护的一个阶段是可行的;(2)侧向支撑及拱脚的约束情况对实腹式型钢拱架的作用效应有决定性影响;(3)空间钢桁架拱的整体刚度大于实腹式钢架拱,受侧向支撑影响小;(4)提出了提高钢拱架承载能力和变形能力的方法,为喷射混凝土及其它支护措施的实施提供了更多的时间和空间选择。     

木寨岭隧道大变形控制技术

对于隧道大变形控制,需综合考虑加固围岩、大刚度支护、适度应力释放、合理工法以及强化建设管理等手段,多措并举。文章以木寨岭特长隧道施工大变形控制为工程实例,总结和分析斜井及正洞施工中不同程度的大变形段落支护结构调整及变形控制理念。结果表明:(1)对于一般大变形段,适当提高隧道支护结构强度和刚度即可有效抑制变形和支护破坏;(2)对于中等大变形段,可进一步提高支护结构强度和刚度,或者辅以径向注浆、加长加密锚杆、局部增设套拱等措施,变形也能得到基本控制;(3)对于严重—极严重变形段,必须采取超前应力释放、长短锚固体系加固围岩、分层施作大刚度支护等综合措施才能有效控制变形,保证施工及结构长期安全稳定。     

浅埋软弱围岩隧道快速进洞方法及稳定性控制技术研究

浅埋软弱围岩隧道一般采取CD法、CRD法和侧壁导坑法进洞,这些常规进洞方法需设置或拆除大量临时支撑,在一定程度上影响了整座隧道的工程进度。文章以某高速公路隧道为依托,建立了在超前大管棚和小导管联合预支护条件下采用CD法、CRD法、双侧壁导坑法和三台阶七步法进洞的三维数值计算模型,对比分析了不同开挖方法控制围岩变形和支护受力的优劣,提出了"地表注浆+扩大拱脚+拱架Z型连接+拱脚槽钢纵梁"稳定性控制措施下的三台阶七步法快速进洞方案。数值计算和现场实测结果表明:该进洞方案更有利于发挥支护结构的棚架效应,可有效控制地层变位,减小支护应力,在保障安全进洞的同时,加快了施工的进度,可为类似工程提供参考和借鉴。     

散体围岩隧道开挖中超前小导管注浆的作用

散体围岩隧道开挖后,围岩稳定性差,易出现大变形沉降、掌子面挤出、拱顶坍塌等危害,必须进行超前支护。以吉怀高速公路杜夜隧道进口浅埋强风化岩层段为例,对超前小导管注浆在散体破碎围岩开挖中的加固机理进行探讨,采用FLAC~(3D)三维数值模拟方法,结合遍布节理模型描述岩层结构的特点对小导管注浆施做过程中的受力、位移变形及支护效果进行研究,定量分析超前小导管注浆的加固机理。研究表明:对于散体破碎围岩,采用遍布节理模型可同时考虑岩块和节理属性,更符合岩体状态和工程实际;超前小导管注浆技术能改善围岩的力学性质,提高岩体的刚度及强度,增强散体围岩自稳能力,显著抑制散体破碎围岩的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免散体围岩隧道开挖中坍塌现象的发生。     

单线铁路隧道水平岩层施工技术

南吕梁山隧道2#斜井进口围岩以水平层状泥岩、泥灰岩、灰岩为主,层理和节理裂隙发育,爆破后拱部极易出现平顶、落石、掉块、塌顶等现象,快速掘进、成本控制、安全风险等均难以得到保证。文章通过对开挖方法、超前加固、控制爆破、初期支护、监控量测等思考,提出了单线铁路隧道水平岩层施工中短台阶法开挖、超前小导管注浆、弱控制爆破、拱部中空注浆锚杆支护,以及地质超前预报、加强施工监测等主要施工方法和技术措施。     

极高地应力层状围岩隧道偏压演化规律及围岩控制

以大峡谷隧道缓倾层状围岩为工程背景,采用3DEC离散元分析方法并结合现场监测的手段,深入研究高地应力不同岩层倾角下围岩偏压演化规律,揭示偏压与现场支护结构破坏关系,根据锚杆支护参数对偏压控制的影响,提出支护最优参数。研究表明,在高地应力缓倾岩层条件下支护结构的变形及破坏呈现明显的非对称性,随着岩层倾角的增大,初期支护最大主应力峰值位置由拱顶向右拱肩转移,反倾侧弯曲变形大于顺倾侧滑动变形;随着锚杆长度的增加,围岩剪切滑移区、初期支护位移、初期支护最大主应力均逐渐减小,锚杆最优长度约为3.5～4.5 m,锚杆沿层理面垂直方向打设,初期支护结构的偏压现象得到明显改善;现场优化支护后,左右拱肩呈对称变形,位移量基本相同,偏压得到明显改善。     

富水糜棱岩大断面隧道Ⅵ级围岩变形控制技术

改建的成昆铁路秀宁隧道出口段(510 m)通过罗茨-易门大断裂,并下穿龙潭水库,隧道围岩为罕见的富水糜棱岩,围岩级别为VI级;富水糜棱岩开挖后呈流塑状,极易产生涌泥和溜坍,导致初期支护产生大变形。文章基于糜棱岩抗剪强度的水稳性试验研究,针对该段隧道工程提出了采用全断面超前预注浆并辅以大管棚控制围岩变形的支护方法,以及三台阶七步开挖法进行了数值模拟分析。分析结果与围岩变形监测结果均表明,全断面超前注浆可以有效堵水和挤水,实现富水糜棱岩地层的排水固结,提高围岩强度;大管棚超前支护及大拱脚三台阶七步开挖法可以有效控制围岩变形,保证施工安全。     

偏压连拱隧道施工方法研究

文章采川三维有限元数值模拟研究了偏压连拱隧道不同施工顺序下拱顶下沉、中墙稳定性及初期支护受力特征.研究结果表明,先开挖浅埋侧时,拱顶沉降较小,中墙在施工中的稳定安全系数较大、弯矩较小,初期支护受力较大;对于浅埋偏压连拱隧道,围岩变形及中墙在施工中的稳定性控制更为重要.所以,从有利于围岩变形、中墙稳定性控制以及中墙受力的角度出发,宜采用先开挖浅埋侧的施工方法.     

乌鞘岭特长隧道F7断层软岩大变形规律与控制技术

乌鞘岭特长隧道F7断层软岩大变形是影响隧道正常、安全施工的最主要因素,认识并掌握F7断层V～Ⅵ级围岩的变形规律,选择科学合理的开挖方法、施工工序和支护方式,控制围岩的大变形,实现软岩大变形条件下的安全、快速施工,是目前亟待解决的关键问题.文章通过理论计算分析、数值模拟与现场量测相结合的手段,分析了F7断层软岩的特性和变形规律以及围岩与初期支护之间、初期支护与二次衬砌之间的接触压力的大小与分布等情况,提出了控制大变形的技术措施.现场的实际应用结果表明,围岩变形得到初步控制,隧道施工安全得以保证.     

乌鞘岭特长隧道F7断层软岩大变形规律与控制技术

乌鞘岭特长隧道F7断层软岩大变形是影响隧道正常、安全施工的最主要因素,认识并掌握F7断层V～Ⅵ级围岩的变形规律,选择科学合理的开挖方法、施工工序和支护方式,控制围岩的大变形,实现软岩大变形条件下的安全、快速施工,是目前亟待解决的关键问题.文章通过理论计算分析、数值模拟与现场量测相结合的手段,分析了F7断层软岩的特性和变形规律以及围岩与初期支护之间、初期支护与二次衬砌之间的接触压力的大小与分布等情况,提出了控制大变形的技术措施.现场的实际应用结果表明,围岩变形得到初步控制,隧道施工安全得以保证.     

大断面黄土隧道变形规律及预留变形量研究

文章统计分析了大断面黄土隧道初期支护变形量,研究了大断面黄土隧道变形规律及预留变形量合理取值范围.大断面黄土隧道变形规律表现为:隧道拱顶、拱脚下沉差异小,隧道开挖后拱部将产生一定程度的整体下沉;隧道拱顶下沉量均大于水平收敛;初期支护封闭后,隧道周边位移基本上不再发展;当隧道埋深小于40m时,隧道变形量较大且规律不明显;当隧道埋深大于40 m时,隧道变形量分布相对集中.经过对现场量测数据的统计分析可知:在Ⅳ级围岩条件下,大断面黄土隧道预留变形量可取10～15 cm;在Ⅴ级围岩条件下,大断面黄土隧道预留变形量可取25～28 cm.     

岩溶、节理发育地段隧道进洞三维数值模拟分析

文章以崇水高速陇禁隧道为工程背景,综合考虑节理、岩溶等不良地质因素,采用有限元软件FLAC3D建立三维数值模型,分析隧道进洞施工过程中围岩的受力特性及变形情况。结果表明:模型计算结果与现场实测数据吻合,采用FLAC3D有限元软件建模具有一定的可靠性;隧道穿越节理、岩溶地段,隧道拱顶围岩沉降变形达8.8mm,拱脚出现应力集中现象,且整个开挖面塑性区面积较大;喷锚初期支护可有效抑制隧道围岩竖向位移,考虑岩体蠕变特性,建议施工过程应及时施作初期支护。     

超浅埋暗挖隧道优化CRD法施工技术

文章基于深圳市城市轨道交通9号线给排水管线改迁及恢复工程箱涵暗挖段施工实例,针对传统的CRD隧道施工方法存在的不足,提出了超浅埋暗挖隧道优化CRD法施工技术。该优化CRD法技术原理是:首先,通过对隧道围岩进行注浆加固,保证工作面处于稳定状况;其次,施作超前大管棚、超前小导管,与型钢拱架联合发挥棚架作用,避免拱部坍塌的危险,有效减小地表沉降;第三,在保证支护结构安全稳定的前提下,优化临时仰拱、中隔墙的临时钢架,将临时仰拱优化为临时型钢梁,取消临时仰拱、中隔墙的挂钢筋网及喷混凝土施工;第四,将隧道分成4个工作面,同时开挖,逐步成环,保证快速安全地进行土方开挖。文章重点对隧道土方开挖、型钢钢架安装的关键施工技术进行了详细论述。该技术应用于超浅埋暗挖隧道施工,既保证了隧道施工的安全,又降低了施工的成本,加快了施工进度,取得了显著效果。     

护拱回填暗挖法隧道支护结构安全性评价

文章依托九景衢铁路荆生坞隧道工程,介绍了护拱回填暗挖法的施工步序,利用弹性理论推导了护拱与初期支护拱部的围岩荷载分担比例计算公式,采用极限平衡理论建立了边墙处围岩受力模型,推导了初期支护边墙附加围岩压力计算公式,最后通过建立荷载-结构模型,计算了护拱和初期支护的内力、安全系数,评价了护拱和初期支护安全性。结果表明:初期支护围岩荷载分担比例与护拱和初期支护的弹性模量、厚度有关,荆生坞隧道初期支护围岩荷载分担系数约为30%;护拱拱脚竖向压力导致边墙上部围岩沿破裂面滑动,对初期支护边墙上部产生一个水平向的附加围岩压力;九景衢铁路荆生坞隧道护拱回填暗挖段护拱和初期支护均处于安全状态,初期支护安全性随围岩荷载分担系数的增大而略有降低。     

复杂地质条件下软岩隧道大变形破坏机制及开挖方法研究

通过对汶马高速公路鹧鸪山软岩隧道多次出现的大变形现象进行分析,文章将围岩破坏分为3大类,即软岩塑流、板梁弯曲变形及结构面滑移。针对建设过程中的大变形问题,选取了50 m典型围岩区段作为试验段,开展了两台阶开挖参数优化试验及两台阶与三台阶开挖工法的比选试验。两台阶开挖参数优化试验表明,开挖进尺以及下台阶左右侧前后间距对隧道的稳定性影响最大。开挖工法比选试验中,通过对两台阶与三台阶开挖洞周位移、围岩与初期支护间压力及钢拱架受力的对比发现,两台阶开挖方法由于一次开挖断面过大,围岩来压快,导致洞周变形值及围岩与初期支护压力值相对偏大,钢拱架安全储备相对不足。因此,对于处于复杂区域环境中的软岩隧道,应结合现场实际情况适当调整围岩的预留变形量;合理地选择开挖工法与开挖进尺,且在围岩条件很差的情况下,采用三台阶法可有效控制大变形灾害的产生。     

百丈隧道穿越流塑状富水破碎带施工措施及其安全性评价

百丈隧道左洞ZK152+433~ZK152+463段穿越流塑状富水破碎带施工时反复出现变形侵限、塌方等情况,给工程施工带来前所未有的挑战。文章详细阐述了施工过程中采取的各种处治措施,总结了不同处治方案和效果,并采用数值分析方法对隧道结构安全性进行了分析。结果表明:(1)对于流塑状富水破碎带,加密超前支护是防止开挖时围岩出现较大变形或者坍塌的最有效措施。百丈隧道流塑状富水破碎带最终采用了每榀钢架(钢架间距50 cm)都打设一环3.5 m长?51自进式锚杆的超前支护方式,即每个断面都有7层超前支护,最终有效控制了开挖后围岩变形,避免衬砌侵限与塌方;(2)对于流塑状富水破碎带,加固围岩尤其是边墙与基底处围岩非常重要,可有效减少开挖过程中衬砌的整体式下沉。采用抛石挤淤+注浆的方式进行边墙与基底围岩加固,其效果比采用单纯注浆方式好得多;(3)对于外部荷载较明确的隧道,采用计算分析结合工程经验的方式确定衬砌支护参数,既能保证隧道结构安全,又使其经济合理;(4)在双车道隧道施工中,采用三台阶法施工,应尽量缩短台阶长度,使初期支护及时封闭成环,从而可以较好地控制围岩变形。