宜万铁路堡镇隧道高地应力软岩大变形段施工技术

宜万铁路堡镇隧道穿越地层大部分为砂质页岩和粉砂质页岩,局部为炭质页岩,岩层软弱、节理较发育;隧道埋深大,地应力高,围岩强度低,高地应力软岩大变形区段长,施工过程中发生了严重的大变形。主要介绍高地应力软岩大变形段的施工措施,即:采用小导管注浆超前支护、采用短台阶和双侧壁相结合的开挖方法,初期支护采用喷混凝土+型钢钢架+锚杆+钢筋网的支护措施,控制每环仰拱开挖长度不超过4 m,及时封闭成环,及时施做二次衬砌,对隧道高地应力软岩段的预留变形量为15～30 cm,确保了隧道顺利通过软岩大变形区段。     

高地应力软岩隧道连拱大跨段施工技术

围岩的变形控制是隧道工程界的普遍难题,目前在建的兰渝铁路高地应力软岩隧道围岩大变形剧烈,特别是在隧道结构型式复杂的地段尤为突出,严重影响施工安全与工期进度。结合兰渝铁路新城子隧道出口连拱大跨段工程实践,对比分析了中导洞开挖和背靠背开挖2种双连拱段施工方案,综合分析认为对高地应力软岩隧道采用中导洞开挖双连拱,更为安全、可靠。隧道大跨段采用双侧壁导坑法开挖,双层初支和锚索+锚杆联合支护体系能有效控制围岩变形,现场工程实施效果良好。     

软岩隧道支护结构优化研究

为控制软岩变形,确保施工安全,结合谷竹高速公路油坊坪隧道在施工过程中多次出现的大变形情况,提出"弱化锚杆+增强初期支护的刚度与强度"的支护方案,并与原方案及"弱化锚杆"的支护方案进行对比研究。通过数值模拟对不同支护方案下位移变形量、锚杆受力情况、塑性区的发展情况、喷射混凝土的应力以及二衬结构的受力情况进行分析;同时现场选取3组试验段,对3种不同支护方案下的围岩变形及围岩压力情况实施现场监控量测。数值模拟结果和现场监测结果表明:弱化锚杆的措施对支护体系的整体支护效果影响不大,而且能节省工序和降低工程成本;增强初期支护的刚度与强度能有效地控制围岩大变形。提出的"弱化锚杆+增强初期支护的刚度与强度"支护方案是可行的,可为沿线同类隧道支护优化提供参考。     

高地应力板状软岩隧道大变形控制试验研究

研究目的:针对板状高地应力软岩隧道开挖的大变形问题,采用单层初期支护+双层二衬的结构形式进行支护,并进行现场试验,对初期支护、钢拱架以及两层二衬的变形与受力进行了测量,分析该支护结构在控制高地应力软岩隧道大变形方面的效果及该方案的可行性是本文的主要研究目的。研究结论:(1)传统的初期支护方式在控制高地应力软岩隧道的大变形方面效果不佳;(2)板状岩层的走向和岩层的倾角对高地应力软岩隧道开挖后的变形及受力会产生影响,一般来说,在垂直于板状软岩岩层(倾斜线)方向上的挤压力最大;(3)采用双层二衬结构,使初支与围岩一起产生变形而消除围岩的部分压力,第一层二衬起到强而稳定的支护作用并承担绝大部分的围岩压力,使第二层二衬受力很小而起到装饰作用,因此从高地应力软岩长期流变性的角度考虑,双层二衬结构对高地应力软岩隧道建成后的长期稳定性和安全运营具有很好的保障作用;(4)本研究成果可为类似工程的施工提供参考依据。     

软岩隧道大变形影响因素及控制技术研究

软弱围岩强度低、自稳能力差，隧道施工在高地应力条件下，极易发生大变形，导致支护侵限甚至二衬开裂等问题，严重危及隧道结构安全。在分析国内外软岩隧道大变形研究成果基础上，提出了软岩大变形分类方法，对大变形影响因素进行了总结，包括岩性、地应力、地下水、地层结构、膨胀作用、群洞效应等，并分析了各因素的作用机理；提出了软岩隧道大变形控制技术，包括微台阶开挖技术、多层支护技术、径向注浆技术、长短锚杆联合支护技术、差异预留变形量、二衬施作时机等，并通过工程实例对控制技术进行了解析，确定了关键参数，可为类似工程提供参考。     

各向异性软岩隧道围岩蠕变特征及支护方案对比分析

在高地应力条件下具有层理构造的软岩中开挖隧道后,软弱围岩会发生显著的蠕变变形,直接影响隧道围岩的稳定性及支护结构的长期服役性能。本文采用有限元方法分析了兰渝铁路木寨岭隧道深埋软岩段双层和三层衬砌支护的效果。结果表明:在初期支护和二次衬砌之间增设轻质混凝土缓冲层有利于隧道围岩应力和变形的调整,可有效降低支护结构受力,从而充分发挥二层衬砌与锚杆的长期支护作用,更适用于高地应力条件下长期流变特征明显的软岩段隧道支护。     

宜万铁路隧道变形侵限原因分析与治理

研究目的:宜万铁路全线共有隧道159座,据统计,施工中有14座隧道21次发生了变形侵限,占隧道总数量的8.8%.分析变形侵限原因,提出治理方案. 研究结论:变形侵限与隧道断面和埋深关系不大,不良地质、开挖方法、辅助工法、初期支护及时性和监控量测信息反馈是引起变形侵限的主要原因.研究表明:(1)单线软岩隧道宜采用短台阶法施工,台阶长度控制在10～15 m.双线软岩隧道宜采用CRD法、CD法施工,或采取超前注浆及大管棚支护措施下短台阶法施工;(2)预留变形量适当放当,Ⅳ级围岩单线5～10 cm、双线10～15 cm;Ⅴ级围岩单线10～15 cm、双线15～20 cm;高地应力段30～40 cm;(3)隧道日变形速率v≥5 mm/d,累计变形量U≥13U0时,应对初期支护补强;v≥10 mm/d 、U≥23U0时,应封闭、支撑、径向注浆加固;(4) 软岩高地应力隧道应采取"初支-释放-强化-衬砌"综合技术;(5) 对侵限地段可采取径向注浆加固后逐榀拆换.     

高地应力软岩隧道合理支护方案试验研究

研究目的:基于高地应力软岩隧道在施工过程中产生大变形的问题,采取包含传统喷锚支护在内的三种支护方式现场进行试验研究,根据围岩变形、围岩压力、钢拱架应力和二衬混凝土应力等监测结果,分析兰渝铁路新城子隧道试验段的稳定性并选择适宜的支护方案。研究结论:(1)采用传统的喷锚支护方式难以有效解决高地应力软岩隧道施工中围岩的大变形问题;(2)采用环向注浆加固围岩+型钢拱架初支可以在一定程度上改善围岩的条件,减小围岩变形和钢拱架应力以及二衬混凝土应力;(3)采用双层初支,即采取先让后抗的支护方式,既可以吸收一部分围岩变形,减小初支的变形和钢拱架应力,同时也可以提供稳定的支护力,使二衬受力也相对较小,因此采用双层初支对控制高地应力软岩隧道的大变形具有明显优势;(4)本研究成果可为高地应力软岩中类似工程施工支护方案的选择提供参考。     

复杂环境软岩偏压隧道数值模拟与现场监测分析

为探究复杂地质环境软岩偏压隧道在施工过程中结构的力学特征和变形特点,依托渝昆高铁在建隧道工程,采用数值模拟软件对隧道开挖过程进行仿真分析,并与现场实际监测数据相对比。结果表明：数值模拟能够较好地反映软岩偏压隧道实际施工状态,隧道开挖初期变形速率较大,后期逐步收敛,最大沉降值为206.72 mm,最大水平位移达到249.09 mm;初期支护最大拉应力为6.14 MPa,最大压应力为12.8 MPa,均不同程度超过规范中混凝土的抗拉强度及抗压强度设计值;由于现场降水较多,且软岩吸水性较好,隧道偏压效应明显,导致深埋侧变形和受力更为复杂。综合数值模拟和现场监测结果,提出优化施工工法、增大预留变形量等施工建议。     

新城子隧道小间距段施工及测试分析

高地应力软岩隧道的施工一直是工程的重难点问题,针对新城子隧道小间距段,左线采用超前应力释放导洞法进行应力释放,应力释放完成后采用两台阶临时仰拱法扩挖的施工方式;右线采用三台阶临时仰拱法开挖的施工方式,左右线正洞支护均采用双层初支单层二衬结合长锚杆长锚索的支护参数。变形及测试分析显示:右线净空收敛平均值为403.0 mm,左线净空收敛平均值为367.8 mm;接触压力右线平均值175.5 k Pa,左线平均值95.8 k Pa;钢筋应力右线基本在-100~-200 MPa之间,左线基本在-50~-150 MPa之间,表明先行开挖的右线对后开挖的左线具有应力释放的作用。同时对二衬变形速率统计分析表明:新城子隧道钢筋混凝土衬砌采用2 mm/d的控制标准是合理的,衬砌均未出现开裂。本工程的经验可为软岩大变形隧道小间距段落的施工提供参考。     

弱爆破在大断面软岩隧道侵限处理中的应用

结合武广客运专线某隧道初期支护变形侵限的处理实例,通过对工程实际情况的系统分析和科学设计计算,研究比选大断面软岩隧道变形处理方案。在方案实施过程中严格施工工艺,加强施工控制和监控量测,及时进行数据的分析处理并用于施工的动态管理,解决了大断面软岩隧道初期支护侵限问题。采用浅孔弱爆破法爆破拆除原有侵限初期支护,是处理隧道侵限的一种快捷有效、安全可行的施工方法,可为类似工程提供借鉴。     

岩溶隧道超前加固方案比选

以岩溶地区左侧有串珠型溶洞的新高坡隧道为工程依托,设计了小导管注浆、管棚、管棚+小导管注浆3种超前加固方案。采用ANSYS建立三维数值模型,运用有限差分软件FLAC 3D,计算3种加固方案下隧道采用三台阶法施工完成后洞周变形以及初期支护所受压应力,并与未采取加固措施时计算结果对比。结果表明:3种超前加固方案对洞周变形和初期支护均有一定改善作用;管棚+小导管注浆方案的加固效果最好,其洞周最大水平位移、最大竖向位移、初期支护所受最大压应力比未加固时分别减少了43.38%,48.46%和23.13%。     

兰渝线木寨岭隧道施工力学行为实测与分析

结合木寨岭隧道工程,对施工区域地应力进行测试,并对地应力场进行拓展分析。通过对隧道掌子面流变特性、变形速率与总变形量、围岩压力、支护压力、锚杆受力、围岩破坏范围的测试和分析,提出高地应力、软岩隧道的挤压性变形具有变形量大、变形速率高、变形持续时间长、前后期均呈"来劲"等特征,以及围岩压力以形变压力为主等结论,并建议取消拱部锚杆,加长边墙锚杆,抑制隧道变形。     

深埋软岩隧道掌子面变形控制研究

以陕西汉中新茨沟隧道工程为背景,研究不同支护参数、不同台阶长度、不同台阶高度3种情况下隧道掌子面变形规律。通过三维数值模拟和现场监测数据分析得出以下结论:对于深埋软岩隧道,掌子面挤出变形量大,变形速度快;掌子面挤出变形受初期支护参数和上台阶断面开挖高度影响显著,实际施工过程中应通过加强初期支护参数和减小上台阶高度控制掌子面变形,确保隧道整体稳定。     

顺层偏压隧道极软岩综合施工技术研究

以勐远隧道极软岩施工为研究对象,针对雨季施工过程中,软岩受地下水影响,初支变形量大,变形持续时间长等现象,通过超前地质预报及监控量测等手段,及时调整工法,加强超前支护、系统支护,以及特殊情况下加强二衬配筋等措施来应对软岩变形及隧道偏压影响,保证隧道施工及运营安全。     

西(宁)成(都)铁路高地应力节理发育软岩地层隧道支护体系研究

为保证西成铁路高地应力节理发育软岩大变形隧道安全修建,采用现场勘察、室内试验、地应力测试、工程类比、数值模拟等方法展开研究,结果表明,西成铁路与毗邻兰渝线地质条件类似,均以二叠系、三叠系板岩与砂岩为主,层理清晰、节理裂隙发育,地应力以水平主应力为主导,水平主应力在10～30 MPa之间,竖直主应力在4～13 MPa之间,有较强水平构造应力作用,兰渝线控制围岩变形主要采用增加预留变形量、自进式长锚杆、钢花管加固、增加初支及衬砌刚度、钢纤维喷射混凝土等技术措施。在此基础上针对西成铁路节理发育软岩大变形主要发生在垂直节理倾角方向上的特点,提出首先增大矢跨比,然后增大钢拱架刚度,对于Ⅲ级大变形在垂直节理方向设置预应力锚索的非对称大变形隧道支护体系,该支护体系相比传统支护体系能够减小13.8%～21.2%软岩变形,对于控制节理发育软岩变形效果良好。     

隧道初期支护大变形处理技术

随着科技进步,长大隧道越来越多,而长大隧道不良地质灾害多,造成喷射混凝土开裂、掉块、脱落,钢架扭曲、弯折、下沉等初期支护变形,导致二次衬砌厚度不够或直接侵入隧道净空,须对初期支护变形进行处理。某隧道最大变形668 mm,通过横向钢支撑、径向注浆加固、刻槽拆换变形支护等措施,成功完成隧道初期支护大变形处理。     

高性能快速张拉预应力锚索新技术

研究目的:京张高铁八达岭长城站大跨过渡段隧道最大开挖宽度32.7 m,最大开挖面积494.4 m~2,是目前世界上开挖宽度和开挖面积最大的交通隧道,施工难度大,安全风险高。隧道初期支护体系主要通过预应力锚杆、预应力锚索和喷射混凝土实现。采用传统的锚索施工工艺,经试验测试,锚索拉力不能满足设计要求,同时需要30 d左右时间才能实现预应力张拉。因此,需要研究高性能快速张拉预应力锚索新技术,以有效控制隧道围岩变形,保证施工安全,提高施工效率。研究结论:(1)采用传统锚索施工工艺,锚索拉力值主要受锚索与注浆体之间的握裹力、注浆体与围岩之间的粘聚力所控制;(2)采取增加"锚固结",锚索与注浆体之间的握力可提高约2倍;采取6～7 MPa高压注浆工艺,注浆体与围岩之间的粘聚力可提高约1.5倍;(3)采用改性硫铝酸盐水泥浆液,浆液强度1 d内可以达到30 MPa以上,从而实现了注浆完成后1 d时间内锚索快速张拉;(4)本研究成果可在类似预应力锚索施工工程中借鉴应用。     

四角田膨胀岩隧道施工技术

分析了大保高速公路四角田隧道膨胀岩的作用机理,介绍了膨胀岩隧道的施工方案、施工方法及施工管理,施工中利用新奥法原理,采用自进式中空锚杆、中深孔注浆锚杆等新材料、新工艺加强支护,总结了应对膨胀岩的成功经验,具有很大的推广价值。     

浅埋暗挖隧道穿越填石区地表沉降控制

厦门城市轨道交通1号线城市广场站—塘边站浅埋暗挖区间采用矿山法施工,由于隧道穿越地质条件复杂的填石区地表沉降难以控制。仅采取喷射混凝土封闭掌子面、注浆加固、加强超前支护措施累计地表沉降接近70 mm;而采取地表高压旋喷桩超前加固,洞内全断面帷幕注浆、双层小导管超前支护等多种措施,能将地表沉降控制在5 mm以内。据此提出了地表高压旋喷桩超前加固、全断面帷幕注浆、双层小导管超前支护、长管棚初期支护和拱脚加固施工方法。经实施效果良好。研究成果能为城市浅埋暗挖隧道穿越填石区提供参考。