高地应力下特大隧洞开挖支护形式及其参数研究

以超埋深、高地应力条件下的锦屏二级水电站隧洞中TBM组装洞的施工为背景,对特大断面隧洞开挖支护形式及其参数进行研究.通过对组装洞的围岩地质、断面形状及几何尺寸、施工方法及作业顺序进行分析,运用隧洞施工理论,提出了特大断面TBM组装洞室、为开挖必须增加的横通道等较为薄弱的位置和环节的支护方案,给出了包括锚杆布置、喷射混凝土、钢筋网、衬砌、配筋设计等支护参数.工程施工结果表明,优化后的开挖支护形式及其参数能够保证高地应力条件下特大断面隧洞开挖时围岩的稳定和地下结构的安全.     

高地应力近水平状页岩地层隧底隆起变形分析及设计优化

某高速铁路隧道及其平导位于近水平状页岩地层,且靠近新华区域大断裂,平导在施工期间发生多阶段底板上鼓变形、开裂至破坏,在开展地应力测试后结果表明,该区域围岩存在高初始地应力.针对平导底板破坏区域对应的正洞隧道,考虑洞室群效应,采用数值模拟方法从衬砌内轮廓、施工工法、支护结构等进行系统优化,并通过支护变形及应力监测显示,隧...     

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。     

深埋超小净距隧道近接施工力学特性研究

为探究中岩柱厚度小于2 m深埋超小净距隧道先行洞未施作二次衬砌时的近接施工力学特性,通过数值模拟、现场试验等方法,研究超小净距隧道近接施工围岩变形和支护结构受力特征。结果表明：(1)先行洞未施作二次衬砌时开挖后行洞,近接施工影响显著,因后行洞施工引起的先行洞围岩变形约占其总变形量的43%;后行洞开挖使得先行洞初支变形和内力呈现明显的偏压效应,即靠近中岩柱侧收敛变形和结构内力增幅远大于外侧。(2)初支钢拱架受力大致可分4个阶段：先行洞开挖影响段、中期稳定段、后行洞近接开挖影响段以及后期稳定段。施工过程中先行洞左右拱脚和仰拱部位存在较大拉应力,应重点关注。(3)先行洞仅施作初支情况下开挖后行洞,将初支变形和内力作为必测项目,可动态掌握其变化规律,及时采取控制措施,保障施工安全,避免后行洞爆破对先行洞二次衬砌造成结构损伤。     

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。     

高地应力条件下隧道施工方法研究

为探讨高地应力条件下不同开挖工法引起的洞周变形及支护力学特性,以大梁隧道为依托,采用数值模拟与现场量测相结合的方法,研究了隧道在三台阶法、三台阶七步开挖法和三台阶临时仰拱法3种不同工法下洞周变形及衬砌结构受力情况。研究结果表明:在高地应力条件下,可以根据掌子面岩性,灵活转换三台阶法、三台阶七步开挖法和三台阶临时仰拱法3种工法,这样既能控制围岩变形,保证隧道安全,又能加快施工进度,降低造价。     

重叠隧道上洞开挖面支护与注浆压力对下洞隧道的影响分析

以昆明地铁首期工程环城南路站—昆明火车站站区间重叠隧道为背景,研究重叠隧道施工时开挖面支护压力及注浆压力对下洞隧道的影响。采用有限元数值模拟方法,分析了土仓压力与注浆压力对地表沉降和下洞管片衬砌结构应力的影响。研究表明,注浆压力的影响更为显著,盾构掘进应保证开挖面支护压力不小于地层原始水平应力,注浆压力应控制在0.8~1.0倍地层原始应力范围内。     

不同倾角节理隧道衬砌受力特性研究及应对措施

深埋节理地层中的隧道开挖及运营安全面临巨大挑战。本研究以杭绍台高速铁路林盘山隧道工程为背景,针对倾斜节理岩层中隧道开挖引起的围岩变形以及衬砌结构开裂等问题,考虑不同节理倾角影响,采用岩土工程专业通用有限元软件MIDAS GTS/NX,模拟分析节理倾角对隧道围岩与支护结构应力分布、变形演化规律的影响;同时,结合现场实际条件对隧道施工与防护措施进行优化和综合分析,得出最优施工方案指导施工以避免隧道衬砌的开裂,有效保障了隧道施工和运营安全。     

高地应力软岩隧道超前导洞法施工围岩变形预释放规律分析

为解决高地应力软岩隧道大变形问题,在正洞开挖前先开挖超前导洞,通过超前导洞的位移释放部分初始应力,从而减少正洞扩挖后的支护变形和降低作用在支护结构上的压力.本文引入释放率概念,通过对超前导洞的不同尺寸、位置等条件下围岩变形预释放规律的数值分析和研究,提出了具有较好释放效果的合理参数组合.     

高地应力软岩隧道斜井进正洞交叉口支护拆换技术

受高地应力条件下围岩流塑挤压影响,隧道斜井进正洞交叉口出现严重的衬砌变形开裂。基于地应力测试、监控量测及地球物理勘探成果,提出"内衬及套拱拆换的局部置换"和"全部支护拆换的整体置换"两种设计方案,采用MIDAS数值平台建立高应力场下的结构-荷载模型,分析和论证了整体拆换措施对交叉口支护承载状态的改善和调整效果,可为同类工程的建设提供借鉴和参考。     

兰渝铁路两水隧道双层支护试验研究

针对兰渝线两水隧道穿越炭质软岩、设计施工难度大、初支变形不满足稳定性条件、衬砌较早施作而引起开裂等问题,开展双层支护研究工作。通过现场试验对试验段初期支护围岩变形、围岩压力、接触压力、钢架应力、钢筋应力和混凝土应力等监测。得到初期支护隧道围岩与结构的力学及变形特性,分析其随时间的变化特点和沿隧道横断面的空间分布规律。研究结果表明：围岩压力、钢架应力和喷混凝土应力随开挖进程存在急剧变化阶段,易受施工扰动影响,敏感性随时间逐渐降低,结构应力沿隧道横断面的空间分布呈现“上下大,两侧小”的分布规律。研究结果对建立科学合理的软弱围岩隧道支护结构设计方法具有一定的指导意义。     

挤压性围岩大跨隧道施工工法优化

以兰渝铁路新城子隧道为例,通过现场测试和FLAC 3D数值模拟,对挤压性围岩大跨隧道采用双侧壁导坑法2种不同开挖顺序时的隧道变形和衬砌受力进行对比分析。结果表明:采用双侧壁导坑法按常规顺序开挖导洞1～9比依次分层开挖上、中、下各导洞更有利于控制隧道变形,且二次衬砌受力明显较小;挤压性围岩隧道施工中相邻导洞贯通形成扁平洞室会导致大变形,施工中应尽量避免;2种开挖顺序隧道水平收敛均大于拱顶沉降,必要时可加强临时支护。     

不同工况下横通道开挖对隧道结构影响分析

基于FLAC 3D软件建立摩擦土层及黏性土层等多种工况下的三维数值模型。从主线隧道中心线上方土体位移、地表沉降及主线隧道衬砌内力等方面,研究分析了横通道开挖对隧道结构的影响作用。主要研究结论为:(1)在不同的隧道间距、隧道埋深及地质条件下,横通道开挖对主线隧道上方位移、地表沉降及隧道衬砌受力分布的影响也不尽相同;(2)随着横通道向前掘进,横通道中心线上方垂向位移及地表沉降呈现逐步增加趋势,对横通道中心线上方的影响更为显著;(3)随着横通道的开挖,先行隧道拱顶处的衬砌弯矩、边墙处的衬砌轴力呈增加趋势,后行隧道拱顶、边墙处的衬砌弯矩以及边墙处的衬砌轴力在横通道开挖结束的几个计算步时均呈增加趋势。     

建筑物下方地铁车站中洞法施工的力学效应

以北京某地铁车站为工程背景,采用1∶20大比例模型试验与数值模拟的方法,对地面3层框架结构建筑物下方地铁车站中洞法施工的力学效应进行研究,模型试验结果与数值模拟结果吻合较好。结果表明:地表及建筑物顶部沉降、地表水平位移在中洞开挖支护期间最大,侧洞开挖支护期间次之,而中洞二衬期间最小;施工完成后,车站拱底水平应力、垂直应力、侧壁附近水平应力减小,侧壁附近垂直应力增加;建筑物立柱下部垂直应力变化值较上部大,外侧横梁水平变化值比中间横梁大;中洞开挖支护完成时围岩塑性区主要分布在建筑物基础附近的围岩及侧洞未开挖土体,随着施工的进行建筑物基础下方围岩塑性区向车站方向进一步发展,车站施工完成后围岩塑性区发展到车站边界。     

考虑应力释放含衬砌的深埋圆形隧道应力及变形的弹塑性解

基于厚壁圆筒受均布压力的弹塑性解,推导考虑应力释放时含衬砌的深埋圆形隧道应力及变形的弹塑性求解公式。采用推导的公式对1个工程实例进行计算,并与FLAC3D有限差分程序模拟解对比分析,验证了求解公式的正确性。研究结果表明:及时施作具有一定刚度的支护,可以降低开挖面围岩应力释放量,从而减小围岩塑性变形;受开挖面变形释放的影响,衬砌与围岩接触界面变形并不连续,不能将支护变形等价于围岩变形;在计算隧道开挖引起的围岩塑性变形时,采用非关联流动法可以更好地描述隧道开挖后岩(土)体的塑性变形特性。     

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。     

地铁大跨度隧道垂直挑顶施工中的围岩力学分析

基于深圳地铁2号线新秀站—莲塘口岸站区间隧道工程,提出了一种适用于软弱围岩大跨度隧道垂直挑顶开挖的施工方法,并采用FLAC3D软件对该挑顶施工全过程进行模拟计算,对施工过程中的围岩进行了力学分析,以解决交叉段隧道挑顶开挖过程中围岩变形控制的难题。模拟计算结果表明：挑顶开挖主要影响了拱顶处的围岩应力重分布,斜井开挖使得正洞相邻拱腰处产生压应力集中,正洞开挖顺序造成斜井拱腰处应力分布不对称;落斜井坡道和正洞下台阶时斜井拱腰水平收敛发生突变,这对隧道拱腰应力分布产生了较大影响,应作为施工的重点关注区域;挑顶开挖使正洞和斜井拱顶的围岩塑性区贯通,在落斜井坡道和正洞下台阶时该塑性区进一步扩展,此区段施工时应加强支护,并减缓施工速度。     

深部竖井TBM掘进开挖支护变形研究

结合青海省某竖井开挖项目,建立深长竖井掘进衬砌支护应力应变分析的等效有限元模型,分析不同围岩条件下的竖井变形量和支护效果。分析结果表明:Ⅰ~Ⅲ级围岩的井壁水平位移较小(未采用衬砌支护的位移不超过0.05 m),衬砌支护满足结构设计要求;Ⅳ~Ⅴ级围岩的井壁水平位移较大,需采取超开挖并预留变形空间的支护方案。     

公路双连拱隧道开挖支护施工技术

双连拱隧道作为一种较新的隧道结构形式,存在施工工期长,工序繁琐、技术要求高等缺点,特别是左右洞开挖与支护交错进行,导致围岩应力变化和衬砌荷载转换复杂化;中墙顶部围岩受多次开挖爆破的扰动,极易发生塌方。结合济晋高速公路双连拱隧道的施工,对双连拱隧道的开挖施工技术进行归纳总结。     

通道双向开洞技术在暗挖车站施工中的应用

洞桩法暗挖车站工序较多,工期较长,通过在车站中部设置特定尺寸的五层通道,在保证通道初期支护变形稳定的前提下,采用每层导洞分段、相向开挖,并逐层在通道内开挖车站主体导洞,达到提高施工进度的目的。