超大断面隧道小导洞先行与台阶反扩挖施工技术研究

针对隧道埋深大、节理裂隙较发育等不良工况下的超大断面隧道施工难题,为避免常规双侧壁导坑加临时支撑八步开挖方案所存在的断面开挖支护完成后衬砌跟不上、整体工期目标难以实现等风险,优化设计出了小导洞先行与台阶反扩挖施工方法。结合紫之隧道某标段北匝道隧道与主线两车道隧道交叉口位置处的超大断面隧道工况特点,从施工风险、施工进度、施工成本等方面模拟验证了小导洞先行与台阶反扩挖法相对于传统的双侧壁导坑法具有显著的优势。最后对小导洞先行与台阶反扩挖法的小导洞先行控制爆破施工技术、台阶反向扩挖施工技术等关键施工技术进行了研究分析。     

复杂条件下城市隧道改建设计

以沈家门海中洲隧道为例,通过对隧道改建方案进行详细比选,在结构设计、原隧道塌方地段处理方案、开挖方案及监控量测中采取相应的技术措施,顺利完成隧道改建。得出以下结论： 1）针对海中洲隧道实际情况,改建方案采用扩洞方案更具优势; 2）设计采用比一般隧道适当加强的结构支护参数及地表注浆锚杆加固、塌腔处理、塌腔回填等塌方综合整治措施,对条件复杂的海中洲隧道是适用的; 3）对于扩挖的隧道,应在老衬砌的掩护下进行开挖及支护,保持初期支护紧跟,并尽快实现封闭成环,施工中应加强监测,保证施工安全。     

营盘路湘江隧道水下浅埋大跨段隧道施工工法研究

为保证营盘路湘江隧道水下浅埋大跨断面的施工安全,合理地确定施工组织方式、施工措施及超大断面施工方法,通过借鉴前人研究的成果,提出水下浅埋大跨段的施工工法设计方案,并利用三维模型对开挖过程进行仿真模拟。计算及施工监控数据分析证明了施工过程中采取的14部开挖、双层支护、提前扩挖过渡等技术的合理性,成功解决了湘江水下最大跨度隧道施工安全稳定的难题。     

大断面隧道三岔口段施工技术及围岩变形规律

隧道斜井进入主洞三岔口段断面大、受力复杂、施工难度大,是长大隧道施工的关键。三岔口将隧道分为多个施工作业段同时施工,缩短了工程的工期,加快了隧道的整体施工进度。某山岭隧道斜井进入主洞处三岔口采用台阶扩挖法。斜井末端采用上下台阶,从上台阶向上挑挖4.2 m确定导洞高度,继续向前扩挖至对侧主洞边墙轮廓线完成导洞施工。主洞采用三台阶法,按照上台阶5.3 m、中台阶3.59 m、下台阶3.31 m依次向进口和出口方向开挖。三岔口段主洞断面面积92.1 m~2,为大断面隧道。大断面隧道的跨高比大,导致围岩和支护的稳定性变差,所以主洞在施工过程中应加强支护来保持隧道的稳定。利用ABAQUS有限元软件对隧道进行了数值分析,并直观地模拟了隧道开挖后围岩的应力分布,为隧道的施工提供合理依据。锚杆、钢筋网、衬砌、格栅和钢架根据不同的围岩等级按相应的要求进行了施工。通过对围岩及支护微小变形的监测,掌控了在开挖过程中围岩的稳定程度和支护结构的力学动态信息。对监控量测数据进行了回归分析,以较好地反映围岩变化规律,并分析各阶段的位移速率,预测最终位移值。监控量测数据表明:拱顶下沉和周边收敛的累计变形范围为8～14 mm。     

大断面软岩隧道变形控制技术研究

隧道开挖后受地应力影响极易发生变形,严重的将导致坍方等安全事故,若侵入结构还需要二次扩挖处理。为保障软弱围岩隧道的施工安全,避免二次扩挖,结合国内外隧道的典型案例和经验,从分析围岩的强度应力比出发,针对不同的软岩类型,对预留变形量、预加固措施、弱爆破的基本原则,综合信息方法、支护措施、施工要点等内容进行归纳研究。研究表明:1)预留变形量选择要充分考虑隧道的最大地应力和不同软岩物理特性的影响;2)上台阶采取有效预加固措施后,可以实施大断面开挖;3)不同地应力环境,必须根据信息成果,针对变形特征优化设计支护参数后,变形完全能够有效控制。     

TBM导洞扩挖法在高地应力软岩隧道施工中的应用效果分析

运用MIDASGTS有限元软件,分析了TBM导洞扩挖法在高地应力软岩环境中隧道开挖的应用价值。通过对某公路隧道分别采用TBM导洞扩挖法、预留核心土环形开挖法和两台阶法三种施工方法进行数值模拟,主要以拱顶沉降、拱腰水平收敛和拱底隆起等围岩变形指标进行对比分析,得出TBM导洞扩挖法高地应力软岩隧道施工时的围岩变形控制效果最好的结论。同时分析了在富水等复杂地质情况下,TBM导洞扩挖法在排水、探明前方地质情况等方面更具有优势。     

漫谈矿山法隧道技术第九讲——隧道开挖和支护的方法

强调对隧道开挖和支护关系的基本认识： 开挖和支护是隧道施工的2大基本工序,开挖的基本原则就是把对周边围岩的松弛降低到最小限度,弹性变形和少许塑性变形是容许的,超过围岩极限应变变形（过度变形或松弛）的场合需要依靠各种支护对策。开挖和支护有先挖后支和先支后挖2种模式,一般采用前者,当开挖后隧道围岩不稳定时,采用后者。随着施工技术的进步、采用大型施工机械的要求和大断面隧道的出现,对隧道开挖方法选择的观点有了极大变化： 1)在选定开挖方法时,要以大断面开挖为指向,围岩条件不是唯一的决定因素; 2）尽可能不采用施工中含有需要废弃的和临时性作业的分部开挖法; 3）把机械开挖法与分部开挖法相结合,如TBM导坑超前扩挖法,在欧洲和日本等国已经成为大断面隧道施工的基本方法; 4）在同一座隧道,开挖方法频繁变化,既不经济也不安全,主张在全隧道中（除洞口段外）采用同一种开挖方法--全地质型开挖方法,如全断面法或台阶法,当围岩条件剧烈变化时,采用注浆、超前支护等应对措施。介绍日本、美国和欧洲等国规范、指南推荐的隧道开挖方法概况： 1）日本从隧道围岩级别、洞口段和洞身段等方面分类,给出隧道相应的开挖方法,基本以全断面法和台阶法为主;在断面比较大、比较长的隧道,采用TBM导坑超前扩挖法。2）美国把围岩分为岩质围岩和土质围岩2大类,其推荐的开挖方法基本相同,即全断面法、台阶法和中隔壁法,仅采用的支护方法不同。3）欧洲各国由于围岩条件总体比较好,多采用全断面法和台阶法。归纳选择开挖方法的基本条件： 施工条件、围岩条件、隧道断面面积、埋深、工期和环境条件。     

盖挖逆作法在城市隧道中的应用

近几年来,一种"盖挖逆作法"施工新技术正被逐渐运用并趋于成熟。该工法适用于多层地下结构工程的施工,在对工程有特殊要求,或用传统方法施工满足不了要求而又十分不经济的情况下采用。海河隧道靠近海河处最大基坑开挖深度达到26.6 m,为滨海新区第一深基坑,隧道主体结构位于软土地基上,采用盖挖逆作法进行基坑开挖,有效地降低了风险。利用大型有限元软件ABAQUS全过程模拟海河隧道岸边段深基坑开挖过程,揭示了支护结构的受力及变形情况。     

机场滑行道下方以NATM排除地锚之潜盾施工案例探讨

桃园国际机场联外捷运CU02A标穿越WC滑行道路段,其潜盾机到达端遭遇二期航厦开挖施工残留之地锚障碍,上下行隧道预期至少遭遇约20条残留地锚,其钢腱将增加潜盾机钻掘之风险及影响滑行道营运,此为潜盾少见遭遇之特殊障碍情况。为将影响滑行道营运风险降至最低,经评估以NATM隧道方式事先去除残留地锚,并于NATM隧道外衬砌施作完成后,再将土方回填,以便潜盾机直接驶入,于既有端墙弃壳,降低潜盾施工风险。遭遇地锚障碍路段,先由局限地面空间施作垂直双环塞止水灌浆及抽水井降水外,并由航厦地下层之既有侧壁破镜后,进行NATM隧道开挖,前已成功穿越滑行道与完工。本文首先介绍本工程方案评估及对策发展思维,接续由施工阶段NATM隧道施工结果,探讨其开挖安全稳定及沉陷管控,最后就潜盾隧道穿越WC滑行道至到达之施工成效进行检讨,以期供工程界参考。     

扩挖支护对软弱围岩公路隧道初期支护结构影响分析

由于山子顶软弱围岩公路隧道施工现场所采用的环形开挖留核心土法并不能保证隧道施工的顺利进行,提出扩挖支护施工方案。首先论述扩挖支护施工工序,然后采用ANSYS有限元方法构建扩挖支护厚度为0、20、30、40、50、60 cm 6种三维计算模型,系统分析扩挖支护与初期支护的力学行为。研究得出:扩挖支护是软弱围岩隧道一种相对优越的施工方案,且当扩挖支护厚度达到60 cm时初期支护的主压应力为16.4 MPa,主拉应力为0.486 03 MPa,满足其材料强度要求。     

超浅覆盖隧道穿越煤坑段抽坍处理技术

随着环境保育、水土保持观念的提升以及减少对自然条件改变的理念,安全、节能、环保的隧道施工技术,已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往浅覆盖隧道多以露天明挖,或辅以混凝土盖板保护顶拱再填土覆盖之施工方式,皆为需要大量开挖的施工方法。在减少开挖之因素考量下,舍传统明挖或混凝土覆盖板方式,以先进支撑稳定顶拱之工法,是最常被采用的开挖方式之一。本文探讨台湾北部某开挖中之双孔公路隧道,地形上通过一处长100 m山谷地区,其上方覆土仅20 cm～2 m,同时下方为煤碴堆积及废弃煤坑分布等不利隧道施工之因子。基于节能环保及水土保持因素考量,采用管幂工法通过。由于本案例地质材料除表土、风化岩盘及昔日矿碴外,多雨的气候,使得地表水常年汇流于山谷内,造成隧道开挖遭遇极大的困难,但经数次之抽坍应变处理后,勉为通过,其处理经验与心得,可供后续类似案例之参考。     

象山隧道岩溶涌水突泥治理技术

龙厦铁路象山隧道在富水岩溶区段开挖施工过程中突发涌水突泥地质灾害,引起地表塌陷,给周边环境和施工安全造成严重破坏和威胁,由于隧道反坡施工,造成洞内蓄积了50多万m3的泥砂和涌水。如何安全地进行抽排水及清淤工作,并针对高压岩溶突泥段采取何种技术手段进行治理,有效控制施工风险成为最关键技术难题。经过认真研究,通过实施"堵泥不堵水"地表深孔封堵溃口,顺利完成排水清淤,并采取"超前注浆、加强支护、合理开挖"等技术手段,实现了在高压富水复杂岩溶突水涌泥区封水带压安全开挖作业的目的。     

既有隧道扩挖及改建技术探讨

既有隧道的扩挖或改建需求,大致可分为基于交通量增加、新增通风或逃生空间、老旧隧道维修补强等。而往往既有隧道的建设年代久远,衬砌劣化、背后空洞、围岩的依时弱化或变形等先天条件不良,且设计图说、工程记录等付之阙如,故设计前之调查更显重要。此外,如何考量利用既有隧道之外支撑及衬砌,减少扩挖或改建过程对隧道及围岩之扰动,为设计及施工另一考量重点;而若施工期间仍需维持车辆或列车之运行,则其设计与施工之考量将与一般隧道新建工程大不相同,难度更高。本文首先搜集汇整日本所开发之8种隧道扩挖工法,以及意大利开发之扩挖工法,分别探讨其适用条件、使用限制及优缺点等,最后以一台湾案例比较说明,进而探讨各种既有隧道扩挖或改建技术,以期提供尔后相关工程之选择与参考。     

明挖车站施工安全管理

为改善安全生产环境、减少和杜绝地铁明挖车站施工过程中安全生产事故的发生,通过识别施工生产活动中存在的危险、有害因素,运用定性或定量的统计分析方法确定其风险严重程度,进而确定风险控制的优先顺序和风险控制措施,预防事故的发生。以苏州轨道交通2号线石湖路站施工为例,介绍地铁明挖车站施工安全控制要点,分别从临建阶段、围护结构施工、土方开挖、钢支撑架设及主体工程施工等7方面对安全管控做了总结,对确保地铁车站施工安全、平稳、有序进行做了有益的探索。     

有轨斜井运输安全保障体系研究

新建龙厦铁路象山隧道采用3个有轨斜井施工正洞,象山隧道有轨斜井长度长、坡度大、承担正洞运输任务重,因此存在较大的安全风险,本文通过对机构、人员责任落实及制度系统、提升机系统、钢丝绳及连接装置系统、轨道及矿车系统、信号系统的研究,建立健全安全体系,以期进一步提高有轨斜井运输安全水平。     

白果湾隧道下穿达成铁路施工技术

白果湾隧道下穿既有达成线和达成二线,全隧浅埋,洞身最大埋深34 m,最小埋深2.5 m(隧道开挖拱顶距既有铁路路基水沟底高差),施工过程中为了确保施工安全及既有铁路运营安全,采用D便梁加固既有线路、洞内超前大管棚支护、微台阶法加临时仰拱施工、控制爆破开挖、衬砌紧跟的施工方案,既确保了既有铁路运营安全又保证了下穿段隧道施工安全,对同类工程施工具有一定的参考价值。     

石林隧道软基浅埋段盖挖法施工技术

为了解决铁路大跨软基浅埋隧道施工难度,降低施工风险,加快施工进度,本文结合石林隧道软基浅埋段施工技术,通过地貌勘察、地质钻探,确定该段施工采用盖挖法(先拱部明挖施作护拱,后洞内暗挖通过的施工方法),并在护拱施作实践中,合理运用长管棚,护拱基底加固处理(找平层、加固桩、托梁)等技术措施,保障了工程质量和施工安全,成功克服了松软浅埋地质及地下水位线以上的长大隧道安全、快速施工难题,为隧道施工安全、施工进度提供了有效的技术手段。隧道软基浅埋段盖挖法施工技术具有操作简单,缩短工期、减少投资的优点,通过该技术的成功运用,积累了丰富的施工经验,为以后同类工程施工提供借鉴。     

横山隧道水平岩层快速施工综合技术

太中银铁路横山隧道主要以水平岩层(岩层水平夹角小于10°)为主,围岩从薄层到厚层,中风化到泥沙层均有。在前期施工中,隧道开挖后拱顶部位围岩极易出现开裂、脱落、掉块,甚至塌方等现象,初期支护施工后拱顶仍然易出现较大沉降、开裂、严重变形等现象,施工进度缓慢。为了解决上述问题,对水平岩层特性进行研究分析,并通过不断调整开挖方法、初期支护等参数,优化资源配置,加强关键工序的过程控制和现场管理等措施,形成了一套水平岩层隧道安全、快速的综合施工技术,以期为该类围岩隧道的设计和施工提供参考。     

雪山隧道营运中长期监测成果分析与评估

由于雪山隧道规模庞大且地质条件特殊,加上长达15年的施工期间,曾发生多次施工困难及大量涌水事件,导致其结构安全课题一直备受关注。为确认隧道之长期稳定,乃于完工后设置长期监测系统作为评估之用。长期监测工作自2009年开始,于2011年3月完成第一阶段工作,监测系统之项目包含控制点测量、内空变位监测、裂缝扩展监测、孔隙水压力量测及水量量测5大项。本文将整理现阶段之监测成果,并予分析评估,以作为未来隧道营运及维护管理之依据。     

大跨度连拱隧道开挖方法对围岩稳定性影响分析

某Ⅲ级围岩场地大跨度双连拱隧道工程为依托,基于弹塑性本构关系和D-P屈服准则,采用"地层-结构"模型,应用ANSYS程序分别对工程中的四种开挖方法(即中导洞全断面开挖、中导洞半断面法、三导洞全断面法、三导洞半断面法等)进行了数值模拟。分析、评价了四种工法条件下的围岩位移场、围岩应力场、支护结构受力三个方面的变化规律,获得了一些有意义的结论,可以为大跨度连拱隧道设计和施工提供参考依据。