单洞四车道公路隧道现场监测分析研究

近年来,我国高等级公路建设中出现了越来越多的超大断面单洞四车道隧道,与传统的单洞两车道隧道相比,其受力条件复杂,施工难度加大,施工监测愈发重要。本文通过对福建省牛寨山隧道施工过程中地表沉降、拱顶下沉、洞周收敛、围岩压力、衬砌内力等的监测与分析,探讨此类隧道施工特点。监测结果显示,超大断面隧道开挖变形大,洞口软弱围岩段受力复杂。此外,论述了现场监测对超大断面公路隧道的必要性及仰拱施作对抑制隧道变形的显著作用。     

大断面膨胀土隧道结构受力特性测试研究

研究目的:大断面隧道因其跨度大、形状偏于扁平,在施工过程中表现出独有的力学特点,经常造成围岩大变形侵限、区域性塌方、底鼓和支护结构开裂等施工风险,而这些特点在膨胀土环境中表现的尤为明显,因此研究大断面膨胀土隧道支护结构受力特性具有重要的工程应用意义。本文以银西线庆阳隧道为工程背景,首先通过室内试验确定红黏土围岩的膨胀参数,然后利用现场监测手段对庆阳隧道支护结构的力学特性进行研究,并评价其支护结构受力性能,以期对同类隧道施工起到一定的指导作用。研究结论:(1)隧道膨胀土最大膨胀率为67%,最大膨胀力达到67.42 kP a,施工过程中应加强超前地质预报,尽可能减少水害对施工的影响;(2)隧道拱顶、两侧拱腰及底部具有较大围岩压力,围岩压力呈对称分布,初支闭合后拱顶附近围岩压力基本稳定,但两侧拱腰及仰拱位置围岩压力持续增大;初支闭合后钢拱架受力持续快速增长且受力基本对称,隧道上部初支内钢拱架受力始终较大,拱顶钢拱架应力最大达到1.46 MPa;(3)二衬施作后,初支仍存在一定变形,二衬左右两侧衬砌压力增长显著,二衬两侧拱脚位置混凝土应力增大明显;(4)本研究成果可为大断面膨胀性隧道设计优化和安全施工提供理论指导与科学依据。     

大断面铁路隧道施工工法对比研究

铁路运营速度的大幅提升,对隧道断面的要求也越大,建设中出现了许多大断面以及超大断面隧道。随着隧道断面增大,隧道开挖时围岩自稳能力变差,松弛范围加大,施工难度急剧增加,如果隧道施工方法选择不当,将直接影响到施工安全、施工进度、工程投资等。本文选取交叉中隔壁(CRD)法、弧形导坑法、大拱脚三台阶法三种施工方法对在浅埋、软弱围岩段进行开挖模拟。通过对模拟结果的分析,评价开挖方案的合理性,为设计和施工提供理论依据,并为类似工程提供借鉴。     

硬岩地层中扁平大跨隧道拱盖法施工优化分析

以青岛地铁1号线人民广场站—衡山路站区间站前折返线为例,采用三维数值模拟方法分析了初期支护拱盖法分步开挖过程中地面沉降、拱顶沉降、初期支护受力和围岩应变的变化规律,进一步分析硬岩地层中扁平大跨隧道施工二次衬砌拱盖法优化为初期支护拱盖法的可行性,并通过现场监测结果加以验证。研究结果表明:硬岩地层中扁平大跨隧道采用初期支护拱盖法施工地面沉降、拱顶沉降、初期支护和围岩的应变满足规范要求,二次初砌拱盖法优化为初期支护拱盖法切实可行;拆撑是初期支护拱盖法开挖工序中的重要阶段,确定合理的拆撑长度是该工法成功应用的关键。     

复杂条件下超大跨地铁车站施工仿真技术研究

研究目的：研究复杂条件下超大跨浅埋暗挖地铁车站施工时,不同施工工序下开挖引起的地层扰动对地表沉降及拱顶下沉的影响规律。研究方法：以某超大跨浅埋暗挖地铁车站作为工程背景,利用ANSYS有限元软件作为开发平台,以浅埋暗挖隧道开挖支护理论为基础,采用平面应变模式,对双层两柱暗挖结构的三跨连拱隧道开挖支护全过程进行非线性仿真研究。研究结果：仿真计算结果与现场监测数据基本吻合,可以指导该类型隧道施工的地层沉降仿真研究、施工作业及信息化施工。研究结论：地表沉降影响范围约3倍洞径,最大沉降量为20.75 mm,拱顶最大下沉量为29.93 mm;超大跨隧道分部开挖“群洞效应”明显,在“上软下硬”围岩地层中,地层变形控制的关键工序是上部软岩断面的开挖支护,下部断面要减少爆破振动对地层变形的影响;大跨隧道开挖支护中,不同分部开挖引起的沉降量及沉降槽宽度是不同的。     

深埋异形盾构组装洞设计及变形分析

为解决山体内部大埋深、大直径盾构始发难题,提出两段式蘑菇形大断面盾构组装洞设计方案。通过数值模拟对蘑菇形组装洞在不同施工阶段的变形特征进行了探究。研究结果表明：拱顶最大变形发生于所在断面开挖阶段;洞室两侧朝向洞室的变形对上部结构向下变形的限制作用从拱顶向两侧有所减弱;拱脚水平变形呈现出先增大后减小,再增大后减小的趋势,且测点最大水平变形均发生在非所在断面开挖阶段;下断面开挖使得拱脚水平变形逐渐由背离洞室转变为朝向洞室;远离拱顶位置的水平变形受下断面开挖影响更显著;下断面水平变形方向为朝向洞室,且蘑菇头开挖对下断面测点先行位移有显著影响。     

大跨扁平隧道施工技术

大水沟隧道是西昌至锦屏水电站辅助洞上线公路的最后一座隧道,最大开挖跨度达16.41m,开挖高度9.28m,高跨比仅有0.57,属典型的大跨扁平隧道。针对大跨扁平隧道的受力和变形特点,采用先超前支护,再分部开挖并及时进行支护,在施工过程中进行拱顶沉降监测等技术措施,确保了隧道施工安全。     

基坑爆破开挖对运营隧道的影响数值模拟分析

以深圳安托山安峦公馆基坑爆破开挖工程为研究对象,采用数值模拟方法分析了爆破振动传播途径中距离爆源不同距离处的振动速度,以及大断面、小断面隧道衬砌振动速度的分布情况。结果表明:在距离地铁40 m以内爆破施工时应采取减震措施;地铁隧道迎爆侧的水平和竖向振动速度要大于非迎爆侧,隧道衬砌最大振动速度在迎爆侧拱顶和拱脚,爆破施工过程中应对隧道迎爆侧重点监测和防护;隧道断面对水平和竖向振动速度均有放大作用。     

浅埋暗挖超大跨地铁车站施工控制技术

以浅埋暗挖超大跨地铁车站为工程实例,针对其复杂地质及环境条件,介绍大断面隧道群洞施工及其控制技术:施工采用的大管棚与小导管超前支护技术、光面控制爆破技术及中洞法开挖方法有效地控制地层变形;结合施工全过程的非线性仿真及施工信息反馈,研究群洞隧道开挖对地表沉降、拱顶下沉及支护结构受力的影响规律。研究结论对大断面浅埋暗挖隧道设计、施工组织及优化控制具有实践意义。     

大断面斜井施工技术用于拱桥单桩拱座基础

超大断面大倾角单桩拱座基础为桥梁结构的新形式,应用隧道式支护方式施工桥梁桩基是一种新尝试。本文结合夜郎河桥单桩拱座基础施工实例,论述了一种隧道预应力锚索配合型钢拱架锚喷联合支护实现全断面开挖超大断面大倾角隧道斜井的施工技术,并研发出一套采用龙门吊配合的垂直、水平出渣工艺,确证了施工安全和施工效率。     

新人工填筑土地层超大断面隧道施工导致的地表沉降及其控制措施

以贵阳立体交通枢纽工程龙洞堡机场隧道工程为背景,综合运用现场测试、模型试验及数值计算方法,对超厚新人工填筑土地层超大断面隧道施工导致的地表沉降及其控制对策进行研究。基于实测的隧道拱顶沉降,根据既有的计算方法计算拱顶全部沉降;通过室内模型试验和三维数值模拟得到因地层损失引起的地表沉降占拱顶全部沉降的比率;根据拱顶全部沉降和比率计算得到隧道施工导致的地表沉降;再根据实测的地表总沉降,确定隧道施工和土体自身固结分别导致的地表沉降占地表总沉降的比例。结果表明:隧道施工导致的地表沉降是拱顶沉降的35%~36%,占地表总沉降的20%~34%,土体固结导致的地表沉降占地表总沉降的66%~80%,可见土体固结是导致地表沉降的主要因素。由此提出控制地表沉降的主要对策:通过地表钢管桩注浆加固,对土层进行改良;对拱部进行中管棚超前支护;采用大拱脚弧形导坑预留核心土台阶法开挖隧道;设置H175型钢钢架加强初期支护,二次衬砌尽可能地紧跟初期支护施作。     

深埋超大断面单拱隧道开挖有限元分析

以铁路某地下超大断面单拱隧道的2种施工方案为研究对象,该单拱超大跨隧道跨度达41.10m,高度达22.50m,开挖面积829.1573m2,属于极少见的超大跨单拱隧道,在其开挖前先进行有限元分析,分别从开挖稳定性、锚杆轴力、初衬受力和围岩变形等4方面对特大跨隧道的开挖方案修建技术进行了分析和讨论,得出一些有益的结论,可为今后类似工程提供参考。     

大断面公路隧道开挖数值模拟与监测研究

以大断面公路砂岩隧道——连湖隧道工程为依托,结合数值模拟对台阶法及CD法施工围岩应力及位移变化规律进行对比分析。结果表明,CD法开挖时拱顶下沉和水平收敛的累计位移相比两台阶法分别减少了27.8%和34.0%;围岩受力急剧增长阶段发生在洞室开挖前5 d;模拟台阶法、CD法施工时拱顶下沉和水平收敛的变形量分别比实测值小7.1%和11.8%、32.9%和41.8%;围岩整体受力呈先急剧增加后缓慢增加再趋于稳定的趋势,二衬受力稳定值分布呈中间小、两侧大的马鞍型,施工过程中需加强左右断面的监控量测工作。     

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。     

施工通道与站台隧道三岔口段施工方法及力学行为研究

针对软弱围岩双线地铁车站隧道横通道与主线隧道开挖断面差距大,交叉区域围岩受多次扰动易出现应力集中,隧道三岔口段施工风险较大,易出现安全事故等问题,以青秀山地铁车站为依托,利用MIDAS-GTS对隧道连接处施工方法及受力特征进行模拟分析.着重对比大包法和小包法施工引起的围岩位移、应力分布及塑性区范围,并进一步对小包法施工全过程进行动态力学行为研究.研究结果表明:小包法所引起的围岩位移、重分布应力、塑性区范围均小于大包法,且施工工期相比大包法更短;小包法施工过程对围岩影响主要位于三岔口隧道交叉处,拱顶部分区域出现拉应力,拱脚处压应力集中,且施工过程中围岩应力体系转换频繁,选取合适的支护方法可有效控制围岩变形.     

全风化花岗岩富水地层超大断面隧道设计技术

研究目的:在艰险困难山区,受铁路车站设置和联络线出岔影响,会出现多线车站隧道和变断面隧道,甚至形成超大断面隧道。当隧道位于软弱浅埋富水地层时,隧道建设存在以下安全风险:地形地质条件差,地下水发育,易坍塌破坏;初期支护受力大,变形控制难度大,存在变形侵限、失稳及塌方风险;隧道需采取多次开挖支护,受力转换困难,支撑拆换安全风险大。鉴于国内外软弱富水地层超大断面隧道实例不多、研究较少,本文结合实际工程,对此问题进行研究。研究结论:论文总结了国内外超大断面隧道修建技术现状,对隧道施工过程中的力学行为进行了分析,制定了隧道的超前支护措施、衬砌支护参数和施工方法,并得出如下主要结论:(1)软弱富水地层超大断面隧道修建难度大,安全风险高,造价高,需结合隧道工程的具体条件制定切实可行的支护措施和施工方法;(2)为控制软弱富水地层超大断面隧道初期支护变形和初期支护措施转换,采用大墙脚基础和多重支护措施是必要的;(3)为控制软弱富水地层变形,超大断面隧道变形及坍塌,应采取强有力的超前加固及掌子面加固措施;(4)该研究成果可为软弱地层超大断面隧道设计、施工提供借鉴。     

黄土隧道围岩含水率变化及拱架受力特征研究

为了研究黄土隧道围岩含水率和钢拱架应力在施工期间的变化规律,以在建银西高铁董志塬区上阁村隧道为例,采用现场监测方法,对黄土隧道围岩体积含水率变化规律和钢拱架受力特征进行分析研究。结果表明:黄土隧道围岩含水率在时间上呈先增长后平稳的两阶段变化,在空间上表现为拱顶和拱腰位置的含水率总体小于拱脚和仰拱底部的含水率;钢拱架应力在施工期内呈先非线性增大后出现波动最后趋于平稳的三阶段变化规律,在施工期内钢拱架对承受围岩压力、确保大断面黄土隧道围岩稳定性方面发挥着重要作用。建议对大断面黄土隧道在施工期内形成"勤测含水率、重视防排水、加强初支"的管理理念。     

浅埋偏压隧道施工过程数值分析

采用有限元分析方法对一浅埋偏压隧道开挖施工过程进行三维数值模拟分析,研究围岩变形、应力及锚杆轴力的变化规律,为评估施工方案的合理性提供依据。结果表明:掌子面距监测断面≥15 m时,监测断面的累计变形量可忽略不计;围岩最大变形10 mm,满足设计要求;由于偏压作用隧道断面周围锚杆受力分布不均匀,最大轴向压力出现在隧道拱顶左上方,为20.28 k N。     

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。     

基于拱盖法的超大断面暗挖隧道洞内逆作工法关键技术研究

基于拱盖法的超大断面暗挖隧道洞内逆作工法是借鉴"明挖逆作"的施工理念,采用双侧壁导坑法或其他分部开挖工法完成隧道拱部开挖与二衬拱盖施工,在拱盖形成后,隧道中下部断面通过永临结合的支锚体系和合理的施工组织,通过开挖支护与衬砌结构的逆作法施工减小工程风险,降低施工难度;在隧道中下部断面施工阶段,沿隧道纵向、横向、竖向进行三维空间施工组织,为隧道施工提供了充足的施工作业空间.目前,该工法已成功应用于重庆轨道交通环线一期工程民安大道站主体隧道工程建设.通过工程实践证明,该工法在降低工程风险、减小施工难度的同时,能有效提高施工效率、减少工程投资、节约工期.