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。     

不同的开挖方式对公路隧道围岩稳定性影响分析——以重庆公路隧道为例

以重庆某高速公路隧道为研究对象,采用ANSYS有限元软件分析了台阶法和全断面开挖法两种开挖方式对高速公路隧道围岩稳定性的影响。研究表明,重庆某高速公路隧道的围岩是以页岩、泥岩和泥质砂岩等多种围岩材质共同构成的一个高速公路的地段,而其中对于围岩的分类主要是可以分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ这3类围岩,但是其中最能代表整个围岩路段的是IV类围岩。把该高速公路隧道的挖掘方式进行比较分析时,发现使用上下台阶正断面的挖掘方法可以最大程度地减少隧道围岩所移动的位移距离;进行施工前期支护时,对于隧道围岩的移动位移可以进行控制和制止,这样在进行隧道施工作业时稳定性得到保证。通过应力场对比,采用上下台阶正断面方式时,隧道围岩在整个开挖过程受到的扰动要小于全断面方式。在隧道各部位具有较小的塑性区范围应力集中。在初期支护施加后,可较好地改善应力集中现象。     

江肇高速公路毛毡岭隧道洞口浅埋段施工

江肇高速公路毛毡岭左线隧道肇庆端洞口V级围岩超浅埋且为碎石土与全-强风化泥岩的软弱围岩,针对其实际情况,施工中遵循“早进晚出”的原则提前进洞,减少了隧道施工对烂柯山自然保护区的环境破坏。隧道进洞采用了长管棚、小导管注浆等措施加固岩体,洞内采用双侧壁导坑法施工减少了隧道一次性开挖断面,施工中结合监控量测和超前地质预报及时调整支护参数,确保了隧道安全通过超浅埋段,满足了施工工期要求和对自然保护区环境的保护。     

江肇高速公路毛毡岭隧道洞口浅埋段施工

江肇高速公路毛毡岭左线隧道肇庆端洞口Ⅴ级围岩超浅埋且为碎石土与全-强风化泥岩的软弱围岩,针对其实际情况,施工中遵循"早进晚出"的原则提前进洞,减少了隧道施工对烂柯山自然保护区的环境破坏。隧道进洞采用了长管棚、小导管注浆等措施加固岩体,洞内采用双侧壁导坑法施工减少了隧道一次性开挖断面,施工中结合监控量测和超前地质预报及时调整支护参数,确保了隧道安全通过超浅埋段,满足了施工工期要求和对自然保护区环境的保护。     

软弱围岩大跨度公路隧道施工方案研究

某公路隧道最大断面宽度为20.25 m,属于大跨度公路隧道。隧道洞身段围岩主要为IV级、V级砾岩、砂岩,具有岩质极软、岩体极破碎、自稳定能力差的特点。在施工扰动下,易发生软弱围岩自承能力丧失,引起塌方事故的发生。为确保该隧道的施工安全,根据该隧道的地质情况,选用中隔壁法和交叉中隔壁法为备选施工方案,对软弱围岩地区大跨度公路隧道的合理施工工法开展研究。研究表明采用中隔壁法施工时所产生的拱顶沉降、支护结构应力及地表沉降均为最小。中隔壁法可有效地控制大跨度公路隧道开挖工程中软弱围岩的稳定性。该研究成果可为类似工程提供有益参考。     

城市大断面破碎山体双连拱隧道施工技术

九华山隧道采用大断面双连拱,穿过两个破碎带,开挖宽度31.5 m,高度9.18m,隧道围岩为Ⅴ~Ⅳ级。在工程地质条件复杂、开挖断面大、工期紧的条件下,根据现场实际情况,施工采用三导洞加横通道施工法,大幅度缩减了工序,破除了常规进尺限制,确保了隧道的施工安全和工期,为同类工程施工提供了重要的借鉴意义。     

漫谈矿山法隧道技术第十讲——软弱围岩隧道中开挖断面早期闭合的施工技术

阐述开挖断面早期闭合的概念,指出: 1）开挖断面早期闭合是针对不良围岩的对策; 2）围岩越差,要求闭合的时间、距离越短; 3）开挖断面分部越多,闭合距离越长,对控制变形不利; 4）开挖断面的早期闭合是指初期支护的闭合,而不是指二次衬砌的闭合。介绍了日本隧道早期闭合仰拱设置方法分类。认为我们已经知道如何实现早期闭合,但还没有做到,这需要机械化水平的提高、缩短单项作业时间才能做到。日本采用的开挖断面早期闭合工法已经标准化,介绍其标准模式及开挖断面早期闭合模式的内涵。通过对日本采用早期闭合工法隧道的实例统计分析,将隧道围岩早期闭合模式划分为5种,归纳了采用早期闭合工法的理由,统计了哪些围岩条件需采用早期闭合工法,并介绍了开挖断面早期闭合隧道的构造参数,以及开挖断面早期闭合隧道的施工方法。以日本七尾公路隧道为例,详细阐述全断面早期闭合施工的管理方法,包括全断面早期闭合的管理项目,最终位移值的管理基准值和初期位移速度的管理基准值及如何确定,全断面早期闭合模式的基准及如何根据施工实际进行修正。从国内外软弱围岩隧道的施工实例,特别是开挖断面早期闭合的实例中,总结软弱围岩隧道大断面施工技术的基本经验。最后指出把掌子面前方围岩的补强与掌子面后方开挖断面早期闭合结合在一起,在有水的条件下,再把掌子面前方围岩的超前钻孔预测组合在一起,是解决不良围岩隧道施工的基本方法。     

滇中红层地质大断面浅埋隧道的工法适应性研究

大断面公路隧道浅埋段地质条件多变,结构受力复杂;加之处于层间结合力差的滇中红层地区,在隧道开挖过程中极易发生围岩坍塌、失稳,支护变形、开裂等灾害影响。考虑隧道施工过程及运营期间的安全性和结构耐久性,应根据隧道所处地质环境选择合适的施工工法;本文工程背景为宜石公路昆明段山冲箐隧道,借助Midas GTS/NX有限元软件研究V级围岩条件下不同开挖工法对隧道稳定性的影响。结果表明CRD工法在V级围岩段施工时,隧道右拱腰处水平位移值最小;采用双侧壁导坑法开挖时,隧道左拱腰位移、拱顶沉降以及围岩塑性区分布范围较小;基于不同工法结果对比,建议在类似工况中采用双侧壁导坑法。     

浅埋黏土层大跨度隧道施工技术与塌方风险分析

为了研究黏土层浅埋大断面隧道洞口施工的塌方风险,从围岩地质条件与隧道设计特点两个角度分析了依托隧道工程的洞口施工难点,并提出相应施工工法和加固措施。在隧道典型段落的掌子面采用地质雷达进行短距离超前地质预报,以预报结果为基础,再综合考虑隧道水文和地质条件、施工状态和隧道管理水平,选择了围岩级别、隧道埋深、地下水、开挖方式、隧道跨度与施工水平作为塌方风险评估因素。以100多座典型隧道的塌方事故资料作为依据,提炼塌方事故主要致灾因子及其发生频率,采用频数统计法计算各风险因素的客观权重,通过专家对风险因素评分与层次分析法计算和获取各因素的主观权重和分配权重,再通过工程中广泛使用的Karwowski模糊隶属度函数确定各风险因素不同风险等级的隶属度,以此构建权重矩阵与隶属度矩阵,计算出隧道塌方综合风险隶属度,根据最大隶属度原则确定塌方风险等级。最终形成了一套黏土层浅埋大断面隧道塌方风险评估模型,将塌方风险评估模型应用到依托工程大罗山隧道中,结果表明:隧道评估段塌方风险结果为IV级,属于危险级别;洞内实际开挖引起地表发生塌陷,围岩含水丰富,评估和开挖揭露的塌方风险等级具有较高的一致性,验证了该风险评估模型的可靠性和适用性。     

论软弱围岩隧道施工的对策措施

软弱围岩强度低、自稳能力差,隧道开挖后由于地应力重新分布,使隧道周边产生较大的松动圈,若施工方法和工程支护措施不当,易发生初期支护变形侵限,甚至坍方等安全事故。根据隧道实际地质条件,在对掌子面采取有效预加固措施的情况下,实现大断面甚至全断面非爆破开挖,使用先进专业设备,能够有效克服目前隧道软弱围岩施工中存在的问题,提升隧道施工技术水平。     

沙尔-沙尔隧道洞口段施工方法数值模拟研究

以沙尔-沙尔隧道为研究对象，结合隧道的施工设计、支护参数和地质情况，通过对隧道南洞口段进行全断面开挖与分台阶开挖两种施工方式的数值模拟，分析了围岩和支护结构在不同施工方式的应力场、位移场，经对比分析研究认为采用分台阶开挖模式，隧道结构变形较小，能够保持稳定状态，为指导施工和修正支护参数提供科学依据。     

江肇高速公路毛毡岭隧道洞口浅埋段施工

江肇高速公路毛毡岭左线隧道肇庆端洞口V级围岩超浅埋且为碎石土与全一强风化泥岩的软弱围岩,针对其实际情况,施工中遵循“早进晚出”的原则提前进洞,减少了隧道施工对烂柯山自然保护区的环境破坏。隧道进洞采用了长管棚、小导管注浆等措施加固岩体,洞内采用双侧壁导坑法施工方法减少了隧道一次性开挖断面,施工中结合监控量测和超前地质预报及时调整支护参数,确保了隧道安全通过超浅埋段,满足了施工工期要求和对自然保护区环境的保护。     

大别山隧道围岩破碎带全断面开挖施工方案研究

以客运专线合武铁路大别山隧道工程大断面施工为背景，在通过隧道施工设计中存在的围岩破碎带时，应用TSP超前地质预报初步确定破碎带的距离和走向，并结合隧道施工现场开挖揭露出的围岩情况，应用离散单元法（UDEC）对围岩破碎带全断面施工开挖、支护方案参数进行数值模拟理论分析。现场实测结果表明，监控量测成果和离散元计算成果中隧道拱顶下沉规律基本一致，且变形量小于设计允许值，证明隧道围岩及初期支护结构处于完全稳定状态。     

公路隧道开挖围岩稳定性数值模拟研究

公路隧道施工中控制隧道围岩在开挖后的变形,避免发生过大变形与破坏,为隧道二次衬砌争取时间是隧道施工中的关键问题。本文采用有限元数值模拟方法,模拟分析某一公路隧道的施工开挖过程,研究在不同的工况条件下,隧道围岩的稳定性,根据分析结果为隧道施工选择了合理的开挖施工方法,隧道典型断面的监测结果表明采用的施工方法能够满足开挖施工的安全及进度要求。     

万开高速公路铁峰山2~#隧道右线突水段治水施工技术方案

铁峰山隧道是万开高速公路上地质条件复杂的公路隧道,隧道开挖至K26+187位置时,隧道围岩地质变差,掌子面开始出现股状涌水,后掌子面开始出现特大涌水和坍塌现象,导致开挖面被淹,严重影响了正常施工,通过地质钻探等综合预测预报手段并结合涌出物分析,决定采用全断面预注浆技术进行封堵,有效地堵住了地下水,并对围岩进行了加固,恢复了正常施工。     

软岩隧道台阶法与全断面（含仰拱）法施工比较研究——以成兰铁路平安隧道为例

以成兰铁路平安隧道软岩段施工为背景,采用数值模拟、理论计算和现场试验等方法对全断面（含仰拱）法和台阶法施工时的围岩变形、初期支护受力及施工组织等方面进行比较分析,结果表明： 上下台阶法相比全断面（含仰拱）法开挖围岩要稳定,但全断面（含仰拱）法开挖累计变形量更小; 2种方法开挖产生的剪切、拉伸破坏区的范围大小相近,均能满足结构安全的需要,而全断面（含仰拱）法的施工质量比上下台阶法易于控制; 全断面（含仰拱）法在人员投入和施工进度等方面明显优于上下台阶法。     

小净距隧道开挖空间效应分析

依托某隧道的设计及施工,建立小净距隧道的三维计算模型,对小净距隧道IV级围岩段台阶法开挖进行数值模拟计算,对其开挖过程中位移场、应力场、喷射混凝土初期支护随空间变化规律进行分析,结果表明:小净距隧道施工过程中存在先行洞和后行洞相互扰动的现象,量测断面的位移主要产生于隧道开挖至量测断面及通过后;边拱和仰拱所受弯矩大,在拱腰位置出现较大的正负弯矩容易造成初期支护混凝土开裂。     

某地铁上下线平行隧道施工关键技术研究

该文以某地铁线路为研究对象,针对该线路存在上下平行式隧道,通过建立隧道的有限元模型,对隧道开挖后围岩周边的应力分布、应变特征及位移情况进行了分析,对可能产生环境影响的拱顶沉降进行了全面监控。数值分析表明:先行隧道采用全断面法可以控制围岩变形并使围岩变形处在允许范围内,综合考虑施工便利性、投资等多种因素,先行隧道采用全断面法施工。从监测结果可知:该断面在开挖后的沉降和水平变形速率始终平稳、正常,沉降残差均未超过2mm,且随时间下降,趋势平缓,说明了围岩已基本稳定,隧道施工过程安全。     

大溪岭——湖雾岭隧道施工技术

在溪岭－湖雾岭隧道为双洞童向行车双车道隧道，左右洞全长均为4110m，直线隧道，隧道全长的80％为Ⅳ、V类围岩，采用全断面法进行施工。本以Ⅳ类围岩为例，对全断面开挖爆破技术和机械化施工、二次衬砌施工、紧急焦车带和汽车横通道区段施工等进行总结。     

郑万高铁大型机械化施工隧道位移控制基准研究

依托郑万高铁湖北段大断面隧道洞群,针对其开挖断面面积大、软弱围岩占比高、采用大型机械化大断面法施工的特点,开展初期支护位移现场监控量测,对监控量测数据进行分类统计、包络回归分析,得到Ⅳ、Ⅴ级围岩深、浅埋不同大断面法（全断面法、微台阶法）开挖下初期支护位移沿隧道纵向的函数表达式及各工况下分段位移占极限位移的比值。最后结合 Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中初期支护极限位移值,给出郑万高铁大型机械化施工隧道各工况下初期支护位移控制基准建议值。结果表明： 郑万高铁隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用深、浅埋不同大断面法开挖时,按距掌子面距离的分阶段位移控制基准相差较大,现行Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中统一规定不合理;围岩级别、埋深及开挖方法相同时,拱顶沉降和洞周水平收敛规律基本一致。