软弱地层中浅埋隧道不同工法开挖的力学特性研究

为确定软弱地层中浅埋隧道开挖时围岩的力学特性,以穿越饱和砂土地层的某城际高铁隧道为依托,采用数值模拟和现场试验手段,研究不同工法下围岩位移、地表沉降、初期支护受力情况的变化规律,并通过现场测试数据进行验证。结果表明:由于开挖过程中设置了中隔壁等临时支护,CD法能更有效控制变形的发展,因此洞内围岩位移、地表沉降、初支结构的应力、内力均比台阶预留核心土法小;现场监控量测成果与CD法数值模拟数据在规律上较为符合,CD法应用于饱和砂层中,引起的围岩位移、地表沉降、支护结构内力等均在安全值范围内,能保证浅埋隧道的施工安全。     

大断面黄土隧道台阶法施工数值模拟研究

针对新建忻州隧道工程,运用有限元通用软件ANSYS,对大断面黄土隧道采用台阶法施工的过程进行数值模拟,探讨了采用台阶法施工隧道的围岩、初期支护及二次衬砌应力场和位移场随施工步的变化规律。在此基础上,研究了隧道初期支护、二次衬砌的支护效果以及隧道开挖对已施作初期支护受力及变形的影响。结果表明:①隧道施作初支有利于降低地层压应力,减小隧道变形;施作二衬能有效降低地层和初支的主应力,对隧道变形影响不大;②隧道的进一步开挖将导致已施作初支的压应力及位移值增大,使初支处于更危险的状态。     

特大断面城市道路隧道力学特性与变形规律研究

为了研究特大断面城市道路隧道施工过程中力学特性和变形规律，依托重庆火凤山隧道工程，采用现场监测和数值模拟方法对特大断面城市道路隧道支护结构力学特性及其位移规律开展了研究。研究结果表明：采用分部开挖的方法，围岩位移稳定需要的时间较长，仰拱与拱顶处的最大主应力值相对较大，而拱腰区域初期支护的最小主应力相对较大；隧道竖向相对变形值较水平方向相对变形值更大，约相差3～5倍，且这种差异随隧道断面形状的增大而增加；隧道上部围岩压力约为下部的1.44～2.16倍，呈现上部大下部小的分布规律。     

浅埋软弱围岩隧道微桩锁脚施工技术研究

针对浅埋软弱围岩隧道开挖施工的沉降变形问题，以翁多隧道为依托，结合现场监测数据研究了“三台阶+微桩锁脚”施工技术下隧道初期支护结构的受力及变形特征。结果表明：两种支护结构下随着施工开挖的不断推进，围岩和钢拱架应力变化规律相近，先急剧增加并达到峰值，然后呈缓慢下降趋势，并逐步趋于平缓；累计沉降量则呈缓慢增大趋势。隧道拱顶位置处应力最大，风险最高，常规锁脚锚杆支护拱顶处围岩压力、钢拱架应力分别为0.55、74.10 MPa，累计沉降量最大值为6.70 cm，微锁桩支护时围岩、钢拱架峰值应力分别增加0.55、23.50 MPa，累计沉降量减小了3.96 cm。可见，微型桩技术方案可有效改良浅埋软弱围岩隧道结构的变形与沉降值，控制隧道变形，避免隧道因大变形导致侵限换拱，降低了施工安全风险，具有一定的应用前景。     

单洞四车道超大跨度公路隧道Ⅳ级围岩合理施工方法研究

为研究超大跨度公路隧道的合理施工方法,该文以连霍高速公路新疆境内小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程杏花村1号隧道为依托,通过数值模拟方法对超大跨度公路隧道Ⅳ级围岩采用CD法、上台阶CD法和三台阶七步开挖法施工的隧道变形和支护结构受力情况进行分析,在变形与支护结构受力满足设计要求的前提下,考虑各施工方法的优缺点等因素,确定最合理的施工方法,通过开展现场试验分析施工方法的可行性。结果表明：(1) CD法、上台阶CD法和三台阶七步开挖法数值计算的隧道变形均不大于21 mm,初期支护安全系数分别为2.48、2.41、2.28,大于隧道设计细则要求的最小安全系数,变形与支护结构受力均满足设计要求;(2)对比3种工法的优缺点,结合隧道地质条件等因素,确定杏花村1号隧道Ⅳ级围岩最优施工方法为上台阶CD法;(3)根据现场测试结果,Ⅳ级围岩采用上台阶CD法施工,拱部下沉最大值为14.6 mm,周边位移最大值为15.0 mm,隧道变形控制效果较好;初期支护的最小安全系数为6.94,满足设计要求。     

循环进尺对大断面浅埋隧道稳定性的影响

依托某高速公路大断面浅埋隧道工程,结合有限元数值分析方法,从围岩竖向位移、隧道净空收敛、支护结构内力、围岩塑性区四个角度对该隧道三台阶施工方法的合理循环进尺展开模拟分析。结果表明:循环进尺长度大于1. 5 m不满足该隧道开挖稳定的要求,从支护结构内力分布角度来看,循环进尺长度越小对支护结构内力分布越有利,因此,三台阶法开挖该隧道时,循环进尺长度设置为1～1. 5 m能保证该隧道的开挖稳定。     

隐伏溶洞对连拱隧道中隔墙力学特性影响研究

通过有限元方法,研究了岩溶地区隐伏溶洞存在的连拱隧道区段开挖施工过程中,埋深对中隔墙和围岩的应力、位移的影响,进而推导了中隔墙适用长度的公式。研究结果表明:(1)拉应力主要集中在中隔墙底部位置,压应力集中在中隔墙中间位置,随隧道埋深的增加,其大、小主应力均呈线性增加;(2)随埋深增加,围岩水平位移与竖向位移均增加,且变化率逐渐增大,其水平位移集中在左、右洞拱肩及拱腰处,竖向位移集中在拱底及拱顶处;(3)建议使用强度判据对连拱隧道进行稳定性判断,且中隔墙的极限长度为60/tanα(m)。     

上下台阶法和CRD法施工下超大断面隧道围岩控制机制数值试验研究

为明确超大断面隧道软弱围岩破坏及控制机制,系统开展上下台阶法和CRD法开挖方式下超大断面隧道软弱围岩控制机制数值试验,对比分析不同强度等级围岩下隧道拱顶位移、最大塑性应变、支护构件受力变化规律,得出结论:不同开挖方式对隧道拱顶位移、最大塑性应变、支护构件应力影响显著;CRD法对隧道的拱顶位移、最大塑性应变、支护构件应力的控制效果比上下台阶法要好,且随围岩强度等级越低、隧道拱顶沉降越大,塑性区范围越大,支护构件应力越大,围岩稳定性越差。     

软岩隧道双层初支长台阶施工工法研究

以华丽高速公路东马场1号隧道工程为依托,依据数值模拟结果及现场监测变形数据比较不同台阶长度对洞周位移、初支应力的影响。结果表明：围岩变形均随中台阶长度的增长而增大,当中台阶到一定长度时,变形增加速度变缓。隧道初支应力均随中台阶长度的增长而减小,当中台阶到一定长度时应力减小速度变缓。加长中台阶长度有利于围岩应力释放,支护结构受力得到减小,虽然围岩变形有所增大,但增大幅度不大。     

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。     

浅埋双侧偏压小净距隧道开挖稳定性分析

为了研究浅埋双侧偏压小净距隧道开挖后围岩变形及支护结构受力分布规律,以某高速公路隧道为依托,采用数值分析方法对小净距隧道左右洞开挖支护完毕后的围岩塑性区分布、竖直和水平位移分布,以及初期支护结构的弯矩、轴力和剪力进行研究和分析。研究结果表明:浅埋偏压小净距隧道开挖后塑性区主要分布在隧道左右洞的两侧拱脚处,拱顶处竖向位移最大,拱腰处水平位移最大;初期支护结构在边墙处的弯矩和剪力均较大,轴力在拱腰处最大。建议该类型隧道设计与施工时需加强对隧道边墙及拱脚处的支护,并加强隧道内空变形监测。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

中老铁路膨胀性盐岩地层隧道结构体系优化及施工技术探究

为解决膨胀性盐岩地层隧道修建时出现的大量衬砌裂缝、仰拱底鼓开裂等问题,同时为保证隧道后续快速安全施工及长期健康服役,采用现场调查、数值模拟和监控量测等方法,对膨胀性盐岩地层隧道结构及施工技术进行深入研究。研究结果表明:1)含盐地下水对混凝土的侵蚀引起的膨胀压力是原马蹄形隧道衬砌开裂的根本原因。2)250 k Pa的地层膨胀压力可大幅度增大围岩变形,但对隧道掌子面纵向挤压变形基本没有影响,可减小拱顶处的最大主应力,但会大幅度增大仰拱处最小主应力。3)多层支护可对洞周围岩变形起到积极的约束作用,也可明显减小掌子面纵向变形,对初期支护最大主应力基本无影响;无膨胀压力时,会引起墙脚最小主应力集中;有膨胀压力时,可减小其他部位的最小主应力。综合考虑围岩稳定性、支护受力以及施工成本控制等,膨胀性盐岩地层多层支护隧道施工宜采用二台阶法。现场实测证明采用3层衬砌、2层防水、全环注浆并施作隧底阻水榫后,围岩变形量小,衬砌未开裂。通过指数函数对围岩变形进行拟合,证明数值计算结果基本可靠。     

管幕冻结法浅埋大断面隧道开挖方案对衬砌性态及地层位移的影响

经验表明,在软土、浅埋大断面隧道开挖方案中,加固方式对衬砌结构受力、隧道收敛变形和地层位移影响显著。港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道具有隧道埋深浅、结构断面尺寸大、地质条件差、地理位置政治敏感性强等特点。以该隧道为背景,利用数值模拟方法,分析大直径钢管管幕冻结法施工和隧道开挖方案对衬砌结构受力和地层变形的影响。经分析发现:不同开挖方案对衬砌受力、变形和地层位移的影响显著;在分台阶开挖过程中,台阶越小,引起的衬砌受力、隧道收敛变形和地层位移越小;管幕冻结对改善衬砌受力和地层位移效果显著,根据管幕冻土受力特性对其关键受力部位提出建议。     

堆积体隧道围岩及支衬体系空间力学特性

为研究堆积体隧道围岩和支衬体系受力空间变化规律,采用三维弹塑性有限元法模拟隧道施工过程,得到了洞室周边围岩和支护结构应力随掌子面开挖的变化过程。结果表明,隧道开挖对不同部位围岩扰动大小存在较大差异,扰动后拱部围岩应力强度较小,拱脚和边墙围岩应力强度最大,仰拱围岩应力波动较大但量值总体偏小;管棚在隧道开挖前后受力状态发生明显改变,支护和衬砌过程中有微小波动;拱部系统锚杆对于维持围岩临时稳定发挥了一定作用,但其作为永久支护对围岩长期稳定作用不大,锁脚锚杆在下台阶开挖以及隧道长期稳定方面均发挥了重要作用;初支拱部受拉、边墙和拱脚受压显著,其中拱腰、拱脚分别为拉、压控制性截面;与钢筋混凝土强度相比,二衬受力较小,具有较大的强度储备。     

隧道三台阶带仰拱一次开挖台阶长度研究

为进一步提高软弱围岩条件下隧道开挖的安全性及稳定性,依托玉磨铁路新平隧道工程,利用有限差分数值模拟软件,对软弱围岩铁路隧道三台阶带仰拱一次开挖工法的台阶长度进行优化研究,主要对比了5种不同台阶高度开挖方案的初期支护位移及内力。结果表明:采用工况5(台阶长度6m)的拱顶沉降值、拱肩收敛值、边墙收敛值均最小,分别为3.91mm、0.78mm、4.78mm;工况1(台阶长度4m)的结构安全性最高,最小安全系数最大,为6.17;综合结构位移及内力,新平隧道软弱围岩段建议采用工况4的台阶高度进行施工。     

浅埋偏压连拱公路隧道施工数值模拟分析

对于浅埋偏压连拱公路隧道,在洞口软弱围岩段。采用三导洞配合台阶法施工是可行的。其施工顺序应采用先埋深较浅一侧隧道再埋深较深一侧隧道。在施工中。中墙不会因为地表的偏压和不对称施工而产生过大的倾斜,从而影响中墙的稳定性。在施工中及时施作初期支护有利于控制围岩的变形．从而满足围岩的稳定和施工的安全。当地形较低一侧埋深太小时。应采用人工回填土的方式来增大覆盖层厚度,以便满足隧道进洞的最小埋深．同时应采用管棚加固措施。     

四车道大断面浅埋偏压隧道CD法开挖数值模拟分析

基于某偏压公路隧道的设计、施工以及地质情况,采用有限元软件midas模拟CD法不同顺序开挖隧道的施工过程,对比分析围岩位移以及支护内力情况。结果表明：从埋深小的一侧开挖比从另一侧开挖的隧道围岩位移、支护内力值都要小。最后经过综合分析,确定了从埋深大的一侧导坑开挖为优选方案,可为同类隧道的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

基于卸载效应的软岩隧道开挖方案优化分析

为了得到软岩隧道较为合理的开挖施工方案,以某公路隧道软岩隧段为研究对象,借助FLAC3D,对该隧段在不同卸载条件下的开挖方案进行了数值模拟,研究了在不同卸载条件下该隧道软岩段围岩的应力应变特征,并与现场监测结果进行了对比验证。结果表明:开挖卸载过程中,卸载顺序对围岩的受力变形具有明显的影响,开挖卸载面附近形成一个应力降低区,最大挤出位移集中在掌子面或核心土的中心区域,三台阶预留核心土开挖方法最大竖向位移和最大围岩压力均较其它四种开挖卸载方法要小。综合考虑围岩应力、竖向位移、掌子面挤出位移对围岩稳定性的影响以及施工便利,较为合理的开挖方案为三台阶开挖方法。现场监测验证了数值分析的可靠性和三台阶开挖方法的合理性。     

软岩隧道埋深及施工进尺对围岩稳定性影响分析

该文以中国西部某隧道为研究对象,采用三维有限元数值模拟手段对埋深及施工循环进尺对隧道围岩的稳定性进行了分析,针对不同埋深状况下围岩应力、围岩位移、塑性区及其初支应力的状况,以及不同循环进尺对围岩应力、围岩位移等的影响进行了探讨。研究结果表明:隧道埋深越深,对围岩和支护体系均存在不利影响,需在埋深较大的地段,加强监控量测,必要时需施加钢支撑,以增加初期支护的抗压能力;大进尺施工对围岩应力的最大拉应力和洞周位移影响较大,建议施工时循环进尺选择1.5~2m为宜。