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。     

浅埋偏压双连拱隧道围岩压力计算方法研究

由于双连拱隧道与单拱隧道在跨度、施工方法等方面的区别,对于双连拱隧道采用经验法或依据单拱隧道的荷载计算方法是不合理的.通过对双连拱隧道开挖平衡拱影响范围的分析,对双连拱隧道深浅埋分界深度的判别基准进行初步探讨,并由此对双连拱隧道荷载计算方法进行分析研究,建立双连拱隧道围岩压力荷载合理的计算方法.     

软弱围岩隧道的受力和变形研究

以山东某高速公路隧道的工程实例为依托,根据新奥法修筑隧道的特点,采用收敛仪、激光断面仪对拱顶下沉和周围收敛位移进行了动态监控量测,结合当地的地质条件和理论分析,运用Origin数据处理软件对该公路隧道的实测数据分别进行三种不同的曲线函数的回归分析,通过分析得出:拱顶下沉和周边位移收敛量采用指数函数进行拟合效果最佳,确定了拱顶下沉和周边收敛的变化规律和最终值,并提出了二衬施作的合理时间,最后通过拱顶下沉和周边收敛的沉降速率评价了该断面围岩的稳定性。该结论表明了隧道施工过程中进行监控量测的必要性,该方法为提高该类似软弱围岩隧道结构物的使用安全性和可靠度提供必要的基础信息,为类似工程提供参考和指导性建议。     

双连拱软岩隧道稳定性分析

以某双连拱隧道洞口段为例,基于ADINA软件对其开挖所产生围岩变形进行数值分析,并对地表沉降、拱顶下沉及水平收敛变形情况进行现场监测,将两者结果进行对比分析。研究结果表明,采用分步开挖方式能有效控制双连拱软岩隧道围岩的稳定性,监测结果也验证分步开挖方式的可靠性。     

节理岩体中纵向间距对连拱隧道稳定性的影响

为了研究双连拱隧道左右幅开挖对临洞的影响,以云南省晋红高速公路蔡官营隧道为研究对象,采用块体离散元软件3DEC中的黏结块体模型建立数值模型,模拟分析双连拱隧道一侧开挖对临洞拱顶沉降和围岩节理破坏范围的影响。研究结果表明：该模型能够合理地表征蔡官营隧道纵向间距过大或过小时现场出现的异常变形及结构破坏等现象;开挖过程中,无论是先行洞或后行洞开挖都会造成临洞拱顶沉降值增大及围岩中张拉、剪切破坏节理数量的增加,且破坏的节理主要以剪切滑动破坏为主,说明除了位移、应力外,节理破坏数量的变化也可作为围岩所受扰动大小的判断依据。然后以多个指标为判断依据,研究该隧道左右幅掌子面不同纵向间距对隧道围岩及支护结构的影响,进而确定合理的纵向间距;根据先行洞掌子面附近拱顶沉降值变化得出合理间距不小于30 m,根据张拉失稳节理面的数量得出合理间距为20~40 m,根据处于滑动状态的节理数量得出合理间距为30~40 m,根据发生滑动节理数总和得出合理间距为20~40 m,根据中隔墙的水平位移得出合理间距为20~40 m,根据二衬弯矩值得出合理间距不大于40 m,综合所有判断依据,得出隧道左右幅掌子面纵向间距应介于30~40 m（隧道净空的2~2.5倍）之间。在后续施工过程中,将左右幅掌子面纵向间距严格控制在该范围内,最终隧道顺利实现了贯通。     

双连拱隧道围岩稳定性模型试验研究

本文结合广(州)惠(州)高速公路小金口双连拱隧道实际工程,利用相似模型在Ⅱ、Ⅲ类围岩条件下,采用三导坑法、双导坑法和中导坑拓展法三种施工方法进行模型试验研究。得出最大的周边径向位移发生于拱顶, 其次为拱腰部位,径向位移收敛警戒值的范围不能超过10mm;从洞室的失稳特征分析,衬砌最容易在隧道边墙及中墙与衬砌搭接处出现裂缝;通过模型试验提出了连拱隧道在Ⅲ类围岩中采用中导坑拓展法施工,对围岩扰动较小,有利于隧道稳定。研究成果对双连拱隧道的设计与施工具有重要指导作用。     

复合式盾构隧道下穿珠江北航道的掘进过程对环境影响研究

针对珠江三角洲城际快速轨道交通广州至佛山段复合式土压平衡盾构隧道下穿珠江北航道的掘进过程进行了研究，结果表明:通过数值模拟分析左、右线隧道开挖后，其拱部最大垂直位移和最大水平位移分别小于竖向位移、水平位移允许值，验证了衬砌结构安全性；断面最大位移满足沉降要求，下穿珠江施工对环境影响较小。通过现场监测得出隧道开挖完成后，河床泥面最大位移以及拱顶沉降和洞径收敛值，远小于控制标准，单次沉降小于预警值，总体上满足设计要求。     

隧道施工全站仪自由设站非接触量测的安全基准应用研究

监控量测是隧道安全施工的重要控制手段,安全管理控制基准的建立对隧道节约设计和安全施工具有保障作用。目前公路、铁路隧道施工规范的位移控制基准都是以相对位移控制建立,而对于特定跨度、特定施工方法的必须进行非接触量测的矢量位移控制基准尚无规定。文章通过对全站仪自由设站的非接触量测实践的分析研究,提出了非接触量测的三维矢量位移控制基准和非接触量测的隧道施工安全管理判定基准,从而对非接触量测中判断隧道开挖施工时的围岩、支护结构的稳定性具有重大的经济意义和实际应用价值。     

隧道施工位移监测及分析

为了掌握隧道施工过程中隧道周边收敛以及围岩内部位移的变化规律,用SW-Ⅵ收敛计、三点位移计分别对隧道初期支护和二次衬砌阶段进行了位移监测,并对2个阶段所采集的数据进行了分析。分析结果表明各测试段位移平均速率均小于基本稳定判别标准,说明隧道支护结构工作状态良好。     

公路隧道监测数据处理及回归分析

基于宜昌市某隧道工程监测数据,给出并分析隧道在施工过程中围岩变形随时间变化曲线,并采用合理的回归函数进行回归分析。通过精度分析讨论不同回归函数在回归分析中的适用性。分析结果表明,台阶法施工过程中围岩变形曲线呈现明显的"双平台"特征;对不同的围岩变形曲线做回归分析时,回归函数的选取有其适用性和局限性。     

隧道监控量测的数据回归分析探讨

监控量测是掌握隧道施工中围岩动态变化过程的手段,通过对监控数据的回归分析可以预测围岩的最终位移等,进而有效地指导隧道设计与施工。讨论可以作为回归函数的类型,把函数U=A-Bln（1/t＋C）作为回归分析函数,从理论上分析是合理的,工程实例证明也是有效的。提出选择回归分析函数的原则。通过改变常数C使拟合残差平方和更小,从而使回归效果更加符合实际,对隧道施工监控量测数据分析具有一定的指导意义。     

不同地表倾角下台阶法施工对大断面隧道变形的影响分析

依托简浦高速公路长秋山大断面隧道工程,运用有限差分软件FLAC3D对该隧道采用三台阶工法的动态开挖进行了模拟,分析了不同地表倾角下台阶长度对隧道洞周位移的影响规律。结果表明:浅埋大断面公路隧道三台阶法施工,隧道洞周位移大小顺序为:仰拱隆起 拱顶沉降 水平收敛;不同地表倾角下,隧道拱顶沉降及仰拱隆起变化主要发生在台阶长度为4~6 m之间,说明短台阶或超短台阶法能够较好地控制隧道的洞周变形,更为适合软弱围岩大断面隧道的施工;台阶长度从10 m开始,隧道洞周位移逐渐收敛,可作为浅埋大断面隧道台阶法施工下洞周位移的"起始收敛点";隧道地表倾角对隧道洞周位移的变化影响较大,因此,实际施工中应根据地表的不同倾角,选择更为合理的台阶长度进行施工,确保软弱围岩大断面隧道的安全施工。     

基于收敛-约束法和ZSI的隧道初期支护时机研究

为了解决隧道开挖后初期支护的时机问题,提出了基于收敛约束原理和围岩局部安全评价方法单元状态指标(Zone State Index,ZSI)的初期支护时机确定方法。该方法首先计算得到隧道的围岩特征曲线,结合围岩位移速率先对最佳支护时机对应的围岩应力释放率进行初步判定;然后再利用单元状态指标ZSI对围岩局部稳定性进行确认评价,增加了支护时机选择的正确性。最后以相同变量围岩位移为基础将围岩特征曲线和纵向变形曲线进行耦合分析,建立起应力释放率和掌子面与监测断面间距之间的对应关系,得出以支护与掌子面控制间距为依据的最佳支护时机选择。以甄峰岭2号隧道为例,建立FLAC~(3D)有限差分数值模型,采用该方法确定了多种工况下隧道合理的支护时机。研究结果表明,围岩特征曲线的形状和斜率受围岩级别和隧道埋深的影响较大;以单元状态指标ZSI与围岩位移速率相印证,可以增加支护时机选择的准确性,为隧道支护时机的选择方法提供了一种新思路;计算所得的支护与掌子面的控制间距对实际工程起到很好的指导作用。     

大跨度海底隧道CRD法施工位移控制基准研究

分析拱顶下沉、水平收敛以及内力量测对隧道结构安全的敏感性,结果表明大跨度海底隧道采用CRD法施工时,以隧道拱顶下沉为主作为施工监测控制基准比较合理。结合在建的厦门翔安海底隧道现场监测数据和工程险情资料,对该隧道CRD法（导坑施工顺序1-3-2-4）施工位移判定基准进行了研究,给出了拱顶下沉量以及拱顶下沉速率的控制基准。研究结果为厦门翔安海底隧道信息化施工和现场控制提供了依据,也为今后类似工程积累了经验。     

泥砂岩互层隧道围岩蠕变变形的有限元分析

随着我国高速公路隧道建设事业的迅速发展,越来越来的隧道开挖需要面临泥砂岩互层围岩蠕变变形过大的安全问题。基于贵州省望安高速公路河边隧道的工程概况,采用ABAQUS有限元分析软件,建立了泥砂岩互层隧道围岩蠕变计算模型,得到了围岩蠕变30 d后的水平位移和竖向位移分布云图,给出了监测点水平位移和竖向位移随时间的变化曲线,分析了泥砂岩互层隧道围岩蠕变过程中水平位移和竖向位移的分布规律。计算结果表明,泥砂岩互层隧道围岩蠕变过程中拱顶沉降随时间增加的程度最显著,且预留变形量由拱顶沉降控制。     

隧道拱顶沉降及周边收敛动态过程预测的Richards时间函数模型

隧道围岩变形(拱顶沉降、周边收敛)一直是岩土工程中的热门问题。针对传统的曲线预测模型存在的不足,提出含有4个参数的增长曲线模型-Richards模型。对隧道开挖造成的围岩拱顶沉降及周边收敛的动态过程进行分析,得出掌子面后方围岩变形过程的3个阶段,将此作为依据,获取变形(拱顶沉降、周边收敛)—时间曲线的基本特征,表明围岩沉降及收敛过程是一个先加速后减速的过程,且相应的速度-时间曲线的起点为零,终点也为零。因此,能描述围岩变形过程的时间函数模型可较好地拟合其位移-时间曲线,也能拟合速度-时间曲线。最后通过工程实例验证了Richards时间函数模型的合理性,发现所提出的模型对拱顶沉降及周边收敛的预测结果精度高,具有一定的参考和使用价值。     

大跨扁平公路隧道稳定性位移控制基准研究

大跨隧道安全位移基准控制值与施工工法关系密切,而既有成果和规范对此研究不足。根据特征曲线法,探讨隧道极限位移、容许位移和预警位移3个控制指标之间的相互关系;提出公路隧道极限位移确定方法,即采用有限元方法,对规范给出的同一级别围岩的物理力学参数按照高、中、低位进行抽样组合计算,所得支护位移值域按照t分布进行数理统计,按概率密度曲线98.75%的保证率确定最大和最小值,并将该值作为同一围岩级别下考虑分部开挖工法的全域最优解,该最优解可作为隧道安全位移基准控制值。依据该方法,给出CRD工法下3车道公路隧道在Ⅳ、Ⅴ级围岩和4个埋深区间下的极限位移建议值。     

桃墅岭隧道围岩稳定性监测

通过对桃墅岭特长隧道的拱顶下沉、周边收敛等监测数据的分析,得出了该隧道不同级别围岩的变形规律,确保了隧道的安全施工。采用双曲线函数对拱顶下沉和周边收敛量测数据进行回归分析,回归分析结果为施作二衬提供了依据。     

高地应力状态下软岩公路隧道的大变形机理与规律研究

高地应力区软岩隧道地质条件复杂,使软岩隧道变形控制难度加大。以某一工程实例为对象,运用MIDAS/GTS软件建立了软岩公路隧道模型,分析了不同侧压力系数下对高地应力软岩隧道开挖变形的影响作用。研究结果表明:随着侧压力系数的增大,隧道围岩水平位移由向隧道外挤压变形转化为向隧道内收敛变形,K值在0.5~0.75时,存在一个水平位移零点,最终水平变形量为0;对于隧道竖向位移变形,当侧压力系数小于1时,隧道最大竖向位移出现在拱顶处。当侧压力系数大于1时,上拱变形加强,但整体依然表现沉降变形,隧道最大竖向位移出现由拱腰转移到拱间处。K值在1附近时,隧道水平变形和拱顶变形所形成的最终变形量相等,可根据现场对水平位移和拱顶位移间的位移关系来判定隧道围岩侧压系数的大致取值范围。     

阳城隧道土砂分界地层隧道围岩变形特征及控制工法研究

为解决采用三台阶法施工的土砂分界地层隧道围岩变形控制难题,以浩吉铁路阳城隧道为依托,采用室内试验、数值模拟和理论分析等方法对不同隧道埋深及土砂分界位置（土砂比,即土层厚度与砂层厚度之比）下的隧道围岩变形规律进行研究,并提出围岩变形控制工法的选取原则。研究结果表明： 1）不同隧道埋深及土砂比情况下的围岩变形曲线可分为变形预发展阶段、变形快速发展阶段、变形缓慢发展阶段和变形稳定阶段4个阶段,且均可采用Boltzmann函数进行良好拟合; 2）当土砂比由0∶1增至1∶0时,隧道拱顶沉降、边墙水平收敛和仰拱隆起对土砂分界面的位置变化具有不同的响应规律; 3）提出适用于采用三台阶法施工的土砂分界地层隧道围岩变形控制工法选取原则,并通过计算证明,该原则可有效指导围岩变形的控制。