特大断面隧道原位扩建的施工力学特性分析

以金鸡山特大断面隧道原位扩建工程为背景，介绍了核心五步法的原位扩挖方案，并通过数值模拟与现场监测手段，分析了特大断面隧道原位扩建的施工力学特性。结果表明:目标断面附近掌子面右上、左上部围岩开挖，以及临时竖撑拆除、仰拱回填，使得拱顶沉降显著增大。同时临时竖撑的支承作用，使得作用在衬砌拱顶与拱底处的围岩压力较集中，而先右后左的扩挖方案使得衬砌右侧围岩压力明显大于左侧。金鸡山隧道原位扩建施工过程中，对目标断面的拱顶沉降和水平收敛进行了长期跟踪监测，其结果与数值模拟较为吻合。     

2车道隧道扩建成4车道隧道扩建形式研究

我国是一个多山的国家,也是世界上公路隧道最多的国家。在一些山区高速公路中,双向4车道乃至双向6车道公路隧道已不能适应交通量日益增长的需求,在原有公路隧道基础上改建或新建成为双向8车道公路隧道的建设显得尤为迫切。单洞原位扩建隧道有单侧扩建、两侧扩建和周围扩建3种形式。通过大帽山隧道IV、V级围岩3种原位扩建形式的数值分析,得出采用单侧原位扩建的合理性。     

单洞三车道公路隧道扩挖成四车道的开挖方案的探讨及思考

目前对单洞2车道的公路隧道扩建成4车道的工程实例和相关研究已有不少,但对单洞3车道隧道扩建成4车道隧道的相关案例及研究鲜有报道。以某公路隧道扩建项目为例,基于对既有3车道隧道受力状态的不同认识和技术措施所起的不同作用,提出3种扩挖方案,并对扩挖方案中遇到的问题提出思考,供类似工程参考。     

分离式隧道扩建成小净距隧道群模型试验研究

随着交通量的日益增长,双向4车道乃至双向6车道隧道很难满足通行要求,在原有基础上改建或扩建成为双向8车道隧道的情形将越来越多。福建某双向4车道隧道在现有基础上扩建成双向8车道隧道,采用在原隧道基础上增加两个2车道隧道的形式进行扩建,最终形成了四洞小净距隧道群。通过室内模型试验,分析了不同开挖顺序情况下围岩及既有隧道结构的位移、应力变化情况,为开挖方案的制定提供了参考。     

塌方段原位扩建四车道公路隧道“回填-台阶法”施工力学及安全分析

为了深入探究塌方段原位扩建四车道公路隧道施工力学及安全性的问题,以福州市马尾隧道原位扩建工程为背景,在准确确定塌方体空间范围及工程特性的基础上,针对性提出“回填-台阶法”施工技术,并对塌方段原位扩建四车道公路隧道“回填-台阶法”动态施工力学及安全性进行分析。研究结果表明：①运用理论分析、数值计算、多道瞬态瑞雷面波探测技术相结合的方法可准确地获得既有隧道塌方体的空间范围和尺度;②兼顾施工技术与工期双重目标,提出了塌方段原位扩建四车道公路隧道施工方案,即塌方冒顶区通过地表注浆与洞内中空玻璃纤维锚杆进行加固,扩建开挖采用“回填-台阶法”,实现快速施工;③“回填-台阶法”施工时,隧道上半断面（1^#部）的开挖是整个施工过程的关键,结构内力增长迅速;受隧道上方塌方体和既有隧道影响,最大正弯矩出现在左拱肩处;地表最大沉降量出现在隧道中线右侧3 m处,主要由上台阶开挖引起;围岩变形主要发生在3^#开挖前,4^#开挖时围岩变形基本收敛。马尾隧道施工过程中,地表沉降、围岩及支护体系变形、支护结构受力等监测结果均满足施工安全要求,验证了施工方案的可靠性和安全性,该研究成果可进一步丰富超大扁平断面隧道的修建技术,并为今后类似的工程提供一定的借鉴。     

流固耦合作用下浅埋偏压隧道扩建方式研究

为研究渗流条件下或流固耦合作用下的偏压隧道扩建方式,以成渝高速中梁山宋家沟1 号隧道为工程背景,针对渗流作用下既有浅埋偏压隧道的左侧小净距扩建、右侧小净距扩建、左侧原位扩建、右侧原位扩建4 种扩建方式进行数值分析研究,分析各种扩建方式下的拱顶沉降、围岩收敛、围岩应力、初期支护内力、围岩孔隙水压力折减量等,通过与隧道扩建施工监测资料进行对比, 发现数值模拟结果与施工监测极其吻合,验证了计算结果的可靠性。通过对4 种扩建方式进行对比分析认为: 1)采用小净距扩建时的围岩收敛变形、围岩竖向应力等均小于原位扩建; 2)从针对地下水资源保护的角度出发,采用左侧小净距扩建时对地下水资源的保护效果明显优于其他3 种扩挖方式; 3)扩建隧道围岩孔隙水压力的折减在各个方向均呈现出明显的梯度变化,隧道施工过程中的涌水量大部分来自扩建隧道上部围岩。     

两车道隧道扩挖成四车道隧道围岩力学特性分析

以重庆某原位扩建隧道工程为依托,结合设计、勘察等资料通过数值模拟软件建立隧道三维模型,对隧道扩建施工过程中的地表沉降、隧道变形、围岩受力等进行了计算分析。计算结果表明,隧道扩挖完成后地表沉降槽向远离既有隧道侧略有偏移,呈现不对称性;隧道扩挖使隧道洞周左侧测点位移明显大于右侧测点的位移,整个隧道表现出了明显的偏压状态;为定量判断和把握围岩中不同区域的危险程度,引入了围岩危险系数的概念,围岩危险系数呈蝴蝶形分布,危险性较大的区域主要集中在墙脚、拱脚以及上下台阶交接处靠近中支撑部分围岩,施工时应当予以重点关注。     

中国四车道及以上超大断面公路隧道修建技术的发展

伴随经济的迅猛发展,对公路交通提出了更高的通行要求,新建、扩建的四车道及以上超大断面公路隧道频频出现,但却几乎没有学者对此方面的研究做出系统的归纳总结,诸多研究在类比引用时忽略工程案例更为细致的类别而存在些许不合理。基于此,通过广泛深入的调研,依据成因和特征将四车道及以上超大断面公路隧道分成3类:常规新建四车道公路隧道、原位扩建四车道公路隧道和分岔四车道及以上公路隧道;在此基础上,归纳总结分析了四车道及以上超大断面公路隧道断面形状、施工工法、施工力学和支护参数等的技术现状以及研究中存在的不足。在断面形状的研究上,实际工程采用的扁平率波动范围较大,并且大于目前理论研究得到的扁平率和国外大部分隧道采用的扁平率,更为合理的扁平率需要深入研究;在施工工法的研究上,有逐渐减少开挖分部,扩大施工空间,增强机械化施工的趋势,与之配套的自动化程度更高的施工机械急需研发;在施工力学的研究上,对围岩的荷载释放和渐进性破坏过程有了更加深入的认识,但是对深埋段围岩压力的计算方法仍没有统一的有说服力的计算理论;在支护参数的研究上,不同的工程呈现较大的差异,需对超大扁平隧道的支护参数进一步研究和优化,为完善相应的指南或规范奠定理论基础。最后对四车道及以上超大断面公路隧道的建造技术进行了展望,指出设计标准化、施工机械化、结构轻型化等是今后重点研究的内容。     

龙头山隧道洞口段核心土临时支撑拆除方案研究

我国现阶段四车道大断面公路隧道建设既无成熟的经验可参考,又无规范可参照,特别是大断面隧道洞口段临时支撑的拆除尤为重要,稍有不慎,极易引起坍塌。以龙头山双洞八车道高速公路隧道为依托,借助数值计算方法,重点分析了隧道洞口段临时钢支撑拆除的不同长度对围岩、隧道结构的影响,并结合现场施工情况,提出了大断面隧道洞口段临时支撑适宜的拆除长度,为类似特大断面公路隧道洞口段的施工提供参考。     

特大断面隧道原位扩建中的扩挖方案比选研究

以金鸡山特大断面隧道原位扩建工程为背景，分别对传统中隔壁法扩挖方案和核心五步法扩挖方案进行精细化数值模拟，重点关注围岩压力、支护弯矩和洞身收敛随施工过程的动态变化。从施工效率上看，核心五步法扩挖方案由于简化了开挖分区，其施工步由传统中隔壁法的144步减少到124步。从围岩压力和初支弯矩上看，核心五步法扩挖方案中围岩压力的偏压状况得到明显缓解，初支弯矩分布更加均匀，且正负弯矩绝对值较小。从洞身收敛上看，两种扩挖方案相差不大。建议金鸡山隧道原位扩建工程采用核心五步法扩挖方案，能加快施工进度、减小围岩扰动、提高施工安全性。     

土质地层公路隧道大断面快速施工技术研究

随着交通工程建设的快速发展，公路长大隧道越来越多，常规施工方法效率较低，无法满足工期要求，这对公路隧道快速施工技术提出了新的挑战。以东天山特长公路隧道为背景，提出土质地层隧道大断面开挖工法，通过力学分析及现场对比试验，分析论证了该工法的可行性。结果表明：土质隧道大断面开挖时，采用超长小导管能够减少上部围岩压力对掌子面滑动土体的荷载作用，预留核心土则能够为掌子面滑动土体提供支撑反力，通过这2种控制措施能够实现土质围岩隧道掌子面稳定；相比台阶法，大断面开挖时围岩应力释放速率较快，变形快速发展，拱架和喷混凝土受力快速增长，支护封闭成环后可得到有效控制，但需进一步提高初期支护早期承载性能，即提高喷混凝土早期强度；采用大断面工法能够提升机械作业空间，简化工序，实现多组设备同时作业，相比两台阶施工，隧道施工效率提升约22%。综合评价，土质地层隧道采用大断面快速施工工法能够实现掌子面稳定，支护结构安全，且相比台阶法施工效率可得到显著提高。     

胶州湾海底隧道右线与匝道交汇洞段施工技术

以胶州湾海底隧道右线与匝道交汇洞段为背景,采用工程类比和数值模拟分析,对小净距隧道的施工顺序,超大断面隧道的开挖方法及支护参数进行了研究,结果表明:小净距隧道采用匝道先行,衬砌跟进,主隧采用CD法开挖可最大限度控制围岩塑性区;大断面洞段在进行超前注浆加固后,加强支护可实现台阶分部开挖。     

新碧鸡关隧道进口大断面软弱围岩爆破技术

昆明铁路枢纽改造工程中的新碧鸡关隧道为大断面软弱围岩隧道,采用分部开挖和光面爆破结合技术,进行了爆破参数、炮眼布置、装药结构优化设计,取得了较好的爆破效果。该方法施工简单、安全经济,对同类隧道工程施工具有一定的借鉴意义。     

钢架岩墙组合支撑工法动态施工力学特性及其应用

京沪高速公路济南连接线浆水泉隧道全长3 101 m，最大开挖断面尺寸为19.5 m×13.1 m，是目前中国最长的双向八车道高速公路隧道。浆水泉隧道穿越地层主要以Ⅲ，Ⅳ级硬质灰岩为主，且施工工期紧，传统的双侧壁导坑法、CRD法等因施工工序繁琐，临时支撑多，施工效率低，无法满足工程工期需求。基于以上背景，提出钢架岩墙组合支撑分部施工工法，主要特点是中间岩墙和上台阶临时钢架组成临时支护体系，在减少临时支撑的同时，中部岩墙还能通行车辆，5个工作面可同时施工，从而实现快速施工；在此基础上，进一步运用数值计算与室内模型试验相结合的方法，对该工法的动态施工力学特性进行研究。结果表明：施工过程中，隧道上部围岩开挖的时间段是支护结构受力最不利时期，支护结构内力在此期间增长迅速，波动较大；中隔壁是支护结构中受力最不利处，其余部位结构受力对隧道施工反馈很小；影响拱顶沉降和仰拱隆起的主要因素是隧道上部围岩的开挖，影响拱脚处围岩水平收敛的主要因素是隧道下部围岩的开挖；支护结构承载和围岩变形均能够满足公路隧道施工安全需要；通过在浆水泉隧道中的实际运用表明该工法能有效提高施工效率，缩短施工工期，是一种可行的超大扁平断面隧道快速施工工法。     

板岩隧道顺层塌方分析及预防失稳措施研究

为避免板岩隧道围岩楔形体掉块和顺层塌方的发生,针对板岩的力学性质和变形特性,从隧道施工方面对板岩隧道围岩的工程特性和易形成塌方的地质构造类型进行总结,并以半山隧道初期支护长段落顺层塌方为例进行深入的分析和研究。结果认为:当顺层构造岩层和节理产状与隧道走向夹角较小、多组节理相互切割与岩层面形成不利结构面组合长段落斜穿隧道时,受施工开挖爆破震动、地下水浸润、重力作用以及大断面开挖形成临空面的影响,围岩及支护结构局部薄弱处出现失稳破坏,由于牵引作用不断扩大并持续发展造成较长段落的坍塌。最后,提出了顺层构造、节理密集带和隧道开挖后不利结构面组合对围岩稳定性的影响分析方法,针对板岩地质隧道施工提出了预防围岩失稳的措施和支护结构的优化措施。     

基于蠕变效应的隧道衬砌结构耐久性研究

以佛岭隧道工程为依托,通过蠕变试验得到围岩和衬砌相应的力学特性参数,并对佛岭隧道在开挖后及使用期间的应力-应变规律给出具体求解,经计算可知,佛岭隧道在使用若干年后,支护的径向力和相互作用力都趋向于0.38 MPa。结论对隧道衬砌结构耐久性的研究具有一定的参考意义。     

兰渝铁路木寨岭隧道岭脊核心段扩拆技术

为解决极高地应力作用下兰渝铁路木寨岭隧道岭脊核心地段大变形的问题,分析岭脊核心地段围岩流变和衬砌开裂的原因,提出岭脊核心段衬砌开裂扩拆技术： 设置套拱加固、围岩径向加固、加强支护刚度、优化隧道断面结构、严格控制各工序施工步距、调整隧道变形预留量。对台架法和洞碴回填机械开挖法2种扩拆方法进行比选,选取洞碴回填机械开挖法进行扩拆。重点介绍洞碴回填机械开挖法施工技术和施工组织,并对支护结构变形和受力进行监测,结果表明： 采用洞碴回填机械开挖法扩拆施工安全,支护结构变形在预计范围、无侵限,二次衬砌结构稳定、无开裂。     

基于三维数值模拟的软岩超大断面隧道施工技术优化研究

为研究超大断面隧道在软岩地层中开挖施工引起的变形情况,基于铁路设计规范和围岩分级标准对王岗山隧道穿越岩层进行围岩亚分级,通过考虑开挖方向、复杂围岩条件及断层破碎带的影响,利用ABAQUS有限元软件开展三维施工过程模拟,获得三台阶法开挖后的隧道衬砌及围岩受力及变形特征。在此基础上,提出采用更适宜控制变形的双侧壁导坑开挖法,并对其控制效果进行验证。最后,分析影响隧道衬砌和围岩变形的相关因素,得到利于控制变形过大问题的最优进尺设置参数及初期/临时支护形式。数值计算结果表明:1)双侧壁导坑法能够有效降低隧道开挖引起的衬砌及围岩变形;2)锚杆在复杂地层中能够发挥重要作用;3)循环进尺和初期支护强度均对施工引起的变形存在影响,使用新型复合管片临时支护有利于控制隧道衬砌及围岩变形;4)断层破碎带是王岗山隧道施工必须重视的关键部位,除采用合理的开挖工法外,还应辅以其他降低围岩扰动进而控制开挖变形的有效措施。     

复杂地质条件的寨了隧道围岩分级综合研究

隧道工程多深埋地下,工程地质、水文地质条件复杂。通过地表调查、隧道内开挖过程中的地质跟踪及多种物探仪器测试相结合等手段,以实测的各种数据为依据,对寨了隧道存在的隐伏地质灾害和围岩分级作出判定,适时地对原设计和施工工艺进行调整。并阐明和提出施工应重点关注洞内裂隙的溶蚀发育情况,判定隧道围岩为Ⅴ级,取得了良好效果。