特大断面隧道施工工序优化研究

本文依托重庆火凤山隧道工程的修建开展研究,通过数值模拟,分析了不同施工工序对各断面形状的影响效果,并结合各断面形状所采用的施工工法,提出合理的施工工序.结果表明:(1)对于采用CD法施工的17 m特大断面段与21 m特大断面段而言,优化后的施工工序对围岩位移与塑性区的控制效果较为有限,但能有效改善开挖过程中初期支护应力的应力集中现象、降低应力值,且应力集中分布的位置有所差异.同时,通过优化施工工序能够减小支护结构左右侧应力分布不均匀程度,改善隧道开挖后支护结构的受力状态;(2)通过采用左右交互开挖的施工工序,24 m特大断面段与30 m特大断面段的围岩位移与支护结构应力均有所减小,同时对围岩的扰动也有所下降,但改善效果不及CD法明显.整体而言,优化后的施工工序对24 m特大断面段与30 m特大断面段隧道开挖较为有利,建议采用优化后的施工工序进行施工.     

大断面浅埋偏压隧道CRD法施工工序研究

文章以良村隧道CRD法施工为工程背景,布设了变形监测点及内力测试元件,分析了CRD法施工隧道围岩变形情况及结构内力特征,并对CRD法施工隧道在不同开挖顺序下的开挖过程进行了数值模拟,分析比较了不同开挖顺序时的围岩位移、应力变化情况。结果表明:CRD法对各分部施工工序影响较大,且各分部对拱顶下沉的影响程度从大至小依次为1部、2部、3部和4部;隧道内侧围岩压力大于外侧,钢支撑内力均为压应力,且拱腰位置轴力大于其它部位。比较隧道开挖变形的差异以及结构的受力特点,结合数值分析结果,得出了山体外侧先开挖方案无论在围岩变形还是隧道结构受力方面相比于山体外侧后开挖都较小,安全系数相对较高。因此,合理的施工工序应该是先进行山体外侧开挖并施作初期支护,然后再在山体内侧开挖施工。     

高速铁路黄土隧道初期支护受力特性研究

支护结构的合理设计是大断面黄土隧道设计的关键环节。文章结合在建铁路黄土隧道,采用数值模拟,分析了大断面黄土隧道在不同初期支护时机情况下,支护结构、围岩受力状态和力学行为变化情况;基于控制围岩变形为核心,对大断面黄土隧道施工中初期支护施作时机的选择给出了合理的建议;根据现场监测结果,总结出了黄土隧道初期支护受力规律。黄土具有明显的流变特性,支护结构受力很大一部分承受围岩流变产生的附加荷载;另外,支护结构受力在空间上分布并不均匀对称,这些在设计中都应加以考虑。     

散岩堆积体中特大断面公路隧道洞口段合理施工工法研究

为研究散岩堆积体中隧道洞口段最适宜的开挖方式,文章以火凤山隧道(双线隧道)为工程背景,采用拉格朗日有限差分软件FLAC3D建立土体三维计算模型,对施工期隧道洞口段分别采用三台阶、三台阶预留核心土、三台阶七步法、CD法和CRD法共五种工法进行数值模拟开挖,分析不同施工工法下围岩应力分布及变形规律,提出适用于散岩堆积体地层条件下的隧道洞口段施工工法。研究结果表明:从隧道竖向位移分析得出,五种工法对应的最大位移分别为28.18cm、25.90cm、21.43cm、18.58cm、14.13cm;从围岩应力来看,五种工法围岩应力分布规律上并未出现明显区别,只是在量值上有一定差异;随着围岩的不断开挖,隧道埋深逐渐增大,隧道各特征点的最大位移值也不断增大;在掌子面前方一定范围内,即开挖断面还未达到监测断面的部分区域已经产生了一定的变形,但是变形较小;当开挖断面推进到监测断面时,随着开挖面的推进,拱顶下沉不断增大,其特点是初期下沉速率很大,而后随离开掌子面的距离变大,其速度逐渐减缓,并趋于稳定,围岩收敛先快速增长后逐渐平稳。     

岩溶、节理发育地段隧道进洞三维数值模拟分析

文章以崇水高速陇禁隧道为工程背景,综合考虑节理、岩溶等不良地质因素,采用有限元软件FLAC3D建立三维数值模型,分析隧道进洞施工过程中围岩的受力特性及变形情况。结果表明:模型计算结果与现场实测数据吻合,采用FLAC3D有限元软件建模具有一定的可靠性;隧道穿越节理、岩溶地段,隧道拱顶围岩沉降变形达8.8mm,拱脚出现应力集中现象,且整个开挖面塑性区面积较大;喷锚初期支护可有效抑制隧道围岩竖向位移,考虑岩体蠕变特性,建议施工过程应及时施作初期支护。     

基于虚拟支撑力的隧道合理支护时机探讨分析

以连云港北固山隧道为工程背景,利用有限元分析软件,分析了隧道开挖后在不同荷载释放系数下施加支护的作用效果;同时,结合超前注浆加固机理,对施作超前支护与不施作超前支护两种工况在不同支护时机下施作初期支护的围岩及支护结构的力学特征进行了对比分析,并根据两种工况下支护时机对隧道开挖后围岩及支护结构力学特征的影响,初步确定了较理想的初期支护时机.     

大型机械施工时隧道围岩稳定性分析

为进一步提高隧道施工的效率,大型机械配套设备全断面施工的方式也不断发展,而针对大断面一次性开挖过程中的隧道围岩稳定性进行分析就显得至关重要。文章依托某大型机械一次性全断面开挖隧道工程,选用FLAC 3D软件对其稳定性进行分析,并根据实际工况进行开挖施工仿真计算分析。通过将计算结果与现场监测结果进行对比,得到如下结论:(1)该隧道未支护时的安全系数为2.02,简单初支后的安全系数为2.55,增大了26.24%,稳定性得到了大幅的提升;(2)隧道开挖数值仿真计算中,各特征点位监测值结果均符合规范要求,较现场监测结果略小;(3)根据大型机械施工时现场监测结果可知,各监测值变化规律基本一致,其最终值均在设计强度和规范要求范围内,围岩整体稳定性良好。     

连拱隧道先行洞室支护体系施工力学性态研究

结合连拱隧道工程实践,对隧道施工中先行洞室支护体系应力进行相关监测,分析不同开挖工序下应力变化规律。研究结果表明:先行洞室上台阶及仰拱开挖引起了支护应力较大变化及重分布,为支护稳定的控制点;隧道开挖对支护应力的纵向影响距离大致为隧道跨度的2倍,约为20～25 m;开挖效应消失后,左右拱圈45°处应力的时间效应较其它位置要明显;封闭支护结构是改善结构受力的有效途径,应及时施作仰拱和形成封闭环。该研究结论可为类似条件下连拱隧道设计施工和现场监测提供借鉴与参考。     

某高速公路隧道严重变形分析及处理

本文从地质构造、设计和施工等因素分析造成软弱破碎围岩隧道初期支护严重变形的原因，用渐近线和双曲正切函数推导测点最终位移量和各阶段位移速率，研究变形隧道的开挖及支护对策，探讨提前施作二次衬砌的充分必要性。     

软弱围岩大断面隧道开挖支护施工技术及应用

软弱围岩大断面隧道开挖支护施工技术可解决软弱围岩结构面松弛、黏结力较差等问题。为进一步提高隧道施工质量,结合实际工程案例,从工程施工风险层面出发,深入分析隧道开挖支护方案,论述软弱围岩大断面隧道开挖支护施工方法,分析超前支护施工技术要点,希望为隧道开挖支护施工提供参考。     

崇遵高速公路凉风垭隧道严重变形分析

文章从地质构造、设计和施工等方面分析了造成软弱破碎围岩隧道初期支护严重变形的原因,用渐近线和双曲正切函数推导测点最终位移量和各阶段位移速率,研究变形隧道的开挖及支护对策,并探讨了提前施作二次衬砌的必要性.     

雁门关隧道挤压性围岩变形控制技术

北同蒲取直线雁门关隧道软弱围岩段埋深大,构造应力水平高,给隧道施工变形控制造成了极大困难。文章根据雁门关隧道挤压性围岩的工程特性,对洞室变形控制措施进行了研究。首先通过有限差分法(FLAC3D)数值计算确定了弧形导坑预留核心土三台阶七步开挖法的核心土合理长度;其次根据隧道塑性区范围与形状优化了系统锚杆的长度;而后通过对双层支护力学效应及内层支护施作时机的研究,得出理论上雁门关隧道的内层支护最佳时机为内层支护与外层仰拱同时施作;最后通过数值计算和现场工程实践,形成了"3~4 m核心土长度+超前支护+优化设计的系统锚杆及锁脚锚管+双层支护(H175+I22a)"的雁门关隧道挤压性围岩变形综合控制技术。该技术对在构造应力发育的软岩地区修筑隧道具有一定的借鉴意义。     

高地应力软岩大变形隧道二次衬砌施做时机研究

目前,新建铁路隧道大多采用新奥法中的复合式衬砌结构。对于稳定性较好的围岩,二次衬砌作为安全储备;而对于极软弱破碎围岩隧道,初期支护变形及变形速率均较大,很难在短时间内趋于稳定,因此二次衬砌必须适时及早施作,让二次衬砌分担部分荷载对安全有利,但这并不意味着二次衬砌施作时机越早越好,二次衬砌施作过早或过晚对隧道安全都是不利的。文章结合兰渝铁路高地应力软岩隧道的受力变形特点及对二次衬砌的施做时机进行了研究分析,提出了具体建议,并对其安全性进行了模拟计算。     

鹧鸪山隧道二次衬砌开裂机理及支护时机探讨

隧道二次衬砌开裂成因复杂,只有分清隧道二次衬砌开裂原因,才能对其提出合理的处治对策,以保证隧道施工、运营安全。文章以某高速公路(炭质)千枚岩隧道为例,基于隧道出口段二次衬砌开裂特征,结合现场监控量测以及工程地质条件,分析该隧道二次衬砌开裂主要原因是围岩地质条件差、围岩级别低且二次衬砌施作过早。然后进一步采用数值计算分析不同二次衬砌施作时机下的应力特征,结果表明:二次衬砌施作过早导致边墙和拱腰附近二次衬砌内侧产生较大的拉应力,且二次衬砌施作越早,拉应力越大,这将导致二次衬砌张拉开裂;在初期支护变形量为隧道最终变形收敛值的65%~70%之后施作二次衬砌较适宜。建议在类似隧道施工中加强监控量测,严格控制二次衬砌支护时机。     

采用三台阶工法开挖的原位扩建隧道现场监测及分析

为研究三台阶法施工对原位扩建隧道结构及邻近既有隧道扰动的影响规律,文章依托福建厦蓉高速公路后祠隧道原位扩建工程,分别对隧道围岩及支护结构应力、松动圈及应力场和邻近既有隧道爆破振动进行了现场监测。结果表明,断面各部位围岩及支护结构应力随时间推移而缓慢增加,最终趋于平稳,且每级台阶开挖均会对其产生扰动,表现为应力的突增;扩建后隧道围岩松动圈拱顶位于6~9 m深处,左右边墙均位于0~6 m深处,拱顶沉降位移大于两帮收敛位移。左边墙围岩应力大于右边墙围岩应力,洞周3 m深处围岩应力小于6 m深处围岩应力,开挖造成的围岩塑性区为3 m左右;施工中实际爆破振速大多小于设防标准,爆破对既有隧道的支护结构体系未造成重大破坏,最大爆破振速出现在监测断面前10 m左右的位置,与掌子面相比振速增长2.9%~4.5%,且围岩质量越好,峰值振速越大,最大峰值振速断面前方振速衰减速度远远小于后方振速衰减速度。     

超大断面隧道大倾角层状围岩力学特性研究

文章以重庆轨道交通环线莲花村车站隧道工程为依托,采用有限元数值模拟对超大断面隧道开挖时大倾角层状围岩的力学特性进行研究。通过建立大倾角岩层数值模型,对隧道进行不同工况的分步开挖计算,分析得到大倾角层状围岩的塑性区、应力和位移变化规律。结果表明:大倾角层状岩体塑性区位于层面内,层面塑性变形最大;围岩最大拉应力发生在上部中导洞围岩开挖支护过程中,上部左导洞以及中导洞外壁围岩产生最大拉应力;最大压应力发生在上部中导洞开挖支护过程中,大倾角岩层上部右导洞以及中部右导洞在各工况中产生最大压应力;隧道中、下部右导洞水平位移在二衬施加后达到最大,围岩最大下沉量位于上部左导洞处。     

有限元强度折减法在隧道施工稳定分析与控制中的应用

有限元强度折减法广泛应用于边坡等工程的稳定分析中,而在隧道工程稳定分析中的应用相对较少。文章将有限元强度折减法用于隧道施工稳定分析与控制中,提出基于围岩安全系数进行施工阶段围岩稳定性全过程的动态评价,并通过隧道洞周围岩变形规律的研究,建立施工阶段隧道监控量测的动态控制指标。通过算例分析可以看出,基于围岩安全系数可以定量、直观地掌握整个施工阶段围岩稳定性的动态演化规律;在满足初期支护施作后围岩稳定性要求的前提下,可以针对各个施工阶段建立相应的变形控制指标,从而克服以围岩容许位移作为隧道稳定性判断依据的局限性。通过有限元强度折减法在隧道施工稳定分析与控制中的应用,将为解决隧道施工安全问题提供新的途径。     

大断面黄土隧道初期支护与围岩相互作用机理研究

依托已修建并投入运营的郑西高速铁路,针对开挖面积达170m2的大断面黄土隧道,进行了不同钢架形式作用机理的研究,明确了型钢拱架和格栅拱架的适用条件;采用现场对比试验等研究手段,在浅埋老黄土隧道中分别设置了型钢钢架、格栅钢架对比试验段.试验结果表明,两种钢架初期支护变形相当;两种钢架的应力均在允许值范围之内,但格栅钢架应力较小;格栅钢架的围岩-初期支护接触压力分布较均匀;两种钢架组合支护在控制大断面黄土隧道拱顶下沉方面无明显差异,水平收敛基本相等.另外,基于混凝土早期强度试验,采用围岩-结构法,根据组合支护与围岩的特征曲线,研究分析了围岩与组合支护的相互作用机制,最终得出了格栅钢架在大断面黄土隧道中的适用条件,以及在不同围岩条件下初期支护的设计参数.     

白山隧道塌方处治技术及其监测结果分析

白山左线隧道施工中,针对塌方发展过程和塌方机理,实施了一套基于"地表排水、围岩注浆、衬砌增强、基底防降"的塌方综合治理方案。文章分析了方案实施后的地表沉降、拱顶下沉、拱腰和边墙水平收敛的位移变化规律,以及初期支护背后水压力、初期支护与围岩的接触应力、锚杆轴力、型钢拱架应力及二次衬砌混凝土应力的发展趋势。结果表明:在软弱围岩地段,拱墙二次衬砌的施作显著改善了初期支护与围岩的接触应力,有效地减小了地表沉降及隧洞周边位移;同时,拱墙二次衬砌能有效地分担锚杆和型钢拱架的的部分荷载,改善仰拱二次衬砌的受力状况;塌方综合治理方案效果较好,保障了该隧道剩余塌方段的安全施工。     

永临结合的初期支护侵限处理方法

文章结合RAS RMEL隧道工程实例,介绍了国外铁路隧道软弱围岩大变形段初期支护的侵限处理方法.该施工方法是通过加强监控量测,及时发现支护结构变形量的增大情况,并立即进行支护的加强,如复喷混凝土、施作系统锚杆及锁脚锚杆等.当发生塑性变形的区域较大时,先采取在拱部安装临时钢管横撑,并及时施作仰拱封闭的处理措施,控制支护变形；后对待处理区进行加固,并根据设计图纸的要求跳槽开挖梯形槽,施作初期支护,然后再施作防水层；最后,用模板台车施作二次衬砌.实践证明,该永临结合的处理措施较一般处理措施具有施工简单、安全、节约成本等特点,尤其适用于地质条件较差和工期较紧的工程项目.