富水断层破碎带大断面隧道设计与快速施工

为解决石峡隧道穿越F7断层及其次生断层影响带、实现快速施工满足通车工期要求的目的，通过数值计算、现场监测等手段，对超前支护、初期支护、锁脚锚杆措施进行了优化，优化措施在工程应用中取得了良好的效果。实践证明： 自进式管棚集钻进、注浆、支护于一体，增强了围岩的稳定性并大幅提高了超前支护施作效率；管棚保护下的两台阶快速开挖方法可实现初期支护的早封闭、少扰动，大幅提高了施工进度；不同角度、长度锁脚锚杆对拱顶沉降、周边收敛的影响规律，应结合围岩与衬砌变形规律选取合理的设计参数；管棚保护下的两台阶快速开挖方法及R51锁脚锚杆有效控制了围岩稳定和初期支护变形。     

断层破碎围岩台阶法施工数值模拟研究

隧道穿越断层破碎带等软弱围岩时,往往会采用CD、CRD等复杂工法,减小隧道的一次性开挖断面,因此保证隧道的安全施工。为了提高隧道开挖的机械化程度,降低隧道施工工法的复杂程度,论文通过数值模拟计算,研究在断层破碎带围岩条件下台阶法施工的适用性。计算结果表明:在采用两台阶法穿越断层破碎带时,隧道拱顶沉降和周边收敛均可得到有效控制,同时,超前支护和锁脚锚管对隧道围岩的变形有一定的控制作用,施工过程中应予以重视。文章通过数值模拟,可为此类型的隧道施工提供一种可行方案。     

滇东山区软弱围岩高陡边坡隧道进洞开挖技术对比研究

滇东山区隧道开挖常常遇到软弱围岩及高陡边坡等复杂地质问题,选取合适的进洞开挖方案是确保工程安全顺利实施的关键。选取滇东山区某典型隧道洞口段进行三维数值模拟,从边仰坡稳定性、拱顶下沉、水平收敛、掌子面挤出变形和衬砌受力等方面,对比分析了管棚超前支护和玻璃纤维锚杆超前支护两种技术的优势与不足,分析结果表明:隧道开挖时,在边仰坡稳定性和洞周收敛方面,两种技术都能取得较好效果;在掌子面挤出变形和初期支护受力方面,玻璃纤维锚杆超前支护的加固效果相对更优,论证了新工法(即玻璃纤维锚杆超前支护)的优势与可行性。     

松散堆积地层隧道锁脚锚管参数优化研究

为使松散堆积体隧道的锁脚锚管可以充分发挥支护作用,有必要获得锁脚锚管的最优施工参数。该文依托云南华坪—丽江高速公路上的某隧道工程,对其进行数值模拟与现场测试分析,通过对比锁脚锚管以不同参数施工时,支护结构的拱顶下沉与水平收敛情况,探究施工参数对锁脚效果的影响特征与原因。结果表明：在松散堆积体地层中打设锁脚锚管能够有效减小支护结构变形,隧道的拱顶下沉与水平收敛显著减小;在锁脚锚管施工参数中,锚管的打设角度与长度对锁脚效果的影响较明显,打设高度的影响较小。并将研究结论与工程应用相结合,考虑可操作性与经济性,提出了适用于该类地层的最优施工参数。     

松散堆积体中浅埋小净距隧道施工期位移和应力场的2D分析

采用有限元方法,对松散堆积体中的浅埋小净距隧道施工力学行为进行了数值模拟。结果表明：地层沉降主要发生在两洞拱顶之间的土体范围,且后行洞拱顶部位的扰动范围明显大于先行洞;施工工序对拱顶沉降变形路径影响较大,但对其最终沉降影响并不明显;施工时锁脚锚杆的施工质量有重要作用。     

无中导洞城市连拱隧道施工工法分析研究

为确定无中导洞城市连拱隧道施工工法的适宜性,基于工程地质条件,采用数值模拟手段,研究了无中导洞连拱隧道开挖过程围岩竖向位移及隧道水平位移情况,对无中导洞连拱隧道围岩、衬砌结构等在不同开挖步时的力学特征以及隧道加强区受力机理进行分析,并模拟了加强区底部锚杆注浆及拱腰拱脚处搭设锁脚锚杆并注浆等加固措施。结果表明:隧道开挖后中部加强区隆起明显,这对于隧道中部加强区混凝土的稳定相当不利,应该采取控制隆起的措施;上台阶开挖时,拱脚处衬砌受力较大,宜将直角改为圆角以减小弯矩。开挖完成后,中部加强区底部的衬砌几乎处于纯弯状态,有必要提高该区域初衬厚度;对加强区底部岩体进行锚杆注浆加固的效果较好,能有效减少拱底隆起和初衬受力,同时对保持中部加强区混凝土的稳定也有较好的效果;在拱底和加强区底部搭设锁脚锚杆,特别是在加强区底部的锁脚锚杆对维持混凝土加强区的稳定有较大作用。     

施工过程对软弱围岩隧道空间效应的影响分析

为了研究在软弱围岩隧道三台阶开挖过程中,施工工序对围岩变形、应力的空间效应影响,以某软弱围岩双线铁路隧道为例,通过数值模拟,分析隧道周边围岩的变形和应力的空间变化过程,并将计算结果与现场监测数据进行对比验证。结果表明： 先行最大拱顶沉降和先行最大收敛位移分别达到总位移的53.3%和67.28%;上、中台阶的开挖对拱顶和起拱线处围岩应力的变化影响巨大;锁脚旋喷桩与围岩之间的压力变化受上、中台阶开挖的影响较大,且待开挖台阶土对隧道周边产生外撑力,能对接触压力有一定影响。     

昔格达组地层大断面隧道变形特征分析

为掌握昔格达组地层大断面隧道变形特征,确保大断面隧道施工期间围岩的稳定性,以改建铁路成都至昆明线米易至攀枝花段桐梓林隧道为依托,采用数值模拟与现场多断面监测相结合的方法,研究在三台阶临时仰拱法施工中昔格达组地层大断面隧道变形的时空效应。研究结果表明： 昔格达组地层大断面隧道洞周围岩变形以竖向沉降为主;拱顶先行沉降与上台阶开挖引起的拱顶沉降之和占总沉降的41.3%,超前影响范围为1.3D;隧道开挖期间拱顶沉降和拱脚水平收敛主要受中台阶开挖的影响;隧道拱顶沉降随时间变化的预测公式为U=102.105·exp(-5.33/X);隧道拱脚水平收敛随时间变化的预测公式为L1=19.552·exp(-7.49/X);隧道墙腰水平收敛随时间变化的预测公式为L2=17.862·exp(-23.26/X)。     

软弱围岩结构面产状对隧道施工的影响分析及处理措施

结合工程实例,通过对软弱围岩隧道施工过程的监控量测数据分析以及数值模拟分析,研究了软弱围岩中结构面产状对隧道施工的不利影响,即使在大倾角的情况下,受软弱围岩岩石抗压强度低、胶结程度差等不利影响,隧道开挖受到地质构造的非对称围岩压力,在隧道拱腰易造成大变形及侵限的危害;结合隧道大变形及侵限的原因分析,对隧道的支护参数、开挖方法、施工工序等制订专项处理措施,对锁脚锚杆的施工工艺进行优化,经工程实践证明,处治效果良好。结合工程实践和分析,对隧道勘察及围岩划分、施工超前地质预报、动态设计及施工注意事项提出建议,对类似地质条件下的隧道勘察设计及施工具有一定借鉴作用。     

隧道不同级别围岩监测与数值模拟分析

依托谷城至竹溪高速公路小漩隧道,针对不同围岩段的特点,对隧道地表沉降、洞内收敛变形及拱顶下沉等项目进行了现场监测与分析,研究不同级别围岩变形时程曲线和纵向分布曲线的基本规律。并利用有限元分析软件ABAQUS模拟不同围岩级别隧道开挖过程,将数值模拟结果与现场监测数据结合,分析围岩级别对隧道围岩稳定性的影响。结果表明： 围岩级别越高,隧道开挖过程中地表下沉和洞内变形越大,变形稳定的时间也越长。     

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。     

软岩隧道超前预加固布置优化与地层力学响应

掌子面超前预加固是软弱围岩隧道施工的关键环节，以既有隧道为工程依托，采用有限元三维数值模拟对软弱围岩隧道不同超前玻璃纤维锚杆支护形式进行研究，对锚杆的空间布置及其与地层的力学响应进行分析。研究结果显示：综合加固效果与工程材料用量，0.4 bolts/m²是掌子面超前锚杆布置的最佳密度；对于掌子面超前锚杆的局部加密效果，开挖面下部加密能够有效控制后方岩土体变形，但结合地层力学响应，掌子面中部加密的效果最佳。     

软岩隧道初期支护沉降机理及其工程措施研究

为解决软岩隧道开挖过程中初期支护整体下沉普遍较大的工程难题,依托郑州至西安高速铁路大断面黄土隧道及成昆铁路第三系昔格达地层软弱围岩隧道工程,通过理论计算及现场实测,对软弱围岩隧道初期支护普遍沉降较大的原因以及采取的工程措施的可靠性进行分析,得到以下成果： 1）软弱围岩隧道下沉量往往超过20 cm,现场实测的拱脚承受最大荷载为897.4 kN,初期支护整体下沉大的主要原因是拱脚压力较承载力大一个数量级; 2）锁脚锚杆靠近钢架位置的轴力最大,为55 kN。大拱脚的承压特性显著,其压力极值达到0.9～1.7 MPa; 3）增设锁脚锚杆（管）、扩大拱脚和及时闭合仰拱是控制软岩隧道初期支护沉降的关键措施。     

穿越泥石流冲沟隧道施工关键技术研究

以绵九高速公路甘沟隧道工程为依托,基于现场资料建立数值模型进行模拟,并依据数值模拟结果及现场监测变形数据对洞口段施工关键技术进行优化;将优化后的数值模拟结果与原施工技术下的结果进行对比,探究穿越泥石流冲沟隧道洞口段较好的施工技术。结果显示:原有施工技术下穿越泥石流冲沟隧道开挖时,拱顶累计沉降、周边累计收敛变形以及地表累计沉降均较大;而施工技术优化后的数值模拟结果显示围岩变形及受力均有较大幅度下降。由此可见:采用单层小导管并结合帷幕注浆的联合超前支护方式以及三台阶开挖工法后,围岩变形及受力较好。     

复杂地质隧道施工的沉降变形分析

针对黄土隧道围岩强度低、自承载力弱、开挖变形大的问题,基于数值模拟法对黄土隧道施工过程模拟仿真,得到隧道围岩开挖溶洞的位移变形特征和应力变化,并给出相应的隧道变形沉降控制措施。研究结果表明:隧道开挖过程中,掌子面上部围岩形成一个U形的整体沉降区,由隧道表面延伸到拱脚处,边界接近垂直。隧道开挖对围岩影响集中在隧道中线35 m范围,掌子面前方20 m内,其中在隧道中线20 m,掌子面前方6 m沉降值达到总沉降的24%~45%,沉降集中在掌子面至初支护封闭阶段。实际工程中,可通过加强拱脚强度、提高初期支护和超前支护、减少封闭距离来有效控制围岩沉降变形。     

散体围岩隧道开挖施工中超前小导管注浆的作用分析

散体围岩隧道开挖后,围岩稳定性差,易出现大变形沉降、掌子面挤出、拱顶坍塌等病害,必须进行超前支护。本文以某某高速公路杜夜隧道进口浅埋强风化岩层段为例,对超前小导管注浆在散体破碎围岩开挖中的加固机理进行探讨,采用FLAC3D三维数值模拟方法,结合遍布节理模型描述岩层结构的特点对小导管注浆施做过程中的受力、位移变形及支护效果进行研究,定量分析超前小导管注浆的加固机理。研究表明：对于散体破碎围岩,采用遍布节理模型可同时考虑岩块和节理属性,更符合岩体状态和工程实际;超前小导管注浆技术能改善围岩的力学性质,提高岩体的刚度及强度,增强散体围岩自稳能力,显著抑制散体破碎围岩的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免散体围岩隧道开挖中坍塌现象的发生。     

考虑岩体蠕变特性的片岩大变形隧道初期支护力学效应

以某隧道V级围岩试验段为工程背景,采用现场测试和数值分析手段,对比支护形式进行基于黏弹塑性的三维变形、受力分析,获取了锚杆、喷射混凝土及钢支撑等初期支护结构的受力特征以及围岩变形规律.分析表明:在云母片岩地层隧道中,大变形主要表现为剪切破坏特征,3种支护形式对围岩的变形都有一定控制作用,但顶部系统锚杆对控制塑性区的影响作用甚微;锚杆及其他初期支护受力最大的区域均位于边墙下部和拱脚位置,提高喷层厚度和钢架刚度能减缓变形速率,但过大的刚度也使得结构内力大大增加.因此,为控制云母片岩隧道过度变形,应增强边墙与锁脚锚杆以提高初期支护成环效应,适当的提高钢架的刚度,必要时提前施作二次衬砌.     

超梁沟公路隧道开挖支护过程数值分析研究

应用有限元分析软件MIDAS/GTS,采用地层结构法分析了超梁沟公路隧道开挖支护过程中的稳定性问题。分析结果表明:开挖不同断面过程中,围岩内最大主应力集中在钢架脚部,钢架架设时应及时施工锁脚锚杆,必要时可采用小导管注浆等方法对拱架脚部围岩进行加固;从衬砌变形角度分析,变形量最大处为拱顶下沉及底脚位置,施工中应注意对拱顶沉降的监测,逐步开挖核心土,保证施工及结构安全,同时应及时施作基础工程,以控制洞室变形;围岩最不利位置出现在拱顶及仰拱两侧,应是重点加强部位。     

基于施工过程的大断面隧道变形动态释放规律分析

依托宁波将军山隧道,分析隧道拱顶沉降、边墙收敛、围岩压力、锚杆轴力随开挖进尺的动态释放规律,同时结合现场监测数据验证计算结果的合理性.结果表明,围岩变形随着开挖进尺的增加而增加,分为缓慢增长、快速增长、趋于稳定3个阶段,隧道断面未开挖时拱顶沉降释放20％,上台阶开挖后沉降释放48％;锚杆轴力随着拱顶沉降、边墙收敛的增大...     

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。