铁路黄土隧道施工变形规律及预留变形量研究

为研究黄土隧道施工变形规律及预留变形量,以蒙华铁路双线黄土隧道工程施工为依托,采用现场实测和统计分析的方法分析隧道周边位移变形规律,以确定黄土隧道设计预留变形量。双线黄土隧道施工的变形规律表现为:隧道开挖时,拱顶下沉和周边收敛发展较快,仰拱封闭后,变形趋于稳定;隧道拱顶下沉大于周边收敛。Ⅳ级围岩黄土隧道下沉速率集中分布在5 mm·d~(-1)以内,部分深埋断面速率大于5 mm·d~(-1)。Ⅴ级围岩黄土隧道深埋时,拱顶下沉较小,速率集中分布在5 mm·d~(-1)以内;浅埋时,部分断面拱顶下沉超出设计预留变形量,速率在15mm·d~(-1)以内;其表现出的特点是:浅埋变形大,速率大。净空变形特征值的均值在浅埋时为4.1,深埋时为2.2。Ⅳ、Ⅴ级围岩黄土隧道设计预留变形量建议值分别是8~10 cm、12~15 cm。     

木寨岭隧道软岩大变形施工技术措施研究

通过对兰海高速公路木寨岭隧道3#斜井炭质板岩地段大变形分析研究,归纳得出一些软岩隧道变形特点及规律。施工中采用加大拱架刚度、缩小拱架间距、仰拱增设拱架、双排锁脚锚管、径向注浆、增加预留变形量等措施,控制了变形速率及变形量,达到了预防初支侵限的目的。     

黄土塬区浅埋暗挖隧道慢坡段施工期围岩变形特征分析

黄土塬区浅埋隧道慢坡段由于距地表边沟、冲沟距离不等,围岩压力分布不均,难以形成自然拱,给施工带来诸多风险。选取银西高速铁路黄土塬区上阁村隧道典型浅埋慢坡段断面为研究对象,分析了施工过程中围岩应力、含水率、洞内变形及地表沉降的变化规律。结果表明:围岩初期支护应力分为增长-波动-稳定3个阶段,其收敛期约在开挖后84 d;围岩含水率先增长后趋于稳定,收敛期约在开挖后118 d;拱顶下沉量是净空水平收敛量的2～3倍;地表沉降影响范围为距隧道中线约18 m以内。     

高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术研究

本文以晋祠隧道为工程依托,对高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术展开研究。采用有限元软件对偏压隧道进行数值模拟,分析施工过程中围岩和边坡稳定性,揭示不同应力释放率下隧道拱顶沉降规律和应力分布状态。在此基础上,对削坡回填治理方案进行数值模拟分析,验证了地形偏压对削坡回填后隧道整体变形的影响明显降低的结论,采用削坡回填法可降低晋祠隧道施工过程中边坡和隧道失稳风险。最后,对削坡回填处置后的偏压隧道进行现场监测和数值模拟结果对比分析,发现隧道拱顶下沉、拱脚收敛和地表沉降均呈现“前期快速沉降、变形量大,后期逐渐收敛、变形量小”的特点,证明削坡回填处置措施在治理高边坡超浅埋偏压隧道失稳时安全有效。     

隧道初期支护大变形处理技术

随着科技进步,长大隧道越来越多,而长大隧道不良地质灾害多,造成喷射混凝土开裂、掉块、脱落,钢架扭曲、弯折、下沉等初期支护变形,导致二次衬砌厚度不够或直接侵入隧道净空,须对初期支护变形进行处理。某隧道最大变形668 mm,通过横向钢支撑、径向注浆加固、刻槽拆换变形支护等措施,成功完成隧道初期支护大变形处理。     

勐远隧道软弱围岩收敛变形控制技术研究

新建铁路玉溪至磨憨线勐远隧道进口端地层岩性为泥岩夹砂岩,围岩结构面发育、较破碎,围岩遇水软化现象明显。此外,隧道埋深较小(30 m以下),隧道内施工易受地表降水影响,围岩软弱,沉降及收敛较明显,为安全、有效、快速组织施工,根据施工现场实际情况,试验了双层钢筋网片、拱顶及拱墙径向注浆、调整锁脚锚管等一整套施工方法,根据监控量测数据间接反馈试验效果,以变形持续时间、拱顶最大沉降量、拱墙最大收敛量三个指标评判施工效果。结果显示,这些施工措施在抑制围岩变形方面效果明显。     

木寨岭隧道板岩变形机理研究

兰州—重庆铁路木寨岭隧道主要通过二叠系下统板岩地层,受祁连褶皱带和昆仑—秦岭褶皱带的影响,隧道穿越区段地层具有构造复杂、高地应力、软岩分布广泛、岩体较破碎的特点。隧道开挖后围岩收敛变形速率大,持续时间长。现场监测初支变形速率一般大于100 mm/d,最大变形速率达682 mm/d,部分段落最大累计变形超过1 320 mm。本文从围岩的岩性、地质构造、地应力等方面分析了隧道产生变形的原因,分析结果表明岩性和地应力是造成隧道出现较大变形的主要因素。通过分析围岩变形机理,施工中采取了调整型钢型号和增设套拱的变形控制措施,实践证明该措施切实可行。     

中老铁路沙嫩山隧道大变形区段松动圈发展规律及控制技术

通过现场测试隧道围岩变形分析中老铁路沙嫩山隧道大变形特征及围岩松动圈范围。结果表明：隧道大变形以水平收敛为主,存在拱架弯折、喷射混凝土剥落、掌子面溜塌等变形破坏现象,变形主要位于拱顶及拱腰;单线段、双线段隧道围岩松动圈范围分别在6.0～6.5、8.0～9.0 m,均达到隧道设计跨度的58%以上。根据测试分析结果,从主动控制隧道变形出发,考虑注浆对围岩力学性能的改善作用,提出单线段隧道采用双层小导管或管棚对掌子面进行超前支护,锚杆打设深度不小于6.0 m,注浆范围不小于2.5 m;双线段隧道采取双层纵向连接筋搭接钢拱架、增设4根锁脚锚管、加设临时水平横撑或三角横撑等措施进行支护,锚杆打设深度不小于8 m,注浆范围不小于4 m。采用综合措施后,隧道4个测试断面最大水平收敛和最大拱顶沉降的平均值均减小53%以上。     

大断面古土壤隧道围岩变形规律研究

古土壤形成时期、环境有别于黄土,因此,古土壤隧道围岩物理力学性质与黄土隧道存在一定差异。银西高铁早胜三号隧道作为国内首次穿越古土壤地层的长大隧道,为系统研究古土壤的物理力学性质及隧道穿越古土壤地层时关键施工技术研究提供了有利条件。本文以早胜三号古土壤隧道为研究背景,通过基础试验得到古土壤的物理力学性质,利用现场量测结果分析古土壤隧道的沉降变形收敛规律,然后通过数值模拟验证了现场监测结果。研究表明:古土壤具有密度大、比重大、抗剪强度较大和弱膨胀性的特点;隧道沉降变形分为快速增长阶段、持续增长阶段、平稳阶段,沉降主要集中在上台阶拱顶位置;围岩收敛主要集中在拱脚附近,且随着测点距拱脚位置的减小,收敛值逐渐扩大;同时,三台阶七步施工工法是造成左右围岩收敛值不同的主要原因;针对收敛主要集中在拱脚位置这一现象,建议进行仰拱曲率优化的研究。     

近接浅埋偏压黄土隧道支护结构的力学特性分析研究

研究目的:解决新建复线隧道与既有隧道平行近距离修建时,既保证新建隧道安全施工,同时确保既有线隧道的安全运营的问题。研究结论:(1)在浅埋偏压条件下,新建黄土隧道拱部下沉量和净空收敛量均较大;(2)围岩压力分布呈不对称猫耳状;(3)钢拱架远离侧应力大于临近侧应力,在支护体系中作用较大;(4)拱部和边墙喷射混凝土处于受压状态,而底部多为拉应力;(5)拱部系统锚杆受力较小,对结构的稳定性作用不大,而锁脚锚杆对结构的稳定性有一定的作用;(6)既有隧道受新建隧道开挖影响比较明显,新建隧道开挖对既有隧道产生了偏压和拉伸两种效应;(7)两近接隧道之间的间距对既有衬砌的影响较大,当间距一定时,临近侧所受影响大于远离侧所受影响。     

区间隧道微扰动注浆在郑州地铁中的应用研究

微扰动注浆工法作为整治区间隧道整体下沉及收敛变形有较好效果的施工工艺,广泛应用于轨道交通区间沉降变形治理工作中。分析微扰动注浆在郑州地铁运营区间隧道收敛变形治理中的具体应用,研究其治理效果,验证了在复杂地质条件下的施工效果及适用性,积累了宝贵的治理经验。     

基于自由测站的隧道围岩收敛非接触监测的新方法研究

为了满足长大隧道快速、安全施工的需求,通过分析隧道周边围岩的变形规律,提出了一种基于全站仪自由测站的隧道围岩收敛非接触监测的新方法。研究表明,利用所述的新方法,能够快速、准确地完成隧道施工期间的拱顶下沉和净空变化量测工作。与传统的监控量测手段相比,新方法不仅能适应恶劣的洞内测量环境,达到及时反馈围岩收敛变形信息的目的,而且能够满足相关规范的精度要求,为隧道监控量测开辟了新的途径。     

双层初期支护技术在软岩大变形隧道施工中的应用

初期支护沉降和收敛远远超过预留沉降量,先后采取了增加锁脚锚管、增加大拱脚、调整钢架间距、采用14轻型工字钢替代连接筋连接、增加预留变形量等措施均不能有效地控制隧道的异常变形。最后采取双层初期支护技术,有效地控制了隧道的异常变形。     

泥石流堆积体隧道稳定性控制技术研究

泥石流堆积体隧道围岩松散破碎,黏聚力差,掌子面及洞周极易坍塌,初支拱脚沉降变量大,初支结构整体失稳风险高,施工安全难以保证。为此,结合红桥关隧道穿越泥石流堆积体段工程,开展泥石流堆积体隧道稳定性控制技术研究。实践表明：采用管棚与玻璃纤维锚杆相结合的掌子面超前支护措施,可增强掌子面稳定性,掌子面向隧道净空变形破坏得到控制;采用“先固后钉法”的围岩加固技术(即地表竖向、洞内纵向群桩注浆加固和土钉加固围岩),改善了围岩物理力学特性及抗变形破坏能力;采用锚桩与横担梁相联合的初支拱架沉降控制技术,解决了隧道初支拱架锁脚部位沉降问题,使拱架结构稳定性大幅提高,保证了隧道安全高效施工。     

黄土地区浅埋暗挖地铁连拱隧道合理错距研究

研究目的:以西安地铁5号线雁鸣湖停车场段暗挖双连拱隧道工程为背景,采用有限元分析方法对主洞开挖过程进行模拟,研究开挖错距(0 m、15 m、30 m、60 m)对地表变形、拱顶沉降、拱腰净空收敛及拱顶应力的影响规律,并结合现场监测数据对黄土地区浅埋暗挖地铁双连拱隧道合理错距进行研究分析。研究结论:(1)四种方案下地表沉降值最大相差仅0.5 mm且均满足规范要求,横向地表影响范围大概在连拱隧道中线两侧约3倍隧道跨径内;(2)拱顶沉降和拱顶应力变化主要集中在隧道上台阶施工阶段,当错距超过30 m后,拱顶最终沉降值及应力值基本不受错距变化的影响;(3)错步方案下先行洞拱腰净空收敛值均大于后行洞,且随着错距的增加,后行洞开挖对先行洞拱腰净空收敛的影响逐渐减小;同步开挖过程中不存在偏压问题,且拱腰净空收敛值比其他三种方案小;(4)同步开挖方案与其他错距方案相比较,未引起过大地表沉降及拱顶沉降,且拱腰净空收敛相对较小,综合考虑安全性、经济效益和施工效率等因素,在黄土地区类似工程中建议优先采用两主洞同步开挖方案;(5)本研究可为黄土地区城市地铁双连拱隧道主洞开挖施工方案优化及力学行为研究提供有益参考。     

上软下硬复合地层盾构隧道变形特征研究

南昌地铁上覆砂土下卧泥质粉砂岩地层为典型上软下硬复合地层。对此建立数值分析模型,研究上软下硬地层盾构隧道变形特征。研究结果表明,土层与岩层比例对隧道拱底隆起量影响小,表明拱底变形主要与基底岩体力学特性有关,跟土层与岩层比例关系不大;随着土层与岩层比例增大,拱顶变形增大,左右拱脚处洞壁向外挤压的趋势变小,隧道变形收敛轮廓的长轴逐渐减小。     

MJS联合微扰动注浆在地铁隧道收敛变形整治中的应用研究

为进一步提升运营地铁隧道收敛变形的综合整治效果,提出MJS联合微扰动注浆整治技术,并应用于杭州某运营地铁隧道收敛变形整治施工工程。通过分析整治施工前后隧道变形动态跟踪的监测数据与隧道断面扫描成果,探讨联合整治对于隧道变形的整治效果,总结微扰动注浆施工引起隧道收敛的变形规律。研究结果表明：MJS联合微扰动注浆施工对于地铁隧道收敛变形整治效果显著,有效解决注浆结束后隧道收敛二次回弹及注浆期间隧道产生附加变形的问题;微扰动注浆施工应重点保证前两次注浆的施工质量,并控制同一注浆孔位间隔时间。     

合川东隧道软弱围岩变形机理及控制措施研究

随着交通建设的发展,软岩隧道安全快速施工成为交通工程建设攻克的关键问题。为探究软岩隧道变形机理及控制技术,以新建西安至重庆高速铁路合川东隧道工程为例,分析了该隧道的地质特征和变形破坏特征,得出了软岩隧道的变形机理,并提出了“恒阻长锚索+注浆锚杆+双层初期支护”的联合支护方案。现场实践得出,采用“恒阻长锚索+注浆锚杆+双层初期支护”的联合支护方案后,隧道拱顶最大沉降量为167 mm,拱肩最大变形量为137 mm,帮部最大变形量为80 mm,围岩大变形控制效果良好,满足规范要求。研究结果为同类工程建设提供了依据和借鉴。     

铁路隧道不同跨度下水平旋喷桩承载特性分析

为探究水平旋喷桩在不同跨度铁路隧道下承载特性,依托南三龙铁路与赣龙复线联络线道岔进新考塘隧道影响段存在的7种不同隧道跨度断面,采用二维有限元方法,模拟7种不同跨度下水平旋喷桩预支护效果,分析水平旋喷桩结构变形、应力及塑性应变规律。计算结果表明:不同跨度下,旋喷桩变形和常规隧道衬砌变形类似,即拱顶沉降,拱肩、腰、脚等处体现不同程度收敛,各点变形随跨度增大而增长,当跨度大于16 m时,增长速率加快,拱肩及拱腰位置尤其明显;旋喷桩内力部分,当跨度较小时,拱顶内侧受拉,而拱腰处受压,当宽度增大,拱部拉应力区向拱腰处扩展,且拉应力极值增大,而拱腰与拱脚之间压应力迅速增大;随着隧道跨度不断增大,水平旋喷桩等效塑性应变不断增大,影响范围自拱顶到拱脚呈扩大趋势。     

新城子隧道小间距段施工及测试分析

高地应力软岩隧道的施工一直是工程的重难点问题,针对新城子隧道小间距段,左线采用超前应力释放导洞法进行应力释放,应力释放完成后采用两台阶临时仰拱法扩挖的施工方式;右线采用三台阶临时仰拱法开挖的施工方式,左右线正洞支护均采用双层初支单层二衬结合长锚杆长锚索的支护参数。变形及测试分析显示:右线净空收敛平均值为403.0 mm,左线净空收敛平均值为367.8 mm;接触压力右线平均值175.5 k Pa,左线平均值95.8 k Pa;钢筋应力右线基本在-100~-200 MPa之间,左线基本在-50~-150 MPa之间,表明先行开挖的右线对后开挖的左线具有应力释放的作用。同时对二衬变形速率统计分析表明:新城子隧道钢筋混凝土衬砌采用2 mm/d的控制标准是合理的,衬砌均未出现开裂。本工程的经验可为软岩大变形隧道小间距段落的施工提供参考。