岩质隧道深浅埋划分方法及判别标准探讨

传统的深埋与浅埋隧道划分方法以普氏压力拱理论为基础,由于普氏理论的局限性,这种划分方法不尽合理。鉴于此,文章将有限元极限分析法应用于隧道深浅埋划分中,提出了隧道深浅埋划分的三条原则。对于Ⅳ级、Ⅴ级围岩的岩质隧道,根据隧道的破坏模式划分深埋与浅埋,破裂面贯通至地表即为浅埋隧道,破裂面没有贯通至地表即为深埋隧道,并利用有限元强度折减法求出浅埋隧道压力拱高度,以此作为深浅埋分界线;对于围岩等级高的岩质隧道,以无衬砌隧道稳定安全系数来划分深浅埋,安全系数大于等于1.5时为深埋隧道,安全系数小于1.5时还要根据破坏模式进行深浅埋判断。此外,深浅埋隧道划分还应考虑环境、施工、地质构造、不稳定块体等因素的影响,由此可能造成围岩整体塌落,形成松散压力。最后,文章建议对于深埋隧道可按弹塑性数值分析计算,而对浅埋隧道除按弹塑性数值分析外,还需按浅埋松散荷载依据荷载-结构模式分析,以确保安全。     

大断面隧道深浅埋划分方法研究

在中国现行的铁路和公路隧道设计规范中,隧道深、浅埋的划分是以松弛荷载概念作为基础的,并具有统计上的意义,但这种划分方法线条较粗,并没有充分考虑围岩的自承能力.文章以隧道围岩能否形成安全有效的压力拱为基本原则进行了隧道深、浅埋的划分.对于地表水平或近似水平情况,按平面应变假定,认为面内最大主应力的最大值出现在压力拱的内边界处,而将面内最大主应力方向发生偏转(拱体内最大主应力方向为水平方向,拱体外部最大主应力将恢复为开挖前的竖直方向)的点作为压力拱的外边界;当地表有较大坡度时,由于地形对自重应力场分布产生的影响,这里以等效埋深代替实际埋深,用以修正按地表水平情况计算的深、浅埋分界值.根据上述思路,对目前在建的某四线大断面车站隧道,通过数值模拟,建议取30m埋深作为隧道深、浅埋分界值.     

超大断面黄土公路隧道围岩压力计算方法分析

文章基于唐家塬超大断面黄土隧道工程实例,采用常用的五种围岩压力计算方法分别计算了围岩压力,并与实测值进行了对比分析,得出了现场实测垂直压力与太沙基理论计算结果基本吻合的结论。在此基础上提出了太沙基理论侧压力系数修正方法,并推荐采用修正后的太沙基理论作为唐家塬隧道的围岩压力计算方法。针对现有隧道深、浅埋界定标准的问题,提出了以中心线土体侧压力系数变化规律为依据的深、浅埋界定数值模拟方法。由此认为,唐家塬隧道为浅埋隧道,隧道深浅埋界限为90 m。     

考虑土拱效应的浅埋隧道松动土压力计算方法

随着浅埋隧道拱顶位移的增加,土拱结构分别经历上凹拱、三角拱、下凹拱、矩形拱这4个阶段。对于浅埋隧道施工而言,土拱结构以下凹拱和矩形拱为主,随着拱结构的不断变化,土拱效应的影响也在不断变化。文章首先建立拱结构判断的标准:假定隧道拱结构为下凹拱,根据拱顶位移δ得到理论边部位移δ′1;当隧道施工监测边部两处的位移沉降δ1大于下凹拱理论边部位移δ′1,认为此时土拱结构发展到矩形拱;反之,则认为土拱结构为下凹拱。在上述基础上,通过薄层微分层析法,给出了浅埋隧道的松动土压力计算公式。算例表明:浅埋隧道松动土压力与土拱结构有直接关系,当土体从下凹拱发展到矩形拱时,松动土压力会大幅减小,即土拱效应的影响会增加。上述研究对于丰富浅埋隧道松动土压力计算理论有着重要意义。     

浅埋地铁隧道围岩压力计算方法研究

文章通过对太沙基公式和谢家杰公式局限性的分析,结合浅埋地铁隧道变形、破坏发展规律,提出了一种改进的浅埋地铁隧道围岩压力计算方法,并对该方法与现行计算方法进行了对比分析。结果表明,改进方法计算得到的围岩压力小于谢家杰公式、大于太沙基公式,与工程实际吻合度更好,可为城市地铁浅埋隧道围岩压力估算提供理论参考。     

软弱围岩小净距偏压隧道进洞施工技术

文章以湖北省麻竹高速公路宜城至保康段第4合同段二分部的黄堡隧道和香山隧道为例,通过对软弱围岩小净距严重偏压隧道围岩压力分析,得出洞口施工顺序,并通过提高思想认识,设置偏压挡墙、套拱和超前支护、明洞的反压回填和加强监控量测等进洞技术措施,提出了小净距隧道、洞口浅埋、偏压开挖进洞施工技术,以期为类似工程提供经验和技术支持。     

黄土连拱隧道支护结构力学特性现场试验

为研究黄土连拱隧道支护体系力学特性,文章以某黄土连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器,对围岩压力、锚杆轴力、钢支撑内力以及二次衬砌受力等进行系统测试与分析。结果表明:(1)在中墙墙顶与拱部的结合处以及在墙底与仰拱的结合处,围岩压力的波动比较大,最大压力值分别为195 kPa、115 kPa。位于围岩级别过渡段的隧道仰拱中心处的压力值较大,最大值为267 kPa,隧底出现较大底鼓趋势。围岩压力整体呈"双马鞍形"分布;(2)深埋段竖向围岩压力实测值与《公路隧规》中按连拱隧道半跨计算的结果比较接近。浅埋段按不同围岩压力计算公式得到的压力值均大于实测值,采用太沙基公式得到的压力值与实测值相对接近;(3)该黄土连拱隧道的初期支护与二次衬砌的荷载分担比例为47.66%和52.34%,二次衬砌处于明显的承载状态;(4)锚杆轴力较小,呈"鱼肚形"分布。钢拱架承受的荷载较大,在钢拱架强支护的作用下,锚杆发挥的作用有限;(5)中墙扭矩的存在,验证了黄土隧道中纵向效应的存在,在设计与施工的过程中应该加以重视。     

冻融条件下的寒区隧道围岩压力计算方法

为了明确寒区隧道承受的围岩荷载,给其支护结构设计提供科学依据,节约隧道建设成本,文章针对围岩压力的计算方法进行了研究。分析并给出了不同冻土段考虑冻融作用的围岩压力计算方法:工程冻土段的围岩压力不考虑冻、融条件的影响,可直接用《公路隧道设计规范》的方法进行计算;多年冻土段浅埋隧道围岩压力,在融化条件下采用文章推导提出的公式计算;其余情况下围岩压力采用《公路隧道设计规范》中的方法进行计算,并根据冻融条件,分别采用冻、融条件下的围岩力学指标标准值,其中多年冻土深埋段围岩压力不考虑冻、融条件的影响,均取融化条件下的围岩力学参数进行计算。最后将该方法应用于姜路岭隧道设计荷载计算分析中加以阐释。     

偏压连拱隧道施工方法研究

文章采川三维有限元数值模拟研究了偏压连拱隧道不同施工顺序下拱顶下沉、中墙稳定性及初期支护受力特征.研究结果表明,先开挖浅埋侧时,拱顶沉降较小,中墙在施工中的稳定安全系数较大、弯矩较小,初期支护受力较大;对于浅埋偏压连拱隧道,围岩变形及中墙在施工中的稳定性控制更为重要.所以,从有利于围岩变形、中墙稳定性控制以及中墙受力的角度出发,宜采用先开挖浅埋侧的施工方法.     

浅埋隧道全断面开挖适应性研究

由于IV级围岩开挖易发生松散变形、V级围岩自稳定性差等特点,选择正确的围岩开挖方法是影响浅埋隧道开挖稳定性、施工安全和工程进度的关键。本文以胜利隧道为依托,利用FLAC3D建立三维有限元模型进行围岩开挖适应性分析。研究结果表明：全断面法开挖完成后拱脚周边最大主应力达到10.79 MPa,相比台阶法提升了26%;隧道初支受力最大处位于拱腰,全断面法相比台阶法从8.56 MPa增长到了10.79 MPa,衬砌受力有所增长,但未达到混凝土C25和钢拱架的极限强度。胜利隧道赋存条件简单、埋深较浅,IV级围岩具备全断面开挖的基本条件,采用全断面开挖机械化程度大大提高,可加快施工进度,节约工期和成本,同时全断面法会减少开挖对围岩扰动次数,这更符合相对完整IV级围岩的开挖方式,有利于施工安全。     

公路隧道洞口浅埋段稳定性监测与施工技术

公路隧道洞口浅埋段不仅是浅埋隧道问题,也是边坡问题。由于覆盖层薄而导致风化严重、堆积松散,岩体节理、裂隙发育,自稳能力差,故在施工过程中受荷载、雨水、爆破等影响,洞口段极易发生坍塌、边坡失稳、大变形等事故,并危及隧道整体稳定性。合理的施工方案及运用监测技术及时了解支护结构和围岩的工作状态,可以有效降低洞口坍塌、滑坡等风险发生的概率。文章依托在建的广西马梧高速公路隧道建设工程,在深入开展监控量测的基础上,优化洞口浅埋段隧道施工技术,保证了施工的安全和进度。     

扎果隧道洞口浅埋段大变形的处理措施探讨

高海拔高寒地区隧道施工过程中存在诸多不确定的影响因素,会出现浅埋段地表开裂、塌陷及洞内大变形等。由于高原地区地质情况复杂多变,施工风险高,遇到软弱富水、浅埋偏压、反复冻融等围岩时容易造成初期支护拱架下沉或变形,当下沉量或变形量超过预留量侵入二衬净空时,须对侵限拱架进行置换处理。为了使得高原隧道施工的安全质量和施工进度得到保障,本文以花久公路扎果隧道洞口浅埋段为例,对隧道浅埋段大变形处理进行施工技术方面进行研究分析,以期为类似工程地质条件下的隧道洞口段大变形处理提供一定的指导。     

水平岩层隧道洞口浅埋段开挖技术

狄家沟隧道进口端90m为洞口浅埋段,埋深10～60m,围岩为水平层泥质页岩,节理发育,稳定性差,掌子面开挖后拱部掉块、平顶现象严重,施工过程中若控制不当,将造成严重的超挖现象,本文介绍了水平岩层隧道洞口浅埋段的开挖方法以及控制爆破,实际施工显示该法可靠、可行。     

对《JTGD70-2010公路隧道设计细则》结构计算部分条文的修改意见

隧道结构问题的复杂性决定了目前隧道设计依然是以经验类比法为主,结构计算分析为辅。由于隧道的荷载和结构计算原理的研究难度较大,比较复杂,导致《JTGD70-2010公路隧道设计细则》中结构计算方面存在的一些问题没有得到及时发现与修正。文章针对细则中深埋连拱隧道围岩松散压力计算方法、初期支护与二次衬砌计算模型的拱脚约束方法、钢拱架与喷射混凝土进行强度校核时弯矩仅由钢拱架承担等方面存在的问题,进行了分析与探讨,并提出了相应的修改意见,建议在下一版细则修订时,使其更加完善,从而更好地用来指导隧道结构计算与设计。     

浅埋暗挖隧道围岩预加固机理及稳定性分析

隧道工程中浅埋暗挖隧道施工软弱围岩的稳定性及地层变形控制是一个十分重要的问题。文章分析了浅埋暗挖地铁隧道开挖后围岩扰动带变形特性、表征方法,稳定性分析方法。利用特征曲线法及莫尔-库仑强度理论分析了地层预加固机理。以国内常用的管棚预加固技术为例,提出了利用混合物理论中体积分数概念来分析加固效果的方法,并给出了应用实例。有限元实例计算分析结果表明:采用管棚预加固技术加固隧道拱部可降低地表沉降,但对降低开挖面挤出效应效果有限。     

明暗挖施工地铁车站下部暗挖隧道围岩压力计算方法研究

南宁轨道3号线青秀山地铁车站受地形限制采用上明挖下暗挖法施工。下部暗挖隧道根据埋深介于深浅埋之间,进行结构设计时,先施工的上部明挖站厅结构等效处理恰当与否,对于保证暗挖隧道结构安全至关重要。通过理论推导表明,当上部站厅结构等效为土体时,其下部暗挖隧道竖向围岩压力为150.69 kN/m,水平围岩压力为95.28 kN/m;当等效为附加荷载时,其下部暗挖隧道竖向围岩压力为439.83 kN/m,水平围岩压力为103.28 kN/m。通过数值计算表明,当上部站厅结构等效为土体时,最大安全系数为60.29,其部位在拱腰处,最小安全系数为7.39,其部位在拱底处;当等效为附加荷载时,最大安全系数为21.558,其部位在拱脚处,最小安全系数为2.529,其部位在拱底处。因此,建议暗挖隧道围岩压力计算时,上部站厅结构按照附加荷载处理较为合适。     

公路隧道岩溶施工技术方法思考

岩溶作为不良地质条件对隧道施工造成较大危害,溶洞的存在影响围岩压力、支护结构受力和施工安全性。以某隧道工程实例作为研究背景,文章深入分析了公路隧道岩溶施工技术的施工方法,分别从溶洞施工方案确定、施工准备、溶洞开挖、支护施工以及锚杆支护多方面对公路隧道岩溶施工技术进行研究,实践可知,通过隧道岩溶施工技术的应用,能够切实提高隧道工程的掘进速度和质量,对促进公路事业有重要作用。     

浅埋大偏压双洞六车道无中导洞连拱隧道进洞施工技术

云南省国家高速公路网G56楚雄（广通）至大理高速公路扩容工程金山隧道为六车道无中导洞连拱隧道。隧道侧穿岩层破碎的陡峭山坡，全隧道均为浅埋大偏压地形，且侧下方临近既有高速公路和乡道。隧道进口洞口段偏压尤为严重，存在大范围负埋深段落。为保证金山隧道进口进洞施工顺利开展，避免山体扰动影响既有公路运营，从隧道结构、山体加固及开挖施工等方面提出综合技术方案：（1）隧道洞口负埋深段以桩基承台+薄壁耳墙结构提供外侧竖向基础及横向支撑，抵抗山体偏压作用；（2）上部锚索与下部钢管桩加固方式增强洞口坡体横向稳定性；（3）隧道洞口实施半明半暗盖挖施工，减小围岩扰动。金山隧道进口进洞方案现场成功实施，不仅为全线按计划顺利通车创造了良好条件，还为大偏压大跨度无中导洞连拱隧道洞口段施工积累了工程经验。     

罗汉山双向八车道连拱隧道结构设计研究

罗汉山隧道设计为双向八车道连拱隧道,为目前国内最大跨度公路连拱隧道.文章对超大断面连拱隧道设计的技术标准、净空断面选取、结构支护参数拟定、中墙设计、施工工法选择、施工辅助措施以及监控量测等进行总结介绍,并应用有限元数值模拟方法对支护结构的强度及围岩的稳定性进行了模拟分析,为今后相关类似超大断面公路隧道的工程设计与施工积累经验.     

隧道围岩压力和锚杆轴力的特性分析

结合江西武吉高速公路隧道15个典型断面的监测信息.分析围岩压力和锚杆轴力的稳定值和稳定时间变化规律.结果表明,锚杆未能充分发挥支护作用,应加强锚杆锚固力;隧道位置、施工方法及围岩级别对围岩压力和锚杆轴力的稳定时间有影响.利用围岩压力经验公式计算值与实际监测值进行比较,分析了经验公式对实际隧道工程的适用性.结果表明,深浅埋法计算值比实测值大;系数法和普氏法计算值与实测值相近,但计算结果有赖于参数的选取;泰沙基法计算深埋隧道的围岩压力误差较大.考虑隧道埋深和围岩级别的影响,获得围岩压力与隧道埋深的乘幂关系,以及围岩压力与围岩级别的指数拟合公式.通过监测数据获得的一些规律性结论,可为隧道结构设计和结构计算提供参考.