双护盾TBM掘进施工管片内表面裂缝成因分析

在某双护盾TBM隧洞施工过程中,侧管片内表面连续出现了贯穿管片宽度的裂缝。通过对施工现场详细观察,对裂缝的分布位置、数量、缝宽进行统计分析;结合裂缝观察方式、裂缝性状与TBM操作特点、围岩状况、地下水状况、管片结构、回填灌浆等情况,对裂缝成因进行了探讨和研究。认为TBM在软质地层掘进过程中主推油缸强行牵引及尾盾钢板约束是造成管片内表面裂缝的主要原因,最后,提出了降低或减少裂缝产生的建议与措施。     

城市地铁双护盾TBM设计及应用

结合城市地铁隧道工程的地质条件和工程特点,对双护盾TBM设计特点进行分析,提出双护盾TBM应用于城市地铁时需要考虑和解决的关键问题,如刀盘破岩能力、小曲线掘进、回填灌浆工艺以及断层破碎带防卡机和脱困功能等,以提高双护盾TBM的适应性、隧道衬砌质量及成洞效率。研究双护盾TBM高效破岩、过断层破碎带、小曲线转弯和回填灌浆等针对性设计和优化改进措施,包括刀盘厚板设计、盾体直径阶梯递减设计、单轨梁吊机设计、管片壁后豆砾石回填+水泥浆液灌注等。通过深圳地铁的实际工程应用证明双护盾TBM具有良好的地质适应性和高效的机械化施工优势。     

复合地层TBM隧道施工引起建筑物沉降规律研究

浅埋复合地层TBM下穿建筑物施工过程中,豆砾石吹填注浆及软硬岩交界面所处位置均对建筑物沉降具有重要影响。为探明两者对建筑沉降的影响规律,采用数值模拟及现场监测的方法进行分析,得出以下结论： 1）由于围岩基本处于无支护状态,隧道开挖后到豆砾石吹填完成前建筑物沉降最大,约占总沉降的70%; 2）豆砾石可压缩性较强,吹填完成后建筑物依然会出现一定的下沉,约占总沉降的30%; 3）浅埋单护盾TBM隧道施工中,软硬岩交界面位置对建筑物沉降具有重要影响,依据影响程度将交界面所处区间隧道的位置关系分为3种,并给出相应的建筑物沉降控制措施。现场监测与数值分析均显示地表注浆和豆砾石及时回填注浆对控制建筑物沉降具有重要意义。     

护盾式TBM隧道回填层对管片受力的影响

为了探明回填层对护盾式TBM隧道运营阶段管片受力的影响,建立考虑回填层的围岩抗力系数计算方法,为隧道设计中地层抗力系数的确定提供理论基础,设计相应的模型试验,对比了有回填层和无回填层时管片的受力特点,并采用厚壁圆筒理论推导了围岩-回填层等效弹性抗力系数的计算方法。研究结果表明:有回填层和无回填层时,管片运营阶段的弯矩、轴力、变形具有较大的差别,回填层的作用不可忽略;回填层厚度、泊松比、弹性模量、管片外半径均对围岩-回填层等效弹性抗力系数产生影响,其中回填层弹性模量为主要影响因素;回填层存在一个临界弹性模量,当回填层弹性模量大于临界弹性模量时,计算得出的围岩-回填层等效弹性抗力系数大于围岩弹性抗力系数,回填层对围岩起到增强作用,研究给出了回填层临界弹性模量计算公式,并得出回填层临界弹性模量取值与围岩弹性模量密切相关;考虑回填层的数值计算结果更接近模型试验结果,验证了围岩-回填层等效弹性抗力系数计算方法的准确性。     

关于高原铁路某隧道敞开式TBM开挖直径的探讨

为探讨高原铁路某隧道不良地质条件下敞开式TBM开挖直径是否适应的问题,结合已建、在建工程存在的问题及施工数据,分析TBM法隧道初期支护变形侵限的原因,且通过对比分析工程地质数据、衬砌参数,认为不良地质条件下TBM护盾收缩及初期支护体系形成支护能力周期长是造成初期支护侵限的主要原因。预测当TBM开挖直径为10.2 m时,该高原铁路隧道TBM段Ⅲ级围岩中等及以上岩爆段、Ⅳ级围岩（节理密集带）、Ⅴ级围岩（蚀变岩）存在初期支护侵限的风险。提出如下建议： 1）设计TBM开挖直径时考虑护盾收缩量; 2）在强烈岩爆段、节理密集带、蚀变岩等情况下,采用钢管片施作初期支护以提供临时支撑,缩短支护能力形成周期,并将TBM开挖直径适当增大为钢管片安装预留空间。     

黄金坪水电站大断面尾水隧洞结构安全性研究

依托黄金坪水电站尾水隧洞工程,采用数值模拟、现场监测的手段进行了深埋大断面尾水隧洞开挖结构安全研究。研究结果表明:将隧洞断面划分为4层开挖,顶层采用导坑扩挖法,先开挖中部导坑,再向两侧进行刷扩处理,因刷掉的是围岩松动圈外圈的低应力松散带,避免了扰动深部围岩,有利于结构安全;大断面尾水隧洞在分层开挖、支护过程中,围岩最大拉应力为0.86 MPa、最大压应力为6.9 MPa,支护结构最大拉应力为0.6 MPa、最大压应力为5.0 MPa,均远小于允许应力而且不会发生岩爆,围岩和隧洞支护体系在开挖、支护完成后逐步达到稳定状态;围岩多点位移计的现场监控量测结果验证了数值计算结果的正确性,研究方法可为类似工程提供参考。     

某铁路明洞拱部裂缝成因分析

某双线铁路明洞结构拱部产生纵向裂缝,为分析该明洞拱部裂缝产生的原因,对裂缝分布情况及裂缝形态进行分析,拱部裂缝宽度与回填土石厚度存在正相关性,裂缝宽度随回填土石厚度增加而增大;当回填土石厚度为15 m时,裂缝宽度为0.55~1.00 mm。通过对明洞施工数值计算分析认为： 当回填土石厚度小于5 m时,随着拱顶回填土石厚度的减小,拱顶拉应力增大,此时施工动载对明洞结构受力影响较大;边墙回填密实度对拱顶拉应力影响显著,密实度为60%时,拱顶拉应力值为完全密实时的1.44倍,且已超出结构极限强度。综合分析认为,回填土石施工时机不当及边墙回填不密实是导致该明洞拱部产生裂缝的主因; 提出明洞结构设计计算应纳入施工动载,施工应严格掌控回填土石施作的时机,同时应加强建设管理等。     

软弱地层敞开式TBM超前注浆加固技术研究

为实现敞开式TBM施工过程中隧道围岩的机械化超前加固,降低软弱破碎地层中的隧洞塌方和TBM卡机风险,在传统敞开式TBM的基础上,引入超前钻注一体化装备,并建立配套的TBM超前加固技术。同时,为明确敞开式TBM钻注一体机超前加固效果,以阿勒泰某引水隧洞为背景,采用midas对加固前后敞开式TBM在2个特征循环段中的盾顶压应力及围岩变形情况进行分析,并结合实测数据对比研究超前加固技术的可靠性。结果表明:1)采用超前加固措施效果明显,同一位置处的盾顶压应力降幅达10%～90%; 2)实测钢护盾顶部压应力同加固后的数值计算结果变化趋势基本一致,数值差异量控制在20%内,计算结果可靠性较高; 3)采用钻注一体机进行超前注浆加固,能够满足岩体加固的要求,可提高施工效率。     

季家坡隧道开挖数值模拟分析研究

采用地层-结构模型,利用有限差分计算软件FLAC对三峡翻坝高速公路的季家坡隧道进行了开挖支护施工过程的数值模拟,文章分析了隧道开挖后支护前和支护后隧洞围岩变形、应力重分布、围岩塑性区范围,进一步证明了隧道支护方案的有效性,并对支护结构做出了安全评价。     

高黎贡山隧道破碎地层TBM施工技术与应对方法研究

为解决大瑞铁路高黎贡山隧道出口段岩石破碎地质影响TBM施工的问题,针对掌子面前方破碎围岩,提出掌子面前方化学灌浆加固、小导洞开挖及超前管棚等方法联合帮助TBM脱困,同时提出护盾向前延伸、刮渣口限粒板加密的TBM设备改进应对方法; 针对破碎围岩露出护盾后易塌落问题,提出隧道顶部加强初期支护和化学灌浆、隧道腰部立模灌浆、隧道底部机械化清渣的应对方法。现场实践表明： 采用上述方法,有效降低了TBM在破碎地层掘进刀盘被卡的风险,即使刀盘被卡也能在可控的时间内及时脱困; 同时还有效提高了TBM通过破碎地层的施工速度。     

超大断面通航隧洞软弱围岩及支护体系受力变形特性研究

文中以开挖面积为604 m²的超大断面清水江通航隧洞为研究对象,以数值分析手段模拟超大断面软弱围岩隧道施工过程中围岩及支护体系受力变形特性。研究表明,隧洞开挖过程中,拱顶围岩变形影响区域较边墙大,但边墙处围岩受剪应力较拱顶围岩更高;采用长锚杆加固拱顶围岩,可取得较好效果,但长锚杆对边墙围岩加固作用不明显,边墙处更适宜采用短锚杆;隧洞临时支撑拆除前,下导坑临时侧壁弯矩、轴力急剧增大,接近屈服破坏;临时支撑拆除后,主洞初期支护受力明显增大,拱部和仰拱以受弯为主,边墙以受压为主,受力最不利位置为拱脚。     

全断面硬岩地层盾构隧道管片上浮控制技术研究

为了解决盾构在全断面硬岩地层中管片上浮的问题,确保管片衬砌的施工质量,结合广州7号线某全断面硬岩段的盾构施工,从力学条件和空间条件等方面分析了导致管片上浮的原因和机制,从盾构施工和设计等方面提出了减小管片上浮的新措施。包括:采用豆砾石回填灌浆工艺进行管片壁后填充、利用止浆环与隔水环防止浆液流失、半敞开式掘进提高同步注浆的填充效果、采用前盾底部设计千斤顶防止盾构栽头等。     

浅埋明挖小间距隧道回填施工方案及力学性能研究

为研究浅埋明挖小间距隧道回填施工方案以及回填过程中对衬砌结构变形和应力的影响,依托重庆市渝北区金洲大道与星光大道延伸段节点改造工程,采用有限元分析方法对比土石混合料、泡沫轻质土两种材料回填方案,并结合现场监测数据对衬砌结构变形、应力进行分析。结果表明：与土石混合料回填相比,采用泡沫轻质土回填的结构变形、应力均满足承载力要求;顶板、墙角、底板位移分别减少约24%、29%、11%且未超出位移容许值,拉应力分别减少约41%、39%、27%;当衬砌结构回填深度为0、2、4、6 m时,结构各部位拉应力变化趋势较缓,且变形、应力基本呈对称分布,可以有效避免结构拉剪破坏。综合考虑施工便利性、结构安全性、回填土压实度,对该隧道回填采用特殊部位以泡沫轻质土分层回填,两侧及顶部以土石混合料分层回填的回填方案;现场以此方案进行回填施工后,结构位移、应力均未超过容许值,因土拱效应,现场实测值小于模拟值。     

岩溶隧道结构受力变形特性分析及处置技术研究

该文结合都安至巴马高速公路弄莫岩溶隧道施工过程,利用Midas-GTS有限元计算软件对侧部含有溶洞的隧道围岩及处置结构的稳定性进行数值模拟研究,分析隧道开挖对围岩和支护结构受力变形特性的影响,探究偏压墙和树根桩方式处理岩溶隧道的处置效果。结果表明:隧道开挖过程中,隧道底部围岩、复合地基顶部、桩基顶部均出现隆起;偏压墙靠近溶洞附近部位的水平位移变化速率较大,偏压墙最大压应力出现在左上角位置,隧道开挖时应对该部位的稳定性给予特别重视;隧道开挖完成之后,处置结构和周边围岩的位移和应力都趋于稳定,偏压墙和树根桩处置方案具有良好的效果。     

秦淮东河隧洞施工过程数值模拟分析

为保证秦淮东河工程西村隧洞的顺利实施,采用有限单元法对工程区的天然应力场进行数值模拟分析,建立三洞并线计算模型,分别从新挖河道、新建隧洞及上部覆土回填三个过程进行应力应变分析。提出分层开挖及回填的单层深度取值,监测分层开挖及回填时隧洞顶部位移及应力过程变化值。研究发现,隧洞进口处上部覆土约开挖四分之一深度时,存在边坡稳定隐患。覆土回填过程中,隧洞底部因竖向应力较大,而出现向上微拱变形。研究成果可直接应用于引水隧洞工程的设计计算和施工质量控制,可在类似工程中加以推广应用。     

锦屏二级水电站深埋隧洞施工难点解析

锦屏二级水电站深埋长隧洞群平均埋深达到1 500~2 000 m,地应力高,工程地质条件复杂,超高压大流量地下水、岩爆、围岩大变形是世界性难题。为解决以上问题,对锦屏二级水电站深埋长隧洞群施工难点进行探讨,主要研究内容和结论如下： 1）地下水处理采用“以堵为主、堵排结合”的总体设计原则,采用的处理技术有引流、局部封堵、系统的高压固结灌浆和分流导洞封堵等; 2）从“以防为主”和“以治为主”2个方面讨论岩爆防治方法,重点论述应力解除爆破和TBM掘进的岩爆处理; 3）分析软岩大变形产生的原因及采取的处理措施,重点论述上台阶扩挖洞径的确定和落底开挖前的加强支护措施。     

软弱围岩浅埋连拱隧道力学特征测试与分析

为研究软弱破碎围岩浅埋连拱隧道支护体系力学特性,以某连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器,对围岩压力、锚杆轴力、钢支撑内力、二衬受力及中墙内力等进行系统测试与分析。结果表明,拱部两侧拱腰位置围岩压力较大,呈"猫耳朵"分布。受地质和施工因素等的影响,拱部围岩压力实测值与公路隧道设计细则计算值相差较大。中墙底部及两侧边墙底部基底压力大。正洞锚杆轴力量值很小,建议取消正洞锚杆。侧导洞锚杆作用明显,根据围岩情况可以保留。钢拱架受力最大位置在拱腰处,拱顶处钢拱架承受拉应力,其他部位为压应力,部分拱架受力接近屈服,型钢拱架作用十分明显。中墙顶部钢筋计受拉,其余位置受压,中墙上部受力较下部敏感。左右线先后应力释放对中墙有一定的"纠偏效应",但中墙受力始终处于偏压状态。     

隧道洞口段开挖对相邻隧洞影响的数值分析

为研究麻武高速公路角儿尖隧道洞口段开挖对已支护相邻隧洞围岩稳定性的影响,依据角儿尖隧道地质情况,运用FLAC3D数值模拟软件进行模拟计算,并结合现场实测情况,对已支护相邻隧道围岩位移及应力演化规律进行了分析。结果表明:角儿尖隧道洞口段开挖对已支护相邻隧洞围岩变形影响较大,其影响比重在30%左右,实测约为15%;针对角儿尖隧道洞口段开挖过程,应尽量缩短进尺,并控制装药量,将相邻隧洞开挖对已支护隧道的影响降到最低。研究结果为洞口段支护措施优化提供了依据,供类似工程参考。     

开挖与回填过程中隧道受力和承载拱效应研究

为研究开挖和回填过程中既有隧道受力变化及其与承载拱之间的联系,设计模型试验,通过考察开挖与回填过程中既有隧道的位移、内力及围岩压力,得到隧道受力变化规律,并对隧道受力与承载拱之间的联系进行分析。结果表明: 1)既有隧道上方开挖过程中由于承载拱的存在,会使隧道经历无影响、弱影响、强影响3 个阶段,但既有隧道上方回填过程中不会产生承载拱,填方对隧道的影响基本呈线性增加,隧道处于持续受影响状态; 2)回填后的结构受力普遍大于相同覆土高度下开挖后的结构受力,且拱顶和仰拱相对其他部位受影响较大,易因内侧受拉出现裂纹; 3)承载拱的产生与否主要取决于一定埋深隧道围岩应力状态是否经历三向应力-二向应力转变的历程,隧洞开挖时围岩应力的转移和重分布导致了承载拱的产生。     

高原浅埋隧道不同施工方法力学行为分析

为了分析不同施工方法对高原浅埋隧道施工过程中稳定性的影响规律,以某隧道工程实例为背景,采用有限差分软件FLAC3D对双侧壁导坑法和三台阶预留核心土法进行数值模拟,并分析对比高原浅埋隧道在2种施工方法中的围岩变形、支护应力和围岩塑性区分布规律。数值模拟结果表明:双侧壁导坑法在控制围岩变形和地表沉降方面优于三台阶预留核心土法;支护拉压应力更小,围岩塑性区分布范围也更加均匀合理。因此,对于高原浅埋隧道,采用双侧壁导坑法施工具有更大优势。