中国公路隧道近10年的发展趋势与思考

中国公路隧道在规模、数量、建设速度等持续快速发展的形势下,近10年来又取得了众多隧道建设技术的突破,已由隧道大国步入向隧道强国转变的轨道。首先宏观研究分析近10年来中国公路隧道建设状况,对比论述了山岭、水下、城市地下道路等类型隧道的发展特点、趋势及相关建议;从隧道建设需求导向、地质超前预报、节能环保、应急救援等方面提出了公路隧道建设理念的变化,对比总结了钻爆法、盾构法、沉管法及TBM法等4类修建公路隧道常用施工方法的应用情况及未来发展趋势,并在此基础上,对中国公路隧道未来建设中将遇到的一些问题进行了研究与思考。结果表明:应改变以支护参数设计为重点的隧道设计理念,建立以介质场为主体的隧道结构设计方法,在隧道场解重构理论与技术体系方面进一步创新;对于采用双洞布局模式的长大公路隧道,为减少长深斜竖井设置,提升建设速度,应优先采用“钻爆法+小TBM导洞扩挖法”相结合的混合方法来修建;针对越来越多的公路隧道进入后运营期,提出了隧道智能监测评估与快速修复的技术途径,以将隧道修复作业所带来的影响降到最低;中国公路隧道建设应融合大数据、智能装备、5G等先进技术,并尽快完成配套标准的制定。     

大直径盾构隧道斜螺栓环缝抗剪特性研究

以大直径盾构隧道施工过程中管片上浮错台问题为背景,研究大直径盾构隧道环缝结构的抗剪特性,从结构承载力角度提出有效且可控的抗浮措施,并深入探究环间错台对隧道结构的影响,以确定大直径盾构隧道环间变形控制标准,减小隧道环间错台引起的管片损伤。以深圳妈湾跨海通道为依托,基于材料塑性损伤本构,考虑管片接缝细部构造,根据相关管片环缝剪切原型试验对接缝抗剪数值模拟方法的有效性进行验证。随后,利用数值模拟研究了环向接缝顺剪、逆剪和切向剪切时的错台现象和破坏特征,分析了斜螺栓、凹凸榫对环缝抗剪特性的影响,为大直径盾构隧道环缝结构的抗浮设计和安全评价提供依据。研究表明:环缝剪切错台数值计算结果与试验结果吻合良好,能够有效揭示接缝剪切过程中结构的变形特点和损伤特性;环缝接缝的剪切错台过程较为复杂,呈阶段性特征,螺栓和凹凸榫的受力状态是决定接缝抗剪特性的关键因素;凹凸榫能显著提高接缝抗剪刚度和承载力,但也带来接缝应力集中和张开过大等问题,设计和施工过程中需充分考虑接缝刚度和变形的适应性;基于环缝错台损伤分析,提出了环缝变形的三级安全评价指标,大直径盾构隧道接缝变形必须控制在Ⅱ级以内,以保证隧道的结构安全和正常使用性能。     

铁路隧道使用凿岩台车与风钻钻爆的比较研究

为进一步分析研究高铁隧道凿岩台车与风钻钻爆的优劣及适用性问题,以郑万高铁小三峡隧道工程为依托,介绍风钻钻爆 的施工应用情况及凿岩台车钻爆在施工应用方面的制约因素,并从施工工效、人员配置、安全性、超欠挖控制、成本投入等方面对比 分析。 主要研究结论如下: 1)采用凿岩台车钻爆,在硬岩条件下钻爆速度较快,Ⅲ、Ⅳ级围岩可通过工法调整来提高凿岩台车的施 工效率,遇软弱围岩时应慎重选用; 2)凿岩台车钻爆与风钻钻爆相比,劳动强度低、节省劳动力、安全风险小等方面具有突出成效; 3)理论分析凿岩台车钻爆较风钻钻爆平均线性超挖小,但实际施工过程中却反之,可通过加强管理来缩小与人工钻爆之间的超挖 差距; 4)凿岩台车对风钻钻爆的优势显而易见,随着隧道施工机械化进程不断地发展,将来一段时间凿岩台车钻爆替代风钻钻爆 施工是未来地下工程开挖的发展方向之一。     

明暗挖结合地铁车站暗挖隧道断面优化研究

明暗挖结合地铁车站暗挖隧道部分随着断面尺寸的增大,结构风险成数量级增加。为达到在功能合理前提下,尽量减小暗挖断面尺寸以降低结构风险的目的,通过将暗挖隧道结构高风险性纳入设计评价体系,提出建筑设计标准回归规范要求、梳理机电设计标准盲点、调整机电系统方案、优化建筑形体的建筑设计优化理念。经与实际工程结合,总结出3项具体措施： 1)简化暗挖隧道部分功能,将功能精简或转移至明挖空间; 2)重整暗挖隧道群体内功能之间几何关系,有效规划,减小尺度; 3)尊重暗挖隧道圆形、马蹄形断面有利受力特征,规整断面功能形体尽量与隧道无缝贴合。所述优化措施经南宁地铁3号线青秀山站运用实践,可有效减少暗挖隧道数量,减小暗挖隧道断面,扩大暗挖隧道间距,综合优化断面面积约30%,较好地降低了暗挖结构风险。     

复杂环境下基坑上跨运营地铁隧道的保护方案研究

为解决复杂环境下基坑开挖时下方地铁隧道正常运营的难题,依托郑州某市政管廊上跨地铁区间隧道项目,采用三维数值模拟计算及施工监测数据分析的方法。得出如下结论： 1）通过选取合理的基坑围护方案,可减小基坑围护结构施工对地铁区间隧道的扰动影响; 2）对于工程地质情况较好的地区通过细化上跨基坑开挖方式,采用基底加固+抽条施工的方案可保证地铁区间隧道的正常运营。     

龙昌公路隧道Ⅳ级围岩大断面机械化施工技术

为解决我国公路隧道建设中存在的以人工作业为主、施工机械化程度低、工序循环时间长、施工进度缓慢、安全风险高等问题,以贵黄高速龙昌隧道施工为例,结合中国的隧道规范与欧洲新奥法设计理念,对龙昌隧道采用大断面法进行施工,提出“9+N”设备高度配合隧道建设施工系统及其施工技术,即三臂凿岩台车、拱架锚杆安装台车等9种专用隧道施工机械设备与多功能地质钻机、全自动注浆机等多种辅助隧道施工机械设备搭配,采用相应机械化施工技术,无间隙地进行隧道施工。结果表明,“9+N”施工技术改善了隧道施工作业大量依赖人工的现状,提高了隧道施工的机械化程度、工作效率和安全性,降低了隧道施工人员数量,减小了施工对环境的影响,保证了隧道的施工质量。     

铁路隧道污水处理站规模研究

为解决铁路隧道在施工期污水排放对环境敏感区环境的影响,必须设置隧道污水处理站。通过现场调研多个项目实际发生的隧道污水处理站建设情况,分析研究后提出如下结论： 1）铁路隧道在施工期可实现清水、污水分流以达到减少污水排放量、控制隧道污水处理站建设规模的目的。2）在考虑隧道施工期生产污水、清水分流的工程措施和隧道衬砌、注浆堵水等工程措施对涌水的削减作用的基础上,区分不同地质情况分段确定洞身单位长度正常涌水量乘以施工未衬砌段长度及涌水变化系数的积来确定隧道污水处理站的污水处理规模。3）与隧道污水处理站设计思路配套,建议在现行概（预）算编制办法规定计费范围的基础上,将清水、污水分流的工程措施费用,污水处理站设备的安拆及摊销费用,污水处理站的运营及维护费用纳入概算。     

成兰铁路云屯堡隧道紧急救援站设计优化研究

针对成兰铁路云屯堡隧道建设过程中因地质原因产生的隧道内紧急救援站方案优化需求,分别从土建规模、工程投资、施工风险、疏散排烟、运营维护5个方面对3个优化方案进行经济技术比选,同时,进一步探索研究单洞合修洞内救援站设置模式。通过研究对比,得出以下结论： 1）特长隧道紧急救援站段设置多处小断面通道可能比设置1处大断面综合通道节约投资; 2）救援站地段应适当加大结构间距,以避免群洞效应; 3）救援站整体土建规模较小时也可能存在较高的施工风险; 4）救援站内土建工程方案调整会影响机电设备配套及运营成本; 5）竖井式联络烟道宜按90°直弯头设计以便施工及运营维护。     

旁侧基坑开挖偏心卸载下盾构隧道横断面受力变形研究

为了研究基坑开挖导致旁侧既有盾构隧道产生偏心卸载而带来的不利影响,采用MIDAS/GTS NX软件建立精细化的三环盾构管片模型。基于修正惯用法计算的盾构衬砌环初始围压和Mindlin公式计算得到的基坑开挖卸载产生的附加围压,通过将总围压施加在盾构管片模型上,模拟计算得到盾构衬砌的横向变形和内力;采用椭圆度作为评价隧道安全状况的指标,研究基坑开挖偏心卸载对盾构隧道的影响规律。结果表明： 在基坑开挖偏心卸载过程中,衬砌结构会产生斜向“压扁”的效果,呈现“斜椭圆”变形;由于应力集中的原因,在管片与管片的接缝处应力较大,混凝土应力最大值处在邻接块与标准块之间;混凝土和螺栓的最大应力值会随着椭圆度的增大而增大;随着基坑围护结构位移增大,基坑侧壁应力释放系数β值逐渐增大,隧道的水平位移值也随之增大;在基坑开挖过程中要严格控制围护结构的位移量,以保证盾构隧道安全。     

湖北某公路隧道大型溶洞成因研究

湖北某高速公路隧道施工中揭露了一大型溶洞,溶洞沿着隧道走向长139 m,横向最大宽度78 m,给隧道变更设计及施工带来很大的困难。通过分析隧道所处的地质构造环境、岩溶水系统、岩溶发育垂直分带、堆积物特征等综合判断该溶洞为一“古溶洞”,不会受到现在洪水位影响。由于洞顶可见钟乳石,部分堆积体已被钙化固结,因此推断该溶洞目前处于稳定状态。