软弱地层连拱隧道开挖错距和台阶长度研究

近年来连拱隧道的施工方法不断优化,其中3导洞法在围岩状况较差的地段能够有效减少地表沉降和隧道变形,使施工更加安全。但由于3导洞法存在着施工工序复杂、施工参数不明确和成本高等缺点,对3导洞法的研究一般多集中在结构受力、开挖方法和支护参数等方面,而其在软弱地层中主洞开挖错距和台阶长度的重要性往往被忽视。依托广东南山路连拱隧道工程,采用数值模拟的方法,对比分析了隧道拱顶沉降和拱脚水平收敛,研究了V级围岩3导洞法合理的主洞开挖错距和台阶长度。研究结果表明:1)V级围岩3导洞法合理的主洞开挖错距是2.5～3倍洞径;2)V级围岩3导洞法合理的开挖台阶长度是10 m(中台阶)。     

大横琴山隧道大跨段施工变形受力分析

为研究大横琴山一号隧道施工时围岩位移及应力变化规律,采用有限元模拟软件,对大横琴山一号隧道进行三维数值模拟,得到隧道围岩竖向位移云图、地表沉降及围岩应力云图。结果表明:在右半导洞开挖时隧道上方竖向位移呈扇形分布,左半导洞开挖时呈树杈形分布;在开挖完毕后,先开挖部分的围岩应力较后开挖部分的围岩应力大。     

复杂地质条件下大跨双联拱隧道暗挖技术

本文以复杂地质情况及周边环境下大跨浅埋隧道开挖方法为研究对象,提出了双联拱隧道综合开挖技术,在浅埋及软弱地段、隧道周边有重要建构筑地段采用三导洞开挖方法,而在围岩强度较高、完整性较好及周边无重要建构筑地段采用单导洞台阶法,视两侧围岩情况取消一侧或两侧导洞。     

不对称双连拱隧道施工方法研究与应用

针对不对称双连拱隧道施工中不同工况下的应力和位移情况,运用MIDAS/GTS数值模拟软件建立计算模型,对IV级围岩开挖过程进行模拟分析,得到了分别采用三导洞台阶法和中导洞台阶法开挖施工过程中的隧道应力及位移数值,通过与围岩位移、沉降、压力及二衬弯矩实测数据的对比分析,为不对称双连拱瞇道的设计和施工提供一定的理论依据及借鉴。     

坝陵河大桥西锚洞岩溶围岩分级

 坝陵河大桥隧道锚洞工程周边围岩的岩溶较发育,勘察设计阶段确定其围岩级别为II～IV级。根据实际开挖所揭露的岩溶状况,需要调整超前支护和初期支护参数,以保证锚洞施工安全。在岩溶地质预报和一般地下工程岩体质量分级基础上,专门针对围岩为不同岩溶发育状态的岩体进行质量分级修正,建立锚洞岩溶围岩分级的物理模型和数学模型。根据岩体波速测试、岩体抗压强度以及岩溶发育程度修正系数等参数的确定,计算锚洞岩溶围岩级别主要为V级。事实上,在整个锚洞施工过程中,均采用超前小导管、超前锚杆、型钢拱架、挂网及喷射混凝土等强支护措施,锚洞开挖采用台阶法分步开挖。锚洞开挖完毕后对周边的破碎岩体及溶洞进行了注浆加固处理,也就是说,锚洞施工的超前支护和初期支护参数实际均按照V级围岩实施。实践表明,本工程岩溶围岩分级是合理的,对其他同类工程可提供借鉴。     

多工艺开挖方法在运营公路隧道泄水洞施工横洞中的应用研究

运营公路隧道突水处理可采用在隧道外侧新建泄水洞的方案,利用泄水洞将地下水“截流”后引排。为加快施工进度,通常利用半幅运营隧道作为施工通道,并在运营隧道内施作施工横洞的方法增加泄水洞开挖断面。如果施工横洞处围岩强度大,机械开挖困难时,需采用钻爆法开挖。但是传统钻爆法开挖会产生强烈的爆破振动,对既有运营隧道安全造成影响。提出一种既有运营公路隧道泄水洞施工横洞分区分段爆破开挖的施工工艺,能够解决在高强度围岩泄水横洞开挖时的功效低、爆破振动大、施工安全风险高的问题。     

特大断面大跨度隧道围岩变形的现场试验研究

 结合广州龙头山双洞八车道高速公路隧道工程实践,对特大断面大跨度隧道施工中围岩变形进行相关监测,分析变形随时间变化规律、不同开挖工序引起的纵向和径向空间围岩变形规律。研究结果表明：特大断面大跨度隧道采用双侧壁导洞法施工,能较好地控制围岩变形;在特大断面大跨度隧道施工过程中,右导洞上台阶、左导洞下台阶以及核心土开挖对围岩变形影响较大,是施工主要控制点;特大断面大跨度隧道开挖的纵向影响距离大致为一倍洞径左右,与导洞跨度基本相同,为6～8 m;洞顶垂直向径向影响距离约为25 m,左导洞顶30°方向的径向影响距离约为15 m。该研究结论可为类似条件下特大断面大跨度隧道设计施工和现场监测提供借鉴与参考。     

高速公路连拱超浅埋隧道下穿104国道施工技术

宁杭高速公路梯子山隧道为大跨度、超浅埋、连拱隧道,且工程下穿国道,施工设计采用暗挖、三导洞先行的施工方案,即先开挖左、中、右三导洞,做临时支护,再施工中隔墙,然后开挖主洞,主洞开挖也分左右洞,并及时浇筑仰拱以形成封闭结构,最后二次衬砌,以防拱顶下沉.实践证明,工程施工方案可行,为类似隧道施工提供了经验借鉴.     

连拱隧道围岩压力计算方法与动态施工力学行为研究

由于双连拱隧道的多分部开挖支护的结构荷载转换过程多,围岩应力变化和围岩与结构相互作用关系复杂,目前在设计、施工中仍然存在一些问题:(1) 勘察设计围岩分类与施工揭露实际围岩级别常有差异,并难以实现及时变更.(2) 尚无满足连拱隧道特点的围岩压力理论,特别是在浅埋偏压条件下围岩荷载估计偏差较大.(3) 施工中经常出现支护失效、衬砌裂缝及渗漏泄水等工程安全、质量问题.针对连拱隧道中的问题,进行围岩压力计算方法和动态施工力学行为研究,主要研究成果有:(1) 对于连拱隧道,围岩塑性区受中墙及施工方案影响较小,主要与最终开挖跨度有关.在计算荷载时要考虑最不利工况,连拱隧道坑道宽度取整个连拱隧道的宽度是合理的,偏于安全的.(2) 应用比尔鲍曼理论求得塌落拱曲线方程,然后用作图法在连拱隧道外侧作一个切线与以地形的坡度求出的塌落拱曲线方程的切线相平行,两平行线的距离即为地形偏压临界覆盖厚度.运用此方法求得连拱隧道大跨度条件下的偏压连拱隧道地形偏压临界覆土厚度,为偏压连拱隧道设计提供可靠依据.(3) 针对连拱隧道断面远大于单线隧道,围岩压力大于按单线隧道宽度修正结果所出现的问题,提出对于大跨度双连拱隧道,在极浅埋、浅埋条件下,仍然分别采用全土柱理论荷载和谢家烋理论荷载;在深埋条件下,推荐双连拱隧道竖直地层压力采用适合双连拱大断面隧道特点的修正比尔鲍曼理论围岩压力计算公式.(4) 对于浅埋偏压连拱隧道,不仅要考虑非对称的地层主动荷载,还要调整浅埋侧地层被动荷载,提出浅埋偏压连拱隧道地层主动偏压荷载和被动不均匀荷载确定方法及地形偏压情况下隧道支护结构的合理计算方法,并求得不同坡率、不同围岩级别条件下浅埋侧土体的弹性抗力系数的合理取值,为设计中偏压连拱隧道采用荷载结构模式计算时浅埋侧土体的弹性抗力系数取值提供参考.(5) 在充分吸收国内外围岩分类经验的基础上,针对隧道施工期间的现场围岩判别特点与要求,提出一种现场围岩快速评价方法,该方法以定量与定性指标相结合,现场观察、量测及快速评价.另外针对隧道围岩实际力学指标难以获取的难题,提出应用围岩Q指标和现场点荷载强度推测围岩物理力学参数的方法,并结合围岩快速评价结果,综合确定隧道围岩实际力学指标.(6) 对于浅埋偏压连拱隧道,侧导洞应该先开挖深埋侧侧导洞,而主洞应该先开挖浅埋侧主洞;而对于非偏压连拱隧道,在围岩条件较好时主洞开挖可采用上下台阶法,且主洞开挖合理的工作面间距应约为2.0D～3.0D(D为单拱跨度);在中隔墙完成后,部分回填,使正洞初期支护能直接作用在中隔墙上,不仅有效提高支护整体刚度,还使中隔墙受力更合理,改善中隔墙受力状态.经富溪偏压连拱隧道工程施工与现场监测结果检验,提出的连拱隧道坑道宽度取值、偏压连拱隧道深浅埋分界、围岩主动压力与围岩被动压力计算方法、现场围岩级别快速评价以及施工方法正确合理,可为工程建设提供重要技术支持和经验.     

特大断面小净距公路隧道力学效应分析

以七冲村一号特大断面隧道为工程背景,结合双侧壁导坑法和CD法施工段的围岩变形和结构受力监测数据,对小净距公路隧道力学效应进行研究。研究结果表明:(1)针对特大断面小静距隧道采用双侧壁导坑法施工,主导洞开挖对左、右导洞的影响较大,主导洞开挖将加快拱顶沉降,而水平收敛却得到抑制;为了隧道围岩的稳定,应保持各导洞之间合理间距,缩短初支闭合时间;(2)相比CD法,采用双侧壁导坑法开挖的断面,围岩水平收敛相近,拱顶沉降却可减少约15mm;喷砼所受拉应力虽增加0.18MPa,但仍小于混凝土的设计抗拉强度。两种施工方法喷砼受力以及钢架内力均小于规范设计强度,并且具有很大的安全储备;(3)通过综合分析,双侧壁导坑法可以成为后续类似工程的优选方案。     

坝陵河大桥隧道锚碇围岩稳定性及与上方公路隧道相互影响分析

通过三维弹塑性有限元分析,对包括上部公路隧道施工、支护以及隧道锚洞开挖支护、锚塞体回填等工序进行了数值模拟分析.计算结果表明,隧道锚洞开挖期间,锚洞洞周位移变化微小,围岩基本处于弹性状态.通过对计算锚洞周边位移与现场量测的隧道锚洞洞周变形进行比较分析,以期给类似工程的设计和施工提供借鉴和参考.     

双侧壁导坑法导洞施工顺序对地表沉降的影响

以北京地铁昌平线08标段暗挖大断面隧道工程为例,简化地质条件和工程参数,采用双侧壁导坑法对不同开挖顺序进行数值计算,分析了先边后中和先上后下2种不同导洞施工顺序对地表沉降的影响。结果表明:2种工况的主要区别在于第2步导洞开挖和中部及上层导洞开挖时结构的状态不同,导洞1开挖完成后先进行其下方导洞的开挖相比于先进行同层导洞的开挖能够更好地控制地表沉降;采用先边后中的施工顺序,上层导洞开挖对地表沉降的影响更小,同时在开挖过程中沉降速率更低,土体的稳定性也更好。     

埋深对软弱隧道围岩破坏影响机制试验研究

通过室内模型试验,研究公路隧道IV,V级围岩在不同埋深条件下全断面开挖时的围岩破坏情况,实现自重应力场作用下毛洞状态时隧道围岩破坏过程的试验模拟,得到拱形塌方和塌穿型塌方2种围岩破坏模式。试验结果表明:隧道围岩的破坏从拱顶开始,并逐渐向上发展;埋深越小,隧道越易发生塌穿型塌方,而当埋深小于某一值时,因隧道开挖后围岩应力未超过围岩强度,隧道反而能保持稳定状态;对塌穿型塌方,隧道埋深越大,开挖后围岩维持稳定时间越短,塌方程度越严重,塌方向地表发展得越快;对同一类型的塌方,隧道埋深越大,塌方后隧道周边应力变化幅度越大。     

复杂结构形式隧道的围岩位移监测分析

 厦门市梧村隧道为双向六车道隧道,隧道结构形式设计复杂,分别由双连拱、小净距、初期支护连拱和分离式隧道组成。现场监测工作以隧道拱顶沉降和围岩收敛为主,结合施工措施和开挖工序进行全面分析。研究成果表明：三导洞法施工主洞沉降所占比例不到侧导洞沉降的一半,双连拱隧道结构型式适用于对沉降控制要求较高的隧道工程;CRD1部开挖产生的拱顶沉降可以超过累计沉降值的50%;核心土开挖后布设测点造成的总损失量约占累计沉降值的37.5%;采用全断面帷幕注浆措施加固围岩对控制隧道拱顶沉降取得较好的效果;管棚区域出现较大下沉与管棚工作室的断面稍大以及管棚两端受其自重影响较大有关;临时支护的拆除对拱顶沉降和围岩收敛的影响较小;开挖和注浆是引起围岩出现较大收敛变形的主要施工因素,其中注浆对围岩的收敛位移影响更大;初期支护连拱隧道右洞开挖对左洞二次衬砌的收敛稳定有一定的影响。     

爆破施工下小净距隧道围岩稳定性分析

针对辽宁地区某公路隧道的地质情况和施工条件,重点讨论了小净距隧道爆破过程对施工中围岩应力、位移和间距的影响。提出采用有限元法研究小净距隧道爆破施工过程中每步开挖围岩的应力应变状况,以此优化设计方案。爆破荷载以均布压力荷载的形式垂直于洞壁方向作用在隧道洞壁上。结合本隧道台阶法开挖过程提取8个关键点应力应变值。模拟结果显示,开挖前期拱腰受力明显,此后边墙底部应力增长迅速,两洞的内侧边墙应力都普遍大于外侧边墙应力,而应变矢量和最大处主要集中在洞顶。中岩柱左侧的应力应变始终大于右侧说明开挖过程对先行洞侧的中岩柱扰动影响最大,同时左洞中台阶开挖完毕后中岩柱两侧位移差逐渐增大说明中岩柱有膨胀破环的趋势。     

鹰鹞山隧道土石分界微差减震静态爆破施工

结合工程实例,在准朔铁路鹰鹞山隧道下石窑斜井土石分界段,提出合理的施工对策和施工方法,即上导V级围岩黄土富水按照“管预支、分部开挖、随挖随护、勤排水、喷闭支撑”,下导软岩采用“微差减震、静态爆破、支护紧跟、闭合成环”的措施,有效地解决了土石分界段施工安全。     

连拱隧道开挖技术研究

随着全国公路里程的不断增加,公路隧道施工技术也越来越成熟,隧道开挖新技术、新工艺也不断涌现,以王格尔塘3号隧道为例,分析了连拱隧道洞口段施工、中导洞开挖、Ⅳ级围岩和Ⅴ级围岩开挖技术在隧道施工中的应用,为后期连拱隧道施工提供经验。     

富水地层中重叠隧道施工引起土体变形研究

重叠隧道施工易产生隧道结构不稳定和地层变形等问题。重叠隧道富水地层施工时,土层开挖应力释放和地下水渗流共同作用使得地层和隧道变形问题显得更加突出,增加了施工难度。以深圳地铁5号线重叠隧道为背景,采用数值方法研究了开挖应力释放和渗流作用在重叠隧道施工不同阶段对隧道结构和土层变形的影响,得到富水地层重叠隧道施工土层变形规律,同时提出了控制地层变形措施。重叠隧道下洞施工时,采用设置超前注浆支护能有效控制开挖应力释放引起拱顶沉降,开挖完成后隧道拱顶在渗流作用下沉降稳定,而隧道上覆土层因失水固结产生较大工后沉降,同时地表沉降槽深度和半径在渗流作用下不断增大;为避免下洞隧道在渗流作用引起上洞隧道整体沉降,上洞在下洞施工引起土体变形稳定后进行施工。上洞开挖应力释放引起较大地层沉降,开挖应力释放引起较大地层沉降,渗流因素引起地层工后变形较小,地表沉降槽深度迅速增大而影响半径保持稳定。     

基于流固耦合理论的连拱隧道围岩稳定性分析

以湖南省常吉高速公路新修建的一些大跨度连拱隧道为工程背景，基于流固耦合分析理论，利用快速拉格朗日有限差分法对连拱隧道围岩稳定性进行分析。主要考虑流固耦合效应作用时，围岩级别、隧道埋深、地下水位以及施工工法和初期支护等因素对围岩稳定性的综合影响，得到Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ级围岩在各种情况下隧道开挖后围岩最大主应力、洞周位移、塑性区、孔隙水压力分布以及喷锚支护受力特征等结果，探讨连拱隧道开挖渗流机制，并分析深埋连拱隧道开挖后的孔隙水压力场分布特征。研究结果直接指导该高速公路二期工程中的隧道防排水施工和支护措施的改进提高，为富水地层条件下的隧道工程开挖设计提供一定的理论参考。     

应力路径对特大断面隧道围岩压力的影响

 介绍4车道公路隧道的建设状况,分析目前4车道公路隧道的设计、施工等研究进展。结合广州龙头山双向8车道高速公路隧道,利用现场监测数据和不同开挖方式对应的围岩荷载的数值计算结果,分析和讨论应力路径对特大断面隧道围岩荷载的影响,并验证4车道特大断面隧道施工的围岩松弛范围。引入过程荷载影响系数 ,对导洞的荷载影响系数进行修正,在与普氏理论、公路隧道设计规范、曲海峰提出的荷载公式进行计算对比后,提出特大断面隧道更为合理的过程荷载计算公式。