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。     

超大断面黄土公路隧道监控量测与分析

以唐家塬隧道为工程背景,通过现场监测拱顶下沉、围岩收敛、围岩压力、初衬与二衬接触压力和二衬混凝土应变,对监测数据进行整理分析后得出结论:超大断面黄土隧道围岩变形大致经历了急剧变形、持续增长、缓慢增长3个阶段;初次衬砌的拱顶下沉量要远远大于围岩水平收敛量,围岩变形主要表现为整体下沉(建议施工单位采用双侧壁导坑预留核心土方法来控制隧道整体下沉);隧道断面围岩压力分布不均匀,存在明显的偏压现象;初衬与二衬的接触压力有拱顶向拱脚传递的趋势;二衬承受较大的荷载。     

高边坡下浅埋偏压隧道施工动态监测与分析

浅埋偏压段隧道围岩稳定性较差,施工时易发生坍塌、冒顶等事故。针对晋祠隧道高边坡偏压段的浅埋暗挖施工问题,制定了施工监测方案,通过对隧道和钢拱架支护变形、围岩压力和边坡水平位移的监测,获得了施工过程中隧道围岩的受力与变形规律。结果表明,隧道拱顶沉降、水平收敛随着隧道施工逐渐增大;隧道左拱脚处有最大的围岩压力、右拱腰处有最大拱架弯矩;边坡水平位移随隧道开挖有明显的台阶式跳跃变化,当仰拱封闭后,隧道变形、围岩压力、钢拱架弯矩和边坡水平位移等监测指标均逐渐趋于稳定。研究可为偏压浅埋段隧道的施工提供实践经验。     

大断面黄土隧道变形控制技术及支护受力特征

本文以宝兰客专西坡隧道的现场施工为工程背景,通过现场设置试验断面进行试验量测,量测内容包括围岩压力、初支钢架内力、洞内拱顶沉降和周边收敛,来研究支护结构的受力规律,并分析三台阶临时仰拱法、合理选定开挖进尺、超前支护、拱脚变形控制和仰拱封闭距离控制等隧道变形控制技术的实施效果。最终得出,土压力最大值分别为536.k Pa和267.1k Pa,分别在左侧仰拱和右侧拱脚达到;初支钢架内力内外侧最大值为173.99MPa和16.85MPa,分别在左侧上导、右侧下导拱脚达到;围岩压力和初支钢架内力值均控制在要求范围内。拱顶最大沉降分别为110.2mm和115.1mm,周边收敛最大值分别为3.8mm和37.1mm,均控制在要求范围内,验证了西坡隧道施工变形控制技术的实施效果。拱顶沉降和周边收敛在上导开挖阶段变形速率最快,在仰拱封闭后基本趋于稳定,建议减小上导开挖进尺及台阶长度,并采取合理施工进度安排,尽量缩短上导的封闭时间。     

浅埋偏压隧道施工过程围岩应力变化规律研究

浅埋岩质公路隧道爆破开挖时,由于工程地质条件复杂,环境影响因素较多,施工安全是大家十分关注的重要问题。对密云火郎峪浅埋岩质公路隧道开挖施工过程进行了应力应变有限元计算分析和监控量测,结果对比分析可知,隧道开挖后拱顶存在明显的拱效应,拱脚处围岩压力集中,拱脚的安全直接影响到整个隧道的安全和施工;围岩压力、洞顶沉降和收敛监控量测表明,初衬支护后7d为构筑二次衬砌最理想的时机。正确的监测和计算分析可以预测和预知隧道在施工过程中可能发生的变形和结构所受的应力大小,指导设计和施工,提高隧道施工安全性。     

超浅埋软弱围岩隧道拱脚稳定性及其控制技术

隧道施工中,拱脚为洞身开挖拱和喷锚支护拱的基础,基础稳定与否,决定了隧道沉降收敛变形的严重程度。为研究软弱围岩隧道拱脚对其结构自身及围岩稳定性的影响,以福州某暗挖隧道工程为背景,基于拱的受力特性和塌落拱理论,分析了拱脚的变形失稳原因。总结归纳提出超前埋隧道拱脚稳定性控制技术措施,并对隧道拱顶沉降及收敛进行了现场测试。结果表明:从拱架连接间隙、拱脚与支撑基面间隙、拱脚基础沉降变形以及水平位移控制方面着手,隧道拱顶最终沉降为50mm,周边收敛为30mm,确保了该隧道施工的安全顺利进行。     

基于现场实测的炭质板岩隧道围岩大变形与衬砌受力特征研究

炭质板岩是西南地区普遍存在的一种典型软岩,隧道开挖过程中极易发生大变形、局部垮塌等灾害,甚至造成重大经济损失与人员伤亡。以香丽高速公路海巴洛隧道典型炭质板岩工程为背景,通过对炭质板岩围岩位移、初支内力和二衬内力的施工全过程进行监测,探讨不同施工阶段隧道大变形段衬砌受力特征。分析结果表明:上台阶开挖是围岩变形的主要发生阶段,且围岩变形呈现出"左小右大"的不对称变形模式,最大沉降(208.9mm)发生在右拱肩处;钢拱架应力沿洞周分布特点为"上大下小",上台阶最大压应力值为550.4 MPa,下台阶最大压应力值为134.9 MPa;初支拱顶、左拱肩、右拱肩监测点及二衬混凝土左仰拱处安全系数均小于规范限值,支护结构偏于危险。研究成果可为类似炭质板岩隧道工程的设计、施工等提供借鉴和参考。     

岩屋坪隧道软岩大变形施工技术探究

岩屋坪隧道为宣鹤高速公路第二特长隧道,长度约4.3km,是全线控制性工程之一。隧道从出口端开始掘进,距洞口100m位置,围岩属于软岩,初支施工完成后,喷射混凝土出现纵、环向裂缝,严重位置喷射混凝土大面积剥离、掉块,钢拱架扭曲变形。经过监控量测数据发现初支收敛及拱顶下沉数值均很大,现场立即采取增加临时护拱的措施,防止变形进一步扩大。根据监控量测结果确定初支稳定后,通过激光断面扫描仪对变形段落量测,发现部分段落初支侵限。初支侵限断面的处理方式为对初支侵限部位拱架单元逐榀凿除,逐榀更换,在拱架更换连接处设置长3.5m的φ42锁脚小导管。对换拱完成段落不得立即施工二次衬砌,防止后期围岩变形对二次衬砌造成破坏,换拱完成后需立即埋设监控观测点进行观测,待监控量测数据趋于稳定后,并采用断面仪检测,在初支未侵限的情况方可施工二次衬砌。针对此类软岩大变形围岩情况,通过监控量测数据科学分析,确定出适合岩屋坪隧道软岩大变形施工技术,指导本隧道后续施工。     

软弱围岩隧道预衬砌法实施效果模型试验研究

开展软弱围岩隧道预衬砌法大型三维地质力学室外坑内模型试验,对比分析常载和超载条件下设置预衬砌、不设置预衬砌预收敛变形、收敛变形、掌子面挤出位移、径向围岩压力及失稳破坏过程。结果表明:全风化V级花岗岩地质条件下铁路双线隧道采用预衬砌法,预收敛率减小20%～30%、拱顶沉降和水平收敛分别降低25%和80%、洞周径向围岩压力增大1.1倍;不设置预衬砌段开挖过程对超前核心土纵向影响范围约为0.7D(D为隧道跨度),设置预衬砌段影响范围缩小至0.3D、降幅近60%;超载条件下隧洞失稳过程为:边墙、拱顶、掌子面岩体"剥离–滑移–垮塌",最终形成深度分别为2,1.4,1.2m的塌穴;隧道稳定性判定参考极限位移值可取拱顶沉降157mm、水平收敛93mm、掌子面挤出位移225mm。研究成果为新意法理念下预衬砌全断面大型机械开挖提供一定的理论依据。     

浅埋大断面下穿隧道软弱围岩变形规律测试分析

本文通过对下穿既有高速公路浅埋大断面下沙溪隧道在施工过程中既有隧道拱顶沉降和周边收敛位移展开监测。得到以下结论:拱顶沉降随着拱部导坑和核心土的开挖,产生急速的变形,直到核心土掌子面远离量测断面一定的距离,变形才趋于稳定;周边收敛位移也随着拱部导坑开挖,产生急速变形,当核心土开挖后,才呈现出缓慢变形。     

破碎围岩浅埋隧道开挖对结构安全性的影响

黄土地区公哇岭隧道位于山体坡积体处,左侧围岩侧压力较大,围岩收敛变形明显.为分析隧道开挖过程中隧道结构和围岩的稳定性与安全性,针对CRD工法施工工序展开数值模拟.经过分析,采用CRD工法开挖过程中,围岩应力应力最大为1.29 MPa,位于临时中隔墙的顶部和底部,拱脚位置围岩应力也较大,拱顶沉降值57.5 mm,水平扩张89.9 mm,地表最大沉降53.0 mm,计算结果和现场监测值吻合良好.     

破碎围岩浅埋隧道开挖对结构安全性的影响

黄土地区公哇岭隧道位于山体坡积体处,左侧围岩侧压力较大,围岩收敛变形明显.为分析隧道开挖过程中隧道结构和围岩的稳定性与安全性,针对CRD工法施工工序展开数值模拟.经过分析,采用CRD工法开挖过程中,围岩应力应力最大为1.29 MPa,位于临时中隔墙的顶部和底部,拱脚位置围岩应力也较大,拱顶沉降值57.5 mm,水平扩张89.9 mm,地表最大沉降53.0 mm,计算结果和现场监测值吻合良好.     

高地应力软岩隧道开挖方案优化研究

麻竹高速公路黄家寨隧道围岩强度低,且属于极高地应力区。隧道现场监测数据显示,围岩整体变形速率快、累计变形量大且变形时间长,呈现显著的蠕变变形特点。采用Phase2软件对隧道开挖支护方案进行了模拟,分别计算在两台阶开挖不支护、两台阶开挖支护、预留核心土开挖支护、三台阶开挖支护四种工况下围岩的塑性区和位移。计算结果表明:通过初期支护可以有效减少围岩塑性区及位移,支护后围岩最大变形部位由拱顶转移到拱脚。对比不同开挖方案下的计算结果,可知采用预留核心土开挖方法时,隧道围岩塑性区深度和拱顶沉降小于其他两种开挖方案;采用三台阶开挖方法时,围岩最大位移最小,但拱顶沉降最大。由于该隧道水平收敛远大于拱顶沉降,因此建议黄家寨隧道采用对围岩水平收敛控制效果较好的三台阶开挖方案。     

超大断面隧道双侧壁导坑法开挖步序优化

重庆市轨道交通5号线1期3标段为富水浅埋扁平超大断面隧道工程,采用9步双侧壁导坑法中的对称开挖步序施工。应用MIDAS-GTS软件建立隧道三维有限元模型,计算了3种不同开挖步序条件下地表沉降、围岩变形和支护结构受力情况,并将计算结果与现场监测数据进行了对比验证。验证结果表明:扁平超大断面隧道拱顶区域受力作用面较大,拱顶区域围岩及喷混支护应力较大,拱顶稳定性较低,拱脚应力集中。施工阶段隧道结构对横向变形较为敏感,3种开挖步序拱脚水平收敛值曲线随施工步序呈现多台阶变化;中隔墙核心土拆除时,水平收敛值及拱顶沉降值曲线出现突变,该阶段应增大监测频率。对3种施工步序进行了数值模拟,提出了本工程地质条件下大跨扁平隧道施工的合理步序。     

车辆荷载对隧道护拱衬砌安全性影响分析

为探讨施工车辆荷载对隧道护拱结构安全性的影响机制,以某高速铁路隧道下穿既有县道工程为依托,采用ANSYS进行施工车辆超载作用下护拱衬砌结构响应数值分析,系统分析了护拱结构的应力、变形特征,评价了护拱衬砌结构的安全性。研究结果表明:1)车辆荷载作用下,隧道护拱结构产生较大的拉应力和压应力,数值远超过填土自重荷载,车辆后轴作用在明洞正上方时为护拱衬砌的最不利工况;2)护拱衬砌拱顶产生竖向沉降变形,拱脚产生向内水平收敛变形,竖向变形最大值为0.037 mm,远大于水平变形;3)护拱衬砌拱顶承受拉应力,拱脚与围岩接触处也承受拉应力,拱脚有脱离围岩的可能性,护拱衬砌主应力最大值均未超过混凝土容许应力。研究成果可为类似工程提供参考。     

超大断面浅埋隧道围岩变形的监测研究

针对超大断面浅埋隧道的特点,对福建省三明市莆炎高速岩头山隧道进行了地表下沉、隧道拱顶沉降、衬砌收敛等监测项目的监测分析,基于监测分析的结果,比较分析了该隧道在浅埋地段采用不同开挖方式围岩及衬砌的变形及受力特点,指出超大断面浅埋隧道采用不同开挖方式的自稳时空效应及各自优缺点,并为支护体系的优化提供了理论依据。研究结果可为类似条件下的工程设计、施工及检测提供借鉴。     

大断面小净距公路隧道现场监测分析研究

针对大断面小净距隧道的特点,对福建省鹤上隧道进行地表下沉、围岩内部位移、洞周收敛、拱顶下沉、围岩压力、衬砌内力等项目的监测工作。基于监测结果,分析该隧道围岩和支护系统的变形及受力特点,指出小净距隧道开挖影响的时空范围和隧道衬砌支护的最佳时机,并为支护体系的优化提供依据。研究结论可为类似条件下工程的设计、施工和监测提供借鉴。     

浅埋隧道下穿建筑物施工对地基沉降影响的研究

福平铁路岱岭段下穿福州外语外贸学院宿舍楼,为探究隧道施工对楼栋地基沉降的影响,通过三维建模模拟采用三台阶临时仰拱法开挖隧道,并监测三个典型断面的围岩应力应变、塑性区及楼栋桩基单元的沉降与水平位移,结果表明:随开挖距离的推进,隧道拱顶位移与地表沉降量逐渐增大,开挖断面处于建筑最下方时增长速率最快,拱顶最大位移为18mm,地基最大沉降量为10.8mm,受上方建筑荷载影响的沉降曲线更"陡峭"。     

大断面黄土隧道中型钢与格栅适应性的对比试验

正在修建的郑州-西安铁路客运专线大断面黄土隧道,开挖面积达160m2,因此,开展型钢拱架与格栅拱架研究,明确型钢拱架和格栅拱架的适用条件对设计和施工都具有重要的指导意义。研究方法采用现场对比试验,为了使试验结果有可比性,选取试验条件基本相同的贺家庄隧道洞身段作为试验段,分别设置型钢拱架段40m和格栅拱架段40m。测试内容有:拱顶下沉、拱脚下沉、水平收敛、围岩压力、初支钢架应力等。试验结果表明:格栅拱架比型钢拱架的沉降略大,水平收敛基本相等;格栅拱架比型钢拱架应力小,且应力分布相对均匀;土压力普遍很小,但格栅拱架土压力更小些;隧道掘进四榀钢架(3.2m)后,钢架沉降达总沉降的26%左右,最大应力达总应力的33%左右。经综合分析认为型钢拱架及格栅拱架均能适用于IV级黏质老黄土隧道,但格栅拱架更具优越性。     

某高速公路深埋隧道支护结构安全评估与分析

依托贵州省荔蓉高速公路姑两隧道,对深埋条件下分离式隧道的支护结构进行受力性能分析和安全评估。利用围岩极限拉应变准则反演得到各级围岩的计算参数,通过建立埋深最大断面隧道的有限元数值模型,详细分析了隧道衬砌和锚杆的受力性能及变形,并基于结构极限状态理论对支护体系进行了安全评估。研究结果表明,隧道拱顶沉降和洞周水平收敛均在规范允许范围内,正常使用极限状态可以满足。衬砌最大轴力和最大弯矩出现在拱脚位置处,该位置有十分明显应力集中,导致其最大应力远超混凝土许用应力。须在衬砌拱脚进行局部加固,或采用更为圆润的过渡曲线,以保证衬砌结构的安全可靠。