邻路基变坡条件下浅埋偏压隧道施工工法及合理开挖工序研究

邻路基变坡条件下浅埋偏压隧道施工工法及开挖顺序的合理选择直接影响隧道周边围岩及支护结构的安全性。依托安徽省某高速公路浅埋偏压隧道,比选台阶法、CRD法、环形开挖预留核心土法,作为施工工法;并研究CRD法合理开挖工序。研究结果表明:邻路基条件下浅埋偏压隧道采用CRD法为施工工法在控制围岩变形、保证结构安全性上均优于台阶法及环形开挖预留核心土法;比较CRD法先开挖深埋侧与先开挖浅埋侧两种开挖工序,数值计算结果表明先开挖浅埋侧方案隧道洞周位移值、地表位移及支护结构内力值较先开挖深埋侧小,更能够保障施工安全与结构稳定。所得结论可为类似地质地形条件下的浅埋偏压隧道设计与施工提供技术参考。     

浅埋偏压隧道施工方案优化及受力变形特性分析

结合永吉高速毛坪隧道浅埋偏压段下穿高压线塔工程实例,提出环形开挖预留核心土加钢管桩施工工法。借助于FLAC3D有限差分软件对开挖方案进行施工过程模拟,分析隧道关键位置的受力与变形特性,并与传统环形开挖预留核心土法和CRD法进行对比,取得合理施工工法。然后针对偏压特性,对深浅埋侧的开挖顺序进行了对比。结果表明:(1)CRD法在施工前期效果较好,但整体效果不如环形开挖预留核心土法;(2)施加钢管桩对控制围岩变形,减小围岩应力方面效果突出;(3)先施工浅埋侧比先施工深埋侧相对偏于安全;(4)深埋侧整体应力值明显大于浅埋侧的,隧道存在整体侧移的趋势。     

浅埋偏压连拱隧道施工优化及支护结构安全性分析

两江连拱隧道所穿区域地形偏压严重,且岩体破碎,连拱隧道施工开挖对围岩扰动大,不同的施工方案及施工工序隧道支挡结构受力影响较大,本文结合穿越严重偏压地层的两江连拱隧道为例,基于数值分析方法,对在不同施工工序方案下隧道结构内力、变形及偏压支挡结构力学特征进行分析。研究认为:对于复杂地质条件下浅埋偏压连拱隧道,先开挖浅埋侧隧道后开挖深埋侧隧道的施工顺序,比先开挖深埋埋侧隧道后开挖浅埋侧隧道的施工顺序更有利,先开挖浅埋埋侧右洞时,隧道初期支护结构内力、变形及偏压支挡结构桩的内力均比先开挖深埋侧左洞时小,但不管是采用哪种开挖顺序,深埋侧隧道拱顶位移均大于浅埋侧隧道,内排桩的所受弯矩也均大于外排桩。     

浅埋偏压连拱隧道施工工序优化研究

为了优化浅埋偏压连拱隧道施工工序,依托四川省某浅埋偏压公路连拱隧道工程,利用ANSYS建立了该隧道某代表性浅埋偏压断面的二维平面应变模型,模拟了隧道按照设计的8种中洞法施工工序施工的动态力学效应,结果发现:分台阶法施工的拱顶沉降、围岩最大压力和支护结构最大压应力均小于全断面法施工,并且先开挖较浅埋侧隧道的围岩最大压应力和支护结构最大压应力均较先开挖较深埋侧隧道的小,此外,分台阶法施工在缩短工期和节约成本方面更优于全断面法施工。因此,本隧道工程采用中洞法先进右洞分台阶法施工,取得了较好的施工效果。     

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。     

浅埋偏压双线公路隧道变形特性和施工优化研究

以大风垭口隧道洞口段浅埋偏压双线隧道为研究对象,对采用双侧壁导坑法+中隔壁法施工后的围岩变形规律进行研究,并将不同施工顺序下的双线隧道围岩变形和支护内力大小进行对比分析。研究发现,两侧隧道的拱顶下沉量和浅埋侧隧道的水平收敛量较大,在施工过程中应当重点监测。同时,采用先浅埋侧后深埋侧的双洞隧道施工顺序更有利于控制浅埋侧隧道的水平收敛,保证双洞隧道的整体稳定。     

超浅埋大跨偏压隧道双侧壁导洞法施工力学特性分析

超浅埋跨偏压隧道由于跨度大、埋深浅、地形偏压,加上施工期间各道工序的相互影响,围岩的多次扰动等因素,导致施工过程中力学行为复杂,极易发生失稳乃至坍塌事故。利用有限元软件ABAQUS建立三维模型,对超浅埋大跨偏压隧道双侧壁导坑法施工过程进行三维模拟计算,分析了隧道围岩在开挖过程中位移场、应力场及支护结构受力的变化特征。结果表明(1)同一断面上地表沉降与拱顶沉降比值接近于1,深埋侧地表监测点沉降大于浅埋侧沉降;(2)开挖过程中,围岩应力不断变化,拱顶、深埋侧拱腰及拱底部位主要承受较大拉应力,浅埋侧拱腰以及左右边墙承受较大压应力;(3)当左右导洞下台阶开挖时,中导洞核心土会出现围岩塑性贯通区。(4)初衬受力随着开挖不断变化,当全断面闭合后,主要在拱底和拱顶出现拉应力集中现象,而二衬则在拱底会出现较小拉应力。     

软弱围岩偏压连拱隧道正洞合理施工布局研究

浅埋偏压连拱隧道左右洞的施工顺序和布局对围岩稳定和支护受力影响较大,为了明确浅埋偏压连拱隧道合理施工顺序,本文依托广东省南山路连拱隧道工程,结合现场监测以及数值模拟方法,研究了软弱围岩浅埋偏压连拱隧道左右正洞不同开挖布局时初期支护受力变形规律。通过建立数值模型对先开挖浅埋侧正洞和先开挖深埋侧正洞两种分案下的拱顶沉降、初期支护受力、塑性区分布、中隔墙水平侧向位移及受力等模拟结果的分析,得出:(1)不管采用哪种开挖顺序,先行洞的拱顶沉降均小于后行洞的拱顶沉降;(2)后行洞上台阶开挖后为中隔墙倾斜最为严重阶段,隧道施工完成后中隔墙向浅埋侧倾斜;(3)先行洞的初期支护整体受力较大,后行洞的初期支护受力较小;受力较大的部位一般在先行洞上台阶与中隔墙连接处以及靠近中隔墙侧拱腰处;(4)先开挖浅埋侧正洞方案较优,该方案支护受力变形较小,有利于支护结构的稳定。研究结果指导了现场工程施工,现场监测数据与计算结果较为吻合,研究结论可为类似工程提供参考。     

浅埋偏压大断面隧道施工力学分析

针对某大断面公路隧道洞口浅埋偏压段采用CRD法进行施工,利用ANSYS有限元分析软件,对隧道的开挖过程进行了数值模拟,重点分析了地层的沉降、临时支护和初期支护的内力随开挖过程的变化情况。结果表明:采用CRD法施工,围岩应力呈不对称分布,以拱肩、拱脚和临时支护与永久支护结合处较大;深埋侧的拱肩、拱脚和地表的位移量都较浅埋侧大。     

软土小间距浅埋暗挖后建隧道滞后距离分析

紫之隧道是处在Ⅴ、Ⅵ级软弱围岩中的浅埋暗挖小间距双线隧道,采用交叉中隔壁台阶法分部开挖。开挖前实施管棚和小导管超前支护,并对开挖面进行注浆加固。开挖后采用喷混、钢筋网、锚杆和钢拱架形成初期支护。本文对后建隧道掌子面的滞后距离进行数值分析研究,发现双线隧道施工导致的地表沉降要大于单线隧道,且沉降槽偏向于先建隧道;增大后建隧道滞后距离可以减小先建隧道的地表和拱顶沉降,而后建隧道相关沉降则略有增加;增大后建隧道滞后距离可以减小先建隧道的洞内收敛值,对于后建隧道的洞内收敛值无明显影响。     

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.     

穿越浅埋偏压长大斜坡体进洞施工技术

湘桂铁路梅子坳隧道进口段穿越长大不稳定斜坡体,斜坡体为严重浅埋、偏压地段,施工难度大,经过施工方案比较及安全性论证,先对偏压山体刷坡及喷锚网支护防护,并对开挖洞身范围内地表和岩体进行钢化管注浆预加固处理,改变土体和围岩物理化学结构,强化围岩自身强度和整体性.洞身开挖采取长管棚加CRD工法(即交叉中隔壁法)施工,进一步减...     

天坪岭隧道出口浅埋偏压段应力测试分析

为解决偏压隧道开挖过程中的力学行为,对天坪岭隧道出口浅埋偏压段锚杆轴力、钢支撑内力、喷层混凝土应力等项目进行了稳定性测试研究.结果表明:①在初期支护中,锚杆支护作用较小,钢拱架和围岩自承起主要支撑作用;②由于隧道偏压,同一测试断面,出现一侧受拉一侧受压的情况,表明隧道两侧不同埋深对衬砌受力有较大影响,为后续二衬施工提供依据;③现场测试表明,隧道出口偏压段V类围岩支护设计参数较为安全、合理,可供类似工程实践参考.     

公路隧道下穿双层采空区开挖过程模型试验

双层煤层由于距离较近，采空后冒落带范围相互叠加，下穿隧道施工引起的围岩松动垮塌范围要大于单层采空区，对隧道结构受力和围岩稳定产生不利影响。开展公路隧道下穿双层煤层采空区的室内开挖模型试验，通过埋设地中位移计、土压力盒和电阻应变片，测量了隧道开挖过程中采空区地层移动和初期支护内力特征。测试结果表明，采空区地层沉降主要产生于上台阶开挖至初支闭合阶段，倾角较小时，地层沉降速率较大，沉降曲线较陡，而后期收敛较慢，沉降较大；隧道支护结构承受一定的偏压荷载，且倾角越大，偏压越明显，围岩与支护的最大接触压力出现在采空区对侧的仰拱处。由于采空区地层的松散性，锚杆的作用没有得到充分发挥。钢拱架最大弯矩主要发生在上台阶靠近采空区侧拱脚处；轴力分布不均匀，靠近采空区侧轴力水平普遍偏低，不利于支护结构稳定。随着采空区倾角的增大，初期支护拱顶正弯矩区域向采空区侧偏移，最大弯矩值和最大偏心距都显著增加，支护结构稳定性降低。试验揭示了隧道下穿双层煤层采空区开挖过程中采空区地层移动规律和初期支护受力特征，可用于指导类似工程设计与施工。     

浅埋铁路隧道CRD法施工对地表变形影响的数值分析

针对龙厦铁路石桥头隧道工程围岩软弱,埋深浅的特点,应用数值分析手段,分析了浅埋铁路隧道在CRD法下施工,对地表沉降变形的影响。结果表明:CRD法下隧道各部施工对地表沉降均有影响,掌子面上部开挖产生的地表沉降明显大于下部,纵向地表沉降随隧道开挖过程分为三个阶段。结合分析结果,文章指出了施工过程中应采取的相应措施。     

浅埋偏压隧道进洞施工力学特性研究

隧道进口段围岩常常具有浅埋、偏压、风化严重等特点,若施工处理不当,极易造成洞口边、仰坡滑动和洞内塌方等事故,从而影响隧道正常施工和人员安全。结合具体工程,对浅埋偏压隧道进洞施工开展了三维数值模拟,并结合监测数据分析了施工对围岩和支护结构力学特性的影响,主要结论如下:围岩变形具有非对称性,浅埋侧围岩变形量要小于深埋侧;随着隧道的逐步开挖,隧道深埋侧拱脚和浅埋侧拱肩处围岩易于发生剪切破坏,而且围岩的塑性区也主要位于这两个区域,并逐渐向拱顶上方贯通;初期支护结构的受力状态受偏压地形影响显著呈非对称性,而超前支护受偏压影响较小;现场实测围岩变形与计算结果较为吻合,且变形在22天后达到稳定状态。     

隧道浅埋偏压段不同开挖工法数值模拟分析

浅埋偏压隧道开挖时围岩受力特征复杂,施工难度大,风险较高,选用合理可行的开挖工法可有效降低隧道冒顶、塌方等工程事故概率,保证施工安全.依托郑万铁路重庆段人和隧道,利用MIDAS/GTS有限元软件建立隧道三维数值模型,分析对比隧道在上下台阶法、双侧壁导坑法施工下拱部沉降量、围岩应力、塑性区等变化规律,选用符合浅埋偏压段地...     

潜埋富水偏压隧道施工稳定控制分析

以新疆玉希莫勒盖隧道工程为依托,通过FLAC3D软件对其洞口段施工过程进行模拟,分析施工过程中围岩以及支护结构的变形、应力分布规律,及围岩开挖次序和地下水位对其的影响。研究结果表明:潜埋富水偏压隧道的最大竖向和水平位移位于隧道斜向4个角点位置,同时高压侧的围岩变形明显大于低压侧,且在隧道第1步开挖时差别最为明显;隧道开挖完成后,隧道底部围岩塑性区将会与泄水洞上方围岩塑性区连通成为一个整体,隧道围岩在隧道周边的破裂范围为底部4.2m、顶部5.6m、低压侧4m、高压侧7.6m;对于采用4步CRD法开挖的潜埋富水偏压隧道,应先开挖低压侧隧道上部土体,再开挖低压侧下部土体,最后再开挖高压侧上部和下部土体。     

含软弱夹层浅埋隧道变形特性及控制指标研究

以宁安(南京—安庆)客运专线钟鸣隧道交叉中隔壁(CRD)法施工地段为工程背景,采用FLAC3D对含软弱夹层浅埋隧道不同施工条件进行三维数值模拟分析,结合围岩变形现场实测数据,深入分析其围岩变形特性及控制效果,建立该类隧道围岩变形分级控制量化指标。研究结果表明:采用CRD工法开挖含软弱夹层浅埋隧道可以有效控制围岩变形,超前小导管注浆加固拱顶围岩可以明显控制其变形效应;由围岩开挖引起的纵向影响范围为3.0~3.5倍洞径,横向影响范围约为4.0倍洞径,且其围岩变形表现出明显的空间效应;模拟计算和现场实测的围岩变形规律基本一致,且与Panet曲线更接近,其开挖面处预收敛变形RU占总变形M RU比值约为45%;围岩变形分级控制指标中地表沉降和拱顶下沉极限值分别为40和80 mm,拱顶下沉速率和相对下沉极限值分别为5 mm/d和0.64%。     

富溪偏压连拱隧道围岩与支护结构变形和受力特征分析

铜黄高速公路汤屯段富溪偏压连拱隧道,长623m,洞口段围岩为全风化变质砂岩,呈散体结构,不能自稳。洞口段左侧埋深较右侧大,存在明显的偏压。隧道施工采用三导洞法进行,施工期间对洞口段三导洞、正洞的多个断面进行现场监控量测。通过分析监测数据,可得围岩变形与支护结构受力特点。监测结果表明:中导洞形成后,浅埋侧导洞先行施工,其围岩变形较深埋侧导洞要大;正洞施工期间,深埋侧拱顶下沉较浅埋侧大,深埋侧水平收敛呈扩张趋势,浅埋侧水平收敛呈收缩趋势,中隔墙呈向浅埋侧偏移趋势;无论初期支护还是二次衬砌,其围岩压力、混凝土内应力均是深埋侧大,由于整体衬砌有向浅埋侧运动趋势,钢支撑所受应力在浅埋侧较大。分析结果对富溪偏压隧道施工具有指导意义,对类似隧道的设计、施工和研究具有借鉴和参考价值。