大断面软岩隧道施工监测分析与应用

为保证隧道施工期间围岩稳定和支护结构体系安全,本文结合超前地质预报与洞内、外地质观察,通过对某大断面软弱围岩公路隧道进行施工监控量测,分析处理地表下沉、拱顶下沉及周边收敛监测数据,研究其分布特征和变化规律。研究结果表明:该隧道施工工法和支护参数设计合理,围岩变形大都呈现“急剧增大—增速放缓—趋于稳定”趋势。当掌子面通过地表下沉监测断面10倍B时(B为隧道开挖宽度),地表下沉趋近最终稳定值。当掌子面通过洞内监测断面3倍B时,拱顶下沉和周边收敛变化量可达最终值的80%左右;6倍B时,变化基本趋于稳定,且上台阶收敛变化量明显大于下台阶。当后行左洞与先行右洞掌子面之间的间距大于5倍B时,能有效减小后行洞施工对先行洞的影响。本文研究结果可为类似条件下隧道工程的设计、施工和监测等提供参考。     

海相地层新意法施工隧道掌子面失稳模式及围岩变形规律分析

以深圳地铁12号线2期工程松岗站与既有6号线折返线北侧暗挖通道为研究背景,通过FLAC3D有限元数值模拟和理论分析的方法研究了新意法施工条件下不同海相地层围岩级别、隧道埋置深度、隧道洞径、隧道掌子面预加固强度对隧道掌子面失稳模式及围岩变形规律。当隧道掌子面不进行预加固时,掌子面挤出位移随着隧道埋置深度的增加而增加;围岩等级越大,掌子面挤出位移随隧道埋深的变化越明显;当围岩等级为VI6时,隧道埋深在5 m到45 m,掌子面均发生了失稳现象;当隧道埋深取5 m、洞径取5.8 m时,其他固定参数不变;随着围岩内摩擦角、黏聚力、掌子面预加固深度的增大,隧道掌子面挤出位移逐渐减小。     

阿拉坦隧道竖向变形规律现场测试与分析

选取阿拉坦隧道浅埋段地表及拱顶上部围岩竖向位移为研究对象,进行实地监测并建立有限元数值计算模型,分析隧道浅埋段围岩变形规律。结果表明:掌子面施工对地表及岩层竖向变形影响范围主要集中在掌子面之前和之后0.5倍洞径(D)范围内,距掌子面1.8 D距离之后,其变形趋于稳定;横向比较各点测试结果得出,围岩松动圈已延伸至地表,离隧道中心线越远扰动强度越弱;数值计算得出岩层及地表变化规律与现场实测变化趋势大体相似。所得结论可为类似隧道工程施工过程变形控制提供借鉴。     

大跨度小间距偏压隧道施工模拟

为了解决大跨度小间距偏压隧道施工工序和两隧道开挖时相互影响的问题,采用有限差分数值模拟方法对大跨度小间距偏压隧道进行了施工工序和空间效应的计算分析,结果表明不论采用哪种开挖方式,隧道受力均具有不对称性,中间夹岩和埋深较大一侧拱腰是应力集中区域,先开挖埋深较浅一侧更有利于围岩的稳定性。两隧道同时开挖时掌子面只要保持在一定的范围外,即可保证两隧道的相互影响较小。     

小净距公路隧道施工相互作用的有限元分析

目前,小净距公路隧道在我国的修建越来越多。小净距公路隧道一般采用一先一后的施工方法,后行洞是在先行洞扰动之后的围岩中修建的,后行洞的施工又对已建的先行洞产生影响。为了揭示这类隧道的施工相互作用规律,本文结合重庆市金山大道岚峰隧道工程实践,应用有限元数值模拟方法,分析了围岩各关键点的变形、应力场和塑性区的特征,研究表明:这类隧道在施工过程中后行洞的开挖对已修建的先行洞产生较大的作用,其分析结果能够为小净距公路隧道的设计、施工提供科学依据。     

武汉地铁矿山法施工隧道合理净距研究

选择合理的隧道净距值是小净距隧道工程设计的关键所在.本文以武汉地铁二号线矿山法施工隧道为研究对象,用数值模拟分析软件计算分析了不同净距条件下,后行洞施工时,先行洞围岩的力学及变形发展规律,通过分析中夹岩受力、地表沉降、拱底隆起和拱顶沉降这四个重要指标与净距的关系,综合分析确定满足安全与经济的合理净距取值,研究结论可为类似工程设计与施工提供一定参考.     

浅埋超大断面隧道爆破施工引起的支护结构振动监测分析

浅埋超大断面隧道爆破施工时引起的洞内支护结构振动必须严格控制在规范容许范围内.以柳州市柳东新区某隧道项目先行洞爆破施工为背景,对洞内不同掌子面爆破施工时引起的洞内主要支护结构振动进行监测及理论分析.研究表明:双侧壁导坑法施工时,洞内初期支护部位振速远大于二衬砌施作完毕后的复合式衬砌部位振速;结合现场情况分别采用萨道夫斯...     

浅埋偏压小净距隧道施工扰动空间效应研究

为揭示浅埋偏压小净距隧道施工对隧道围岩的扰动规律,以义东高速防军隧道为工程背景,基于有限元软件MIDAS GTS NX建立隧道进口小净距段三维模型并分析其空间效应,采用预留核心土法模拟隧道洞口段动态施工过程,研究了隧道围岩位移场和应力场演化特征与规律。结果表明：隧道开挖后,地表沉降呈现明显的非对称现象且先行洞和后行洞开挖前期对地表沉降位移影响较大;隧道开挖面空间约束的作用范围为开挖面前后1～1.5倍洞径;开挖面前后0.5倍洞径范围为强影响区,0.5～1倍洞径范围为弱影响区;后行洞开挖对围岩主应力偏压比影响较小,后行洞开挖后拱脚位置受偏压影响较大,隧道施工时应及时封闭支护结构,还应对应力集中位置重点监测。     

TBM导洞扩挖法修建长大隧道导洞布置方案优选

岩石隧道掘进机(TBM)导洞扩挖法修建长大隧道时导洞位置的布置对围岩稳定性、支护、扩挖施工存在重要影响,为了对TBM导洞法的导洞布置方案进行了优选,采用有限元数值模拟技术,分析了在较软弱岩体中导洞处于铁路隧道不同部位时对围岩稳定性的影响,并讨论了导洞位置对后续爆破扩挖施工组织的影响。研究表明:TBM导洞布置在断面顶部略向下的位置,且导洞外轮廓与隧道最终轮廓线最小间距宜为0.5 m左右。     

大断面小净距公路隧道施工影响分析

以佛羊岭隧道工程为研究背景,采用上下台阶法进行施工,以FLAC3D有限元软件为计算平台,建立大断面小净距公路隧道有限元模型,对隧道模型进行数值模拟分析。研究地表沉降、围岩与衬砌结构应力,并提出相应的监控和加固对策。数值分析结果表明:先行隧洞上部地表沉降比后行隧洞大,后行隧洞的施工会增大先行隧洞竖向位移,使先行洞的最大主应力和最小主应力出现不同幅度的增加,隧道衬砌结构应力集中于拱腰至拱脚范围区域,先行洞支护结构对于后行洞开挖起到稳定岩体的作用,后行隧道的开挖会使中夹岩柱出现应力集中,在施工时应注意对隧道围岩采取加固措施。分析结果能够为大断面小净距公路隧道的设计和施工提供科学依据。     

大断面小净距公路隧道施工影响分析

以佛羊岭隧道工程为研究背景,采用上下台阶法进行施工,以FLAC3D有限元软件为计算平台,建立大断面小净距公路隧道有限元模型,对隧道模型进行数值模拟分析。研究地表沉降、围岩与衬砌结构应力,并提出相应的监控和加固对策。数值分析结果表明:先行隧洞上部地表沉降比后行隧洞大,后行隧洞的施工会增大先行隧洞竖向位移,使先行洞的最大主应力和最小主应力出现不同幅度的增加,隧道衬砌结构应力集中于拱腰至拱脚范围区域,先行洞支护结构对于后行洞开挖起到稳定岩体的作用,后行隧道的开挖会使中夹岩柱出现应力集中,在施工时应注意对隧道围岩采取加固措施。分析结果能够为大断面小净距公路隧道的设计和施工提供科学依据。     

基于双洞效应的黄土公路隧道地层变形规律离心模型试验

鉴于目前黄土公路隧道修筑面临的一些特有问题,为了更全面地了解双洞效应影响下黄土公路隧道地层变形规律,运用离心模型试验设备,系统开展了4组基于先加载后开洞思路的模型试验,研究了双洞不同净距对黄土公路隧道地层变形的影响.试验结果表明:随着双洞净距的增大,双洞间的相互影响程度减弱,靠近拱顶处的地层变形曲线由单峰值的V形逐步变为双峰值的W形;存在压力拱效应且压力拱的形成高度随双洞净距的增大而增大;先行洞室各层沉降范围及沉降值均略大于后行洞室,且随双洞净距的增大,先行洞室对后行洞室的影响程度逐渐减弱;选用0.5D间距形式,易在隧道间形成应力与变形强影响区,需对中间土体进行加固,选用D及以上间距形式,隧道间可以形成自稳的宽底承载土柱体,故小净距黄土公路隧道双洞间合理净距可选取为D.     

软岩浅埋连拱隧道施工围岩变形特征分析

为研究软弱破碎围岩浅埋连拱隧道施工过程中围岩变形特性,依托陕北某连拱隧道实际工程,通过现场布设监测仪器系统开展了拱顶沉降、围岩变形长期测试,获得了随施工过程拱顶沉降及围岩径向变形规律。结果表明：地表沉降近似于Peck沉降曲线,越靠近隧道中心地表沉降越大,最大沉降值产生于左线隧道开挖落底后,约为12.1 mm;拱顶沉降沿隧道纵向变化规律为：中导洞>正洞>左右侧导洞,中导洞表现为拱顶下沉,侧导洞则是水平收敛,上台阶施工因未临时仰拱封底而其收敛变形显著大于下台阶施工;随距隧道壁面距离增加,测点累计变形量逐渐减小,K21+970测试断面围岩松动区约2 m,因测线布置限制,K21+970测试断面松动区超过4 m。     

富水高压隧道掌子面涌突水稳定性研究

富水地层隧道掌子面在水力作用下,易发生失稳,造成安全事故,因此确保隧道掌子面稳定性是保障正常施工的关键.本文以豹狸岗隧道修建过程中遇到的富水裂隙密集带为背景展开研究,采用流固耦合理论结合数值分析方法,建立模型研究掌子面失稳模式;基于突水突泥地层掌子面稳定性分析力学模型,模拟掌子面渗透破坏以及失稳过程,提出掌子面稳定性评...     

新意法在野猪山隧道施工中的应用研究

为探讨新意法在复杂地质环境下隧道施工中的可行性,依托具体工程,对山岭隧洞出口段进行了数值仿真分析,研究了新意法和台阶法开挖时掌子面的纵向内空变形和应力变化规律,预测了沿隧道轴线方向拱顶沉降的时空变化规律,对比分析了隧道不同开挖、临时加固方式对掌子面大变形、失稳的影响,得出了掌子面中部易失稳,新意法施工可有效抑制掌子面变形的结论,对同类隧道工程研究具有一定的理论意义,并对工程实践具有重要参考价值.     

基于谢家杰公式的浅埋隧道开挖进尺计算方法研究

选择合理的开挖进尺是实现隧道安全施工的重要环节,当开挖进尺选择不当时,在软质地层中修建隧道常常会导致掌子面失稳和拱顶塌落.从保证掌子面不失稳和拱顶不塌落的角度,基于谢家杰浅埋隧道围岩压力推导了软岩浅埋隧道开挖进尺的计算公式.并利用该公式计算了天恒山隧道台阶法和CRD法两种工法的开挖进尺,结果表明当采用台阶法施工时,隧道的开挖进尺由掌子面的稳定性控制,而当采用CRD法施工时,隧道的开挖进尺由拱顶的稳定性控制,这说明隧道的开挖进尺不能单独由拱顶稳定性或者掌子面稳定性确定,而是由二者共同确定,从而验证了该公式计算隧道开挖进尺的合理性.     

隧道曲率半径对喷浆粉尘迁移规律的影响研究

针对曲线隧道施工通风排尘问题,依托五阱明隧道工程,采用理论分析、数值计算和现场测试研究隧道曲率半径对喷浆粉尘迁移规律的影响。结果表明,不同曲率半径的隧道内喷浆粉尘具有相似的迁移轨迹,隧道沿里程粉尘浓度不断下降,隧道内喷浆粉尘迁移分为3个阶段：第1阶段为射流区,粉尘在区域内形成粉尘漩涡区;第2阶段为距掌子面20～50 m区域内,粉尘沿隧道壁螺旋外移,粉尘逐渐摆脱涡流区控制,粉尘分层明显;第3阶段为距掌子面50 m外区域,隧道内粉尘分层消失,分布平均。随隧道曲率半径减小,第1阶段粉尘迁移受沿里程阻力影响减弱,最大粉尘浓度区从隧道拱顶向隧道内侧移动,第2阶段长度不断缩短;隧道曲率半径对第3阶段粉尘迁移影响不明显。     

黄土地区暗挖段隧道中洞施工地层变形特性分析

以西安地铁隧道为工程背景,在现场实测和数值模拟的基础上,研究了浅埋暗挖地铁隧道穿越黄土区时围岩的位移变形规律.结果表明,采用台阶法施工,上导引起的沉降量远小于下导引起的沉降量,下导开挖后应在最短时间内进行初期衬砌支护;上台阶开挖所引起的拱顶沉降量大于下台阶引起的沉降量,其沉降值在下导掌子面通过2D(D为隧洞洞径)距离后逐渐趋于稳定.     

不同间距下溶洞对分离式隧道稳定性的影响

为了解分离式隧道中间存在溶洞时溶洞对隧道稳定性的影响,通过FLAC3D 分析了岩溶区溶洞对分离式隧道围岩应力与变形的变化规律。结果表明:溶洞会对分离式隧道顶部、底部围岩的应力及变形产生较大影响。当分离式隧道之间存在溶洞时,在隧道顶、底部一定范围出现拉应力集中区,其中拉应力最大值多分布在隧道顶部,但底部拉应力增长快;围岩的压应力则增幅不大,且最大值分布在隧道之间而非洞壁处;围岩的剪应力均有所增加;围岩的位移有所增加且隧道顶部附近围岩有较大程度的位移增长。当隧道间距增大时,洞壁附近围岩的最大拉应力、压应力及上下两侧位移量均有所下降。当隧道间距在1 倍隧道开挖断面宽度时,溶洞对隧道的影响较显著, 而当间距大于1. 5 倍宽度时可忽略不计。     

基于现场监测及数值分析的隧道双导洞超前施工优化研究

依托新建兰渝高铁桃树坪富水弱胶结粉细砂隧道工程,基于现场监测和数值模拟分析相结合的方法,对大断面富水砂地层条件下的隧道施工方案进行了优化和分析,研究了大断面隧道CRD法、双侧壁导坑法和三台阶七步法三种施工方案的优缺点,改进了大断面隧道双侧壁导坑法施工技术,提出了"底部双导洞超前施工"的新工法.跟踪桃树坪隧道3#斜井施工工区底部双导洞超前工法试验段进行的现场围岩压力、拱顶沉降和水平位移的现场监测,验证了工法的安全、可行性;基于数值模拟分析,确定了施工中上半断面的最佳开挖高度5.4m,超前导洞1部与上半断面5部间合理步距25m,优化了底部双导洞超前施工工法的技术参数,为富水弱胶结粉细砂地层隧道的施工提供了技术保障.