千枚岩软岩隧道施工技术研究

为探索适宜千枚岩软岩隧道的施工方法,文章以该地层的红石河隧道开挖为依托,采取数值模拟方法,研究了隧道在四种不同工法下的变形、围岩-初期支护压力的变化规律。研究表明:三台阶预留核心土法施工既可抑制围岩变形,减小作用至衬砌的形变压力,又可提供稳定的支护力,适合千枚岩地层软岩隧道施工。     

郑万高铁苏家岩隧道应力应变施工技术研究

针对高铁隧道IV, V级软弱围岩采用的大断面开挖工法,为确保作业安全,现场在围岩变形量测的基础上,对围岩、锚杆、钢架、初期支护混凝土、二衬混凝土进行了应力应变监测,切实掌握隧道开挖后,围岩、初期支护结构、二衬的各阶段受力状态,通过二者数据的对比分析,掌握软弱围岩条件下围岩变形速率、受力状态及稳定性评价,从而判断施工是否安全,可为类似作业工法提供经验借鉴。     

大跨软岩隧道施工动态监测试验研究

以内蒙古金盆湾大跨软岩隧道为工程背景,通过现场监测及数值分析,探讨围岩拱顶沉降、钢支撑内力、围岩与初期支护之间的内力、初期支护与二衬之间的内力随时间及开挖距离的变化规律,并用现有的理论及方法对其进行围岩稳定性分析。研究结果表明:对拱顶沉降数据的拟合函数进行求导分析并判定出围岩的稳定状况良好;围岩和初期支护压力在距离上台阶开挖面65 m后逐渐稳定;钢支撑外侧应力平均值大于内侧应力,最大应力值小于钢拱架的屈服强度,开挖过程安全级别始终处于安全或者基本安全状态;初衬和二衬间的接触应力在二衬浇筑后2天左右达到最大值,随后减小趋于稳定,且稳定值都小于0.1 MPa;数值模拟的围岩变形规律和实测围岩的变形规律相同且沉降实测值与模拟值差别不大,证明了模型的合理性。研究结论可为类似条件下工程的设计、施工和监测提供指导。     

软弱围岩隧道二次衬砌合理施作时机研究

为确定软弱围岩隧道开挖过程中,不同施工工法对应的二次衬砌合理支护时机,采用FLAC3D软件建立数值分析模型对三台阶预留核心土法和CRD法的开挖过程进行模拟,分析二次衬砌支护时机对围岩和支护结构受力变形的影响,并确定出合理的二次衬砌支护时机。研究结果表明:二次衬砌的支护时机对隧道围岩的变形有显著影响;不同工法的初期支护所受的最大压应力会随着二衬与开挖面距离的增大而增大,但是其增幅会越来越缓慢;三台阶预留核心土法下二衬与开挖面的合理距离可在15.6～25.2m范围选取,CRD法下的合理距离可在31.2～42.0m范围选取。     

管棚注浆法在浅埋破碎地层隧道开挖中的加固机理及效用研究

管棚注浆法是地下工程中常见的一种超前支护方式。文章在对管棚注浆法在浅埋破碎地层隧道开挖中加固机理研究的基础上 ,以某双连拱隧道出口段浅埋破碎带为例 ,通过分别对是否采用管棚注浆预加固措施两种工法下隧道开挖后的受力、变形有限元模拟 ,分析了管棚注浆法的加固效用 ,得出采用管棚注浆法能显著抑制松软地层的变形 ,减少隧道初期支护结构的变形和受力的结论。     

高地应力千枚岩隧道支护体系试验研究

成兰铁路茂县隧道穿越龙门山活动断裂带,地层以千枚岩为主,围岩破碎、软弱、强度低,且存在高地应力。在茂县隧道1号斜井施工过程中,遇到了围岩大变形、喷射混凝土开裂、钢拱架扭曲等现象。为了解决这一技术难题,在施工现场将斜井按正洞施作,设置4种不同的支护体系试验段,并对围岩变形、围岩与初支接触压力、钢拱架应力进行监测分析,得出以下结论:I20工字钢刚度低,不能有效地抵抗围岩前期变形,使围岩的变形进入塑性流动阶段;H175型钢刚度大,与3 m长短锚杆相结合能主动控制围岩的变形,能有效地控制围岩前期变形,8 m长的锚杆能被动控制围岩变形,能有效地抑制围岩塑性区的扩大;以H175钢拱架+3 m锚杆+8 m锚杆+喷射混凝土+超前注浆小导管为主的初期支护体系对茂县隧道高地应力千枚岩大变形的控制有较好的效果,可为后期茂县隧道正洞的施作提供指导。     

隧道临近下伏承压溶腔开挖稳定性施工工法比选

临近承压溶腔对隧道开挖不利影响显著,合理的施工工法对保证隧道开挖稳定性至关重要。以某3车道公路隧道为依托,对隧道临近下伏承压溶腔时,运用全断面法、上下台阶法等6种工法开挖进行模拟。监测隧道洞周位移、隧道与溶腔间围岩竖向位移及初期支护内力,分析不同施工工法对隧道开挖稳定性的影响。计算结果表明:工法不同,拱顶下沉、水平收敛增大趋势不同,出现小幅增大的次数也不同;当前溶腔尺寸及内压条件下,最终拱顶下沉与水平收敛量大小顺序为全断面法上下台阶法三台阶法侧壁导坑法弧形导坑法双侧壁导坑法;地层与隧道间距越大,隧道开挖对地层的影响越小,影响范围向左下、右下方扩散,隧道与溶腔间围岩的稳定性最差;双侧壁导坑法控制拱顶下沉、水平收敛、隧道与溶腔间地层竖向位移效果最好,且能降低仰拱处弯矩与初期支护偏心距,有利于洞周围岩及初支结构稳定性。     

超大断面隧道软弱破碎围岩空间变形机制与荷载释放演化规律

 为研究不同施工工法和工艺组合条件下超大断面隧道穿越软弱破碎地层的围岩稳定性问题,以兰渝线两水隧道为背景,开展铁路双线隧道在软弱破碎地层中超大断面开挖的大比尺三维模型试验,真实再现台阶法支护开挖、台阶法和全断面毛洞施工的全过程。首先,基于现场较为破碎的千枚岩岩样基本力学参数室内试验结果,以松香、铁晶粉以及聚四氟乙烯棒等材料为原料,研制兼具低强度和弱黏结特性的软弱破碎围岩相似材料和初喷混凝土、锚杆等支护结构的相似材料,在最新研制的可实现三面均匀同步加载的大型三维地质力学模型试验台架上模拟隧道台阶法支护、全断面支护和全断面无支护施工的全过程,并采用光纤光栅传感器、电阻式应变计、多点位移计以及微型压力盒全程监测洞壁及其整数倍(0～3倍)洞径范围内围岩的应力、位移以及近区荷载的变化信息,分析不同施工过程中隧道围岩受力和变形的三维空间演化规律。研究结果表明：(1) 软弱破碎低强度和流变特性使围岩变形具有更强的时空效应,同时存在掌子面挤出变形、先行位移和后方位移3个时空演化过程;(2) 软弱破碎围岩变形的三维扰动深度一般在3倍洞径内,台阶法支护开挖扰动范围最小,全断面支护开挖次之,但后续长距离推进极易诱发围岩坍塌;(3) 台阶法较大断面开挖有利于控制收敛变形,减少10%～25%,沉降变形则相差不大,上台阶开挖过程是拱部围岩垂向荷载的急剧释放期,下台阶开挖是边墙围岩水平荷载的急剧释放期;(4) 台阶法支护开挖掌子面前方岩体扰动范围为0.5～1.0倍洞径,多属荷载集聚区,是软弱破碎围岩稳定加固的重点区域和最小边界范围;(5) 隧道断面围岩整体荷载释放过程存在3个典型变化阶段,即掌子面附近荷载集聚区、前方荷载弱集聚区和掌子面后方荷载释放区,及时施作支护可有效减弱掌子面前方围岩荷载的集聚程度和荷载峰值,使荷载峰值出现的位置滞后,有利于掌子面及其附近围岩的整体稳定。     

三台阶七步开挖法黄土铁路隧道围岩变形规律研究

三台阶七步开挖工法运用在大断面黄土隧道开挖,具有较好的效果,研究各个开挖步中围岩的变形与受力,对隧道施工过程中的安全、支护措施和质量控制以及施工结束后对结构内力的影响,具有重要的工程应用意义。以太兴铁路二标段向阳村大断面黄土铁路隧道Ⅴ级围岩加强段工程为背景,采用断面预埋压力计、应变计等监测仪器对围岩压力及钢拱架变形进行动态监测,掌握围岩的变形特性;同时利用有限差分软件,模拟七步开挖工法开挖过程,并用壳结构单元模拟初期支护,分析得出不同开挖步下围岩的塑性区、位移、应力以及初期支护的内力变化。结合数值计算和现场试验采集的数据,从而确定开挖过程中围岩变形规律和支护受力分布特征。     

千枚岩隧道传统与新型支护结构现场对比试验研究

 以在建穿越5•12汶川强震区成都至兰州高速铁路站前试验段某隧道大变形极高风险段为工程依托,运用现场试验与数值模拟手段,针对传统的型钢拱架和新型自主研发的钢格栅混凝土核心筒支护结构体系,分别对围岩收敛变形、围岩深部位移、围岩与初支接触压力、拱架内力、锚杆轴力、初支与二衬接触压力以及二衬轴向应变变化特征与规律进行研究。结果表明钢格栅混凝土核心筒支护结构体系可有效控制强震区软弱破碎围岩隧道大变形,结构体系变形及受力合理,可为类似工程建设提供借鉴。     

不同开挖方式对近距离交叠隧道影响模拟研究

研究不同开挖方式对近距离交叠隧道的地层和围岩的影响,揭示不同开挖方式下交叠区围岩及既有隧道衬砌的变形及应力–应变变化规律,为近距离交叠地下工程的变形控制、支护设计和开挖优化设计提供理论依据。通过FLAC3D数值模拟,研究在台阶法、眼镜法、CRD法3种不同开挖方式下交叠区围岩及既有隧道衬砌的变形及应力–应变发展规律、交叠区围岩塑性破坏规律,研究结果如下：(1) 不同开挖方式对交叠隧道施工过程中不同位置的影响程度不同,揭示既有隧道衬砌变形机制演变过程和衬砌破坏的危险点;(2) 根据围岩塑性区发展和隧道衬砌变形量,开挖下部新线隧道时CRD法优于眼镜法和台阶法,CRD法开挖下部隧道时对变形控制效果最好;(3) 新建隧道穿越既有隧道时,比较理想的施工方案为台阶法→CRD法→台阶法;(4) 任何开挖施工方法都会使已建隧道衬砌的4个部位(拱顶、拱脚、直墙边及拱底)承受拉应力,且拱脚处的最大、最小主应力最大,最易发生破坏。     

湾坞隧道右线进洞方案

安全进洞是实现整座隧道顺利施工的前提，尤其是地质条件差的隧道，往往进洞十分困难。从隧道支护机理出发，介绍了湾坞隧道右线进洞方案，内容包括隧道支护机理认识、进洞总体方案、进洞具体方案、进洞的施工工序、技术措施和相应的技术参数确定等。经过施工实践，获得成功，可供类似工程参考。     

软弱围岩隧道施工三维有限元分析

对软弱围岩隧道施工中的力学性态进行了计算机模拟与分析.以杭新景高速公 路白炭坞隧道为实体建模,采用有限元程序对其施工全过程进行三维弹塑性分析;重点分析不同的施工方法和支护方式对控制围岩变形的作用.计算结果表明:隧道的支护方式对减少由开挖引起的扰动起着重要作用,掌子面距离支护段距离越短,引起的沉降越小;对于软弱围岩,采用台阶法开挖时,台阶的长度不宜过长,一般应在0.5倍的洞径左右.     

渗流-应力耦合作用下深埋黏土岩隧道盾构施工特性及其动态行为研究

基于连续介质大变形理论和损伤力学理论,将塑性损伤演化与渗流相互耦合的方法引入到Mohr-Coulomb准则,建立黏土岩弹塑性大变形渗流–应力耦合模型,以ABAQUS软件为平台对其进行二次开发。以比利时黏土岩核废料库工程为背景,在全面分析盾构施工影响围岩稳定性因素的基础上,建立反映施工质量的等代层模型,对不同施工质量时盾构掘进过程中围岩及开挖面的变形、孔隙压力及塑性区的演化规律进行数值模拟。计算结果表明,围岩变形在开挖面附近达到最大值,施工质量对围岩稳定性有明显的影响,施工质量越差,开挖扰动区的范围就越大,并且孔隙压力降低的幅度就越大。研究结果可为软岩隧道设计及施工提供参考。     

大断面隧道下穿既有高压输电铁塔施工方案比选及其应用

 李家冲大断面公路隧道下穿既有高压输电铁塔,施工风险高。在风险分析的基础上,提出可能的应对措施,通过建立高压输电铁塔与大断面隧道施工相互作用的三维数值模型,对注浆加固山体后采用双侧壁导坑法开挖、H型框架梁加固塔基后三台阶留核心土法开挖、以及塔基托换后三台阶留核心土法开挖等方案进行比选,提出采用H型框架梁将高压输电铁塔塔基连成整体的加固方案。数值计算及现场实施效果表明：采用H型框架梁对铁塔基础进行加固,铁塔基础成为整体结构后再进行大断面隧道三台阶留核心土开挖,可有效控制铁塔的累计沉降及不均匀沉降,铁塔受力与变形均在容许的范围之内,在保证铁塔和隧道施工安全的同时,加快了施工进度,技术经济效果非常明显,可供类似工程参考。     

兰渝铁路柳家河隧道软弱千枚岩施工技术

以兰渝铁路柳家河隧道工程为例,从超前支护、爆破设计、初期支护、二次衬砌等方面对软弱千枚岩段的施工方案进行了介绍,并对隧道净空收敛沉降进行了监控量测,结果证明支护参数合理,全断面开挖可行。     

小间距浅埋隧道的支护设计探讨

利用奥地利大型岩土工程有限元数值计算软件FINAL计算结果比较研究认为，在新奥法施工的小间距平行土质浅埋隧道中，对于中间岩柱的支护与设计，只要衬砌受力在合理范围内，不需要特别考虑中间岩柱的稳定性，而对其加设锚杆或者其他支护辅助手段，隧道之问的间距可以达到1．0m，甚至更少。列举了慕尼黑地铁隧道对这一结果的成功应用。对于近距离双孔平行隧道，两隧道相互之间的影响，不仅与围岩类别、隧道间距、开挖和支护方式有关，而且不同的开挖顺序，会有不同的结果。分析结果表明，如果先修建好一孔隧道，再修建另一孔隧道，第---~L隧道的修建会对第一孔隧道，特别是相近一侧有较大的影响，仰拱处容易出现拉应力；如果两孔隧道同时交替掘进，则隧道相互影响较大，第一孔隧道的底部和第二孔隧道的拱部，容易出现拉应力，总体衬砌受力比第一种开挖支护方式要小。两种开挖支护方式中，中间岩柱两侧土体和衬砌均处于受压状态。慕尼黑地铁U6段相距0．8m，两隧道的成功修建和运营，是对本文结论的成功验证。     

地表预注浆加固公路隧道浅埋偏压破碎围岩效果分析

 针对广福隧道一段浅埋偏压破碎围岩的实际情况,为提高围岩强度,降低围岩的通透水性能,改善隧道成拱的作用,进而达到保护水资源、保证工程安全之目的,提出了采用水泥单液浆和水泥水玻璃双液浆的地面高压预注浆处治措施,并通过数值计算和现场试验详细分析了处治效果。综合分析表明：注浆处理后,围岩完整程度和强度明显提高,隧道断面净空收敛和拱顶下沉稳定速度较快,最终变形值较小,初期支护和二次衬砌整体受力特征得到很大改善,注浆处治效果非常显著。     

软岩隧道施工特性及其动态力学行为研究

采用三维快速有限差分软件，以软岩小净距隧道在不同施工方式下达到稳定后围岩和复合衬砌的力学效应为对象，重点分析不同施工方式下锚杆、喷射混凝土层的受力特点，以及洞周围岩特征点的变形和府力。对推荐的施工方式，分析了锚杆轴力、喷射混凝土层弯矩随开挖顺序的变化过程。计算结果表明：施工小净距隧道应慎重选择后继施工隧道的开挖方式，后继施工隧道的开挖方式直接对先行既有隧道锚杆、喷射混凝土层的应力状态产生很大影响。提出了复合衬砌应重点关注的薄弱部位和可能采取的工程措施。     

复杂地质条件下大埋深隧洞衬砌与围岩协同作用#br# 物理模型试验研究

围岩-支护协同作用是地下工程支护结构设计的核心问题,关乎着地下工程建设的成败。为揭示深埋隧洞围岩与支护结构协同作用机理,以滇中引水最大埋深约1512m的香炉山隧洞为研究背景工程,首次开展复杂地质条件下深埋隧洞衬砌与围岩协同作用真三维地质力学模型试验,真实再现隧洞开挖与支护的施工全过程。模型试验研究表明：1）不同地质条件下隧洞围岩的应力释放过程不同,硬岩隧洞围岩应力释放速率先慢后快,软岩隧洞应力释放速率先快后慢;2）不同地质条件下隧洞衬砌与围岩接触压力的分布形式不同,硬岩隧洞最大接触压力位于拱肩,软岩隧洞最大接触压力位于拱顶;3）衬砌与围岩协同作用包括两种应力释放机制、3个施工阶段和4种承载状态;4）不同地质条件下隧洞衬砌施作后围岩和衬砌承担的荷载比例不同,硬岩隧洞围岩平均承担约85%的荷载,衬砌约承担15%的荷载,软岩隧洞围岩平均承担约25%的荷载,衬砌承担约75%的荷载。