上软下硬地层暗挖地铁车站围岩变形规律研究

城市地铁车站大断面隧道暗挖施工控制围岩变形是施工中需要考虑的重要问题。依托青岛地铁3号线江西路车站工程,通过数值模拟分析并对比现场监测数据,研究了上软下硬地层大断面隧道成洞过程围岩变形规律,通过研究可知,在大断面开挖过程中,上台阶土体开挖以及拆除临时支撑是引起地表沉降主要原因,当围岩较好时,因开挖引发的地层沉降较小,临时支撑拆除是施工过程中最危险的阶段,极易引发施工事故。得到的结论可以为以后的研究及施工提供参考。     

南京复杂地层中盾构掘进地表沉降实测数据分析

通过现场实测数据,分析了南京至高淳城际快速轨道工程TA04标段3号盾构井—胜太路站区间隧道不同埋深、地质及施工参数条件下,盾构施工对地表沉降的影响规律。实测结果表明:盾构在上软下硬复合地层施工时地表沉降值显著大于在全断面硬岩地层施工工况,土舱压力对上软下硬复合地层开挖面稳定影响较大;全断面硬岩地层盾构施工引起的地表沉降值几乎不受埋深、土舱压力及同步注浆等变化的影响。结合施工过程中刀具磨损、开挖面结泥饼等施工难点,提出了根据硬岩与上软下硬复合地质条件盾构施工分别采取欠压推进和保压推进等技术措施,取得了良好效果。     

青岛上软下硬复合地层矿山法隧道施工地表沉降规律分析

文中依托青岛地铁2号线五南区间矿山法隧道工程案例,运用FLAC3D有限差分软件并结合施工现场监测数据,探究矿山法隧道穿越上软下硬复合地层时地表沉降规律。通过对监测断面的地表沉降数据进行高斯峰值函数拟合,得出地层损失率、沉降槽宽度系数等反映监测断面沉降规律的相关参数。根据数值计算结果并结合现场实测数据,研究洞身处软硬地层厚度比、上覆土层类别以及爆破开挖进尺对地表沉降规律的影响。研究结果表明,随着隧道洞身处软岩比例的增加,地表沉降最大值及地层损失率均显著增加;随着爆破进尺的增大,地表沉降最大值及地层损失率均明显增大;上覆地层条件的改变对沉降槽规律影响不大。青岛地区上软下硬复合地层地铁施工引起的地表沉降受洞身处地层条件及爆破进尺影响显著,受上覆土层影响较小。     

武汉地铁虎泉-名都区间隧道开挖引起的地表沉降研究

深入研究、合理控制由隧道开挖引起的地表沉降具有十分重要的实际意义。以武汉地铁虎泉-名都区间隧道开挖工程为背景,运用简化随机介质理论公式,以典型地表沉降和隧道断面收敛监测位移为基础,对区间各典型断面进行位移反分析,得到隧道断面收敛面积 和 ( 为影响角),并总结类似研究区域施工和地层情况的隧道开挖引起地表沉降的计算参数取值,研究结果可为武汉地区后续大规模地铁建设提供参考和依据。     

上软下硬地层下穿建筑物隧道数值模拟

以青岛地区地铁某区间隧道穿越密集建筑物群为例,采用矿山法施工,利用有限元软件对该穿越工程施工过程进行数值模拟,重点分析了开挖过程中的地表和拱顶位移、支护结构内力等方面.研究表明,在上软下硬地层中采用矿山法分上下台阶施工安全、经济、快速,可以有效控制地表和拱顶沉降以及衬砌和支撑结构受力,确保施工过程的安全,对隧道在上软下硬地层中下穿既有线或建构筑物的施工具有一定参考价值.     

暗挖地铁车站拱盖法初期支护施工关键技术研究

以兴工街站暗挖施工为背景,通过理论分析、数值模拟以及现场监测等,分析兴工街站拱盖双层初支厚度对荷载分配和地表沉降的影响。研究结果表明:双层初支组合方式结构受力合理,有利于控制地层变形,适合兴工街车站拱盖施工。对于上软下硬地层中的大跨度隧道双层初支施工,建议内侧初支厚度取整个初支厚度的40%。整个初支体系承担隧道围岩总应力的75%至80%,在整个隧道结构中,二衬仍承受部分荷载作用。     

超大断面隧道不同工法引起软弱围岩变形机理分析

运用商用数值模拟软件模拟隧道开挖施工过程,通过对大断面隧道开挖引起塑性区分布、地层分层沉降的数值模拟成果的分析,得出了在同一围岩条件下,采用不同的施工方法开挖隧道引起地表变形、塑性区分布、地层分层沉降的特性和机理,在此基础上提出了相关的施工技术措施,使隧道在整个施工过程中都处于安全可靠控制范围之内。     

浅埋暗挖隧道施工性态的数值模拟与分析

地铁隧道施工中,隧道开挖程序、施作的步骤对隧道稳定性及地表沉降影响显著。北京地铁10号线某标段浅埋单洞双层隧道,是出入口通道与车站中洞、旁边单层侧洞相接的暗挖部分,单、双层转换,初支结构形式和施工都很复杂。目前国内外对单洞双层隧道分析较少,与车站和通道相连接的这种单洞双层隧道比较短,对它的分析往往被忽视。对采用3层6导洞的CRD工法施工的这种浅埋单洞双层隧道的施工性态进行数值模拟,分析该区域隧道施工引起的地表沉降,探索一次性开挖成洞及隧道分步开挖引起的地表沉降槽的变化形态,拱顶沉降及拱顶主应力的变化规律。数值分析表明:施工工序不同使隧道的偏挖引起的沉降槽向未开挖一侧偏移,此过程中地层最大沉降并不发生在隧道中线处,而是完成全部开挖,地层变形稳定后,其累计沉降最大值位于隧道中线处。隧道开挖衬砌完全施作后,地表沉降变化不大,但是后续开挖步引起的结构内力应予以重视,尤其对于中隔壁支撑及拱底衬砌的支护,要及时施作拱底二次衬砌。研究结果为单洞双层隧道分步施工控制地表变形和洞周位移提供参考依据。     

上软下硬地层隧道开挖方法的研究

基于有限元软件LS-DYNA,对上软下硬地层隧道采用机械和爆破法施工进行研究。研究结果表明:与上下台阶爆破开挖相比,上台阶机械开挖下台阶爆破开挖的综合振速、最大主应力和最小主应力最大值最大降幅均达40%左右;针对上软下硬地层,采用上台阶机械开挖、下台阶爆破开挖的方法,充分发挥了机械法和钻爆法的优势。     

地铁双线隧道开挖地表沉降规律及计算方法研究

应用数值模拟方法,结合现场实测数据,对上软下硬地层中,双线隧道施工诱发地表沉降规律及其计算方法进行了研究。研究结果显示:双线隧道施工完成后,地表横向沉降曲线呈非对称分布,先行隧道上方的地表沉降量大于后行隧道上方的地表沉降量;双线隧道错距施工过程中,地表沉降曲线最大值位置由先行隧道上方逐步向后行隧道上方移动,沉降变形主要发生在后行隧道穿越监测断面之前。数值模拟正交试验结果显示,隧道埋深和隧道间距对施工过程中地表沉降影响较大,设计过程中,应充分考虑隧道埋深及隧道间距对地表沉降产生的影响。正交试验结果的非线性拟合分析结果显示,双线隧道施工诱发地表沉降计算公式中的i值与隧道开挖顺序无关,最大沉降量比γ直随隧道间距增加而轻微减小,当开挖错距在隧道开挖纵向影响范围内时,γ值变化不大。引入参数γ对双线隧道开挖地表沉降计算公式进行改进,并将改进后的地表沉降计算结果与实测结果进行对比,验证了该计算公式的正确性。     

公路隧道下穿煤层采空区开挖过程相似模型试验

隧道下穿煤层采空区施工将不可避免地对采空区地层产生扰动,破坏其原有的平衡状态,使既有采空区"活化",进而影响隧道围岩及初期支护的稳定性。开展隧道下穿煤层采空区开挖的室内相似模型试验分析,考虑隧道与采空区不同间距的影响。通过埋设位移计、土压力计及电阻应变计,研究隧道开挖过程中采空区及洞周地层的移动和初期支护的内力特征。测试结果表明,隧道开挖引起的采空区地层移动受采空区与隧道间距的影响显著,间距越小,采空区地层沉降越大、沉降槽曲线越窄、越陡,上台阶开挖引起的地层沉降占总沉降的比例越高,而初支闭合后收敛越快。当间距小于1D时,采空区地层大致处于隧道开挖引起的松动范围以内,并使松动范围进一步扩大,从而增大初期支护上的荷载。钢拱架最大弯矩主要发生在拱脚处,当间距很小时,钢拱架拱脚处弯矩显著增大,同时轴力水平降低、偏心距增大,大大增加了初期支护的失稳风险。试验揭示了隧道下穿煤层采空区开挖过程中地层的移动规律和初期支护受力特征,对指导类似工程施工具有积极意义。     

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。     

港珠澳大桥拱北隧道施工变形规律分析

在地质条件复杂的沿海富水地层开挖浅埋超大断面隧道,面临诸多风险,暗挖施工易对围岩进行扰动,引起地层变形。新型"管幕冻结"支护可以有效控制暗挖施工引起的地表沉降过大问题,该工法下隧道开挖过程中地表位移变化主要受暗挖产生的地层损失和土体冻结膨胀以及隧道开挖卸荷后的上浮效应等因素影响。基于现场实测数据,对洞内拱顶位移、水平收敛和地表变形规律进行分析发现,拱顶位移与对应地表处的位移变化具有较强的一致性,纵向上在隧道中部段出现上浮,两侧洞口段出现下沉。受分层开挖扰动影响,隧道两侧土体向内变形导致洞内水平收敛增大,最大水平收敛为15.72 mm,约为隧道横向跨度的0.8%。新型管幕冻结暗挖施工工法可以很好地控制富水地层渗漏水问题,且极大地减小了隧道内部的位移变形,但其冻结膨胀引起地表隆起及解冻后的地表融沉问题仍需密切关注。     

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。     

暗挖重叠隧道开挖初支典型断面量测与分析

通过对重叠隧道在复杂城市环境下采用先上后下多台阶工法的现场典型断面量测实例，分析了此种工法情况下地表沉降、拱顶沉降及水平收敛的规律及初支结构内力的状况。     

骡家山隧道施工监测及支护稳定性分析

骡家山隧道工程地质条件较为复杂,周边环境差,对施工要求严格,具有成洞条件差及断面结构形式多等工程特点,通过隧道在施工过程中的净空收敛、地表下沉、拱部下沉和结构应力分析等监测结果,将数值计算与量测结果进行比较。结果表明:净空收敛核心土开挖引起前方导洞收敛变形为20~40mm,拱部开挖为双侧导坑施工中最不利受力状态,钢拱架应力表现为拉应力,上台阶断面形状扁平度较大,拱部围岩出现拉应力区。     

软弱围岩分岔大断面暗挖隧道反挖施工技术分析

在深圳市东部过境高速公路连接线工程中,采用大跨段隧道施工方案与大断面不对称开挖施工方案,采用数值有限元方法,对分岔隧道大跨段施工工法进行研究,分析围岩变形与受力,并分析不对称开挖施工过程的最大剪应力,研究大断面不对称开挖过程中的围岩塑性区、初支受力、临时支撑变形、初衬变形和初衬受力,验证计算非对称双侧壁导坑大断面隧道支...     

上软下硬地层浅埋暗挖工法适应性模拟

以青岛地区埋置于上软下硬典型地层中的地铁车站为例,选取双侧壁导坑法和单拱大空间法,利用三维有限元软件对两种施工方法的整个开挖过程进行数值模拟,重点对开挖过程中的地表和拱顶位移、围岩应力和支护结构内力等方面进行了分析.研究表明,与单拱大空间施工方法相比较,在上软下硬地层中采用双侧壁导坑施工方法能有效控制地表和拱顶沉降以及...     

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。     

土岩复合地层中盾构施工引起的地表位移预测

盾构穿越上软下硬土岩复合地层时极易引起地表沉降。为探究其规律，分析了盾构开挖面在复合地层中的收敛模式，考虑了层状地层对地表位移的影响，对传统的随机介质理论进行了简化，推导了复合地层中盾构施工引起的地表位移计算公式，依托杭州环城北路—天目山路盾构隧道工程进行了地表沉降的计算和可靠性验证，搜集并分析了26组地表沉降实测数据，反分析计算得到了对应的土体损失率，并进一步分析了土体损失率的分布及取值规律。结果表明：简化方法与传统随机介质理论计算结果相近，计算曲线与实测数据相吻合；复合地层中的土体损失率分布在0.09%～2.2%，与黏性土中类似；同一工程（区段）中土体损失率随硬岩比的增大而减小，且大致呈线性相关。