软弱地层连拱隧道开挖错距和台阶长度研究

近年来连拱隧道的施工方法不断优化,其中3导洞法在围岩状况较差的地段能够有效减少地表沉降和隧道变形,使施工更加安全。但由于3导洞法存在着施工工序复杂、施工参数不明确和成本高等缺点,对3导洞法的研究一般多集中在结构受力、开挖方法和支护参数等方面,而其在软弱地层中主洞开挖错距和台阶长度的重要性往往被忽视。依托广东南山路连拱隧道工程,采用数值模拟的方法,对比分析了隧道拱顶沉降和拱脚水平收敛,研究了V级围岩3导洞法合理的主洞开挖错距和台阶长度。研究结果表明:1)V级围岩3导洞法合理的主洞开挖错距是2.5～3倍洞径;2)V级围岩3导洞法合理的开挖台阶长度是10 m(中台阶)。     

“红层”软岩隧道进口段CRD法数值模拟及现场实测研究

受岩体赋存条件、隧道设计和施工方案等因素的共同影响,软弱围岩在隧道开挖应力重分布过程中较易发生塌方破坏,尤其是在隧道洞口段部分。本文结合具体工程实践,对软岩隧道进口段CRD法施工过程进行了非线性数值仿真模拟和现场实测分析,在此基础上开展了隧道围岩和支护结构的施工力学行为和变形性状的研究。研究结果表明:(1)由于隧道围岩较为软弱,隧道施工对周边围岩变形影响较大,纵向约2倍洞径、横向一倍洞径为施工的强烈扰动区域,施工时应加强支护;(2)隧道施工后,拱顶处围岩应力由于围岩变形释放使得其值大幅度减小,而拱腰处岩体应力上升,并出现塑性破坏,故在实际施工时应对该部位加强支护;(3)采用CRD法施工后,实测围岩变形在隧道开挖约20天后趋稳,而围岩压力、钢拱架和初期衬砌受力均在隧道开挖后的前10天内受力增幅最为明显,之后才逐渐趋稳。     

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。     

连拱隧道支护体系变形的现场监测及分析

与普通公路隧道相比,连拱隧道因隧道施工复杂,工序转换繁多,其变形特征更加复杂。结合某连拱隧道工程实践,在连拱隧道施工中对支护体系变形进行现场监测的基础上,分析连拱隧道支护体系变形随时间变化的规律及不同开挖工序下支护体系变形特征。监测结果表明:采用台阶法施工,能较好地控制连拱隧道的变形;在隧道施工过程中,右导洞上、下台阶开挖对支护变形影响较大,是隧道结构稳定性主要控制点;左洞上台阶和右洞下台阶开挖的纵向影响距离约为隧道跨度的2倍,右洞上台阶和左洞下台阶开挖的纵向影响距离大致为一倍隧道跨度。     

浅埋破碎围岩特大断面施工力学特征与安全分析

在破碎围岩条件下,特大断面隧道采用台阶法开挖易产生塌方和大变形等问题。文章依托实际工程,针对浅埋破碎围岩条件下特大断面隧道台阶法开挖进行三维受力分析,模拟台阶法施工的各个阶段,分析各个阶段衬砌的受力变化,得到了横截面上隧道衬砌危险部位安全随台阶法施工的变化。运用断裂力学中的格里菲斯强度理论,从主应力角度分析了隧道衬砌整体开裂系数随台阶法施工步的变化。同时结合现场部分应力数据以及内部围岩挤压数据,分析大断面软弱围岩条件下台阶法施工的可行性。分析和实测皆表明,在浅埋软弱围岩条件下特大断面隧道台阶法施工是可行的。     

某隧道台阶开挖法模拟分析

以甘肃省某隧道为例,应用ANSYS有限元软件,对采用上下台阶法开挖大断面隧道的稳定性进行了模拟分析,通过对隧道变形、围岩塑性区分布及初衬、二衬应力的分析,得出了台阶法能有效控制围岩的变形,使衬砌有较好的受力条件,但围岩在施工过程中会出现较大塑性区,为今后类似隧道施工提供了依据。     

媒体重头文章概览

正《施工技术》24/2018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     

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。     

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。     

某公路隧道连拱段中导洞台阶法开挖对围岩稳定性影响研究

本文依托某公路隧道连拱段工程,结合目前国内连拱隧道施工方法现状,运用FLAC3D程序建立了在Ⅳ级围岩地质条件下的连拱隧道三维施工过程弹塑性模型,对Ⅳ级围岩条件下的连拱隧道采用中导洞台阶法进行了施工过程模拟,分析得出了中导洞台阶法在Ⅳ级围岩条件下修建公路连拱隧道在中隔墙顶部易产生应力集中现象。     

大断面隧道三台阶七步开挖法仿真分析

结合实际工程,建立三维数值计算模型,对浅埋花岗岩地段隧道三台阶七步开挖法的施工过程进行了模拟计算。在此基础上,分析了地层的位移、支护结构变形和受力的变化规律以及分步开挖对支护结构受力和变形的影响。研究结果表明,洞周变形、支护结构的受力及变形具有不对称性;在支护结构距掌子面距离大于5~6m时,变形和受力可以达到稳定状态;边墙处锚杆的作用效果比拱顶锚杆显著;不同开挖步造成的洞周变形也有较大区别。分析结果可以为大断面隧道三台阶七步开挖法的设计和施工提供参考。     

不对称双连拱隧道施工方法研究与应用

针对不对称双连拱隧道施工中不同工况下的应力和位移情况,运用MIDAS/GTS数值模拟软件建立计算模型,对IV级围岩开挖过程进行模拟分析,得到了分别采用三导洞台阶法和中导洞台阶法开挖施工过程中的隧道应力及位移数值,通过与围岩位移、沉降、压力及二衬弯矩实测数据的对比分析,为不对称双连拱瞇道的设计和施工提供一定的理论依据及借鉴。     

软弱围岩非爆破开挖小净距隧道施工步距合理性分析

根据天马山隧道工程实践,利用ABAQUS建立数值模型,从施工时力学的角度,对相同净距不同错开距离非爆破开挖工况条件下中岩柱塑性区范围、初衬、二衬等受力进行模拟分析,研究先后行洞各工序施工错开距离对先后行洞的围岩稳定性和衬砌的受力与变形规律的影响。     

挤压陡倾千枚岩地层小净距隧道大变形研究

为了探明小净距隧道穿越挤压性软岩地层的大变形机制,提出相应的大变形控制技术,本文采用理论分析、数值计算、现场试验等手段对这种隧道大变形的影响因素、围岩变形规律、支护受力特征等进行研究,得出主要结论如下:(1)高构造应力、陡倾围岩产状、低围岩强度、近接施工扰动等多因素的耦合作用,导致了该隧道大变形的发生;(2)后行隧道对先行隧道的卸荷扰动,一方面使先行隧道承受偏压荷载,另一方面使先行隧道中岩柱侧围岩向洞外产生弯曲破坏,主要表现在先行隧道中岩柱侧边墙位移的减小、初期支护拱部受力状态的转变、二次衬砌拱部和仰拱拉应力的增大;(3)根据围岩变形和支护受力情况,按近接施工影响程度对小净距隧道进行分区,并以此作为控制措施动态调整和工程类比的依据;(4)严格控制施工工序,避免先行隧道二次衬砌端头处于后行隧道开挖作业面之内,并根据应力分布特征调整隧道断面形状,根据岩体产状特征调整锚杆角度,根据近接扰动情况对中岩柱进行保护与加固。     

偏压隧道半顺穿空箱挡墙设计数值分析研究

受地层和线形诸多因素的影响,重庆国际会展中心二期市政工程下穿隧道右线不得不半顺穿空箱挡墙,且属典型地形偏压隧道。为保证隧道和空箱挡墙的稳定,采取了左洞先行开挖、右洞后续开挖、左洞台阶法以及右洞单侧壁导坑跳槽法的复杂施工方案,其计算分析非常复杂。基于新奥法施工理念,针对依托工程进行有限元模拟,分析了隧道施工过程中的围岩、支护结构以及衬砌的受力与变形规律,进而对隧道结构的安全性和围岩稳定性做出评价。分析结果表明:重庆国际会展中心二期市政工程下穿隧道采用该施工方案是合理的,可为类似隧道工程施工与设计计算提供参考。     

小净距隧道爆破施工减震措施研究

针对先、后行洞在爆破施工中存在的震害问题,以七冲村特大断面小净距隧道为工程背景,通过建立动态分析有限元模型,对爆破施工过程中震动波的传播机制进行了分析;结合数值模拟结果,采用了以微震爆破施工和衬砌背后注浆为主的减震措施。研究结果表明:基于围岩变形和衬砌结构受力监测数据,先行洞受后行洞爆破施工的影响非常有限,其围岩变形和衬砌结构受力均处于合理范围之内。     

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。     

大田连拱隧道围岩与支护结构变形和受力分析

对大田连拱隧道洞口浅埋段的围岩变形和支护结构受力进行了现场监控量测,对围岩变形与地表沉降的特点及对应关系、初期支护、二次衬砌以及中隔墙的受力进行了分析,总结出浅埋段连拱隧道围岩变形和结构受力特点。     

软弱破碎围岩隧道开挖工法比选研究

软弱破碎围岩隧道的开挖一直是隧道工程施工的难点,其特点在于围岩开挖后变形量大,掌子面易失衡,施工过程中经常出现掉块滑塌等现象。为了进一步研究软弱破碎围岩隧道的合理开挖方法及施工过程中围岩和支护结构的应力、位移等变化,依托金家庄特长隧道工程,采用FLAC3D三维数值模拟手段分析了隧道在不同开挖方法(两台阶法、三台阶预留核心土法)下的受力及变形规律特征,研究表明:(1)开挖过程中采用三台阶预留核心土法时,围岩整体变形较两台阶法小;(2)从初支、二衬结构受力情况得出,采用两台阶法施工优于三台阶预留核心土法;(3)隧道的开挖工法应随开挖揭示的围岩的情况进行相应的调整。     

肋式连拱隧道拱顶山坡变形特征及对结构稳定性影响

针对通透肋式连拱隧道的结构特征和受力变形特点,给出了与之相适应的施工监控量测方案;基于现场监测数据,分析了拱顶山坡变形随施工开挖过程的发展演化特征,给出了施工期主要风险-拱顶山坡地表开裂的形成原因;在此基础上,进一步分析了拱顶山坡围岩的松动范围和破坏模式,并采用结构荷载法对拱顶山坡岩体松动这一最不利工况下的衬砌结构、肋梁和中隔墙的结构强度和抗倾覆稳定性进行了系统反馈分析,分析表明隧道结构整体是安全的,但需对拱顶地表及围岩进行加固处理,以保证该新型隧道的施工安全和隧道结构的长期稳定性。