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。     

浅埋偏压连拱隧道洞口段施工技术研究

黄山地区某连拱隧道的洞口施工段存在浅埋偏压的不利地质条件。为保障该项目的顺利开展,本文利用岩土工程有限元分析软件Midas建立三维实体模型,对有、无超前管棚支护两种条件下浅埋偏压连拱隧道洞口段施工过程进行模拟分析。计算得到了隧道在采用不同支护措施时各阶段围岩及支护结构的变形和应力变化情况。数值模拟结果表明在穿越破碎断层带浅埋偏压连拱隧道洞口段的施工中,采用超前管棚预支护技术可以较好地控制住围岩变形,保证开挖中和开挖后隧道的稳定性。最后,将现场3个监测断面的量测数据与模拟分析的结果进行了对比研究。现场监测数据证明超前管棚支护在浅埋偏压连拱隧道洞口段的施工中可以有效控制围岩的位移变形,避免不利工程地质灾害的发生。所得结论可为具有类似地质地形情况的隧道设计和施工提供技术参考。     

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.     

偏压连拱隧道初期支护结构优化研究

依托江西景婺黄（常）高速公路白洋冲一号隧道工程，采用数值模拟方法对偏压连拱隧道在V级围岩浅埋段初期支护结构进行了优化分析，从理论上证实了偏压连拱隧道初期支护结构不对称设计的可行性。     

浅埋偏压连拱隧道中墙优化分析

浅埋偏压连拱隧道中墙型式直接关系到隧道工程施工及正常运营,本文采用有限元数值方法对不同中墙型式下偏压连拱隧道结构受力特征作了计算分析,偏压连拱隧道采用复合曲中墙结构将有助于改善中墙受力状况,减小应力集中及上部位移,降低衬砌开裂渗水的可能性,从而为偏压连拱隧道合理设计提供理论根据。     

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。     

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。     

浅埋大断面大跨度连拱隧道支护体系现场监测试验研究

浅埋大断面大跨度连拱隧道跨度大、埋深浅、围岩稳定性差,地质条件复杂,为保证施工顺利进行,需加强隧道施工监测,根据监测调整后续施工方法。对浅埋大断面大跨度连拱隧道支护体系的现场监测试验方案及不同开挖工序下隧道支护体系受力特点进行了分析与研究。研究结果表明:①左右洞上台阶开挖引起支护体系应力分布较大变化,是隧道支护主要监测控制点;②右洞上、下台阶开挖引起中墙内力较大变化,是中墙稳定主要监测控制点;③右洞上、下台阶开挖对支护应力的纵向影响范围约为隧道跨度的1/3和1/2;④对于浅埋大断面大跨度连拱隧道,应及早施作二衬,封闭成环,以改善结构受力。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

非对称浅埋连拱隧道有限元分析

利用MIDAS/GTS有限元软件,对非对称连拱隧道浅埋段施工方法、加固效果进行了二维数值模拟分析,揭示了施工过程中不同施工方法和注浆措施对隧道周边变形和初期支护结构的影响。主要分析边导洞开挖顺序的影响,边导洞内侧和中导洞两侧区域注浆效果。分析方法和计算结果对非对称连拱隧道设计、施工具有一定的指导意义。     

偏压连拱隧道施工方法数值模拟研究

结合云南元磨高速公路上的忠爱桥偏压连拱隧道的设计、施工和地质情况,对软弱围岩条件下的公路偏压连拱隧道采用左右两洞不同施工顺序时的力学响应进行了数值模拟,分析了围岩和支护结构在不同施工顺序下的地应力场、位移场,通过对比分析研究,确定了先施作深埋洞,再施作浅埋洞为公路偏压连拱隧道最优施工方案,并且二次衬砌在此条件下不仅是“安全储备”,它对隧道的稳定性有重要作用。     

连拱隧道初支结构稳定性评价及施工方法探讨

连拱隧道结构形式复杂,开挖与支护工序转换频繁,围岩受多次扰动,施工风险高,直接影响隧道围岩与支护结构体系的安全性。依托某浅埋偏压连拱隧道工程,采用数值分析方法评价了连拱隧道初期支护结构的安全性。结果表明,受地形偏压影响,左、右侧主洞初支结构内力和变形存在明显的不对称性,深埋侧主洞贯通而未施作二衬情况下开挖浅埋侧主洞,初支结构多个典型特征点处的安全系数均小于规范规定限值,是导致连拱隧道发生大型塌方的主要原因。浅埋偏压连拱隧道主洞开挖时应采取“先外后内”的施工工法,并保持合理的安全步距,相关结论可为相关工程提供参考。     

浅埋偏压隧道开挖技术

针对密兴路改建工程火郎峪隧道进口段浅埋偏压的特点,提出了调整进洞位置、采用双排注浆小导管超前支护、反压回填施工以及控制爆破振动等一系列施工技术措施,有效控制了隧道拱顶沉降与洞周收敛。监测结果表明,所采用的施工技术措施行之有效,能够保证浅埋偏压段隧道施工的安全。     

连拱隧道浅埋偏压段的受力和变形机制研究

 以安景高速双河口隧道为工程背景,针对连拱隧道洞口浅埋偏压段特殊的地形情况,探讨围岩在地应力和边坡滑动共同影响下的应力分布情况。为满足工程应用的需要,在监测数据分析的问题上提出对监测数据进行非线性分离的方法,并以其中的线性趋势项为依据建立围岩的应力与变形之间的映射关系,来指导隧道设计和施工,用分离出来的波动项来分析施工过程中出现的异常情况。结果表明：连拱隧道洞口浅埋偏压段受到上覆荷载和边坡滑动的共同作用,其中最危滑动面和洞口上部坡角处的围岩和支护结构受边坡滑动的剪拉作用影响最为明显,消除施工等因素影响的监测数据趋势项可以更直观地说明这一点,因此在隧道工程中如果穿越岩体最危滑动面附近的围岩时有必要考虑边坡滑动的影响。     

浅埋偏压连拱隧道施工数值模拟及方案比选

位于湖南常吉高速公路上的仲溪隧道为一浅埋连拱隧道,特别是在洞口地段,隧道上部岩体为一明显斜坡,使隧道呈现明显的偏压特性,这就使得隧道不但浅埋而且存在偏压,在施工初期就出现了局部坍塌,为确保工程的正常进行,本文选取了一典型断面作为计算模型,运用FLAC2D,对其在两种不同施工顺序下的施工力学行为进行了模拟计算,通过对比两种施工顺序下围岩的应力、位移以及隧道支护结构中的内力,提出了开挖方案并获得应用,可供浅埋偏压连拱隧道施工工序选择参考。     

通透肋式拱梁隧道结构分析

 基于对浅埋傍山隧道稳定性控制因素以及传统设计方案缺陷的分析,提出一种全新的隧道结构——通透肋式拱梁隧道,该隧道由拱顶山坡横向管棚支护体系和肋式拱梁结构有机组成,形成了完整的承力体系,最大程度地避免了山坡切削,无需通风采光系统,综合体现了工程安全、环保、节能和景观协调的统一。结合实际工程,对通透式拱梁隧道设计原理和结构特征进行分析,并采用数值模拟方法对其变形受力特征和整体开挖加固方案进行了系统研究,确定隧道围岩的松弛范围,制定拱顶山坡横向管棚注浆的加固方案,并通过不同开挖方案的对比分析,提出“先暗后明”的总体建设方案。最后,以施工监测数据及其工程实践的成功实现,验证分析成果的合理性和通透肋式拱量隧道建设方案的可行性。     

基于暗挖法的浅埋洞室支护新方式及其工程应用

为满足浅埋大跨度地下洞室内壁保持原貌、避免大开挖以保护地表环境以及降低支护造价等要求,提出一种基于暗挖法的浅埋洞室支护新方式.这是一种内嵌支护方式,即在覆盖层中植入纵横向小隧道棚支护结构,形成围岩与支护结构共同作用的支护体系.该支护方式可在浅埋洞室工程中有效地控制围岩发挥其部分自承载能力.将该支护方式应用于某旅游景点的大跨度浅埋地下洞室中,监测数据表明该支护方式可行,围岩的自承载比例达47%.     

基于流固耦合理论的连拱隧道围岩稳定性分析

以湖南省常吉高速公路新修建的一些大跨度连拱隧道为工程背景，基于流固耦合分析理论，利用快速拉格朗日有限差分法对连拱隧道围岩稳定性进行分析。主要考虑流固耦合效应作用时，围岩级别、隧道埋深、地下水位以及施工工法和初期支护等因素对围岩稳定性的综合影响，得到Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ级围岩在各种情况下隧道开挖后围岩最大主应力、洞周位移、塑性区、孔隙水压力分布以及喷锚支护受力特征等结果，探讨连拱隧道开挖渗流机制，并分析深埋连拱隧道开挖后的孔隙水压力场分布特征。研究结果直接指导该高速公路二期工程中的隧道防排水施工和支护措施的改进提高，为富水地层条件下的隧道工程开挖设计提供一定的理论参考。     

浅埋偏压小净距隧道的力学特性及方案比选研究

浅埋偏压小净距隧道的围岩位移及力学性能与一般隧道有显著的区别,施工中稍有不慎将发生塌方事故。该文结合重庆南山隧道出口端浅埋偏压段工程实际及现场监测数据,利用ANSYS建立浅埋偏压隧道二维有限元模型及施工监测数据对各工况围岩位移、应力场及锚杆轴力进行对比分析,研究了其施工力学特性。结果表明:两洞开挖顺序不同,最终位移和应力量值存在较大差异,通过增加深埋侧隧道锚杆长度,有效地改善了围岩的受力特性,提高了隧道施工的安全性。分析结果可为不同环境隧道施工选择合理开挖方案提供参考,具有重要意义。     

双连拱隧道施工技术

针对连拱隧道埋深浅、长度短、偏压及跨度大的特点,进行了双连拱隧道施工方案比选,论述了三导洞施工技术在连拱隧道中的应用,并指出三导洞施工法的应用既保证了隧道顺利安全地完成,又确保了工程进度,赢得了社会效益。     

浅埋黄土连拱隧道施工方案优化研究

双连拱公路隧道在平面线路、洞口位置的选择上较分离式隧道自由度大,在一些中短隧道建设中,往往采用双连拱隧道结构形式。山西省离石隧道为我国第一条黄土连拱公路隧道。本文结合该工程实际,进行黄土连拱隧道的关键施工力学问题研究：正洞上下台阶法与侧壁导洞法施工方案比较研究;先左洞（靠山一侧）施工方案和先右洞施工方案的对比。计算结果表明对于偏压黄土连拱隧道应采用先开挖靠山一侧的侧壁导洞法进行施工。