饱水土质隧洞变形特性分析及影响因素研究

基于新疆库尉引水隧洞现场监测资料,对饱水土质隧洞变形特性及影响因素进行深入分析。根据其主导影响因素将土质隧洞的变形分为3个阶段:横向空间效应影响阶段→纵向空间效应+时间效应影响阶段→时间效应阶段,横向空间效应影响为开挖时出现塌方、冒顶的主要因素,可通过超前支护、减小横向空间面积等方式降低其影响;纵向空间效应+时间效应主导着第二阶段的变形,其合理的分离可为参数反演提供依据;第三阶段的时间效应主要为流变变形。对不同埋深、围岩类型以及支护强度影响下监测的变形数据的分析可知:低液限粉(黏)土整体性较好,主要发生与埋深有较大关系的形变变形,埋深越大,变形越大,且具有一定的流变特性;粉土夹砂层和粉细砂夹砾石排水量大,开挖过程中易发生小范围塌方,其变形主要以洞周一定范围内的松动变形为主,且与夹砂层的位置有较大关系,埋深对其变形影响不显著,在采取强支护措施及分步开挖方式下,监测到的变形量值均较小。支护结构在拱顶和边墙部位的变形特性有很大差异:拱顶变形稳定时间短,变形量小;低液限粉(黏)土围岩边墙处围岩塑性区范围随埋深增大,应力释放时间效应明显,形变压力不断增长,收敛变形量大。对于土质隧洞,钢拱架在限制围岩变形方面比钢格栅更为显著,考虑造价等因素,应根据不同地质条件、埋深合理选择支护方式。     

四车道特大断面小净距公路隧道力学响应分析

结合大连大东山单洞四车道高速公路隧道工程实践,通过隧道CRD及双侧壁导坑工法施工段的隧道变形受力监测数据分析,对特大断面小净距隧道的力学响应特性进行研究。研究结果表明:CRDⅠ部、双侧壁左导洞对于左上导洞拱顶处变形影响较大,其引起的变形占总变形的比例分别达到50%~60%和50%~65%;特大断面隧道施工,合理选取工法及辅助措施、及时封闭支护结构可以有效控制隧道变形受力;小净距隧道内侧受力状态较外侧复杂,后行洞的受力状况相对于先行洞要好一些,设计和施工时应充分考虑后行洞施工对先行洞的影响。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。     

隧道主支洞交叉部位施工技术

隧道主支洞相交地段处于复杂的三维受力状态,在复杂地质条件下隧道施工过程中必须尽快完成支护,尽快控制围岩变形,保证作业施工安全,使该部位的围岩处于稳定状态。在对主支洞的围岩地质、断面和施工条件等因素进行分析的基础上,运用隧道工程理论,结合辽西北供水工程的12号支洞施工要求,给出主支洞开挖方案、施工流程及支洞过渡段和主洞加强段施工关键技术等,结果表明:通过对隧道断面钻爆参数、围岩支护参数的控制及监控量测数据的反馈,在复杂条件下隧洞开挖施工中可减小对地层的扰动,确保围岩的稳定以及支护与地下结构的安全。     

低液限粉土填筑路堤质量控制

对低液限粉土的土质进行了分析,阐述了低液限粉土的工程特性,介绍了低液限粉土填料路堤的施工工艺流程,探讨了低液限粉土填筑路堤的质量控制措施及施工注意事项,以保证低液限粉土路堤的工程质量。     

特大断面小净距公路隧道力学效应分析

以七冲村一号特大断面隧道为工程背景,结合双侧壁导坑法和CD法施工段的围岩变形和结构受力监测数据,对小净距公路隧道力学效应进行研究。研究结果表明:(1)针对特大断面小静距隧道采用双侧壁导坑法施工,主导洞开挖对左、右导洞的影响较大,主导洞开挖将加快拱顶沉降,而水平收敛却得到抑制;为了隧道围岩的稳定,应保持各导洞之间合理间距,缩短初支闭合时间;(2)相比CD法,采用双侧壁导坑法开挖的断面,围岩水平收敛相近,拱顶沉降却可减少约15mm;喷砼所受拉应力虽增加0.18MPa,但仍小于混凝土的设计抗拉强度。两种施工方法喷砼受力以及钢架内力均小于规范设计强度,并且具有很大的安全储备;(3)通过综合分析,双侧壁导坑法可以成为后续类似工程的优选方案。     

N-J水电站引水隧洞大变形段长期稳定性分析

深埋软岩隧洞围岩蠕变特性将会对隧洞的长期稳定性产生重要影响。以巴基斯坦N-J水电站深埋引水隧洞的泥质粉砂岩为研究对象,通过室内的三轴蠕变试验,建立了适用于该岩石的幂指数蠕变模型。通过对大变形段围岩变形监测结果的反演分析,得到了围岩体的蠕变参数,并基于此对引水隧洞软岩大变形段的长期稳定性进行了分析。结果表明,引水隧洞运营10年后,围岩的拱顶下沉增量为20.3mm,水平变形增量为18.1mm,衬砌的受力主要以压应力为主,最大压应力达到了63.4 MPa,主要出现在拱顶和拱腰部位,出现了局部的受压破坏,为保证隧洞安全,需在拱顶和拱腰部位进行加强支护。     

浅谈公路低液限粉土路基施工技术

结合工程实例,介绍了低液限粉土路基施工技术,着重对低液限粉土路基施工的检测情况和针对低液限粉土采取的措施进行了阐述,并对检测结果进行了分析,为达到满意的静力压实效果提供了理论基础和技术支持。     

软弱围岩隧道预衬砌法实施效果模型试验研究

开展软弱围岩隧道预衬砌法大型三维地质力学室外坑内模型试验,对比分析常载和超载条件下设置预衬砌、不设置预衬砌预收敛变形、收敛变形、掌子面挤出位移、径向围岩压力及失稳破坏过程。结果表明:全风化V级花岗岩地质条件下铁路双线隧道采用预衬砌法,预收敛率减小20%～30%、拱顶沉降和水平收敛分别降低25%和80%、洞周径向围岩压力增大1.1倍;不设置预衬砌段开挖过程对超前核心土纵向影响范围约为0.7D(D为隧道跨度),设置预衬砌段影响范围缩小至0.3D、降幅近60%;超载条件下隧洞失稳过程为:边墙、拱顶、掌子面岩体"剥离–滑移–垮塌",最终形成深度分别为2,1.4,1.2m的塌穴;隧道稳定性判定参考极限位移值可取拱顶沉降157mm、水平收敛93mm、掌子面挤出位移225mm。研究成果为新意法理念下预衬砌全断面大型机械开挖提供一定的理论依据。     

超大断面隧道双侧壁导坑法开挖步序优化

重庆市轨道交通5号线1期3标段为富水浅埋扁平超大断面隧道工程,采用9步双侧壁导坑法中的对称开挖步序施工。应用MIDAS-GTS软件建立隧道三维有限元模型,计算了3种不同开挖步序条件下地表沉降、围岩变形和支护结构受力情况,并将计算结果与现场监测数据进行了对比验证。验证结果表明:扁平超大断面隧道拱顶区域受力作用面较大,拱顶区域围岩及喷混支护应力较大,拱顶稳定性较低,拱脚应力集中。施工阶段隧道结构对横向变形较为敏感,3种开挖步序拱脚水平收敛值曲线随施工步序呈现多台阶变化;中隔墙核心土拆除时,水平收敛值及拱顶沉降值曲线出现突变,该阶段应增大监测频率。对3种施工步序进行了数值模拟,提出了本工程地质条件下大跨扁平隧道施工的合理步序。     

引黄工程南干线TBM施工探讨

埋深大、线路长的隧洞采用TBM施工,已成为国际上快速开挖隧洞的主流.引黄工程南干线4#～7#隧洞总长90 km,除部分进、出口土洞段外,全部按TBM施工.沿线水文地质条件复杂、埋深大、单条隧洞长达43 km.结合工程施工实践,对TBM施工要点地质洞段的施工对策进行了探讨.     

单斜构造软硬互层围岩隧道变形特征及控制对策

为探究单斜构造软硬互层围岩隧道在不同岩层倾角下的变形特征,以渭源至武都高速公路木寨岭隧道工程为依托,对炭质千枚岩和砂质板岩互层围岩隧道开展了现场调研和现场监测,分析了隧道变形特征及影响因素; 利用有限差分软件FLAC 3D建立三维数值模型,研究了不同岩层倾角下的隧道变形规律; 针对不同的变形特征,总结了针对性的隧道变形控制措施。结果表明:隧道变形主要受岩层倾角和地下水影响,在单斜构造地层条件下隧道呈现出明显的非对称变形,隧道一侧岩层易发生弯曲变形和破坏,建议采用“非对称布设和长-短组合搭配”的预应力锚索对围岩进行主动加固; 在地下水汇集的情况下,隧道另一侧岩层易沿弱面发生顺层滑移破坏,应注意排水,避免地下水在初期支护背后汇集,减小地下水对围岩稳定性及初期支护变形的影响; 当岩层倾角小于50°时,隧道变形表现为沉降大于水平收敛; 当岩层倾角大于50°时,隧道变形则表现为水平收敛大于沉降; 隧道最大沉降随岩层倾角呈三角函数规律变化,当岩层倾角为40°～50°时,隧道沉降达到最大值; 最大收敛变形随岩层倾角呈指数规律变化,即岩层倾角越大,隧道收敛变形越显著。     

小曲线半径盾构隧道上穿既有隧道影响分析

为研究新建盾构隧道上穿既有隧道时对下部隧道影响,以南昌某地铁出入线上穿既有盾构隧道工程为依托,结合小曲线半径隧道、盾构机超载等特殊工况,采用有限元进行模拟分析。研究结果表明:盾构机超载将导致既有隧道纵向呈凹槽型沉降变形,最大值约-9.7 mm,管片弯矩值较未开挖时增长34.3%;上部开挖卸载将导致既有隧道纵向呈隆起变形,最大值约8.7 mm,管片弯矩值较未开挖时略有减小;既有隧道在盾构机超载及开挖卸载两者耦合作用下,纵向变形呈“S”型曲线,最大隆起值与最大沉降值差值高达13.8 mm。针对上述分析,提出对既有隧道施加钢支撑环+拱顶注浆的加固措施,隧道最大变形值较未加固时减小44.8%,验证了该加固措施的有效性,对小曲线半径段施工控制重难点进行分析,并提出相应建议,以期为相关工程提供参考依据。     

基于上覆机场跑道安全的盾构隧道拱顶沉降控制基准研究

针对下穿机场跑道盾构隧道施工中的跑道沉降监测和预警的问题,运用力学方法分析了机场跑道结构的受力及变形特征,结合Peck沉降槽修正计算公式和材料力学第一强度理论,提出了跑道下部土体沉降槽限值和拱顶控制基准值的计算方法和流程.研究表明机场混凝土跑道面层同下部土层刚度差异较大,可将跑道面层简化为弹性地基梁,得到机场跑道的弯矩...     

复杂地质条件下隧道浅埋段全空间综合超前地质预报技术

 以衡炎高速公路上的官冲隧道为工程背景,采用地表空间微分探测和掌子面TSP203系统探测相结合的技术手段,构建针对复杂地质条件下隧道浅埋段全空间综合超前地质预报方案,并进行实例验证和工程应用。预报结果认为：该地段隧道所穿越地层主要为全风化～强风化板岩,岩体破碎,富含地下水,存在潜在的滑移面,且隧道拱肩至拱顶范围已伸入碎石土层内,极不利于隧道的安全施工,建议采取长为40 m的f 108 mm大管棚进行预支护。经掌子面揭示,预报结果与实际开挖揭示情况吻合较好,达到预期效果,说明提出的全空间综合超前地质预报方案是有效的。     

沿街城市浅埋隧道的三维施工效应分析

采用三维有限元方法动态模拟了城市地下沿街浅埋隧道的施工过程,分析和探讨了在此过程中引起的地层应力、地面沉降、地表超前沉降和隧道围岩变形特征,并与实测值进行比较。研究结果表明:在掌子面向前推进时,拱顶沉降受其影响的墙后距离约为2.5B (B为隧道净宽);拱顶产生的最大沉降量随开挖面的推进在逐渐增大;有限元模拟结果与实测值相吻合,由于没有考虑地下水等因素的影响其小于实测值。其分析结果具有一定的理论和实际意义,为相似工程提供了借鉴和指导。     

降水对桥基影响的三维渗流–应力耦合分析

 近邻桥梁进行降水施工时，地层的固结变形导致桥梁基础变形，当桥梁的基础变形过过大时，可能危及桥梁的安全和正常运行。为了预测降水过程中桥梁基础的空间响应和评估其安全状态，建立三维非饱和渗流–应力耦合分析数学模型，同时，运用ABAQUS软件，建立地层、地下水、桥梁相互作用的三维有限元模型。采用直接耦合分析方法，对近邻桥基进行降水施工时的动态降水过程进行三维仿真模拟。模拟结果表明，水位下降10 m时，降水所引起的地表最大沉降值为21.37 mm，桥基的最大沉降值为19.56 mm，相邻桥基的差异沉降不到2 mm，表明降水期间桥基没有安全隐患，现有的降水方案是可行的。通过将沉降计算值与现场量测值比较分析，两者数据吻合较好，表明所提出的计算模型和分析方法是合理的，可为类似问题的研究提供了借鉴和参考。     

地铁隧道施工拱顶下沉值的分析与预测

由于变形监测的滞后，在城市地铁隧道施工中所测到的拱顶下沉通常仅为总下沉量的一部分，并且其所占的比例在不同地层条件下具有较大差异。而隧道拱顶的下沉过程及其最终下沉量则是隧道支护设计及地层环境控制的重要基础。通过对深圳地铁一期工程部分区间隧道拱项下沉的回归分析认为，隧道拱项下沉过程遵循指数函数关系，由此可对未量测部分的拱顶下沉量进行预测。通过数值模拟验证了该分析结果的可靠性，并且开挖面前方的超前拱顶下沉量较大。结合隧道开挖应力释放及地下水流失造成的地层失水效应，分析了不同地层条件下拱顶下沉与地表沉降的关系，较好地解释了深圳地铁一期工程建设中拱顶下沉与地表沉降较大而且两者之间呈线性关系的特点，这是由于现场监测滞后以及地层中富水含细砂所致。该成果对城市地铁隧道暗挖施工、支护以及地层环境的控制设计都具有重要的参考价值。     

复杂结构形式隧道的围岩位移监测分析

 厦门市梧村隧道为双向六车道隧道,隧道结构形式设计复杂,分别由双连拱、小净距、初期支护连拱和分离式隧道组成。现场监测工作以隧道拱顶沉降和围岩收敛为主,结合施工措施和开挖工序进行全面分析。研究成果表明：三导洞法施工主洞沉降所占比例不到侧导洞沉降的一半,双连拱隧道结构型式适用于对沉降控制要求较高的隧道工程;CRD1部开挖产生的拱顶沉降可以超过累计沉降值的50%;核心土开挖后布设测点造成的总损失量约占累计沉降值的37.5%;采用全断面帷幕注浆措施加固围岩对控制隧道拱顶沉降取得较好的效果;管棚区域出现较大下沉与管棚工作室的断面稍大以及管棚两端受其自重影响较大有关;临时支护的拆除对拱顶沉降和围岩收敛的影响较小;开挖和注浆是引起围岩出现较大收敛变形的主要施工因素,其中注浆对围岩的收敛位移影响更大;初期支护连拱隧道右洞开挖对左洞二次衬砌的收敛稳定有一定的影响。     

深埋长大泰宁隧道现场监控量测及分析

结合泰宁隧道的工程实践,通过拱顶沉降、围岩收敛、围岩压力和钢拱架内力的现场监控量测工作,研究复杂地质条件下上下台阶法施工时围岩的稳定性。研究的方法、分析过程和结论可为类似条件下隧道工程的设计、施工、监测和进一步的理论研究提供参考和借鉴。     

隧道洞口边仰坡稳定性预警与控制

通过对厦蓉线广以隧道左线进口边仰坡在隧道施工过程中变形稳定性变化的分析,结合对拱顶下沉、周边收敛变形和地表位移的监测分析,及时提出了边仰坡异常变形预警,并结合隧道开挖、地质情况、降雨以及加固处理等凶素,对监测成果和变形原因进行了分析,提出了有效的险情控制措施,使隧道边仰坡稳定性得到控制,确保了工程安全.