超浅埋隧道下穿高速公路施工沉降及控制研究

以重庆铁路枢纽东环线新白杨湾下穿高速公路隧道工程为依托,研究了超浅埋隧道下穿高速公路施工沉降及控制问题.结合相关规范和类似隧道工程,提出本工程下穿高速公路路面沉降控制标准为20 mm.采用有限元分析软件MIDAS-GTS NX建立台阶法、CD法和CRD法3种不同工法施工模型,分析其围岩变形、围岩应力、塑性区域以及地表沉降等影响路面沉降的力学特性变化规律.研究结果表明:在控制围岩变形方面,台阶法控制效果较CD法和CRD法好;从塑性区的分布范围和塑性变形值来说,台阶法较优;台阶法施工最大路面沉降为12.6 mm,CD法和CRD法分别较之增大了39.68%和53.17%,所以台阶法控制沉降最佳.综合分析基础上提出浅埋隧道下穿高速公路施工变形控制措施,对同类工程有指导意义.     

开挖工法对浅埋黄土隧道围岩变形的影响作用研究

对于黄土隧道来说,围岩的自承力较低,隧道开挖后围岩收敛变形明显且围岩受力不断变化,因此,通过选择合理的开挖工法和支护措施来减小开挖对围岩的扰动就显得十分重要。文章依托某浅埋黄土隧道,详细地分析了三台阶预留核心土和四台阶CD法施工对隧道围岩变形的影响作用。研究结果为安全高效施工提供指导作用。     

兴源隧道围岩变形与初期支护受力特征分析

软岩隧道具有变形大,稳定时间长的特点,无论是对于设计还是施工,一直是困扰隧道建设者们的难题。本文以滨绥铁路兴源隧道现场试验段拱顶沉降,围岩压力及钢架应力的监控量测值为依据,分析研究了初期支护的变形和受力特征。研究结果表明:炭质页岩的初期变形速率较大,围岩压力,钢拱架应力一致呈现出"急速变形-缓慢变形-变形趋于稳定"的特点,因此对初期支护早期的强度和刚度要求较高;地下水对于炭质页岩隧道的危害相当大,采用适当的排水、降水措施是保证隧道进度和安全的关键;为了避免台阶法开挖时同一个断面的钢拱架整体发生卸荷作用,同一台阶左右两侧开挖时一般错开2~3 m,确保隧道施工安全。研究成果可为今后类似工程的设计、施工和研究提供一定的参考价值。     

施工工法对双线暗挖隧道应力位移影响研究

为了研究施工工法对双线暗挖隧道应力、位移分布规律的影响,以北京地铁一双线暗挖隧道为研究对象,设计了不同开挖错距的两大类开挖方案,涉及全断面法、台阶法和CD法3种施工工法,利用数值模拟的方法重点分析了采用不同施工工法时,隧道区域应力场和位移场的分布.结果表明CD法开挖引起的应力集中现象最不明显,特征平面应力集中系数最小仅为1.227,开挖引起的地表沉降、特征平面沉降及关键测点总体变形均最小;两大类方案之间比较,结果差异主要体现在位移方面,尤其是CD法引起的变形量,第二大类方案显著高于第一大类,说明开挖错距较短时,CD法同时施工的导洞数多,相互之间扰动影响明显;综合应力和位移分析结果,CD法为最优施工工法.     

软岩大变形偏压公路隧道变形与荷载作用特征

为解软岩大变形偏压公路隧道变形与荷载作用特征,以宜巴高速公路卧佛山隧道实体工程为依托,选取2个典型断面开展现场测试工作,对初期支护变形与受荷特征进行研究。研究结果表明:围岩非对称大变形隧道围岩前期变形速度快,稳定持续时间长,水平收敛值大;围岩压力前期增加速率快,变化持续时间长,水平围岩压力大、最大值出现在围岩较差一侧拱肩处;钢拱架在围岩较好一侧拱肩处出现压应力集中,在围岩较差一侧拱肩处出现拉应力集中,钢拱架扭曲变形严重;喷射混凝土在围岩较差一侧承受较大的拉应力,且超过混凝土的抗拉强度,大面积开裂剥落,围岩较好一侧压应力较大,但其值未超过C20喷射混凝土抗压强度;围岩非对称大变形隧道设计时应加大围岩较差一侧超前支护强度,加大预留变形量,加强初期支护,施工时宜采用预留核心土的三台阶开挖方法。     

四车道大跨度浅埋黄土隧道开挖方案数值分析

为保证四车道浅埋黄土隧道的施工安全,优化施工方案,采用数值模拟手段对大断面黄土隧道开挖常用的三台阶七步开挖、中隔壁、交叉中隔壁和双侧壁4种方法进行系统的对比和分析。结果表明:(1)四车道浅埋黄土隧道与普通的两车道隧道变形存在较大差异,拱顶下沉显著增大,水平收敛较小且拱脚有向外挤出的趋势,故变形监测应以拱顶下沉为主;(2)地层竖向位移随深度的增加线性增大,距拱顶4m范围内呈指数型增大,且与洞周形成塑性区有关;(3)围岩应力均未超过其强度极限,初期支护应力较大,起到了主动承载和控制围岩松弛的作用,其与围岩共同承担大部分荷载,二次衬砌应力普遍较小,可为隧道结构提供安全储备;(4)变形控制要求严格的地区推荐使用双侧壁法,允许较大变形的情况优先采用三台阶七步开挖法。结论可为黄土隧道设计和施工方法的选择提供理论依据。     

银西高铁黄土塬区古土壤围岩隧道含水率变化特性研究

以银西高铁早胜三号隧道为例,采用现场监测,对黄土塬区古土壤隧道围岩含水率及钢拱架应力变化特征进行研究。结果表明,古土壤隧道围岩含水率具有明显的时空效应,在时间上呈"增大-波动-平稳"的三阶段变化趋势,含水率趋于稳定后仰拱和拱脚部位围岩含水率均大于拱顶和拱脚处,且仰拱处含水率增幅在整个断面呈最大;钢拱架主要承受压应力,拱顶和拱腰处的钢拱架压应力最大,钢拱架在施工期内承受围岩压力、确保大断面古土壤隧道围岩稳定性方面发挥着重要作用;深埋古土壤隧道围岩变形以拱腰和边墙部位的水平收敛和沉降变形为主,拱顶沉降变形较小。     

浅埋软岩大跨度隧道开挖工法研究

目的研究浅埋软弱围岩大跨度隧道的开挖工法,为该类隧道工程的设计和施工提供理论参考.方法采用FLAC3D有限差分软件,针对广州某大跨度隧道进口段在双侧壁导坑法、CRD法和三台阶七步法下的开挖进行数值模拟,分别对三种工法下的隧道拱顶下沉值、围岩水平位移值、塑性区以及最大和最小主应力进行对比分析.结果在控制隧道拱顶下沉和拱脚水平位移及围岩应力集中现象方面,双侧壁导坑法均优于CRD法和三台阶七步法;在控制围岩塑性区方面,双侧壁导坑法与CRD法相差不大,但均优于三台阶七步法;三台阶七步法开挖相比双侧壁导坑法和CRD法更容易发生围岩失稳现象.结论大跨度隧道浅埋软岩段的开挖不建议采用CRD法和三台阶七步法,而应优先考虑双侧壁导坑法.     

高地应力软岩隧道大变形监测及支护优化

针对高地应力软岩隧道大变形问题,对中国西北地区某高速公路隧道围岩变形监测、钢拱架应力、围岩压力等项目进行现场监测,探讨不同施工阶段围岩的变形规律和受力特点,并通过数值模拟对不同钢架间距的围岩变形控制效果进行对比分析。结果表明:上台阶开挖阶段是围岩变形增长迅速的阶段,上台阶和中台阶开挖导致的围岩变形量占总变形量的70%;初期钢架主要以受压为主,上台阶及中台阶应力均大于下台阶应力,上台阶及中台阶的初期支护承担了更大的荷载,上台阶和中台阶应"快速通过,及时支护";施工时可采用"先让后抗"的方法,适当加大预留变形量以缓解初支压力,当围岩变形速率减缓时,可提前施做二衬;数值模拟表明当初期支护参数采用I22b工字钢,间距0. 75 m,加4 m长锁脚锚杆,可以经济有效地控制围岩变形。研究成果可为类似隧道工程的设计、施工等提供借鉴和参考。     

泥质页岩偏压隧道支护结构受力特征研究

为了研究中国西南地区泥质页岩地层修建隧道时所存在的围岩大变形、初期支护偏压破坏等现象,依托中老铁路玉溪至磨憨段曼木树隧道为工程背景,通过现场监测和数值模拟相结合的方法对泥质页岩偏压段的围岩变形、围岩压力和钢拱架应力进行研究,探讨支护结构的受力特征.研究结果表明:上台阶开挖后的变形占总变形量的80％,最大变形位置为左侧拱腰处;围岩压力和钢拱架应力呈现明显的"上大下小"和"左大右小"的空间分布特点,围岩压力最大值为386.4 kPa,钢拱架应力最大值为174.2 MPa;模拟结果与实测结果变化趋势接近,具有明显的偏压特征,左侧拱腰位置偏于危险.研究成果可为泥质页岩地层下隧道的设计和施工提供参考.     

隧道围岩动态变形规律及控制技术研究

基于前人既有研究成果和日本龟浦隧道围岩变形试验,结合郑西客运专线大断面黄土隧道围岩大变形的工程实践,阐述隧道施工影响下围岩变形动态规律,提出围岩变形控制的技术要点和技术措施,并提出相应的围岩变形控制建议.研究结果表明:隧道开挖后的围岩变形可分为掌子面前方的先行变形、掌子面变形及掌子面后方变形3种形式,且这3种变形是同时发生的.控制开挖工作面失稳、拱顶失稳、拱脚下沉和围岩大变形等是隧道围岩变形控制的要点.开挖过程控制和辅助工法控制是隧道围岩变形控制的重点,其中初期支护及时闭合和合理辅助工法的选取是关键.     

大断面黄土隧道围岩纵向位移及预留沉降量研究

以采用三台阶七步法施工的宝兰客运专线黄土隧道为背景,通过现场监测结果和理论计算结果具体分析,研究了大断面黄土隧道围岩纵向位移及预留沉降量。监测数据表明:隧道围岩压力分布对称而不均匀,拱顶最小,拱腰最大;隧道围岩纵向位移中拱顶沉降位移远远大于水平收敛位移。理论研究结果表明:黄土垂直节理发育和塑性区存在对隧道围岩纵向位移有一定影响;对比分析了学者们在纵向位移方面已取得的研究结果;得出了大断面黄土隧道围岩纵向位移的变化曲线(Loess曲线);推出了黄土隧道围岩的预留沉降量计算公式。研究结果对今后大断面黄土隧道的设计与施工具有一定的参考价值。     

盾构与浅埋暗挖隧道小净距并行施工工法优选

针对新建暗挖隧道对已建盾构隧道的影响,以济南地铁R3线盾构与浅埋暗挖隧道小净距并行段为依托,对暗挖隧道不同施工工法进行模拟优选,分析在帷幕注浆加固条件下新建暗挖隧道对已建盾构隧道管片变形及应力的影响,并结合现场实测数据对比验证优选施工方法的可靠性.研究结果表明:暗挖隧道施工工法对于地表沉降和隧道管片的变形影响显著,其中交叉中隔墙(cross diaphragm,CRD)法和双侧壁导坑法在控制地表沉降、管片变形及应力方面差异较小,且两者均优于核心土法和中隔墙(center diaphragm,CD)法.综合考虑施工速度、影响范围以及地表与既有盾构隧道变形控制等因素,确定暗挖隧道采用CRD法施工.现场监测表明采用优选的施工工法可以保证地表变形和盾构管片变形控制在允许范围之内.     

高铁隧道穿越断层破碎带围岩控制效果分析

为研究高铁隧道过断层破碎段采用三台阶临时仰拱法施工下的围岩变形规律,以皇后岭隧道断层破碎段为研究对象,选取两个典型断面,通过开展现场监测,对比分析不同工况支护下围岩收敛和拱架受力以及围岩接触压力的变化规律。研究结果表明,断层破碎带下,隧道开挖支护完成后,拱顶最大下沉量10.1mm,水平收敛最大值为5.8mm,均远小于预留变形量。断层破碎段下,在距离掌子面1.2m到6m这段,拱架轴力和围岩接触压力变化速率较快,在距离掌子面12m时,拱架轴力和围岩接触压力的分布规律趋于稳定。表明断层带条件下采用三台阶临时仰拱法合理可行,以I22型钢架为核心的支护方案满足围岩控制要求,研究成果为类似工程提供了参考。     

长坪隧道浅埋软弱围岩段施工监测与结构承载状况分析

通过对长坪隧道出口浅埋软弱围岩段施工的跟踪监测,分析和总结了围岩变形、锚杆轴力、围岩压力、钢拱架内力、喷射砼与二次衬砌砼结构的承裁状况,研究结果表明:该洞段采用台阶分部开挖法施工是适宜的,它能较为有效地抑制围岩的变形;隧道拱部施筑的锚杆作用和效果明显大于边墙部位的锚杆,二次衬砌砼承载结构所受到的压力约为其同部位围岩压力的1/3～1/2.     

大断面高含水量黄土隧道初期支护力学特性研究

以宝兰客专某隧道为工程背景,基于隧道开挖断面大,通过地层黄土含水量高等工程特点,通过现场监测和数值模拟结合隧道开挖方法对大断面高含水量黄土隧道初期支护力学特性进行研究。研究结果表明围岩压力和钢拱架应力均经历了初期波动阶段-稳步增长阶段-趋于稳定阶段的变化规律,稳定周期在一个月左右;由于高含水量黄土软弱,压力盒挤压后陷入围岩中,不能监测到围岩压力的全部值;钢拱架受力表现出最大跨以上受压很大,边墙部位受拉的分布规律;数值模拟能够经济、方便地协助现场监测完成科研任务。研究过程为该隧道的信息化施工提供了保证,同时研究成果也可为设计和分析研究其他同类工程提供参考。     

超大断面隧道工法转换过渡段最优长度

隧道掘进过程中掌子面围岩状况不停变化,通常情况下针对不同围岩级别,采用不同的开挖工法,不同开挖方式对应的不同支护体系有着不同的受力模式,因此工法转换处围岩-支护体系复杂.以京沪高速济南连接线工程龙鼎隧道为背景,结合现场实测及数值模拟的方法研究施工方法由中隔墙(center diagram,CD)法施工转换为台阶法施工时结构内力及围岩应力状态的变化,研究最优的工法转换时机,确定工法转换过渡段最优长度,并在实际工程中验证.在工程所出现的围岩由Ⅳ2级突变为Ⅲ2级的情况下,超大断面隧道由CD法转换为台阶法设置10 m的过渡段是合理的.过渡段的设置有效减小了拱顶沉降,优化了支护与围岩受力状态,有利于围岩及支护结构稳定;并且可以最大程度保证工程进度.     

软弱破碎带隧道围岩变形及初期支护受力分析

针对中条山公路隧道的软弱破碎带围岩的地质情况,采用有限差软件分别对台阶法与单侧壁导坑法施工时隧道的掘进过程进行了数值模拟.对不同开挖方式下围岩变形(拱顶沉降和收敛位移)和初期支护(初衬和锚杆)应力进行了比较.结果表明:当上台阶通过时,围岩变形和初支受力都较大;在抑制洞周位移方面,单侧壁导坑法优于台阶法,但在软弱破碎围岩条件下,其优势并不显著;在控制初衬结构受力方面,台阶法优于单侧壁导坑法.     

浅埋暗挖黄土隧道地层及围岩力学特性变化规律

以新建蒙华铁路运煤通道青化砭隧道为依托,埋设地层变位和围岩应力测试元件,对开挖时黄土地区大跨径浅埋隧道的地层及围岩力学特性变化规律进行了研究。结果表明：拱顶沉降和水平收敛变形可分为均匀变形阶段和稳定变形阶段,竖向地层沉降随埋深的增大先增大后减小;当工作面稳定时,横截面方向和轴线方向的水平位移超前影响距离分别为8m、15m。滞后和超前开挖时,周围土体横截面方向和轴向水平位移分别向隧道内侧和背离隧道方向发展;初期支护施做后,衬砌应力重新分布,仰拱压力增大,而左右拱腰压力不变。所得结论可为黄土地区浅埋暗挖大跨度隧道的设计和施工提供参考。     

公路隧道钢拱架施工技术及质量控制要点

隧道开挖完成后,为了快速控制围岩变形及防止坍塌,应及时进行初期支护.初期支护体系中,钢支撑一般包括钢筋格栅钢架、工字钢钢拱架及H型钢拱架等,其中工字钢钢拱架较格栅钢架的刚度较大、独立承载能力强,加工安装较H型钢相对简单方便,因此应用最为广泛.目前,公路隧道以新奥法为理论支持,最主要的一种初期支护形式为锚杆、钢拱架、钢筋网片及喷射混凝土形成联合支护体系.本论述重点就钢拱架的标准化加工、施工安装及质量控制方法进行分析探讨,为相关施工提供参考.