浅埋软弱破碎围岩隧道变形监测与分析——以贵州省三穗至黎平高速公路的锦所隧道为例

锦所隧道为贵州省三穗至黎平高速公路的控制性工程之一,隧道ZK88+078~ZK88+110段原设计为双侧壁导坑法开挖,但该段岩层为强风化层,属极软岩类,开挖后发生了小范围的坍塌,因此设计变更为CRD工法开挖。在2工法开挖中对隧道的沉降进行了监测,分析了监测数据,并基于最小二乘法,用三次曲线模型对沉降数据进行了拟合。结果表明:在控制浅埋软弱破碎围岩隧道变形方面,CRD工法优于双侧壁导坑法;三次曲线能很好地拟合沉降数据,R~2均大于95%,拟合结果能为后续的施工提供指导;采用双侧壁导坑法时,第一部分导洞的开挖,地表沉降变化非常大,施工中需特别注意此阶段的及时支护;采用CRD工法开挖时上部导洞的开挖导致地表沉降量占总沉降量的一半以上。     

连霍高速杏花村1号大跨扁平超大断面隧道开挖方案研究

为研究大跨扁平超大断面隧道围岩和支护结构受力变形影响,以连霍高速杏花村1号隧道为工程背景,采用有限元软件FLAC3D对V级围岩进行数值模拟,对双侧壁导坑法和三台阶四部开挖法在隧道开挖时的位移、塑性区、初期支护应力的影响规律进行了研究,提出适用于大跨扁平超大断面隧道不同地质条件下安全经济的开挖方法。对比分析结果表明：隧道开挖时,采用三台阶四部开挖法的隧道拱顶位移、临时支护结构的应力、隧道岩体周边位移较采用双侧壁导坑法大。双侧壁导坑法安全性更高,对围岩位移的控制效果更好,为今后此类工程的施工提供经验和理论指导。     

浅谈大跨度隧道浅埋暗挖施工技术

江山隧道原设计采用中壁法和双侧壁导坑法进行开挖施工,因工期的限制,结合地质情况变更为台阶法施工。本文就江山隧道进口段浅埋暗挖地层采用台阶法施工有关超前支护、爆破施工和初期支护进行阐述并作相应探讨。     

特大断面偏压公路隧道临时支护拆除方式研究

特大断面公路隧道大多采用双侧壁导坑方式施工,临时支护作在施工过程中起着至关重要的重要,对于不偏压隧道先拆除左获右侧临时支护影响不大,而对于偏压隧道,埋深浅侧的临时支护先拆除,还是埋深深侧的临时支护先拆除对初期支护受力有较大影响。本文通过对广州龙头山特大断面隧道公路偏压隧道的数值计算,分析了偏压隧道左、右侧导洞的临时支护拆除方式对初期支护、临时支护弯矩和变形的影响,提出了特大断面偏压隧道基于双侧壁导坑开挖方式的临时支护合理的拆除方式。     

超大断面浅埋隧道施工方法的数值模拟

以西成铁路客运专线得利隧道为工程背景,为合理选择超大断面隧道施工方案,使用ANSYS软件对该隧道B型断面进行了二维分步开挖模拟,分析了不同施工方法下隧道围岩及衬砌的应力和变形情况。根据西成铁路客运专线得利隧道的工程地质条件,分别探讨了台阶法施工和双侧壁导坑法施工工况下隧道衬砌的受力和变形情况。分析表明双侧壁导坑法施工引起的地层沉降小于台阶法施工引起的地层沉降,因而双侧壁导坑法施工的安全性高于台阶法施工。其中台阶法开挖的关键是上部开挖,双侧壁导坑法开挖的关键是核心土上部开挖。在隧道具体施工过程中,必须对这些重点部位加强监控量测,及时支护,确保隧道安全施工。     

特大跨度隧道双侧壁导坑法施工时塑性区研究

以某特大跨度隧道为背景,研究了双侧壁导坑法对隧道围岩稳定性的影响,通过有限元计算软件对隧道开挖后围岩弹塑性问题进行了模拟分析.在隧道左右导洞开挖和支护过程中,要及时对两导洞及掌子面进行临时支护,以防围岩塑性区范围过大,变形而导致失稳,影响隧道施工安全.     

上覆薄煤层采空区公路隧道开挖稳定性试验研究

隧道下穿煤层采空区施工将对周围地层产生扰动,影响隧道围岩及初期支护的稳定性.进行了上覆薄煤层采空区隧道开挖的室内相似模型试验,试验中通过测量隧道开挖过程中采空区地层、隧道拱顶的沉降及初期支护内力等参数,对上下台阶法和单侧壁导坑法进行了对比分析.测试结果表明,隧道开挖引起的采空区地层沉降受开挖方法的影响显著,上下台阶法开挖引起的采空区地层沉降高于单侧壁导坑法,沉降槽曲线较陡、沉降范围更宽.两种开挖方法中,围岩压力的最大值均位于右拱脚处,钢拱架最大弯矩出现在拱脚处,最大轴力位于拱腰或拱肩处.其它条件相同时,采用单侧壁导坑法开挖时初期支护背后的围岩压力、钢拱架内力和偏心距等普遍大于上下台阶法开挖.研究表明在隧道下穿倾斜煤层采空区施工时,采用单侧壁导坑法开挖可以显著减小对采空区地层及围岩的扰动,但同时需增强初期支护的刚度,确保围岩及隧道结构的整体稳定性.     

ADINA在隧道开挖中的数值模拟应用

采用ADINA软件,通过对鲍家湾隧道的开挖进行数值模拟。对比台阶法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法三种不同开挖方法的力学性质,找出最合理的施工方法。研究结果表明：隧道的开挖过程是和应力路径与应力历史密切相关的非线性不可逆过程。采用不同的开挖步骤将会引起程度不同的变形和应力状态。也就是说,只有考虑施工过程才能准确反映隧道施工过程中围岩和结构的应变、应力状态,也才能保证隧道的安全施工。     

道吾山三车道特长公路隧道洞口浅埋段施工方法

在建的道吾山隧道为单洞三车道特长一级公路隧道,洞口Ⅴ级围岩浅埋段开挖跨径16.85 m,开挖面积163.55 m~2,原设计采用双侧壁导坑法施工,变更后采用三台阶七部法施工。通过三维数值模拟分析,以及施工过程中对隧道拱顶下沉、净空收敛,初期支护结构受力状况进行分析,判断围岩稳定性、初期支护结构安全。数值计算结果表明:三台阶七部法施工运用在三车道隧道Ⅴ级洞口浅埋段是安全的。研究结果可为类似工程设计和施工提供依据和参考。     

基于关键块体理论的隧道分部施工时空效应

分部台阶施工的隧道开挖所形成关键块体因不同工序下临空面的位置、大小及开挖时机的不同而存在时空效应。阐述了关键块体时空效应的概念,并以福州长乐国际机场高速公路二期双向8车道特大跨度连拱隧道为依托,给出了时空效应概念及其工程应用;提出了关键块体所产生的时空效应应用的基本原则。结果表明:在采用双侧壁导坑施工的隧道中,预留核心部分岩体有利于隧道顶部块体的稳定;隧道施工时,减小开挖临空面面积能有效控制关键块体的体积,及时支护能减小因蠕变而导致的块体节理面力学性质的削弱;以时空效应应用基本原则为指导,将其应用于隧道开挖过程可省去部分临时支护,同时可提高隧道施工的安全性和经济性。     

岩溶区全断面开挖隧道围岩变形特性模拟

运用相似模型试验和数值分析手段对石灰岩地区公路隧道在全断面开挖过程中 ,隧道周边不同溶洞分布对隧道围岩变形特性的影响进行了系统的研究 ,模型实验结果与三维动态开挖过程的数值模拟结果较为吻合 .研究结果表明 :有溶洞的围岩在开挖前有较大的前期变形 ,溶洞引起的隧道围岩变形主要发生在分布有溶洞的断面开挖前和开挖瞬间 ;位于隧道顶部附近的溶洞对拱顶下沉位移的影响大于侧壁位移的影响 ;位于隧道侧面的溶洞主要引起隧道的整体侧向位移 ,使隧道处于偏压状态 ;隧道底部的溶洞对隧道的顶部和侧壁径向位移的影响较小     

超大跨度公路隧道施工工法转换方案研究

超大跨度隧道开挖跨度大,结构稳定性差,全断面开挖跨度大,不同围岩级别施工工法不同,因此施工转换要求高。以老虎山隧道为依托,对进口段Ⅴ级围岩双侧壁导坑法和相邻段Ⅳ围岩交叉中隔墙(cross diaphragm, CRD)法两种工法施工转换进行分析和研究。结果表明:采用控制开挖起拱线高程一致,由双侧壁导坑法分部横向采用渐变方法过渡到CRD法,避免工法转换之间的时间间隔,减少了后期双侧壁导坑法临时支撑的拆除对围岩的扰动,从而加快了施工进度;双侧壁导坑法向CRD法转换前后和转换过程中钢架受力都满足规范要求,工法转换过程中施工安全。研究结果对超大跨度公路隧道开挖时施工工法转换具有一定的参考价值。     

对称曲率条件下导洞宽度变化对隧道的影响分析

作为特大断面公路隧道常用的开挖手段，双侧壁导坑法可以把大断面隧道划分为若干个小断面进行开挖，从而保证开挖过程围岩的稳定性。但是目前为止双侧壁导坑法导洞断面形式的设计标准还不够完善，为进一步优化其断面设计，以唐山市某隧道为依托，通过对软弱破碎围岩条件下采用对称曲率方式设计的侧导洞进行有限元模拟，对不同宽度侧导洞的洞顶沉降、围岩核心土应力及塑性区变化和临时支护受力情况进行分析。结果表明导洞宽度过大，容易引起衬砌结构内力过大，同时也不利于核心土的稳定性；导洞宽度过小，则会造成围岩应力集中程度过大，也会引起核心土上部分开挖时洞顶沉降过大而引起坍塌，此外导洞过小还会造成工作面狭窄，对施工造成不便，所以导洞宽度设计为7.2 m时较为合理。可见导洞宽度为整个断面宽度的三分之一时，将更有利于洞室稳定和施工安全。     

基于围岩受力影响的小净距隧道开挖方法优化

为了确定某小净距隧道适宜的开挖方法,利用有限元软件对全断面法、台阶法和单侧壁导坑法进行模拟,分析不同开挖方法引起的围岩应力云图,并重点对不同的开挖方法引起先行洞围岩及中夹岩柱的受力变化进行对比。结果表明:隧道开挖后在两洞仰拱部位出现拉应力集中区,两隧道之间最近的中夹岩柱是受力最为显著的部位,不同的开挖方法在周边围岩中产生的应力大小及变化趋势也存在差异,全断面开挖方法对先行洞周边围岩影响较小,台阶法的施工在两洞之间引起的应力较小。由此确定该小净距隧道先行洞采用全断面法,后洞采用台阶法进行开挖,通过现场实施,证明方法可行。     

大跨径悬索桥隧道锚承载力分析

基于实测综合确定的岩体参数,用三维弹塑性有限元法对包括下部公路隧道施工、隧道锚开挖、浇注、预应力施加、挂缆等全部工序进行了模拟分析．围岩和锚体混凝土离散为8节点三维实体单元,隧道和锚碇的喷射混凝土及二次衬砌离散为4节点三维壳单元．用读入初始应力法建立复杂构形的初始应力场,围岩开挖应力的释放用场变量相关折减弹性模量法模拟,用单元的激活和移除模拟锚体灌注和岩体的开挖．结果表明,设计缆力时,围岩基本处于弹性状态;数值超载时,围岩承载力约为7倍设计缆力,可能的破坏模式是两锚体向外侧歪斜拔出;剪应力最大值均出现在距后锚面约10m处;对现有锚一隧问来源,锚体破坏对下部公路隧道也无显著影响,两结构施工过程和运营阶段均能满足设计承载要求．     

大断面浅埋黄土隧道大变形控制技术及效果分析

为研究超大断面浅埋黄土隧道大变形控制技术及效果,依托隧道大变形事故案例,对隧道围岩变形破坏特征及原因进行分析,结合隧道地质条件及围岩特性,提出了合理有效的围岩变形控制技术及施工工艺,并应用数值模拟和现场测试对3种加固措施工况下的变形及应力进行分析。研究结果表明:超大断面浅埋黄土隧道围岩变形主要表现为前期变形速率大,变形持续时间长,累计变形量大,拱顶最大累计沉降为124.3 cm,围岩变形受开挖扰动和持续降雨影响显著;采取临时套拱加固有效抑制变形的持续发展,避免塌方事故的发生,而径向注浆加固和强化支护参数为后续顺利完成大变形段换拱施工提供安全保障;浅埋偏压地段采用地表超前预注浆技术,有效地改善上覆围岩特性,后续施工累计变形均在预留变形量范围内,确保了施工安全和进度。     

无中导洞连拱隧道掌子面纵向间距优化

作为一种大跨径地下结构形式连拱隧道结构复杂,无中导洞法能在提高施工速度的基础上降低中隔墙渗漏水。为研究连拱隧道无中导洞法施工活动对隧道先后行洞的影响程度,以陈家滩隧道为研究对象通过数值模拟,研究了不同间距下先后行洞的影响范围、先后行洞的影响程度以及中隔墙的倾覆趋势。结果表明：当先行洞开挖至控制截面5m范围内对围岩的影响最大,其围岩位移释放系数增量达到了40%以上;超过控制截面10 m时其围岩释放系数达到了93%以上,影响程度较小;超过20 m时影响程度可以忽略。当先后行洞纵向间距大于35 m时影响程度S值接近10%,纵向间距大于40 m时S值小于10%。从中隔墙的倾覆程度来看当先行洞开挖完成时,中隔墙的倾斜程度达到最大,倾斜角约为3.28×10-4;而纵向间距大于30 m时倾斜角差值为0.351×10-4,此时中隔墙倾斜程度较大极差较小,有利于中隔墙受力。故先后行洞开挖掌子面纵向间距建议控制在30 m~40 m左右。     

岩溶区全断面开挖隧道围岩变形规律及其监测

运用相似模型试验和数值分析成果 ,分析岩溶区公路隧道在全断面开挖过程中的围岩变形特性 .提出了岩溶区全断面开挖隧道围岩变形时空曲线的一般模式 .在此基础上 ,建立了岩溶区围岩稳定性判别标准 ,给出超前支护和二次衬砌的最佳时机 .并运用现场量测数据的结果验证了所提出的岩溶区全断面开挖隧道围岩变形规律的正确性 .     

浅埋土岩复合段隧道冒顶分析与防治

通过对正习高速公路隧道浅埋段开挖过程中坍塌冒顶事件进行分析,提出冒顶处治措施,并建立隧道风化残积深度处于拱顶以及拱顶以下1 m的数值模型,进行无超前支护不同开挖步距的变形特征数值试验,试验表明无超前支护情况下即使采用上下台阶法对隧道进行开挖0.6 m,拱顶的围岩变形最大仍达到3.578、4.789 mm,隧道拱顶残积体对隧道开挖后续支护作业产生较大安全风险。在风化残积深度处于拱顶以下1 m时,原设计小导管纵向间距由2.4 m调整为0.6 m后,开挖0.6 m的拱顶最大变形由2.348 mm降低至1.747 mm,结合现场坍塌冒顶事件,为确保后续隧道浅埋土岩复合段落施工安全,提出了冒顶防治措施并在隧道开挖施工中取得良好的效果。