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。     

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。     

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.     

浅埋暗挖地铁隧道不同工法对地表沉降的影响

浅埋暗挖地铁隧道施工期地表沉降量对施工安全具有重要意义。本文采用有限差分软件FLAC3D对Ⅵ级围岩条件下大跨度浅埋暗挖地铁隧道进行了数值模拟,分析了不同的施工方法对地表沉降的影响。结果表明：不同的施工方法对地表沉降影响显著,双侧壁导坑法和CRD法在软弱围岩条件下能很好地控制地表沉降,CD法在围岩相对较好时也能满足沉降控制要求;在相同条件下,双侧壁导坑法施工引起的地表沉降稍小于CRD法,CD法的沉降最大;在围岩较差时,地表最终沉降曲线中心稍偏向后开挖一侧,随着围岩条件变好,这种趋势逐渐减弱,地表沉降曲线将对称分布于隧道中线二侧。     

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.     

地铁车站多工法施工的地层变形研究

以重庆交通轨道环线冉家坝地铁车站为工程依托,采用现场监控量测方法研究了双侧壁导坑法开挖、侧洞法开挖及明挖法施工下的地层变形规律。结果表明:3种工法下明挖法引起的地表沉降变形最小,双侧壁导坑法开挖次之,侧洞法引起的沉降变形最大;2种暗挖施工下初次开挖扰动引起的地层变形最大,占总沉降量的50%以上。分析隧道拱顶变形发现,变形过程可分为左导洞开挖后的快速沉降阶段、左右导洞开挖及时支护后的过渡变形阶段和临时支撑拆除后稳定变形阶段,且2种暗挖工法下的拱顶变形曲线均可由指数函数拟合。     

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。     

黄土地铁隧道施工围岩及地表变形规律研究

以西安地铁3号线某暗挖站区间双线地铁隧道施工为背景,采用有限差分软件FLAC3 D建立土体三维力学模型对双线地铁隧道台阶法施工过程进行动态模拟;并结合现场实测数据分析台阶法施工引起的地铁隧道围岩及地表变形规律。结果表明:(1)台阶法施工诱发的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降出现在隧道中线偏右方约3 m,最终形成的沉降槽宽度约为隧道洞径的2倍。(2)台阶法施工诱发的纵向地表沉降在开挖面前地表沉降量最大,随着开挖掌子面距离越远,沉降量越小,最后在开挖进尺40 m附近趋于稳定。(3)隧道拱顶纵向沉降曲线与地表沉降变化趋势基本一致。帮部围岩变形呈现出先快速增长后逐渐平稳的趋势,且影响范围逐渐增大。所得结论可为双线地铁隧道施工和变形预测提供参考。     

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。     

黄土地铁隧道施工围岩及地表变形规律

以西安地铁3号线某暗挖站区间双线地铁隧道施工为背景,采用有限差分软件FLAC3 D建立土体三维力学模型对双线地铁隧道台阶法施工过程进行动态模拟;并结合现场实测数据分析台阶法施工引起的地铁隧道围岩及地表变形规律。结果表明:(1)台阶法施工诱发的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降出现在隧道中线偏右方约3 m,最终形成的沉降槽宽度约为隧道洞径的2倍。(2)台阶法施工诱发的纵向地表沉降在开挖面前地表沉降量最大,随着开挖掌子面距离越远,沉降量越小,最后在开挖进尺40 m附近趋于稳定。(3)隧道拱顶纵向沉降曲线与地表沉降变化趋势基本一致。帮部围岩变形呈现出先快速增长后逐渐平稳的趋势,且影响范围逐渐增大。所得结论可为双线地铁隧道施工和变形预测提供参考。     

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.     

深埋公路隧道围岩稳定性中强度折减法的应用

以强度折减法为原理,建立大连南部滨海大道东端桥隧工程三车道有限差分模型,综合考虑特征部位位移突变、计算数值不收敛和塑性区出现"类贯通区"这三个条件,分析开挖后考虑支护与不考虑支护的围岩安全系数,从而可以定量的评价该隧道围岩的稳定性.利用FLAC3D软件内嵌的FISH语言,自编相应的计算程序实现强度折减法,验算三车道大断面公路隧道在采用三台阶预留核心土法、导洞法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法不同开挖方法下的安全系数.研究结果表明:双侧壁导坑法的安全系数高于其他三种开挖方法,说明此种方法较为安全.     

城市浅埋连拱隧道单洞法施工工序的优化

通过对单洞法中的上下台阶法与交叉中隔壁（CRD）法及其施工顺序的数值模拟,分析了大跨度连拱隧道单洞法施工中的位移控制效果与支护承载情况.结果表明,与上下台阶法相比,CRD法施工对隧道顶部围岩的竖向位移、拱腰的水平位移以及地表沉降的控制效果较好.在CRD法施工过程中,后行洞宜先开挖外侧区域,再开挖内侧区域.     

浅埋小净距偏压隧道施工工序的数值分析

采用双侧壁导坑法,对浅埋小净距双洞六车道偏压公路隧道在不同开挖顺序下进行施工力学数值模拟。分析不同开挖顺序时的围岩位移、应力、地表位移以及塑性区的变化,并进行比较。数值结果表明：先开挖深埋一侧隧道,围岩塑性区较小,左洞拱顶不会出现围岩拉裂区,右洞拱顶塑性区较小;先开挖各洞外侧,拱顶和中间岩柱的应力、位移较小;后行隧道开挖对先行隧道围岩的受力变形有很大影响,后行隧道开挖导致先行隧道洞周位移和应力大幅度增大;中间岩柱、侧墙和拱顶均是施工中应重点关注的部位。     

浅埋偏压软弱围岩高铁隧道施工技术

通过建立FLAC 3D模型,对浅埋偏压Ⅴ级围岩条件下高铁隧道CRD施工的关键技术进行了数值模拟,结果表明:临时支撑对控制围岩竖向位移及初期支护封闭成环控制水平收敛各自起到重要作用;通过改变施工顺序,先开挖埋深小的一侧导洞可减小围岩塑性区,围岩水平收敛也可得到一定程度的控制,但对地表沉降影响不大;仅靠改变施工顺序提高围岩稳定性效果有限,应注重管棚、小导管注浆等加固措施。     

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.     

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。     

高地应力富水软岩铁路隧道变形机理及施工控制措施

国家一带一路重点项目云南玉磨铁路曼勒一号隧道地处喀斯特地貌区,现场施工中遇围岩地应力高、变形量大、变形持续时间较长等问题,导致初支变形严重,影响施工进度,其中高地应力是导致围岩大变形的主要原因。本文通过建立力学模型分析与施工现场试验,提出开挖迂回导坑释放高地应力的控制措施,降低隧道围岩大变形风险。研究结果显示：通过数值模拟分析增设迂回导坑后隧道正洞围岩变形量有效降低,拱顶沉降及拱腰收敛分别降低38.46%和58.34%、围岩塑性区最大塑性应变减小25.40%,围岩及初支结构应力减少了20-24%。现场施工中,迂回导坑段隧道比仅开挖隧道正洞的围岩变形量减少了61.92%。迂回导坑的开挖有效控制变形量及变形速率,现场试验效果良好,施工进度得以加快。     

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.