大断面公路隧道施工方法研究及总结

随着我国交通建设事业的迅猛发展,大断面隧道和地下工程逐渐增多,大断面隧道施工技术也有了较大发展。本文通过对目前我国隧道施工中的常用施工方法的研究,总结出不同围岩情况下隧道施工一般所应采用的施工方法,为大断面公路隧道施工过程中围岩与支护结构的稳定性问题的解决提供了参考依据。     

扁平超大断面隧道的施工力学特征及其动力稳定性分析

针对超大断面小近距隧道支护设计中的围岩压力分布、位移变形特征问题,以牛寨山双洞八车道公路隧道为研究对象,建立了考虑工程实际地形、工程地质的三维有限元模型,开展了隧道开挖的施工力学形态数值模拟分析,得到了隧道施工过程中隧道围岩变形规律,探讨了小净距大断面隧道近接施工的影响规律.结果表明,小净距大断面隧道所表现出来的施工力学特性复杂,由于偏压的影响,围岩整体水平位移呈非对称分布,最大水平位移发生在南线隧道拱肩处,隧道拱顶下沉最大值发生在先行洞,隧道仰拱处隆起较大;应力集中在两洞仰拱和拱脚处.在此基础上,开展了隧道开挖后的动力有限元计算,分析了洞口段地震力作用下的动力响应,评价了其动力稳定性.计算结果可为优化设计、指导隧道施工以及为隧道稳定性和支护结构安全性评价提供参考.     

浅埋扁平超大断面隧道断面优化设计研究

对于超大断面浅埋扁平隧道,合理的扁平率设计对于隧道围岩稳定性和隧道建设的经济性至关重要.采用大型数值分析软件ANSYS,对重庆轨道交通5号线3标超大断面浅埋扁平隧道在5种不同扁平率下的断面形式进行了参数化设计;通过不同扁平率下隧道围岩的变形和隧道结构受力情况进行分析,以层次分析法为优化分析理论基础,对影响扁平隧道结构稳定性的开挖面积、拱顶下沉、地表沉降、初支弯矩等目标值进行优化,并将计算结果与现场监测数据进行对比分析.最终确定了依托工程最优扁平率为0.63,为此类工程断面优化设计提供借鉴.     

Q2黄土中隧道断面扩大开挖优化分析

黄土强度低、抗扰动性差,在其中进行隧道施工时,采用不同的开挖步骤直接影响着其施工的安全、效率及稳定性控制效果。通过对Q2黄土中原有隧道断面扩大开挖过程的数值模拟,以应力、位移等为指标,分析不同的开挖顺序对隧道结构稳定性影响的优劣性,进而确定合理的开挖顺序,以降低施工风险,优化断面扩大开挖效果,并得出隧道扩挖对围岩影响的规律。     

大断面小净距隧道的净距优化分析

为对大断面小净距隧道的净距进行全面优化,采用大型有限元软件ANSYS,对不同净距下的大断面隧道施工过程进行数值模拟,研究不同净距下隧道施工过程的围岩应力场和位移场分布情况及支护体系的受力情况,获得隧道净距对围岩应力分布、支护体系受力和断面收敛的影响,再运用层次分析法分析影响因素的目标度,进行一致性检验并确定权重.研究结果表明:大断面小净距隧道在开挖过程中,围岩应力及变形略呈对称状态,先开挖隧道支护受力及围岩变形略大于后开挖隧道,净距越大,对称现象越明显,围岩应力和变形及支护体系的受力越小,围岩及支护体系稳定性越高,综合考虑支护体系安全及围岩稳定等因素,该大断面小净距隧道的最优净距为1.6B(B为开挖净距).     

隐伏溶洞位置组合效应对隧道施工影响的数值分析

岩溶隧道施工安全和支护结构稳定性与隐伏溶洞位置分布有关.本文通过Midas/gts进行数值模拟分析,研究隐伏溶洞不同位置组合下,隧道施工过程中的围岩变形与支护结构受力特性.数值模拟结果表明:隐伏溶洞群分布在隧道上部时,对隧道围岩变形及支护结构稳定性影响较小;当隐伏溶洞群分布在隧道下部时,若拱脚位置同时存在溶洞,则会对隧道支护结构稳定性与围岩变形产生较大影响,若拱脚位置无溶洞则对隧道围岩变形与支护结构稳定性影响不大;隐伏溶洞群分布在侧部对隧道围岩变形与支护结构稳定性影响最大.     

梅花山隧道新奥法施工围岩变形监测研究

监控量测是隧道新奥法施工的重要组成要素之一。基于梅花山隧道新奥法施工实际,对该隧道监控量测方案进行了设计,结合隧道围岩变形典型代表性断面监测数据,进行数学回归分析;采用速率和累计位移双重控制标准探讨了梅花山隧道围岩二次衬砌合理施作时机,以确保隧道施工安全。     

大断面黄土隧道初期支护合理施作时机

支护结构的合理设计是大断面黄土隧道设计的关键环节,结合在建铁路黄土隧道,采用数值模拟,分析大断面黄土隧道在不同初期支护时机情况下,支护结构、围岩受力状态和力学行为的变化情况.以控制围岩变形为核心,对大断面黄土隧道施工中,初支施作时机的选择给出了合理的建议.通过现场监测手段,得到了黄土隧道初期支护受力规律:黄土具有明显的流变特性,支护结构的受力很大一部分来自围岩流变产生的附加荷载;支护结构受力在空间分布上并不均匀对称,这些在设计中都应加以考虑.     

大跨径水工隧洞围岩力学参数反演分析

为了验证位移反分析法在隧道施工过程中实际应用的可行性,以大田平原排涝隧洞为研究对象,选取隧洞围岩的弹性模量E和黏聚力c为反演参数,采用黄金分割法对所选断面围岩进行位移反分析的优化迭代计算,并以此得到的反演参数组合代入FLAC3D数值模拟软件中,计算该断面的围岩沉降变形,将结果与实际监测拱顶沉降数据进行对比.结果表明,此类反分析方法反演得到的围岩力学参数可靠,可以获得比较符合地质条件和工程应用的参数,反演结果可以预测后续施工的位移,并可以通过控制设计开挖量,减少喷射混凝土用量,节约工程成本.     

大型隧道锚施工优化及其稳定性分析

针对隧道锚的施工及支护优化问题,根据坝陵河大桥西锚碇隧道锚工程地质条件、工程设计资料、施工方案以及现场试验监测资料等基础资料,进行了位移反分析;通过对隧道锚施工开挖的仿真分析,综合研究了开挖进尺、施工顺序、锚杆预应力水平等因素对隧道锚围岩开挖变形特征和塑性区分布的影响,从而提出了合理的施工开挖方案以及支护措施,并应用于实际工程施工过程中,结合监测成果评价了隧道锚围岩变形稳定性.此项研究可为同类工程提供参考.     

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。     

盾构穿越既有铁路的地表沉降分析

以天津地铁3号线铁东路站～北站盾构区间隧道为背景,通过现场实测和数值模拟的方法,对盾构施工穿越既有铁路引起的地表沉降规律进行了研究。现场实测数据表明:沿隧道轴线方向不同位置的地表位移变化较大,对于双线隧道施工,后建隧道对先建隧道的土体扰动影响较大。结合现场监测数据及各项施工参数设置,采用ANSYS有限元分析软件对隧道下穿既有铁路的施工过程进行了数值模拟。在此基础上,通过模拟与实测数据的对比分析,总结了盾构隧道施工引起的既有铁路纵向和横向地表沉降规律,为类似工程的设计和施工提供参考依据。     

牛湖山大断面公路隧道稳定性数值分析

牛湖山隧道位于惠深高速公路，为双向六车道分离式隧道，设计拟定开挖方式为双侧壁导坑．为了验证设计的开挖方式是否合理可行，选取隧道右线洞口段一典型横断面，运用FLAC2D建立数值计算模型，分析了隧道开挖且支护后最终的围岩位移、应力以及初期支护内力，确定了双侧壁导坑是适合该类地质条件下大断面隧道的开挖施工方法，为以后类似的大跨度隧道的设计和施工提供了参考．     

坑道内赤道偶极电阻率测深的可行性

对坑道内赤道偶极装置电阻率测深的可行性进行研究。分别在4个坑道面上布设测线，利用赤道偶极电阻率测深装置对坑道周围介质进行探测；采用有限单元法对坑道内赤道偶极装置电阻率测深进行正演计算。计算结果表明，对于单个地质体，坑道内任一断面的视电阻率异常均与其相邻的2个坑道面上的测深断面异常性质相反，而与坑道对面的测深断面异常性质相似；当坑道面外侧存在多个地质体时，各坑道面上的测深断面均不能将其有效区分。根据视电阻率测深断面异常形态和性质，对地质体的定位和定性解释的难度很大。采用赤道偶极装置在坑道中进行电阻率测深是不合适的。     

大跨度软岩隧道开挖方法及施工方案数值模拟研究

针对大跨度软弱围岩隧道自身稳定特点,分析了影响其稳定的主要因素,在此基础上选取对软弱围岩隧道稳定性影响较大的开挖方式这一因素,运用大型有限元程序ANYSYS,对安徽芜湖龙山隧道进行数值模拟,分析了上半断面超前法、两侧超前施工法和中壁CRD法3种不同施工方案下隧道围岩的应力场和位移场,得到了一些有益的结论.     

软土盾构不同穿越形式对既有隧道扰动影响分析

以上海某实际隧道叠交段土层分布为背景, 采用3维有限元方法对新建隧道分别以先下后上夹穿、下穿和上穿3种形式穿越既有隧道施工过程进行模拟, 分析了在每种穿越形式下既有隧道的变形, 给出了每种穿越形式下控制既有隧道变形的合理措施. 研究结果表明, 在盾构开挖过程中, 既有隧道圆形断面不仅出现变形, 而且也出现了扭转; 新建隧道先下后上夹穿既有隧道的控制重点不是既有隧道最终沉降, 而是开挖过程中出现的最大沉降值; 下穿形式下, 控制重点为既有隧道最终状态沉降曲线; 上穿形式下, 控制重点为既有隧道的大幅度上浮. 同时对比了实测和模拟数据,验证了数值模拟的可靠性. 研究成果为地铁叠交段穿越形式的选择、施工及既有隧道保护技术提供了一定理论基础.     

硬岩隧道锚喷支护施工过程非线性有限元分析

聚丙烯纤维喷混凝土作为隧道锚喷支护中的新型支护方式,具有施工便捷特点,并可以改善混凝土的性能和耐久性。文章采用非线性有限元法对东巨寺沟硬质围岩铁路隧道进行了大断面开挖-锚喷支护施工全过程分析,分析了施工过程中围岩的位移变形、应力、塑性区分布特征,验证了隧道支护后的围岩稳定性和支护效果。     

深埋超大断面局部近水平岩层结构垮塌失稳机理

针对深埋超大断面隧道穿越近水平岩层的围岩稳定性问题,建立了局部近水平岩层结构力学模型。认为局部岩层的垮塌失稳为掌子面后方应力重分布形成的均布竖向荷载,及水平荷载作用下结构力学模型的弯拉脆性破坏和剪切塑性屈服过程。通过针对依托工程验证了深埋超大断面隧道,建立局部近水平岩层结构力学模型,分析围岩垮塌失稳的合理性和可靠性;并提出了超大断面深埋隧道近水平围岩失稳后的合理处理措施。研究成果可为深埋超大断面隧道局部近水平岩层结构垮塌失稳及其治理提供理论支持。     

基于机器人检测的引水隧洞结构缺陷特征分析

机器人在水工隧洞的安全检测是解决引水隧洞斜井段巡检的有效手段。本文采用爬行机器人搭载三维激光扫描仪及高清摄像装备进行结构巡检,并通过三维点云处理与缺陷数据拼接获取了引水隧洞断面的缺陷信息。结合缺陷数据处理成果分析引水隧洞结构缺陷特征及分布规律,实现引水隧洞表观缺陷形态不规则、分布不均、多种缺陷共存的巡检与分析。结果表明：引水隧洞内存在的缺陷包括裂缝、渗漏、漏筋等,而裂缝是引水隧洞主要的缺陷类型,上平段缺陷数量明显多于斜井段。上平段裂缝主要分布在洞顶位置,裂缝多以垂直洞轴线的横线裂缝存在,斜井段裂缝均匀分布在洞周各个位置,走向以斜向裂缝居多。可见,上平段和斜井段缺陷数量和裂缝特征均存在较大差异,在后期的安全巡检过程中更应该主要关注裂缝的扩展情况。     

隧道中特大型厅堂式岩溶处理方案比选

位于湖南省永吉高速第4合同段的那丘隧道左线主洞掌子面施工至K14+513处,发现K14+350~520段大型溶洞,为廊道厅堂式大型岩溶。通过对水文地质分析,提出了改桥、回填和改线3种方案对溶洞进行处理,以排除隐患。用施工难度和工程造价2个主要因素对3种方案进行了比选,最终选择了最优的回填方案对溶洞进行处理。