富水砂-黏复合地层大断面暗挖隧道施工力学行为

富水砂－黏复合地层暗挖施工极易诱发地表及支护结构变形过大等复杂问题。以北京地铁17号线某CRD法施工隧道工程为依托,对施工过程中的地表沉降、孔隙水压力、围岩压力、初支内力等进行现场监测后,得到了各监测对象的变化规律和总体分布。研究结果表明：新建隧道暗挖施工引起的地表沉降值较大,拱顶沉降与导洞收敛变形速率与变形量虽符合设计要求,但稳定值接近限值,富余量小;稳定后的孔隙水压力值较小,约为5 kPa,与地勘水头高度基本一致;由于先行标准线开挖的影响,新建隧道围岩压力呈现左右不对称分布的现象,围岩压力沿洞周呈拱底→拱腰→拱脚→拱顶→拱肩依次减小的分布规律;稳定后的钢筋应力沿洞周分布形式与围岩压力基本一致,其最大值出现在左侧拱腰处。基于上述研究,本研究成果可为同类型富水砂-黏复合地层的暗挖隧道设计和施工提供一定的借鉴。     

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。     

某超浅埋暗挖大断面矩形地下通道地表沉降特性

依托某超浅埋暗挖矩形大断面地下通道工程,应用现场实测与数值模拟相结合的方法,深入研究了地下通道施工过程中地表横、纵断面沉降发展规律.主要结论如下:(1)超浅埋暗挖条件下,矩形隧道覆土厚度增加,地表沉降量增大,沉降槽宽度变大.洞高增加时,地表沉降明显增大,沉降槽宽度也增大,在超浅埋暗挖通道设计确定洞高时应考虑对地面沉降的影响.(2)超浅埋暗挖大断面矩形地下通道施工过程中,在掌子面前约6.0m处,开始产生沉降;型钢拱架闭合后约10.0m处,地表沉降开始逐步趋于稳定.(3)超浅埋暗挖大断面矩形地下通道施工过程中,以型钢拱架闭合前后为分界线,将地表沉降分为2阶段,第一阶段由掌子面开挖引起土层应力重分布及管棚变形引起,约占总沉降量57%～72%,第二阶段由型钢拱架变形、地基土沉降及覆土层进一步密实引起,约占总沉降量28%～43%.(4)左、右导洞施工过程中,中导洞及其上方土体经过多次扰动,造成中导洞上方沉降较大.应采取超前注浆加固、精心施工、回填注浆等措施减少沉降并降低塌方风险.(5)由于中导洞开挖过程中地面沉降增加量较小,且扰动后土体坍塌往往较为突然,故开挖时除关注地表沉降外,应加强对掌子面的观察以及拱顶沉降、洞内收敛等方面的监测.     

富水软弱破碎带大断面隧道施工渗流影响及控制效果分析

依托某大断面隧道工程为背景，通过数值模拟并结合现场实测方法研究了隧道不同埋深条件下拱顶沉降、水平收敛、整体围岩应力和塑性区分布规律，并在此基础上，又对隧道在富水条件下的孔隙水压力进行了探讨。结果表明:拱顶沉降、水平收敛位移与水位高度呈正相关，埋深对水平位移影响较小，但影响范围增大；且随着隧道埋深的增加，拱顶沉降和水平收敛位移将在与破碎带间隔10m左右开始呈“瀑布式”增长；围岩应力随埋深和水位高度呈线性增长，其最大值集中在在拱腰处，最大达到1.34MPa，增长速率受水位高度影响更大；塑性区主要分布在隧道两侧，但随着埋深增加，拱顶也出现少量塑性区，这对拱顶的稳定是十分有利的；隧道周围孔隙水压力与埋深和地下水位高度呈正相关。该项研究可为提升大断面隧道穿越断层破碎带施工提供有益的借鉴和参考。     

富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术

为了解隧道下穿富水强风化砂岩地层施工对既有铁路的影响，依托某电缆隧道下穿广深铁路工程，通过理论分析、数值模拟与现场监测开展了相关研究，并分析了具体施工措施对隧道及地表变形控制的影响。结果表明：当不考虑地表列车荷载和地层富水时，开挖及顶进力为地表沉降、隧道变形的主要影响因素；当单独考虑列车荷载或地层富水弱化作用时，列车荷载会使得下穿段地表沉降和隧道拱顶沉降增大，而地层富水弱化对隧道进出口段沉降及下穿段底部隆起影响较大；当同时考虑列车荷载和地层富水时，隧道拱顶沉降及下穿段路基沉降均会大幅增加。对比分析现场监测、Peck公式预测和数值模拟计算结果，可知数值模拟结果与不考虑地层富水弱化时的Peck公式预测结果十分吻合，但由于其未考虑加固止水措施地表沉降大于现场监测结果。电缆隧道下穿广深铁路现场施工严格执行现场监测和变形控制措施，将地表沉降值和隧道拱顶沉降值分别控制在6 mm和10 mm之内，隧道底部隆起控制在5 mm以下，保障了项目的顺利实施与列车的运行安全，可为同类型工程提供一定的经验参考。     

硬岩地层地铁暗挖车站施工过程力学分析

地铁暗挖车站因其埋深浅、开挖尺寸大,隧道围岩应力演化剧烈且复杂,塌方事故风险大,隧道支护设计面临极大挑战。为精细化模拟地铁暗挖车站分部开挖及初期支护全过程,以青岛地铁6号线海港路站为对象,建立三维数值模型,结合现场监测数据,研究硬岩地层暗挖大跨隧道施工过程力学特征。结果表明：拱部上导洞开挖造成围岩强度储备显著降低,引起拱顶及地表沉降量占最终值的54%和56%,左、右导洞开挖对应的拱顶围岩应力变化较小,引起拱顶沉降分别占最终值的30%和13%,直墙部等后续施工影响更小,从总体过程来看上导洞开挖对隧道沉降控制最为关键。全部贯通后,拱顶围岩强度储备值（K=3.1）高于其他部位,边墙围岩强度储备值（K=1.1）接近极限状态,从隧道各部位围岩强度储备角度上看,边墙最为关键需支护。总体上,地铁暗挖车站虽跨度大、埋深浅,但由于硬岩地层围岩强度高而几乎没有产生塑性区,锚喷格栅初期支护即可使隧道达到较高的稳定状态。     

砂卵石富水区域盾构小净距穿越单洞双线暗挖站施工技术

为研究砂卵石富水区域盾构小净距穿越单洞双线暗挖站施工对既有暗挖站的影响,文章以小净距既有暗挖站段新建盾构区间隧道工程为背景,对盾构区间隧道工程施工进行设计,并用MIDAS计算分析程序对砂卵石富水区域盾构小净距穿越单洞双线暗挖站施工过程进行数值计算分析;总结了盾构小净距穿越施工过程中既有暗挖站位移变化规律;研究了既有暗挖站明暗挖分界位置变形缝差异沉降特征;分析了既有暗挖站轨道沉降变化走势;监测结果与仿真结果变化规律基本一致,佐证了仿真计算的可靠性。     

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。     

山岭公路隧道富水黄土地层注浆加固技术

为解决山岭公路隧道穿越富水黄土地层时出现的各种施工问题,依托吉河高速乔原隧道,采用二重管注浆加固技术对富水黄土地层进行处治,并利用现场观察、数值模拟手段对加固效果进行全面评价.研究结果表明:经注浆加固后,掌子面土体含有大量浆脉,其分布层理清晰,且掌子面围岩无"泌水"现象,土体稳定性较好,未发生掉块、塌方等病害;注浆后断面初期支护受力状况得到有效改善,隧道围岩塑性应变值得到有效控制.可见,二重管注浆加固技术在山岭公路隧道富水黄土地层处治中取得了良好的效果.     

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。     

卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道施工方法研究

为了研究卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道的合理施工方法,建立考虑实际地形状况的隧道三维计算模型;分别采用台阶法和分部开挖法以不同施工顺序对隧道的施工过程进行数值模拟,经对比分析,确定隧道的合理施工方法。研究结果表明:卵砾石土地层偏压地形大跨浅埋隧道采用超前预支护辅助措施,先从浅埋一侧拱部断面开挖的上半断面临时中隔壁四分部法是可行的施工方法;施工过程中,影响围岩位移的主要因素是支护系统能否及时封闭,以及开挖断面的数量多少;对于偏压地形大跨浅埋隧道来说,先开挖支护浅埋一侧拱部断面,再开挖支护深埋一侧拱部断面,然后依次(浅埋~深埋)开挖支护下台阶和仰拱的施工顺序有利于拱部围岩稳定,引起的拱顶下沉较小,也较为均衡。     

大断面高含水率黄土隧道数值计算分析

针对宝兰线大断面高含水率黄土隧道施工,通过对不同埋深及不同含水率情况下的进尺、开挖步序、核心土长度、竖撑形式、封闭距离等工况进行数值计算。通过变形结果对比分析可知：在黄土隧道中,随着开挖进尺长度的增加,拱顶及拱脚沉降量也相应增大,但增加的幅度有限,低含水率下的开挖变形受进尺影响较高含水率更为明显;核心土对控制变形非常明显,在高含水率中效果更为明显;核心土长度为5m时,对沉降控制最为有利,能够减小沉降10%~20%,其中含水量越高越明显,核心土长度大于5m后,对控制变形的作用将减小;竖撑形式对沉降的控制作用与埋深关系不大,竖撑减小沉降的作用随着含水率的增加更为明显;仰拱封闭距离对沉降影响非常大,随着仰拱封闭距离的增加,沉降量显著增大,对于黄土隧道,尤其是高含水量的黄土隧道,早封闭对控制沉降变形极为有利。     

高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响：以玉龙雪山隧道工程为例

为研究高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响,依托玉龙雪山隧道工程,基于现场长期监测数据,结合有限差分程序FLAC3D建立数值分析模型,研究超前平导对主洞围岩应力、围岩位移和塑性区分布的影响,明确主洞与平导间最优间距。研究结果表明:主洞开挖过程中,当掌子面与监测面距离为3.63倍主洞洞宽时,监测面拱顶沉降、上收敛、中收敛和下收敛值占最终变形值的80%以上,围岩变形稳定后上收敛值和中收敛值均大于拱顶沉降;平导超前开挖可有效改善主洞围岩应力环境,主洞与平导间距较大时,围岩应力改善效果不佳,随着二者间距逐渐减小,围岩应力改善效果逐渐增强,但主洞与平导间距过小时,二者开挖产生的塑性区会贯通,综合考虑,确定主洞与导洞最优间距为3.5倍导洞宽度;主洞拱顶沉降值和拱底隆起值随着主洞与平导间距的减小而增大,左右拱腰水平位移值随着主洞与平导间距的减小先减小后增大,当二者间距由5.0D减小至3.0D时,拱顶沉降值和拱底隆起值分别从-0.598m和0.426m增加至-0.679m和0.514m。     

上软下硬地层富水浅埋隧洞初支沉降及注浆止水防控技术

针对上软下硬地层中隧洞上台阶拱脚未坐落于基岩时,容易引起初支整体下沉、地表沉降过大等问题,以滇中引水龙泉隧洞出口段为工程背景,分析了隧洞开挖引起的沉降规律及原因,并进行了水泥-水玻璃双液浆胶凝试验和地表注浆现场试验.研究结果表明:地下水入渗是引起初支整体下沉和地表沉降过大的主要原因;上台阶开挖是引起地表沉降和拱顶沉降的主要阶段,约占各自沉降的68.01％和76.28％;基于双液浆胶凝试验和地表注浆现场试验,认为胶凝时间控制在25 s左右较为合理,采用地表注浆取得了较好的止水效果,地表沉降和拱顶沉降显著减小.     

回填土大跨超浅埋地铁隧道开挖稳定性研究

贵阳市地铁1号线望新区间隧道地质环境复杂,位于回填区,地下水丰富,埋深浅。针对此类环境,首次将三台阶七步开挖法引进到地铁区间隧道施工中,通过影响隧道开挖稳定性的关键因素分析及施工方法的数值模拟,结合现场实测,研究了回填土大跨超浅埋地铁隧道开挖稳定性。研究结果表明：超浅埋开挖,回填土地层承载拱难以形成;开挖过程中拱顶、拱脚及仰拱部位产生拉应力,拱腰部位出现应力集中,为压应力区;地表及拱顶沉降变形主要受上台阶导洞开挖的影响,中、下台阶导洞的影响次之,核心土开挖影响较小;核心土及仰拱开挖对拱底围岩变形产生较大影响;因此在开挖过程中要对上述位置进行重点监测,可为今后类似工程提供借鉴。     

不同溶腔-隧道间距对地铁隧道施工影响的模型试验研究

为探明不同溶腔-隧道净距下隧道施工对岩溶地层的扰动影响规律,以贵阳市轨道交通3号线一期工程为依托,开展了城市浅埋环境下不同溶腔-隧道间距对地铁隧道施工影响的模型试验研究。主要得到以下结论：(1)拱顶侧溶腔对拱腰水平位移位移影响较小,主要影响隧道拱顶的竖向沉降量；溶腔对原始地应力场的影响范围是有限的,溶腔直径为4m、溶腔底部与隧道开挖轮廓线顶部净距为5m时,隐伏溶腔的存在对隧顶围岩的沉降量影响不太显著。(2)溶腔与开挖隧道净距为1m、2m、5m时,拱顶围岩最终土压力变化分别为47.4kPa、84.7kPa、135.1kPa。溶腔底部距离隧道开挖轮廓线越近,拱顶围岩在隧道开挖后的土压力变化越小。岩溶地质现象对原始地应力场的影响表现为岩溶腔体对周边围岩的应力释放作用。(3)溶腔与隧道顶部净距为1m、2m、5m时地中沉降峰值分别为25.7mm、32.8mm、38.8mm,分别为无溶腔时的135.3%、172.6%、204.2%。隧道拱部隐伏溶腔与隧道净距并非越小对地表的沉降影响更大,溶腔-隧道净距与溶腔上覆土层厚度都会影响隧道开挖后的地表沉降。(4)各工况下拱架最终轴力表现为全环受压,弯矩值差异较轴力值更显著。拱部隐伏溶腔的存在一定程度上会减小开挖后初期支护结构拱部的受力,且距离隧道开挖轮廓线越近其拱部弯矩值越小。     

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。     

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。