超大埋深软岩隧道超前中导洞合理断面尺寸及应力峰值转移机制

在超大埋深软岩隧道中,通常地应力较高,且围岩软弱破碎,在施工过程中不可避免的会出现大变形现象,造成支护结构失效破坏。采用超前中导洞应力释放技术提前释放地应力,可以改善支护结构的受力状态,减小隧道变形量,保证支护结构的安全。本文依托丽香线哈巴雪山大变形隧道,采用文献调研、数值模拟及现场监测等手段对超大埋深软岩隧道超前中导洞合理断面大小进行研究,分析了中导洞不同断面大小工况下应力释放效果,最终确定中导洞合理断面大小。研究结果表明,超前中导洞断面为正洞断面面积的0.6倍时,应力释放效果较为理想,相比直接开挖正洞,采用合理超前中导洞断面时,正洞拱顶沉降及上、下台阶水平收敛值分别减小28.2%、27.64%和26.71%,且围岩中切向应力峰值向围岩深部转移了约4 m,同时,应力峰值数值有所减小,减小约5.04%。研究成果可为类似大变形隧道工程提供参考与借鉴。     

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.     

软弱围岩隧道两种开挖方法的对比分析及研究

软弱围岩隧道开挖中,台阶法和CRD法是两种常用的方法,台阶法是把断面土体分成上下台阶进行施工,而CRD法是将其分成四个小的洞室分别进行施工.本文采用FLAC3D建立成都地铁7号线某标段软弱围岩隧道的两种开挖方法的有限元模型,并对其进行分析.结果表明:CRD法一次开挖的土体小,对地层的扰动小,地层释放的应力小,但二次支护受到的压力较大;而台阶法一次开挖土体大,但对地层扰动大,二次支护受到的压力小.通过比较发现两种方法在安全性与经济性上各有所长,为类似地质条件下的工程施工提供参考.     

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.     

软岩隧道开挖方法数值模拟分析

论述了适用于纱帽山隧道Ⅴ级围岩的开挖方法,采用大型非线性有限元分析软件ADINA,对适用于双线分离式公路隧道Ⅴ级围岩的三种开挖施工方法进行数值模拟;运用ADINA自带的单元生死功能动态模拟开挖支护过程,对比左导洞先行开挖编制的施工工序、台阶分部开挖法和上下台阶留核心土法三种开挖方法,分析三种开挖方法对隧道变形的影响。结果表明:针对左导洞先行开挖编制的施工工序其中隔壁起到减跨作用,从而控制沉降;它与台阶分部开挖法在开挖后位移场分布基本是对称的,在量值上有略小差别,不会造成地表不均匀变形,不会影响洞室的稳定;台阶分部开挖法左侧地表变形略大于右侧,且差值大于针对左导洞先行开挖编制的施工工序。     

浅埋地铁隧道CRD法与三台阶法施工可行性比选

针对兰州地铁一号线东岗站后配线区间浅埋隧道,对其施工开挖分别采用三台阶法与CRD法进行数值模拟研究。计算结果表明,当采用CRD法施工时,目标断面所在地表最大横向沉降量以及沿隧道轴线方向拱顶最大下沉量分别较三台阶法施工时小7 mm和6.4 mm;衬砌在各选定断面的最小安全系数,除入口断面外,其余均满足规范要求,而三台阶法施工时衬砌只在中间断面能满足要求;两种工法在隧道拱脚处均出现塑性区,但采用CRD法施工时的塑性区面积明显较小。据此建议采用CRD法施工并为同类工程施工提供参考。     

中洞法连拱隧道施工稳定性分析及优化

针对中洞法连拱隧道暗挖施工的稳定性问题,依托广州大道中站工程实例,综合分析了开挖过程拱顶沉降、底部变形、洞周收敛、初支结构应力、中隔墙应力以及地表沉降等指标的动态响应特征,总结了不同工艺参数下隧道变形规律,结果表明:拱顶沉降最大值和最大沉降速率以及底部隆起最大值均在后行洞,而先行洞洞周收敛值最大,为1.59 mm;侧洞靠近中洞上台阶支护结构受拉而远离中洞上台阶受压;中隔墙中部主要承受压应力,而顶纵梁和底纵梁则同时承受拉应力和压应力;地表沉降最大值位于隧道中心,为7.20 mm,隧道施工影响区域半径约为25 m;隧道稳定性随中洞上下台阶错距及侧洞相邻台阶错距的增大而减弱,随侧洞拉开距离增大而增强。     

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。     

深埋无中导洞连拱隧道围岩压力计算方法研究

深埋无中导洞连拱隧道取消了中导洞的施作,具有左右洞先后开挖且为零间距施工的工程特性,目前其围岩压力计算方法尚无统一的标准可循。基于普氏理论,将连拱隧道上部围岩荷载视为拱部基本松散荷载和附加松散荷载之和,考虑先行洞既有支护结构对后行洞基本松散荷载的抑制作用以及后行洞施工对先行洞基本松散荷载加剧影响,从而提出深埋条件下无中导洞连拱隧道围岩压力计算方法,最后结合曼腊隧道现场监测断面的试验结果进行对比分析。研究结果表明：1)围岩岩性越差,后行洞开挖对先行洞基本松散荷载加剧影响越显著,而先行洞既有支护结构对后行洞基本松散荷载的约束作用越弱;2)先行洞支护结构相比于后行洞承担了较大的围岩荷载,且越靠近中隔墙一侧受力则越为不利;3)提出的计算方法和现场监测得到的围岩压力分布规律基本一致,论证了所推导公式的合理性和实用性,可为今后类似工程支护结构的设计及优化提供参考。     

新城子隧道小间距段受力测试分析

高地应力大变形软岩隧道修建中,不同的开挖方法对二衬的受力影响很大,尤其在复杂结构隧道中尤为明显。兰渝铁路新城子隧道为工程背景,应用结构应力测试,数值模拟等手段,通过对常规三台阶法和超前应力释放导洞法中三个不同断面的初支和二衬的受力及变形分析,研究小间距段在超前应力释放导洞和常规三台阶两种工况下的施工力学特性以及先行洞室和后行洞室之间的相互影响,分析认为采用小导洞进行应力释放后变形和受力减小,后行洞室经过先行洞室时,先行洞室结构受力明显增大。     

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.     

双连拱隧道中隔墙数值模拟分析

针对双连拱隧道在施工过程中的中隔墙受力、变形问题,运用MIDAS GTS 2.6大型有限元程序建立了重庆市高新区森谷路双连拱隧道地层结构法数值模拟计算模型。对双连拱隧道三导洞台阶法开挖具体施工阶段进行数值模拟,同时双连拱隧道中隔墙进行受力变形分析。得到了各施工阶段中隔墙应力及位移变化情况,得出三导洞台阶法开挖工法施工过程中中隔墙应力及竖向位移均呈现"对称—不对称—对称"的分布过程,并对施工过程中可能的风险提出了切实可行的处理措施,以期对双连拱隧道的设计和施工提供一定的理论借鉴。     

黄土隧道不同施工方法的数值模拟对比分析

以可乐湾隧道为背景建立黄土隧道施工过程的三维数值模型来研究CD法、三台阶七步法和二台阶五步法3种工法对支护结构受力特性和控制黄土隧道围岩变形的影响。以钢拱架的轴向应力为指标分别分析了3种工法下钢拱架的轴向应力分布特征，选取开挖断面关键点位的收敛变形为指标，对比分析了3种工法在围岩变形控制方面的效果。研究表明，CD法在控制围岩收敛变形方面的效果最好，并且钢拱架在全环范围上的轴向应力分布均匀，承载能力得到充分发挥。研究可为黄土隧道的设计施工提供一定的参考借鉴。     

下穿既有引桥地铁连拱通道施工方案优选

依托北京地铁14号线十里河站与10号线十里河站3条暗挖换乘通道下穿十里河桥引桥工程,研究了地铁连拱换乘通道下穿引桥施工方案的优选问题。采用有限元软件MIDAS-GTS NX建立连拱换乘通道的三维实体模型,分别模拟分析了中隔壁法、三导洞法和中导洞法3种施工方案对地表沉降、围岩变形、支护结构受力及引桥的影响。研究结果表明:3种开挖施工方案均满足施工要求,中导洞法的地表沉降最大值为4.17 mm,拱顶沉降最大值为3.53 mm,该方法的各类沉降最大值均为3种方案中最小值,因此中导洞法为最优施工方案。对比数值模拟结果和工程实际监测数据,验证了数值仿真的合理性。     

浅埋隧道下穿高速公路大管幕施工优化设计

以重庆市铁路枢纽东环线里程DK3+538～DK3+588段近距离下穿G5001绕城高速的新白洋湾隧道工程为依托,研究了浅埋隧道下穿高速公路大管幕施工开挖方法优化问题。采用MIDAS-GTS NX软件建立隧道三维有限元模型,模拟分析二台阶法、二台阶预留核心土法、三台阶法和三台阶预留核心土法4种开挖方案,将建模理论计算值和工程实测值进行比较分析,验证了本文方法的正确性。通过对地表沉降、围岩变形、围岩应力和支护结构受力变化规律等方面进行综合分析,最终确定依托工程采用二台阶法是经济可行的优化施工方案。     

海底隧道CRD法各施工部开挖对结构内力影响

以采用多部开挖矿山法施工的厦门东通道海底隧道为研究对象,选取四部开挖CRD法断面,研究CRD1、2部和CRD1、3部两种不同的开挖顺序对结构内力的影响。用振弦式钢筋计对隧道初期支护及临时支护的钢支撑进行应力监测,换算出钢支撑实际内力。对监测数据运用有限元方法进行数值建模计算,将监测数据分析结果与数值计算结果进行比较分析。研究表明:采用CRD1、2部超前开挖时的结构内力要略大于CRD1、3部超前开挖,CRD3部的开挖对结构内力的影响较大,两种开挖顺序的安全系数都满足规范要求,所以结构是安全的。     

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.     

层状软岩隧道非对称大变形控制解耦方法

层状软岩各向异性特征导致的衬砌结构非对称大变形是隧道建设过程中常见的问题。针对该问题,本文建立了能考虑锚杆拉伸断裂及钢支撑压弯破坏的数值计算模型,并以汶马高速鹧鸪山隧道为对象,对层状软岩隧道大变形控制的解耦技术进行了研究,结果表明：(1)考虑锚杆及钢拱架断裂的数值模型可以较好地反映初期支护在围岩大变形作用下的断裂失效,能更加准确表征支护结构的实际力学行为。(2)对于隧道大变形而言,若仅强化支护结构或减小台阶开挖长度,可以减小围岩的位移,但多数情况下,支护结构依然会产生断裂破坏。(3)对于挤压因子较大的不明显挤压工况,采用常规支护+双台阶(短台阶)施工方法可以较好地控制围岩大变形;对于挤压因子较大的轻微挤压或挤压因子较小的不明显挤压工况,采用常规支护+三台阶可以较好地控制围岩大变形;对于挤压因子较小的轻微挤压工况,采用非对称锚杆支护+三台阶可以较好地控制围岩大变形。     

大跨度土质隧道自然成拱优化数值模拟研究

土质隧道围岩在工程实际施工中具有明显的弹塑性变形特征.通过运用FLAC3D软件,模拟隧道实际开挖过程,可得到隧道开挖过程中围岩应力分布及周边位移变化量,为隧道的施工提供预警信息和优化隧道设计提供理论支持.在控制地表变形方面,采用交叉中隔壁法(Cross diaphragm-CRD)施工时,地表最大沉降量为20.37 mm,而双侧壁导坑法则为25.8 mm,结果表明CRD法在控制围岩变形方面要优于双侧壁导坑法.因此,为了避免隧道在开挖过程中发生塌方等事故,应优先采用CRD法开挖.然而,运用FLAC3D软件模拟CRD法开挖过程,得到开挖隧道上部导洞所引起地表的沉降量占总沉降量的50%以上.因此,对CRD法上部导洞的开挖工序进行优化,能有效地降低塌方等事故发生的概率.     

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.