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.     

基于数值模拟的软岩双连拱隧道施工工法比选分析

以贵阳轨道交通2#线某段双连拱隧道为研究对象,利用数值分析软件对"中导洞+上下台阶法"和"中导洞+CRD法"进行开挖支护动态模拟,通过破坏区、洞周变形、地表变形、二次应力场和初支结构内力5个指标对两种工法效果进行比较。研究结果表明,两种方法计算的各项指标都在允许范围内,CRD法引起的隧道围岩扰动程度较弱,更能有效地控制变形;但是在支护结构受力、施工进度和工字钢材料用量上不占优势。建议在地层条件复杂或施工要求较高的区域选择CRD法;其他地方在确保安全的情况下采用台阶法进行快速、经济施工。     

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.     

单洞四车道隧道开挖室内模型试验研究

沈大高速公路改扩建工程韩家岭单洞四车道超大跨公路隧道,拟采用台阶法开挖方案进行施工.通过室内相似模型试验对台阶法开挖方案进行研究,揭示了开挖过程中围岩的力学行为及其变化规律,为判定该开挖方案的可行性、防止施工过程中可能出现的塌方等事故提供依据.研究结果表明:最大位移发生在拱顶,拱顶下沉应作为围岩稳定判据的关键因素;如果严格控制循环进尺长度,及时施作初期支护,台阶法开挖能够满足隧道快速、安全施工的要求.     

大断面隧道施工对洞口边坡稳定性的影响

以兰州市九州隧道为研究背景,以ADINA有限元软件建立前处理模型,采用FLAC3D有限差分程序进行后处理计算,对隧道进口段进行三维动态施工分析.基于全断面法及短台阶法开挖,探究不同开挖方式对洞口未支护及已支护边坡的位移、稳定性安全系数及塑性区域分布的影响.研究结果表明:隧道开挖对边坡竖向位移影响较水平位移强烈,水平位移波动较大的区域位于一、二级边坡的中下部;隧道开挖导致边坡稳定性安全系数降低,采用全断面法与采用短台阶法分别降低29.8%、19.8%;塑性区域分布集中于边坡的坡肩、坡趾及隧道的左拱肩、右拱脚附近区域,应对相关区域进行加固处理.     

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。     

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.     

基于FLAC3D的公路隧道塌方段工程处置及其优化

以浙江省武义县白阳山隧道为工程背景,采用FLAC3D有限差分法,模拟现阶段采用的预留核心土-上下台阶法开挖下围岩的变形及应力变化规律,并从优化施工方法的角度,综合分析开挖过程中隧道围岩位移及塑性区分布情况,评价不同施工方案对围岩稳定性的影响.结果表明,预留核心土-上下台阶法存在洞身位移变化大的问题;预留核心土-三台阶法...     

双联拱隧道施工工艺初探

山区高等级公路隧道,由于受地形、地质条件的限制,常采用双联拱隧道方案。在双联拱隧道施工中,分段施工中隔墙,用上下台阶法进行正洞开挖,对中隔墙的细部结构进行优化,可大大提高施工速度。     

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.     

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。     

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。     

渗流对CRD法开挖浅埋偏压隧道洞口段影响的分析

针对在隧道洞口段采用CRD法开挖过程中,因渗流作用而导致围岩的物理力学状态发生变化和引发的问题。在考虑渗流的情况下,运用FLAC_3D软件,分析浅埋偏压隧道围岩在CRD法施工时物理力学状态的变化规律。结果表明：在开挖周围产生较集中的漏斗形状的孔隙水压力区域;地形的偏压造成隧洞右侧的应力大于左侧,随着CRD法的分步开挖,每步开挖后造成的导洞在拱顶、底板、边墙处横向均产生了应力集中,左洞在完全开挖与支护后,应力集中现象逐渐减少;在考虑渗流时第三步开挖对初始开挖处围岩变形影响最大;在CRD法开挖过程中,对围岩变形影响较大的是第七步;拱腰和拱顶发生的位移,在考虑渗流时大于未考虑渗流时的情况,但拱底出现与上述相反的现象。     

基于收敛-约束法的软岩隧道初支时机估算——以义永公路枫坑隧道为例

围岩纵向变形曲线能直观、有效地反映隧道开挖过程中洞壁围岩变形受掌子面前端“空间效应”的影响,为支护结构施作的最佳时机提供理论依据。以某软岩大断面隧道为例,基于Unlu和Gercek推导围岩纵向变形曲线方程（位移释放系数）,在综合考虑泊松比和弹性模量以及粘聚力、内摩擦角、爆破参数等提出优化改进;运用FLAC3D分析改进围岩纵向变形曲线方程的合理性和有效性。结果表明:（1）围岩纵向变形曲线方程与弹性模量以及粘聚力、内摩擦角呈非线性正比关系,与爆破参数呈非线性反比关系;（2）对比现场监测数据与理论计算数据发现Unlu和Gercek推导围岩纵向变形曲线方程在x>=0段偏差较大,提出增加“扩大收敛函数”提高其精度,相关系数由原来的R-square=0.8左右,提高到R-square=0.95左右;（3）通过与数值模拟数据对比,改进后的围岩纵向变形曲线方程能更好的与其相吻合,证实了改进后的围岩纵向变形曲线方程更具有合理性和实用性;（4）提出围岩位移增量出现陡增点时的位移释放系数值为施加支护的最佳时机,得出Ⅲ级围岩在长台阶法施工施作时,距掌子面x=2.24m左右处开始施作支护为最佳,Ⅳ级围岩在采用CRD工法施作时,距掌子面x=1.47m左右处开始施作支护为最佳。     

基于Mohr-Coulomb准则隧道围岩-支护体系协同作用下支护强度分析

确定围岩-支护结构体系动态协同变形关系是地下工程支护需要解决的关键问题之一。运用Mohr-Coulomb准则推导隧道开挖支护后围岩径向变形与支护结构径向变形的协同方程,探讨Ⅳ级围岩塑性半径、围岩位移及支护刚度随支护强度的变化关系;并运用FLAC3D数值模拟验证协同变形方程的合理性和有效性。结果表明:（1）围岩-支护结构体系协同变形方程能很好的反映围岩位移和塑性区半径随支护强度变化的关系,且相互关系是非线性的。（2）支护强度为0.75Mpa时,理论计算拱顶沉降为18.9mm、数值模拟拱顶沉降为21.6mm;支护强度为1.5Mpa时,理论计算拱顶沉降为11.2mm、数值模拟拱顶沉降为11.1mm,表明围岩-支护结构动态协同变形方程的有效性。（3）针对Ⅳ级围岩在采用超前支护和CRD工法施工时,建议支护强度设计为0.75-1.5Mpa、支护刚度设计为59.8-375.0KN/mm。     

闽南小净距隧道中夹岩力学特性与加固措施

为研究山区浅埋偏压小净距隧道开挖对中夹岩力学特性的影响,以福建三明莆炎高速公路布盂隧道为工程背景,采用Midas GTS有限元软件建立三维数值模型,分析了浅埋偏压小净距隧道中隔壁法施工条件下中夹岩柱的力学特性,并提出了采用中空注浆锚杆的中夹岩注浆加固技术。结果表明,隧道浅埋偏压条件下采用中隔壁法施工,围岩与初支变形相对较小,但拱腰位置中夹岩变形应加强监控;小净距隧道开挖施工,中夹岩柱会产生水平位移,拱腰位置左右线隧道平均水平位移为 4.25 mm;采用小导管注浆加固的中夹岩柱正应变和塑性区显著减小,左右线隧道拱腰位置中夹岩应变分别减小77%和81%,拱脚位置应变分别减小85%和80%;结合数值模拟分析结果和现场设计,采用 5 m长中空锚杆对小净距段中夹岩进行注浆加固,提高了中夹岩柱的整体稳定性,保证了隧道施工安全,为后期类似工程提供了较好的借鉴意义。     

既有铁路路基下软岩隧道的CRD法施工技术

在具有不均匀动荷载的软弱围岩中修建浅埋大跨度隧道,保证其上部设备及结构的安全,是隧道施工中的一大难题。在新曲儿岔隧道中采用CRD法施工,成功穿越了既有铁路路基。为确保安全,施工前利用有限元软件进行了模拟分析,表明采用CRD法施工是可行的。施工过程中,采用了变形监测手段,监测结果表明,及时的初次支护是控制拱顶下沉的有效措施。     

绢云母石英片岩公路隧道围岩分级研究

在隧道建设过程中,准确的围岩分级对保证隧道施工的稳定性有重要意义。通过对典型绢云母石英片岩隧道岩石样本进行分析,得出与之相适应的BQ优化公式。针对绢云母石英片岩的特性,对BQ分级法中地下水修正系数进行重新考虑;并引入黏土矿物含量的修正指标和软弱夹层的修正指标,对BQ法进行修正,得出修正以后的建议[BQ]'值法公式。以在建十房高速通省隧道为例,进行验证分析,得出[BQ]'分级法确定的围岩级别与实际开挖揭露围岩级别较相符的结论,可为类似隧道围岩分级提供参考。     

模糊数学围岩分类方法及其在隧道中的应用

在综合考虑多因素围岩分类法的基础上,引入模糊理论,结合公路隧道特定围岩地质条件的岩体块度、强度、软化系数等多个影响因素,建立围岩模糊分类模型。计算各影响因素的隶属度,按照最大隶属度原则定量判定围岩类别。并将模糊数学围岩分类方法应用于南京老山隧道工程建设中。     

深埋圆形毛洞隧道围岩压力拱范围研究

为揭示深埋圆形毛洞隧道围岩压力拱范围,基于复变理论及经典弹塑性理论,结合M-C屈服准则,提出了一种准确预测围岩压力拱内、外边界的方法,并通过数值计算验证了预测方法的正确性.在验证预测结果正确的基础上,研究了隧道埋深、侧压力系数和围岩条件3个主要因素对围岩压力拱范围的敏感性.研究结果表明:1)软弱松散岩体中深埋圆形毛洞隧道上半部分是施工的关键,施工时应考虑对隧道拱顶120°范围内采取适当的超前支护手段,以确保隧道施工安全;2)围岩条件较差时,隧道施工促使周边围岩松动区贯通,必要时建议采取全断面超前注浆加固措施,以防止围岩松动区进一步发展.研究理论为判定毛洞隧道周围松动区是否贯通和确定隧道超前支护的位置及范围提供参考.