连拱隧道中隔墙设计与施工力学行为研究

在连拱隧道施工中，中隔墙扮演着至关重要的角色。中隔墙上方作用荷载大小，不仅关系着连拱隧道在施工期间结构的安全，还直接影响工程造价以及隧道建成后衬砌结构的长期安全性。结合连拱隧道施工期间中隔墙的实际受力过程，建立中隔墙作用荷载的计算力学模型；采用FLAC程序，在0．5～2．0D埋深条件下，采用三导洞法和中导洞法对连拱隧道施工力学过程的Ⅱ～Ⅳ类围岩的21种工况进行非线性数值模拟。同时，提出应用于中隔墙设计的作用荷载计算表达式及各类围岩相适应的施工工法。研究结果直接指导金丽温高速公路二期工程多座连拱隧道的变更设计，对今后国内连拱隧道中隔墙的设计施工有一定的参考价值。     

软弱地层连拱隧道开挖错距和台阶长度研究

近年来连拱隧道的施工方法不断优化,其中3导洞法在围岩状况较差的地段能够有效减少地表沉降和隧道变形,使施工更加安全。但由于3导洞法存在着施工工序复杂、施工参数不明确和成本高等缺点,对3导洞法的研究一般多集中在结构受力、开挖方法和支护参数等方面,而其在软弱地层中主洞开挖错距和台阶长度的重要性往往被忽视。依托广东南山路连拱隧道工程,采用数值模拟的方法,对比分析了隧道拱顶沉降和拱脚水平收敛,研究了V级围岩3导洞法合理的主洞开挖错距和台阶长度。研究结果表明:1)V级围岩3导洞法合理的主洞开挖错距是2.5～3倍洞径;2)V级围岩3导洞法合理的开挖台阶长度是10 m(中台阶)。     

连拱隧道围岩压力计算方法与动态施工力学行为研究

由于双连拱隧道的多分部开挖支护的结构荷载转换过程多,围岩应力变化和围岩与结构相互作用关系复杂,目前在设计、施工中仍然存在一些问题:(1) 勘察设计围岩分类与施工揭露实际围岩级别常有差异,并难以实现及时变更.(2) 尚无满足连拱隧道特点的围岩压力理论,特别是在浅埋偏压条件下围岩荷载估计偏差较大.(3) 施工中经常出现支护失效、衬砌裂缝及渗漏泄水等工程安全、质量问题.针对连拱隧道中的问题,进行围岩压力计算方法和动态施工力学行为研究,主要研究成果有:(1) 对于连拱隧道,围岩塑性区受中墙及施工方案影响较小,主要与最终开挖跨度有关.在计算荷载时要考虑最不利工况,连拱隧道坑道宽度取整个连拱隧道的宽度是合理的,偏于安全的.(2) 应用比尔鲍曼理论求得塌落拱曲线方程,然后用作图法在连拱隧道外侧作一个切线与以地形的坡度求出的塌落拱曲线方程的切线相平行,两平行线的距离即为地形偏压临界覆盖厚度.运用此方法求得连拱隧道大跨度条件下的偏压连拱隧道地形偏压临界覆土厚度,为偏压连拱隧道设计提供可靠依据.(3) 针对连拱隧道断面远大于单线隧道,围岩压力大于按单线隧道宽度修正结果所出现的问题,提出对于大跨度双连拱隧道,在极浅埋、浅埋条件下,仍然分别采用全土柱理论荷载和谢家烋理论荷载;在深埋条件下,推荐双连拱隧道竖直地层压力采用适合双连拱大断面隧道特点的修正比尔鲍曼理论围岩压力计算公式.(4) 对于浅埋偏压连拱隧道,不仅要考虑非对称的地层主动荷载,还要调整浅埋侧地层被动荷载,提出浅埋偏压连拱隧道地层主动偏压荷载和被动不均匀荷载确定方法及地形偏压情况下隧道支护结构的合理计算方法,并求得不同坡率、不同围岩级别条件下浅埋侧土体的弹性抗力系数的合理取值,为设计中偏压连拱隧道采用荷载结构模式计算时浅埋侧土体的弹性抗力系数取值提供参考.(5) 在充分吸收国内外围岩分类经验的基础上,针对隧道施工期间的现场围岩判别特点与要求,提出一种现场围岩快速评价方法,该方法以定量与定性指标相结合,现场观察、量测及快速评价.另外针对隧道围岩实际力学指标难以获取的难题,提出应用围岩Q指标和现场点荷载强度推测围岩物理力学参数的方法,并结合围岩快速评价结果,综合确定隧道围岩实际力学指标.(6) 对于浅埋偏压连拱隧道,侧导洞应该先开挖深埋侧侧导洞,而主洞应该先开挖浅埋侧主洞;而对于非偏压连拱隧道,在围岩条件较好时主洞开挖可采用上下台阶法,且主洞开挖合理的工作面间距应约为2.0D～3.0D(D为单拱跨度);在中隔墙完成后,部分回填,使正洞初期支护能直接作用在中隔墙上,不仅有效提高支护整体刚度,还使中隔墙受力更合理,改善中隔墙受力状态.经富溪偏压连拱隧道工程施工与现场监测结果检验,提出的连拱隧道坑道宽度取值、偏压连拱隧道深浅埋分界、围岩主动压力与围岩被动压力计算方法、现场围岩级别快速评价以及施工方法正确合理,可为工程建设提供重要技术支持和经验.     

龙山浅埋大跨度连拱隧道施工方案优化分析

连拱隧道在线路平面、洞口位置选择上均较分幅修建隧道优越,其所占比例也越来越大。而按照我国公路隧道设计规范设计连拱隧道时,常将围岩和支护结构隔离开来,分析结果不能完全反映施工过程的实际情况,故有必要对连拱隧道施工方案进行优化分析。针对龙山隧道具有浅埋、大跨度、连拱的特点,建立了连拱隧道施工动态有限元分析程序,模拟三导洞法和上下台阶法开挖双连拱隧道的施工过程,并通过对拱顶沉降、地表沉降、中墙应力、围岩稳定性的分析,从施工工序与施工力学角度对2种施工方法的优劣进行比较分析,从而使得实际隧道施工方案得到优化。     

多断面组合形成的铁路车站隧道施工技术

宜万铁路白云山隧道进口段是典型的铁路车站隧道．是国内复杂地质条件下第一个结构形式多样的铁路车站隧道．科技含量高。四线双连拱采用不对称中导洞法施工．大跨三线段采用CRD法施工,燕尾段连拱隧道采用无导洞法施工。通过对白云山隧道车站段的施工方法,施工管理进行总结．形成了一套快速、安全、高质量、经济的铁路车站隧道施工技术．供同类工程借鉴。     

小净距群体隧道施工顺序研究

设计中的金鸡山群体隧道净距较小，如何对施工顺序进行优化是一个重要问题，采用数值方法对V级围岩条件下的小净距群体隧道施工顺序进行了研究。研究结果表明，当采用先修建辅路隧道再修建连拱隧道的顺序进行施工时，后建连拱隧道会导致辅路隧道左右幅初期支护轴力分别增大14．8％（拱项）和14．3％（拱腰），相应位置安全系数减小12．5％和12．7％，辅路隧道周边围岩塑性区有小范围扩展；当采用相反的顺序进行施工后，后建辅路隧道会导致连拱隧道左右洞仰拱初期支护轴力分别增大46．2％和55．2％，相应位置安全系数减小31．7％和35．5％，连拱隧道中墙上方及两侧墙脚处围岩塑性区均有一定程度扩展。由此可见，金鸡山辅路隧道先施工为优选施工顺序。     

连拱隧道两种工法的施工力学分析

目前在连拱隧道施工中均不同程度地出现了围岩坍塌、已修筑的衬砌产生大面积裂缝等问题。为此，本文通过有限元方法对渝怀线金洞隧道出口段连拱隧道两种不同施工方法下的洞周位移、初期支护的内力、安全系数等进行了分析，得出一些有意义的结论，可作为连拱隧道施工时参考。     

连拱隧道两种工法的施工力学分析

目前在连拱隧道施工中均不同程度地出现了围岩坍塌、已修筑的衬砌产生大面积裂缝等问题。为此 ,本文通过有限元方法对渝怀线金洞隧道出口段连拱隧道两种不同施工方法下的洞周位移、初期支护的内力、安全系数等进行了分析 ,得出一些有意义的结论 ,可作为连拱隧道施工时参考     

浅埋连拱隧道围岩参数反演及施工数值模拟

本文结合怀新高速公路的界牌坳隧道的实际情况,利用现场荷载试验的测点位移,通过有限元反演理论的模拟退火法反演计算隧道破碎带围岩基本参数.将反分析计算得到的隧道围岩参数输入界牌坳隧道二维弹塑有限元计算模型,对隧道的施工过程进行数值模拟,分析了采用三导洞法施工时围岩和中墙的受力变形规律,计算结果表明,两主洞拱部开挖是连拱隧道施工过程中两个比较关键的施工步;两主洞拱顶及右洞左拱肩位置的围岩出现了较大的位移或应变而有可能引起隧道塌方或破坏;浅埋偏压连拱隧道受山体偏压和不对称施工的影响,中隔墙在整个施工过程中基本处于偏心受压状态.     

某公路隧道连拱段中导洞台阶法开挖对围岩稳定性影响研究

本文依托某公路隧道连拱段工程,结合目前国内连拱隧道施工方法现状,运用FLAC3D程序建立了在Ⅳ级围岩地质条件下的连拱隧道三维施工过程弹塑性模型,对Ⅳ级围岩条件下的连拱隧道采用中导洞台阶法进行了施工过程模拟,分析得出了中导洞台阶法在Ⅳ级围岩条件下修建公路连拱隧道在中隔墙顶部易产生应力集中现象。     

双连拱隧道结构内力样式及围岩稳定性模型试验研究

大型相似模型试验是双连拱隧道结构内力样式与围岩稳定分析研究的重要方法和手段之一。结合广州—惠州高速公路小金口双连拱隧道工程的修建,在II,III类围岩条件下,对双连拱隧道的施工方法和结构内力样式及围岩稳定进行了深入的研究工作。通过模型试验研究提出了一种新的施工方法——中导坑拓展法,这种施工方法对围岩的扰动少;同时采用三导坑法、双导坑法和中导坑拓展法3种施工方法进行模型试验研究。结果表明:周边最大径向位移发生于拱顶,其次为腰部;首次建立了双连拱隧道二次衬砌内力(轴力和弯矩)模型及围岩的稳定与变形的规律。这些研究成果对双连拱隧道的设计与施工具有重要指导作用。     

南京地铁1#线隧道典型区段施工技术

结合南京地铁1^#线施工实践，介绍了该地铁沿线浅覆土条件下的水下盾构施工、大跨度软流塑土层下的管棚施工及浅覆土建筑物下岩层控制爆破等难点区段的施工技术，希望对同类地层条件下的隧道施工提供借鉴。     

Stability analysis and optimization of excavation method of double-arch tunnel with an extra-large span based on numerical investigation

The Xiamen Haicang double-arch tunnel has a maximum span of 45.73 m and a minimum burial depth of 5.8 m. A larger deformation or collapse of the tunnel is readily encountered during tunnel excavation. It is therefore necessary to select a construction approach that is suitable for double-arch tunnel projects with an extra-large span. In this study, three construction methods for double-arch tunnels with extra-large spans were numerically simulated. Subsequently, the deformation behavior and stress characteristics of the surrounding rock were obtained and compared. The results showed that the double-side-drift method with temporary vertical support achieves better adaptability in the construction of such tunnels, which can be observed from both the numerical results and in situ monitoring data. In addition, the improved temporary support plays a critical role in controlling the surrounding rock deformation. In addition, the disturbance resulting from the excavation of adjacent drifts was obvious, particularly the disturbance of the surrounding rock caused by the excavation of the middle drift. The present findings can serve as the initial guidelines for the construction of ultra-shallowly buried double-arch tunnels with extra-large spans.     

双向八车道连拱隧道施工方案优化分析

 利用有限元计算法对双向八车道连拱隧道IV,V级围岩的2种施工方法(双侧壁导坑和CRD法)进行模拟。计算和比较这2种施工方法下围岩应力和位移控制效果,结果表明,双侧壁导坑法可以更好地发挥围岩自身承载能力和初期衬砌支护作用,有利于提高二次衬砌的安全储备;CRD法对隧道两侧边墙水平位移控制比较有利,但对隧道顶部围岩沉降控制不如双侧壁导坑法有效。从总体上分析结果可知,双侧壁导坑法更适合于双向八车道连拱隧道施工。     

复杂环境条件上跨下穿同一既有地铁隧道的变形控制分析及施工方案优化

 首都机场线东直门站C区下穿并上跨北京地铁13号线东直门站站后折返线,该工程东、西两端和西北角各有一个紧邻基坑,其中西北角基坑为北京市目前最深的基坑,深达28 m。以上所述的施工都可能会引起折返线结构的剧烈变形,且折返线隧道结构在施工范围内有两条变形缝,变形缝是折返线结构最薄弱的部位,变形缝两侧结构差异变形过大会使折返线轨道悬空变形乃至折裂,严重威胁折返线的正常运营,如此复杂的施工环境给控制折返线结构变形控制带来很大的困难。国内外鲜有类似工程可供参考,为确保施工过程对折返线结构的影响在可控范围内,运用FLAC3D非线性大变形分析软件对该工程进行施工过程数值模拟分析和方案优化,提出采用上垮基坑分层开挖和下穿暗挖结构施工分步交替施工,用基坑卸载引起的隆起量抵消部分暗挖施工引起的沉降的方案,并把沉降缝处的结构差异沉降控制在1.1 mm内,为设计、施工提供依据。     

基于强度折减法的小净距隧道合理净距的探讨

由于连拱隧道的工程造价、施工难度、施工周期均比双线隧道大得多,所以在工程中产生了一种新的结构形式——小净距隧道。在小净距隧道的设计过程中,中间岩柱的宽度对于隧道的稳定性和工程整体造价有着相当大的影响。影响小净距隧道合理净距的因素很多,比如围岩级别、结构形式、施工工艺等。使用传统的力学计算法和力学试验,很难得出综合各种因素的计算结果,采用有限元模拟的方法和强度折减弹塑性有限元方法则可以计算各种复杂情况下围岩的应力、变形、塑性区分布等情况,从而确定小净距的合理净距。     

连拱隧道动态施工模型试验与三维数值仿真模拟研究

连拱隧道作为公路隧道新的结构型式，理论上还不成熟。以云南省元磨高速公路的一座连拱隧道作为工程背景，按弹性阶段相似原则进行连拱隧道室内模型试验，模拟连拱隧道的施工工况，采用压力盒、数码摄像、沉降板等仪器量测施工过程中隧道围岩应力和位移分布，采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟连拱隧道的施工工况，得出施工过程中隧道围岩位移、应力和塑性区分布规律，其结果与模型试验所得结果基本一致。     

边坡爆破开挖对邻近已有洞室影响研究

边坡爆破施工振动对邻近已有洞室的影响及其控制是工程中的关键技术问题。新建边坡在与已有洞室间距比较小的情况下进行爆破开挖,爆破开挖产生的爆破波会危及已有洞室围岩和衬砌结构的安全与稳定性。结合锦屏一级水电站左岸坝肩边坡施工爆破对洞室影响的分析课题,应用动力有限元数值模拟,研究不同的边坡与已有洞室间距、岩体阻尼比、最大单响药量情况下边坡爆破振动对洞室围岩和衬砌结构的影响问题。根据洞壁质点振动速度允许值与洞室衬砌在边坡爆破振动波作用下的动拉应力值,考虑不同阻尼比,得出不同围岩级别下,不同边坡与洞室间距的最大单响药量控制：III类岩体边坡,坡面距已有洞室20,50 m时,边坡开挖爆破最大单响药量分别控制在100和300 kg以内;IV类岩体边坡,坡面距已有洞室20,50 m时,边坡开挖爆破最大单响药量分别控制在150和450 kg以内,研究结果为实际工程的施工和设计提供参考和依据。     

公路隧道穿越特大溶洞的施工监测研究

当隧道穿越特大溶洞,现场的监控量测工作是必不可少的重要组成部分。监控量测不仅能准确反映隧道围岩和溶洞处治结构的稳定性,而且通过对监测数据的分析,可以较好地优化隧道的支护参数。结合清连高速公路白须公隧道溶洞段施工过程,研究岩溶隧道施工阶段的监测内容、监测方法。通过对该隧道的围岩变形和溶洞处治结构物进行现场监测与分析,以指导岩溶隧道的现场施工,从而保证岩溶隧道的施工安全,为今后岩溶隧道处治设计提供依据。     

偏压连拱隧道施工方法数值模拟研究

结合云南元磨高速公路上的忠爱桥偏压连拱隧道的设计、施工和地质情况,对软弱围岩条件下的公路偏压连拱隧道采用左右两洞不同施工顺序时的力学响应进行了数值模拟,分析了围岩和支护结构在不同施工顺序下的地应力场、位移场,通过对比分析研究,确定了先施作深埋洞,再施作浅埋洞为公路偏压连拱隧道最优施工方案,并且二次衬砌在此条件下不仅是“安全储备”,它对隧道的稳定性有重要作用。