台阶法在超大断面浅埋偏压隧道中的应用研究

为探索台阶法在超大断面浅埋偏压隧道施工中的可行性,以蒙华铁路石岩岭隧道为研究对象,对台阶法和传统分部开挖法进行比选,提出三台阶临时仰拱+竖向支撑的开挖工法,并采用MIDAS有限元软件建立地层-结构模型,对施工各阶段隧道-围岩体系的应变-应力进行模拟分析,以判断开挖过程的结构风险。对台阶法施工过程中出现的拱顶沉降大、初期支护出现裂缝、爆破对软硬不均地段的影响和地表土体开裂等问题进行分析并提出相应的对策,现场实施效果表明:台阶法能满足石岩岭超大断面浅埋偏压隧道施工安全的要求,且具有施作技术简单、高效快捷的优点,可为类似工程施工提供参考。     

马湾隧道浅埋偏压段初期支护变形原因分析及参数优化

为解决伏牛山地区浅埋偏压隧道开挖支护后初期支护大变形问题,从初期支护变形原因、主要的技术措施以及施工组织措施等方面进行研究,采用物探、钻探、试验段、监控量测、数值模拟等方法对初期支护变形原因进行深入分析,并与现场开挖揭示情况比对,得出原设计初期支护参数偏小是造成隧道初期支护开裂的主要原因。根据变形分析结论,在施工现场支护技术上,采用加大初期支护钢架型号、增加系统锚杆及初期支护背后注浆固结等支护措施;在施工组织措施上,遵循短台阶、短进尺、快封闭、仰拱衬砌适时跟进的原则组织施工。采用以上浅埋偏压隧道施工方法,能有效地控制初期支护变形,确保隧道施工安全。     

蒙华铁路确保隧道施工质量安全关键措施

蒙华铁路隧道沿线穿越多种不良地质,工程施工难度大、风险高,控制性工程多。在总结和借鉴国内外铁路隧道修建技术的基础上,开展系列实践和创新:针对软弱围岩确立快挖快支快封闭成环的施工原则,取消CD法、CRD法等复杂工法,优先选用全断面法,其次选用台阶法;强化初期支护结构实体质量,推行初期支护格栅钢架紧跟掌子面和初期支护仰拱及时封闭成环紧跟下台阶的"两紧跟"措施;优化超前预报,把监控量测纳入工序管理,建立信息化平台,严格监控量测;依托科研试验,优化系统锚杆、钢架和二次衬砌等支护参数,保证结构稳定;推行机械作业,全面使用湿喷机械手、自行式仰拱长栈桥,研发应用马蹄形盾构,开展黄土隧道预切槽技术研究,改造二次衬砌台车等工装设备,确保工程质量;据实及时变更,合理工程造价,提高合同及投资管理效果。蒙华铁路通过多方面的探索和创新,有效解决隧道建设中一些突出的质量安全问题,保证隧道施工质量和施工安全。     

大断面黄土隧道台阶法施工数值模拟研究

针对新建忻州隧道工程,运用有限元通用软件ANSYS,对大断面黄土隧道采用台阶法施工的过程进行数值模拟,探讨了采用台阶法施工隧道的围岩、初期支护及二次衬砌应力场和位移场随施工步的变化规律。在此基础上,研究了隧道初期支护、二次衬砌的支护效果以及隧道开挖对已施作初期支护受力及变形的影响。结果表明:①隧道施作初支有利于降低地层压应力,减小隧道变形;施作二衬能有效降低地层和初支的主应力,对隧道变形影响不大;②隧道的进一步开挖将导致已施作初支的压应力及位移值增大,使初支处于更危险的状态。     

黄土隧道三台阶施工预制临时仰拱技术及应用研究

为解决隧道临时支护结构施作耗时长、拆除后难以利用的难题,提出一种可重复使用的预制临时仰拱设计与施工方案,并在黄土隧道三台阶七步法中进行应用试验。通过对比现场光纤光栅传感器测试数据和数值模拟结果,对预制临时仰拱实施效果进行研究。研究结果表明:1)预制临时仰拱制作简单、拼装快速并可重复应用,可在大断面隧道三台阶临时仰拱七步施工方法中快速形成临时仰拱,使中台阶开挖后初期支护体系临时封闭成环;2)与传统三台阶七步开挖施工方案相比,采用"三台阶七步开挖+预制临时仰拱"方法可以有效改善大断面黄土隧道施工中初期支护结构受力与变形,其中初期支护结构最大主应变降低约72%,拱顶沉降降低约78%;3)设置预制临时仰拱使中台阶封闭成环,可以很好的改善初期支护结构与围岩的相互作用性能,有效减小隧道开挖后围岩塑性变形范围,保证隧道施工安全。     

新蜀河隧道施工大变形控制技术

为了解决隧道开挖后初期支护侵限引起多次拆换的施工难题,在总结已有软弱围岩开挖技术、支护原理、新奥法隧道支护理论和软弱隧道支护技术的基础上,结合新蜀河隧道监控量测资料,对隧道的施工方法、施工工艺、支护参数、施工中采取的主要措施和取得的施工效果等方面做了大量研究。施工中分别对三台阶法、上台阶加设临时仰拱法和中台阶加设临时仰拱法3种工法工况进行了数值模拟计算和工法试验验证,中台阶加设临时仰拱法效果最好,采用此工法后基本控制了初期支护拆换的问题,节约了施工成本,提高了工效,施工风险也大大降低。     

蒙华重载铁路矿山法隧道设计与施工关键技术

为解决铁路隧道施工中存在的忽视围岩的承载主体地位、过分强调支护作用和过度使用支护手段等问题,进一步提高隧道建设技术和管理水平,蒙华铁路公司组织参建各方和科研院所采用科研先行、试验验证、专家论证的技术路线,综合运用模型试验、现场试验和数值模拟等方法对隧道初期支护优化和隧道限阻耗能型支护结构的研发等关键技术进行了研究,形成了适合蒙华铁路建设条件和地质条件的矿山法隧道初期支护体系:在试验表明不设系统锚杆也能满足隧道稳定性要求的前提下,蒙华铁路有钢架的Ⅳ,Ⅴ级围岩地段隧道取消了系统锚杆;隧道喷混凝土结构普遍为小偏心受压状态,格栅钢架代替型钢钢架能够保证隧道的安全,蒙华铁路矿山法隧道的初支钢架全部采用格栅钢架;经全线229座隧道推广应用,支护优化成果得到了充分验证。研发了钢板式限阻耗能型支护新结构,有效解决了老黄土地层和高地应力水平岩层隧道结构开裂破坏的难题,全线推广应用达7 km,取得了显著效益。通过以上矿山法隧道关键技术,实现了全线隧道按时贯通和“0”重伤及以上人身安全事故的总目标。     

东天山隧道穿越断层破碎带初期支护变形分阶段控制标准研究

为解决东天山特长公路隧道穿越F2断层破碎带软岩大变形问题，综合采用理论分析、数值模拟、现场监测与统计分析等手段，开展隧道两台阶预留核心土法和三台阶法施工初期支护变形控制标准研究，并提出隧道初期支护变形分级预警方法。研究结果表明： 1）东天山隧道穿越F2断层破碎带的预留变形量选取60~80 cm能够满足施工要求。2）对于两台阶预留核心土法，上、下台阶开挖产生的初期支护变形占其总变形量的比例建议为60%、40%；对于三台阶法，上、中、下台阶开挖产生的初期支护变形占比建议为20%、65%、15%。3）当初期支护变形未超过预留变形量、超过预留变形量但未超过5%二次衬砌设计厚度、未超过10%二次衬砌设计厚度时，分别启动Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级预警。Ⅰ级预警时正常施工，Ⅱ级预警时采取控制开挖进尺和台阶长度、及时设立护拱、尽快封闭初期支护等处治措施，Ⅲ级预警时则进一步采用短台阶或微台阶法施工。     

软岩隧道水平收敛异常段支护结构优化研究

九绵高速青龙桥隧道进口段围岩主要为炭质板岩夹薄层灰岩，岩体极破碎。基于CD法施工存在工效较低的问题，施工单位提出三台阶法施工以加快施工进度。隧道施工过程中，中台阶开挖完成后，部分区段初期支护水平方向收敛异常，局部有拱顶掉块现象，对隧道结构安全和洞内施工安全影响极大。针对现场情况，采用数值模拟方式分析施工存在的问题，同时对增设临时仰拱、加强缩脚锚杆等措施进行模拟，分析支护结构变形规律。通过现场实测数据验证，建议采用三台阶法施工时增设临时仰拱和加强缩脚锚杆。研究成果为该项目后续区段施工提供了有效解决方案，可为类似项目提供参考和借鉴。     

大跨扁平极软岩隧道大变形结构处理分析

牛头山隧道为双向6车道大跨度隧道,当开挖至绿泥石云母片岩段时发生了严重的大变形,拱顶最大下沉达1.6 m。为解决极软岩隧道大变形问题,通过对大变形围岩和初支变形特征、发生原因的分析,确定了"分台阶大预留、快开挖、双层强支护、早封闭"的大变形处理原则和方案。施工期间通过对双侧壁、单侧壁法和三台阶法施工的现场实践,证明依托工程采用短台阶开挖工法控制围岩大变形具有十分显著的效果。在确定采用三台阶开挖方法后,对拟定的应力释放层扩挖+双层H型钢初期支护和双层H型钢初期支护+108锁脚钢管两种支护方案,在左右洞进行了平行试验,结果发现采用双层H型钢支护+108锁脚钢管对于控制大变形效果良好,最终采用该方案顺利完成了绿泥石片岩段施工。     

长仰拱栈桥在黄土隧道施工中的应用

为确保黄土隧道施工安全,初期支护结构尽快封闭成环,解决隧底仰拱及填充施工质量通病,利用黄土隧道开挖非爆破作业的特点,在黄土隧道施工中利用长大仰拱栈桥。通过在长仰拱栈桥上配置仰拱模板和混凝土捣固整平装置,有效减少了仰拱立模时间,提高了仰拱混凝土振捣质量。该工装能保证隧道开挖、初期支护、仰拱开挖及二次衬砌作业有序开展,极大地提高了施工工效,经济和社会效益明显提高。     

浅埋偏压条件下台阶法施工对隧道结构受力的影响分析

以回头沟隧道浅埋偏压段为例，运用数值模拟方法，分析采用台阶法（两台阶）开挖时，不同台阶长度对围岩变形、初期支护轴力和弯矩的影响。根据计算结果，回头沟隧道采用台阶法开挖时宜选用16 m长台阶。     

深埋黄土隧道循环进尺施工钢拱架受力及变形动态特征研究

为研究黄土隧道先行导坑初期支护型钢拱架在后行开挖过程中应力及变形动态特征,依托甘肃兰州某三台阶预留核心土法开挖的黄土隧道工程,通过MIDAS GTS NX建立有限元模型,模型还原了实际工况中的隧道各导坑开挖进尺、初期支护类型和支护顺序,分析得到了黄土隧道初期支护型钢拱架的受力和位移变化特征。结果表明:后行导坑的开挖是导致先行导坑初期支护应力状态和位移发展产生变化的直接原因;已趋于平缓收敛的初期支护应力及位移状态会因后行导坑的施工重新激活,甚至发展幅度更大;隧道进尺开挖施工过程中,上下导坑钢拱架连接处及开挖工况分界处的应力分布具有突变性。     

象山铁路隧道全风化花岗斑岩地层施工方案优化

针对象山隧道全风化花岗斑岩地层,结合前期的上下微台阶预留核心土环状开挖法的变形情况,分析得出该地层施工控制要点,优化施工方案,提出单侧壁导坑开挖法、三台阶+临时仰拱开挖法,坚持执行隧道开挖"十八字"方针,通过加强支护、增加临时支撑、初支快速封闭、二次衬砌紧跟等一系列措施有效地控制了隧道变形。     

郑万高铁大型机械化施工隧道位移控制基准研究

依托郑万高铁湖北段大断面隧道洞群,针对其开挖断面面积大、软弱围岩占比高、采用大型机械化大断面法施工的特点,开展初期支护位移现场监控量测,对监控量测数据进行分类统计、包络回归分析,得到Ⅳ、Ⅴ级围岩深、浅埋不同大断面法（全断面法、微台阶法）开挖下初期支护位移沿隧道纵向的函数表达式及各工况下分段位移占极限位移的比值。最后结合 Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中初期支护极限位移值,给出郑万高铁大型机械化施工隧道各工况下初期支护位移控制基准建议值。结果表明： 郑万高铁隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用深、浅埋不同大断面法开挖时,按距掌子面距离的分阶段位移控制基准相差较大,现行Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中统一规定不合理;围岩级别、埋深及开挖方法相同时,拱顶沉降和洞周水平收敛规律基本一致。     

浅埋湿陷性黄土隧道下穿民居施工技术

在兰渝铁路黑山隧道出口湿陷性黄土浅埋段下穿民居施工中,综合考虑湿陷性黄土的变形特性,以控制地表沉降变形、保证施工安全为主要目的,采用中管棚配合小导管超前预支护,使用双侧壁导坑法开挖,加密型钢架加强支护,通过围岩监控量测动态调整支护参数,并配套采取初期支护增设套拱、初期支护喷射混凝土变更为模筑(吊模)C45混凝土、增设锁拱锚管等措施,安全顺利通过下穿民居段。     

隧道开挖引起上覆岩体移动变形分析及控制措施研究

在隧道浅埋大断面施工中,受开挖断面尺寸和邻近隧道施工扰动的影响,上覆岩体受力复杂,极易发生移动和变形,合理的施工方法和施工错距对改善围岩受力状况、保证隧道施工安全尤为关键。文中在分析上覆岩体位移变形机理的基础上,采用数值分析方法对浅埋大断面公路隧道采用预留核心土法、台阶法施工时洞内变形和地表变形进行分析比较,并对洞内外变形进行监测。结果表明,台阶法施工方便、工序接替快、对围岩扰动少,当左右幅隧道施工错距为1倍洞距及以上时,可有效减小互相扰动的影响,有利于隧道的稳定。     

蒙华铁路三荆段深埋软弱围岩隧道荷载研究

《铁路隧道设计规范》中的深埋围岩压力公式没有考虑隧道拱部围岩本身的承载作用以及超前预支护作用,荷载计算结果偏大。为验证深埋隧道初期支护结构实际承受的围岩压力荷载,以蒙华铁路三门峡至荆门段现场监测数据为依托,通过分析围岩变形监测资料,探讨蒙华铁路隧道围岩及结构在隧道开挖过程中的变形行为,并采用拱顶沉降与水平收敛相结合的位移反分析法,建立荷载-结构法平面有限元模型,反演推导围岩压力荷载。分析结果表明:双线隧道反分析得出的围岩荷载为同级别按规范计算值的70.7%~76.5%;单线隧道反分析得出的围岩荷载为同级别按规范计算值的88.8%~93.1%。研究成果对蒙华铁路隧道现场施工和优化支护结构设计起到了很好的指导作用,希望能对以后类似隧道工程的设计和施工提供参考。     

浅埋黄土隧道施工探讨

本文简要介绍浅埋黄土隧道施工的成功经验。如施工中加强初期支护质量，及时施作二次衬砌，加量测，及时处理地表危害以及总结出的浅埋黄土隧道开挖安全变形量为８ｃｍ等对对类似地质条件下的隧道施工有所帮助。     

纸坊隧道三台阶与两台阶开挖数值模拟对比分析

采用有限元分析软件对炭质板岩的纸坊隧道施工中的三台阶七步开挖法与两台阶五步开挖法进行数值模拟研究,分析2种工法的隧道变形情况、初期支护及二次衬砌的受力情况。分析结果表明：两台阶五步开挖法较三台阶七步开挖法,在控制变形方面是有利的,但是除锚杆内力有所减小外,钢拱架轴力、拱腰及侧墙部位初期支护喷混凝土、二次衬砌均有增大趋势。