京张高铁八达岭长城站大跨度深埋三连拱隧道设计及施工方法研究

目前三连拱隧道衬砌荷载尚无成熟的计算方法且类似工程施工经验相对较少,以京张高铁八达岭长城站为例,研究在V级围岩地质条件下,大跨度深埋三连拱隧道设计计算方法及合理的施工工序。依据普氏平衡拱理论并借鉴双连拱隧道围岩荷载计算方法,提出深埋三连拱隧道围岩荷载模型,通过建立有限元模型,分析三连拱隧道的合理施工工序。研究表明:三连拱隧道围岩压力可以看作拱部松散土压力及中隔墙所承受的压力之和;三连拱施工工序推荐采用先侧洞后中洞的工序,对于施工过程中保持围岩及支护结构体系的稳定较为有利;通过右洞围岩压力计算结果与现场检测结果对比分析,围岩压力最大相对误差在10%以内,全施工阶段监测情况一切正常,验证了解析法计算结果的合理性及施工工序的优越性。     

小净距隧道下穿既有建筑物稳定性研究

近接施工引起的结构稳定性一直是城市地下工程关注的热点问题。以合肥小净距隧道穿越利海大厦办公楼工程实践为依托,建立三维数值力学模型,研究建筑物桩基变形特性、小净距隧道围岩塑性区分布和衬砌力学响应。研究结果表明:上台阶开挖引起桩基沉降占整个断面通过后总沉降量较大比例,上台阶施工过程控制尤为重要;接近隧道入口的桩基沉降量最大,从外向内逐渐减小;隧道通过20 m后,桩基沉降基本稳定。小净距隧道围岩塑性区主要集中在边墙、中隔墙和拱脚,建议设置中隔墙对拉锚杆和拱脚锁脚锚杆;先行洞洞周变形大于后行洞,先行洞隧道拱肩、中夹岩柱侧边墙二次衬砌安全系数最小,应作为施工阶段重点监测部位。研究成果对复杂环境城市地下工程设计、施工提供参考和借鉴。     

新城子隧道小间距段导洞作用效果计算分析

研究目的:小间距隧道的工程难点主要是群洞效应以及中间岩柱的稳定性问题,国内目前研究主要集中在浅埋、城市环境以及一般围岩环境,针对挤压性围岩中的小间距问题研究甚少。基于此,本文以兰渝铁路新城子隧道为工程背景,通过数值计算及数据统计分析的方法,研究挤压性围岩中小间距隧道导洞的作用效果,以期为相关工程提供参考。研究结论:(1)挤压性围岩小间距隧道,邻洞的存在对主洞开挖的影响包括中间岩柱的塑性变形和邻洞的变形释放,两种变形效应叠加产生相互影响;(2)先行洞室开挖的影响范围为掌子面前方1.5B,掌子面后方2B;(3)先行导洞的作用,可以明显减小后行洞室扩挖时对先行洞室的影响,同时本线的位移减小至无导洞的10%～20%,影响范围降至1.5B之内;(4)新城子隧道变形统计分析显示,后行左线变形小于右线11.6%～20.4%,当采用导洞应力释放后,左、右线平均值及最大值减小7%～20%;(5)该研究成果可为类似挤压性围岩隧道的设计与施工提供参考。     

3洞小净距隧道围岩压力计算方法

针对3洞小净距隧道围岩压力计算问题,基于普氏平衡拱理论,将围岩压力看作单洞隧道的基本压力与相邻隧道开挖引起的附加压力之和,提出适用于3洞小净距隧道的围岩压力计算方法;根据该计算方法研究不同岩柱厚度、开挖跨度和开挖高度对围岩压力的影响规律,并将该计算方法应用于确定八达岭长城站3洞小净距隧道围岩压力。结果表明:随着岩柱厚度的增加,围岩压力不断减小,当岩柱厚度达到某一值时,围岩压力与单洞隧道相同;岩柱厚度、边洞跨度和中洞高度变化影响整体围岩压力,中洞跨度和边洞高度仅影响各自单洞围岩压力;3洞小净距隧道的最优开挖顺序为"先边洞、后中洞",中洞围岩压力大于边洞,应力值最大点为中洞顶部。施工中应注意中洞围岩稳定,采取有效的措施对岩柱区域进行加固。     

不对称双连拱偏压铁路隧道修建技术研究

研究目的:在我国30多年双连拱隧道工程实践史中,大多数都是在公路隧道中应用,隧道断面多为等跨对称结构,大跨不对称双连拱铁路隧道的工程实践在国内还几乎为空白,对此进行深入研究。本文以新建兰渝线新作坊隧道为工程背景,采用ANSYS有限元软件分别模拟了在V级围岩地形偏压条件下不对称双连拱隧道两种不同工序的施工过程,以获取不对称双连拱隧道的受力、变形特征、施工工法、支护体系。研究结论:通过对隧道结构体系关键部位在开挖过程中的受力和变形分析,得出:(1)开挖过程中左、右洞室及中隔墙顶部关键点的应力和变形随施工步变化的规律;(2)"中导洞+右洞+左洞"的三台阶施工工法更加适合该隧道施工;(3)大跨不对称双连拱隧道采用不均衡支护体系;(4)为有效解决中隔墙顶部渗漏水的问题,在其顶部V型区域设置小导管并进行注浆,对中隔墙顶部岩体进行加固提高其抗渗性能。计算结果为该隧道的设计提供了可靠的依据,同时为该类隧道的设计提供了参考。     

隧道初期支护钢拱架的应力分布规律研究

隧道开挖时,由于地质条件的不确定性和复杂性,导致支护结构受力状态发生变化,因此掌握支护结构应力分布规律对于隧道工程安全施工具有十分重大的意义。以下穿渝湘高速公路的凤咀江铁路隧道为背景,利用数值模拟和实际监测研究不同围岩和不同拱架间距下隧道初期支护钢拱架的应力分布规律,研究表明:(1)Ⅴ级偏差围岩最大拱架间距取0.8m,Ⅴ级偏好围岩最大拱架间距可增大至1.0m;(2)从应力分布角度看,钢拱架内外侧应力大部分为拉应力,且钢拱架最大拉应力出现在拱脚处,最大压应力在拱顶处;(3)当围岩质量状况变差时,钢拱架应力和应力梯度会迅速增大,钢拱架受力不均匀性也会显著增加;(4)在Ⅴ级偏差围岩条件下,当增大拱架间距时,钢拱架应力会迅速增加,因此要严格控制好拱架间距。     

小间距地铁隧道设计思路

研究目的：本文从断面拟定、防排水、施工工艺、结构受力等方面，对广州市轨道交通3号线岗顶站至石牌桥站区间喇叭口隧道由双连拱隧道改为两座独立的小间距单线隧道施工的设计思路进行了介绍，重点对设计与施工中可能遇到的各种不利因素，从施工工艺、施工工序、支护措施等方面进行论述，阐明双连拱隧道改为两座独立的小间距单线隧道后施工的可行性、施工工艺的先进性以及防水设计的可靠性，为连拱隧道设计提供一个新的设计模式。 研究结论：将双连拱隧道设计方案改为两座独立的单线隧道进行设计，即可缩短施工周期，又可提高防水的可靠性。通过对岗顶站至石牌桥站间施工过程的监控量测表明，在两座近距离单线隧道施工过程中，采用本文所述的施工工序和支护措施后，能够解决隧道施工过程中的围岩偏压、拱顶下沉等隧道施工问题。可为今后的类似工程提供借鉴作用。     

城峰1#,2#,3#隧道小间距段出洞方案

随着高速铁路工程技术的不断向前发展,为减少展线绕行,小间距隧道方案的运用越来越普遍,向莆铁路上小间距隧道就频繁使用.城峰隧道三线小间距,施工干扰复杂,洞身开挖会相互影响,中间岩柱加固难度大,通过分析向莆铁路城峰1#,2#,3#隧道的施工技术,介绍了小间距隧道的施工要点,为小间距隧道施工提供参考经验.     

隧道出洞的设计研究与应用

研究目的:受地形、工程地质等环境条件的不利影响,隧道工程洞口段的围岩相对稳定性较差,施工难度和风险较大,一般采用由外而内进洞的设计、施工方式,由内而外出洞的设计鲜有资料。本文结合具体工程案例进行隧道工程出洞的设计研究,能较好地实现隧道工程的出洞施工,并提出隧道出洞的设计方法,总结其优势及应用推广价值,供广大设计与施工者参考。研究结论:(1)隧道出洞设计需要研究洞口位置及洞门设计、施工方案、结构设计、辅助工程措施、洞口坡面处理等方面;(2)应用在工程实例中,验证了隧道出洞设计方案的可行和可靠,取得良好的社会、经济效益;(3)该隧道出洞方案具有优势及应用推广价值,尤其适用于中、短隧道或一端不利于进洞施工的隧道。     

小间距隧道施工监控量测分析及应用

对于临近既有隧道新建小间距隧道而言,由于两洞之间的相互影响,围岩及衬砌结构受力比较复杂,施工过程中的现场监控量测显得尤为重要,这既是对既有隧道结构安全性的检测,也是对新建隧道施工的妥当性以及加固措施有效性的评价。针对包西铁路通道新宝塔山施工中洞周收敛、拱顶下沉、围岩压力、喷射混凝土应力及钢架应力等进行了监控量测,确保施工的顺利进行。     

从黄龙村隧道施工探讨黄土隧道施工方法

研究目的:黄龙村隧道的围岩状况在郑西铁路客运专线具有一定的代表性,通过对黄龙村隧道施工过程进行总结,进而探讨并总结黄土隧道的施工方法。研究结果:黄龙村隧道的弧形导坑预留核心土短台阶法是可以用于黄土隧道施工的有效工法之一。     

既有公路下软基浅埋隧道综合修建技术的研究

研究目的：岑梧高速公路牛岭界隧道岑溪端洞口段存在多种复杂的不利因素（小型滑坡、浅埋、下卧软基、繁忙国道从上方通过），通过总结此段设计与施工方案，为今后类似工程提供参考和借鉴。 研究方法：采用工程类比和结构分析的方法进行研究和分析。 研究结果：通过分析和类比，确定采用超前双侧壁小导坑及钢管灌注桩来改善隧道基底承载能力的方案。 研究结论：双下侧导坑施工方案适用于浅埋特大跨、地表下沉量要求严格、围岩条件极差的隧道，且更着重于基础的处理。双下侧导坑断面小，易于操作和控制变形，采用全断面封闭支护，大大改善了导坑的受力状况。同时导坑的超前施工先行，可超前探明地质情况，提前处理基础，为整个隧道支护提供足够地基承载力；基础钢管桩能够提高桩问土的承载力，改善隧道仰拱基础，形成大仰拱基础，且能抵御隧道整体下沉。     

大跨度隧道塌方处理技术

研究目的：大跨度隧道洞口地形地质情况复杂，围岩完整性差，易出现塌方，对隧道施工进度和质量影响较大，本文结合大丽线禾洛山隧道出口段塌方的处理，对复杂地形地质情况下大跨度隧道洞口段的施工进行总结。 研究方法：针对禾洛山隧道出口段的地形、地质条件以及塌方情况，采用工程类比、数据分析和优化方案的方法，确定经济合理的处理措施，并对围岩、结构变形等进行了量测和分析，对主要结构进行了必要的检算。 研究结果：针对禾洛山隧道出口段具体的地形、地质以及塌方情况，采取有效的处理措施，取得了良好的效果。 研究结论：大跨度隧道洞口段地形、地质情况复杂，围岩软弱，有效预防和处理隧道塌方，顺利通过洞口段是隧道施工成败的关键。本工程采用大管栅、小导管注浆联合超前支付、预留核心土开挖塌体的处理方法，使塌方得到了有效控制和处理，保证了安全顺利通过塌方段，解决了隧道施工进洞难的问题。     

管棚支护技术在武广客运专线隧道软弱围岩开挖中的应用

研究目的:由于隧道洞身横穿软弱围岩,结构松散,围岩稳定性极差。为了解决这一施工中遇到的问题,因此特别针对软弱围岩的开挖支护进行了技术研究。研究结果:通过管棚注浆超前支护在桐木冲隧道出口软弱围岩开挖中的应用和监控量测,进一步地了解了管棚注浆支护的原理,有效地阻止了开挖时软弱围岩的坍塌和涌水,为隧道的施工安全提供了保障。     

浅埋不良地质条件下小净距隧道掘进与减振爆破技术研究

研究目的:研究重庆轻轨新郑区间浅埋、上软下硬地层、软弱夹层岩柱等不良条件下小净距隧道掘进和爆破减振技术,保证围岩与支护结构的稳定性、光爆良好效果和地下管线安全。研究结论:(1)洞口回填松软土层浅埋地段采用超前大管棚支护,并对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ四种围岩段,采用正三台阶、正二台阶预留核心土、正二台阶及全断面开挖方式,配合采用光爆技术,适合浅埋不良地质条件下双隧道净距仅5.8 m情况下小净距隧道修建;(2)小净距隧道爆破中掏槽孔爆破产生的振动强度最大,通过对不同地质段采取预裂光面爆破和预留光爆层爆破两种方法,掏槽眼分别采取五梅花中空直眼掏槽及斜眼掏槽方法,实测地面测点振速1.8 cm/s,相邻洞内边墙衬砌振速11.02 cm/s,爆破振速满足规程要求,且确保了光爆效果,减振爆破技术可行。     

注浆在地铁矿山法隧道中的应用

研究目的：随着我国城市轨道交通的快速发展，在城市地铁中按喷锚构筑法原理进行设计和施工的浅埋暗挖矿山法隧道越来越多，本文旨在分析在矿山法隧道中各种辅助施工措施的特点、适用条件。 研究方法：通过对多个矿山法隧道的调查研究，对不同文地质条件、周边环境下的注浆措施进行分析对比和总结。 研究结论：在城市地铁中的矿山法隧道，需根据工程的周边环境、隧道埋置深度、工程及水文地质条件、隧道断面尺寸，结合隧道施工的基本工法，选择合理的注浆参数，对地层及围岩进行必要的加固和止水，不但可以避免较多的施工风险，节约工程投资，而且还可以减少对周边环境的影响及破坏，满足工期的要求。     

城市轨道交通小净距隧道支护结构设计与施工技术研究

城市轨道交通小净距隧道中间岩柱体厚度远小于普通分离式双洞隧道,围岩变形和支护结构受力较为复杂。隧道施工引起的地层变形与两隧道间的净距有很大关系,如何合理地确定小净距隧道支护参数及施工步骤,确保施工顺利进行,已成为近年来人们普遍关注的一个现实问题。结合南京地铁小净距隧道围岩的受力、变形特点,对小净距隧道的支护结构设计与施工技术进行了研究,为大跨小间距隧道设计和施工提供参考数据和理论依据。     

基于有限单元法的隧道抗水压衬砌结构设计

研究目的：客运专线铁路隧道结构设计中往往会碰到水荷载作用计算难题，考虑抗水压衬砌结构设计仍然是隧道设计与研究热点之一。为检验隧道衬砌结构设计的安全性及防水性，有必要对抗水压衬砌设计结构进行内力计算。研究方法：针对金沙洲隧道特定地质条件和工程设计要求，采用基于有限单元法的荷载结构模型，对按围岩类别设计的3种隧道断面衬砌结构受力进行数值模拟。研究结果：研究得到了衬砌外水压力以及结构内力及分布特征，并验算了衬砌结构的安全系数。通过对计算结果分析验证，选出了各自围岩级别下合适的衬砌结构。研究结论：在全断面封闭排水的衬砌结构设计中，应着重考虑发挥混凝土的抗压性能；在富水区地下水头较大时。采用帷幕注浆法改善堵水圈的渗透系数，可有效降低衬砌的外水压力；选择仰拱外轮廓隅角半径、仰拱与曲边墙的连接处的半径以及仰拱厚度作为控制变量，可以改善衬砌结构受力特征。     

土岩复合地层隧道群洞施工力学响应研究

为探究小净距隧道群洞穿越不同地层施工引起的力学响应,基于青岛地区土岩复合地层特殊地质条件,通过数值计算并结合现场测试数据,分析小净距地铁隧道群洞施工引起的地表沉降、应力特征、拱顶变形规律。结合工程实际,将隧道群洞施工划分为4个不同阶段并依此分析,结果表明:隧道群在其阶段Ⅳ施工后引起地表沉降变形较大,其他阶段地表沉降无明显变化;不同开挖阶段对夹岩的扰动程度存在差异,阶段Ⅳ施工使夹岩主应力出现剧烈变化,且夹岩最薄弱处最不利状态发生于阶段Ⅳ,但无剪切破坏现象;隧道拱顶沉降最大增量在该条隧道开挖后出现,上线隧道施工显著影响其他隧道拱顶沉降,且能够引起中线隧道拱顶抬升。研究成果为同类工程的施工稳定性分析提供了现场指导和技术支持。