铁路黄土隧道施工变形规律及预留变形量研究

为研究黄土隧道施工变形规律及预留变形量,以蒙华铁路双线黄土隧道工程施工为依托,采用现场实测和统计分析的方法分析隧道周边位移变形规律,以确定黄土隧道设计预留变形量。双线黄土隧道施工的变形规律表现为:隧道开挖时,拱顶下沉和周边收敛发展较快,仰拱封闭后,变形趋于稳定;隧道拱顶下沉大于周边收敛。Ⅳ级围岩黄土隧道下沉速率集中分布在5 mm·d~(-1)以内,部分深埋断面速率大于5 mm·d~(-1)。Ⅴ级围岩黄土隧道深埋时,拱顶下沉较小,速率集中分布在5 mm·d~(-1)以内;浅埋时,部分断面拱顶下沉超出设计预留变形量,速率在15mm·d~(-1)以内;其表现出的特点是:浅埋变形大,速率大。净空变形特征值的均值在浅埋时为4.1,深埋时为2.2。Ⅳ、Ⅴ级围岩黄土隧道设计预留变形量建议值分别是8~10 cm、12~15 cm。     

既有隧道两侧新建明、暗洞结构开挖力学行为对比及开挖顺序研究

隧道近接问题一直以来都是隧道工程界研究的热门话题,合理确定近接问题研究流程,准确分析近接施工力学行为及施工顺序,对近接施工实际问题的解决有重要意义。为研究近接施工问题,以浦梅铁路既有隧道两侧新建近接隧道工程为依托,建立两种计算模型,对比分析不同结构物近接形式下围岩应力以及既有结构位移的变化情况。计算结果表明:明洞结构物开挖带来的影响大于暗洞结构物开挖带来的影响,浅埋侧土体围岩应力敏感性远大于深埋侧土体围岩应力敏感性。对于浅埋偏压隧道两侧新建隧道,开挖会使既有结构产生向开挖侧位移变形,但最终既有结构会产生向浅埋侧位移;浅埋偏压-两侧暗洞结构形式采用先开挖深埋侧隧道再开挖浅埋侧隧道,浅埋偏压-明暗结合结构形式采用先开挖浅埋侧明洞再开挖深埋侧隧道。     

超浅埋超高断面暗挖隧道地层变形控制技术

研究目的:通过建立ANSYS仿真模型,研究隧道开挖引起的地层扰动对地表沉降和拱顶下沉2个重要安全控制指标的影响规律,从而控制地层应力重分布对施工安全和结构稳定带来的不利影响;实施地层变形仿真结果与实测结果的对比分析和反馈设计,优化隧道开挖步序,从而实现复杂环境、软弱富水围岩条件下超浅埋超高断面暗挖隧道的成功修建.研究结论:通过仿真计算与实测变形绝对值对比,实测和仿真计算预测的地层竖向变形值在各级控制范围之内.故针对软弱富水围岩下的超浅埋超高断面隧道施工,建立以100%应力释放的平面应变模式的ANSYS仿真模型,适合现场施工过程控制和优化的需要;针对超浅埋超高断面暗挖隧道施工采用的CRD工法,仿真结果显示在软弱富水围岩条件下2、4、5和7部开挖引起的沉降量占总量的85%～90%,以此进行优化,即所述各部采用台阶式预留核心土法开挖,隧道断面以2、4和5、7部的分界面控制台阶高度,采用先贯通上部断面后贯通下部断面的分台阶CRD法施工,该方法安全可靠.     

双线超高大跨度浅埋铁路隧道施工技术

结合浙赣铁路罗家里隧道的施工经验,详细介绍了双侧壁导坑法在双线超高大跨浅埋隧道中的应用。通过双侧壁导坑施工方法减小了隧道一次性开挖断面,并结合围岩变形的量测结果,加强支护措施,有效地解决了软弱地层条件下隧道围岩竖、侧向应力过大的难题,保证了施工安全,满足了工期要求。     

盾构与浅埋暗挖隧道小间距并行施工技术研究

成都地铁5号线为满足车辆调度需求,在九兴大道站小里程端采用左线盾构隧道与右线大断面浅埋暗挖隧道的双线并行布设方案,双洞净距2.9m。本文以该超小净距隧道为背景,采用数值模拟方法对隧道开挖时地表沉降规律及夹层土体应力状况进行了分析。结果表明,无论何种开挖次序,先行隧道的开挖均会导致后行洞开挖引起的地表沉降曲线向先行洞偏移并有所增大;由于左线小断面盾构隧道施工扰动理论上较小,因此先施工右线大断面浅埋暗挖隧道后再进行左线盾构隧道的施工顺序更为合理;先浅埋暗挖后盾构隧道施工造成的地表沉降值在两洞中间区域略小于先盾构后浅埋暗挖隧道施工;双线隧道通过后地表沉降槽呈现出"U"形状态,盾构隧道的通过造成地表沉降影响范围增加了约1/4;双线开挖过程中中间土体在浅埋暗挖隧道一侧受施工的影响更为明显,应重点关注。     

浅埋矿山法隧道施工对地表建筑物的影响研究

浅埋隧道施工对地表建筑物的影响,主要与隧道断面和埋深、围岩物理力学性质、施工方法及隧道和建筑物的空间相对关系直接相关。基于莞惠城际铁路松山湖隧道下穿建筑物区段工程,为预测浅埋隧道施工对地表建筑物的影响范围以及影响程度,以隧道埋深、建筑物基础类型、隧道与建筑物空间关系等多种因素为可变参数,建立大量力学模型,通过数值模拟分析,得到隧道围岩变形规律,并以此为基础分析隧道开挖对地表建筑物变形的影响。结合工程经验,建立划分隧道对地表建筑物影响范围的分区和控制标准,提出相应的影响范围判定经验公式。     

隧道施工中量测项目的监控

本就内昆铁路施工监理过程中遇到的５０多座各种类型的隧道，对深、浅埋，单、双线铁路隧道新奥法施工的必测项目的测点布置、量测方法、量测频率和围岩稳定性判断等方面作一归纳以供参考。     

浅埋大跨隧道合理施工方法研究

以昆明铁路枢纽东南环线呈贡隧道为工程背景,采用三台阶临时仰拱法、三台阶环形开挖留核心土法、三台阶法对隧道施工过程进行数值模拟,通过对不同施工方法下围岩变形、塑性区分布、支护结构应力和内力的比较分析,认为三台阶环形开挖留核心土法既能保证工作面的稳定性又能在一定程度上控制围岩变形,是浅埋大跨隧道比较合理的施工方法。     

高原冻土地区特大断面隧道洞口浅埋段施工技术

结合兰新铁路第二双线祁连山隧道进口浅埋段施工技术,阐述高原冻土地区浅埋段采取拱墙长管棚配合中隔壁法开挖的方案进行施工,不仅能有效的加固围岩,确保了隧道结构的稳定,而且此方案操作相对简单,大大降低了施工成本,提高了工效。     

城市地铁上软下硬地层Ⅳ级围岩浅埋大断面隧道开挖方案优化研究

针对贵阳地铁1号线某区间暗挖隧道上软下硬地层Ⅳ级围岩浅埋大断面工程特点,采用数值模拟计算、现场监测等手段,对区间隧道的Ⅳ级围岩进行优化分析,对比介绍了该施工条件下采用两台阶左右分步开挖法与竖撑加强两台阶分步开挖法对隧道稳定性的影响。实践表明,采用竖撑加强两台阶分步开挖法可有效控制区间围岩的变形,保证隧道施工安全,可为类似工程的设计、施工提供参考。     

不同开挖步骤引起浅埋隧道地表沉降的数值分析

地铁施工扰动地层,必然造成相应的地层变形。结合沿海地区软土地区浅埋暗挖矩形隧道施工,使用有限元软件对分部开挖进行非线性数值模拟,分析矩形隧道初期支护在开挖过程中的地表沉降变形。分析结果表明,浅埋软土矩形大跨隧道在开挖过程中,群洞效应的作用和施工方案有密切关系,在此基础上提出了控制地层变形的技术措施,在天津地铁1期工程施工中得到了充分的利用并且取得了良好的效果。     

京张高铁八达岭长城站超大跨隧道变形控制标准研究

为了确保超大跨隧道开挖过程围岩稳定和施工安全,合理确定各开挖步序的变形控制标准,采用理论分析、数值模拟实验和现场监测等方法,建立隧道变形与围岩应变相互关系的计算模型,提出基于围岩极限应变的隧道总变形控制标准,制定超大跨隧道分步变形控制标准和分级管理方法。研究结果表明:隧道围岩总变形控制标准取决于隧道围岩的极限应变;Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ级围岩32.7 m跨度的隧道,其拱顶总沉降控制标准分别为40,90 mm和180 mm;超大跨隧道施工过程中成跨阶段的变形约占总变形的95%,成墙阶段的变形约占总变形的5%。     

硬岩地区暗挖车站不同开挖方法对地表沉降影响的模拟研究

浅埋暗挖法施工必须结合当地地质情况选择合理的开挖方法,开挖过程中应严格控制相应变形,尽可能减小开挖扰动。以青岛地铁1号线某大跨度暗挖车站为工程背景,通过室内模型试验,采用全断面法、台阶法、双侧壁导坑法、CD(中隔壁)法、CRD(交叉中隔墙)法进行模拟隧道拱盖开挖试验,研究了各种施工方法下围岩压力的变化规律和沉降的变化趋势。模拟试验结果表明,在开挖过程中地表沉降及围岩变形可分为缓慢变形、快速沉降、稳定变形3个阶段。以全断面开挖法引起的最大沉降值为比较对象,其他施工方法在最大沉降值上均有一定程度的优化,其中CRD法的优化效果最显著。     

青岛地铁穿越富水弱胶结地层支护方案优化研究

为解决青岛地铁穿越富水弱胶结地层隧道安全快速施工难题,针对隧道上部天然隔水层保护前提下的支护方案优化,考虑支护结构对围岩稳定性控制的影响,通过数值模拟分析了不同支护方案下隧道开挖后围岩变形规律与塑性区扩展特征;基于隧道上覆岩层塑性区范围、隧道沉降和收敛值等控制指标优化了支护方案,并结合Peck公式采用非线性拟合方法建立了地表变形预测公式。结果表明:以超前小导管结合超前锚杆的联合支护体系能够有效控制隧道开挖围岩变形,并对上覆隔水层起到一定保护作用,优化后支护方案安全、合理、高效,为类似条件下的地铁隧道变形控制及快速施工提供了理论依据和技术指导。     

基于微震监测的高速铁路大跨度过渡段隧道开挖损伤区分布特性及演化规律

基于微震监测技术具有识别岩体损伤位置、程度和大小以及破坏进程的优势,以新建京张高速铁路八达岭长城站大跨度过渡段隧道为研究对象,在隧道地表与洞周布设微震测点,实现立体式、全方位的微震事件监测。根据监测结果,分析围岩损伤区分布特性及演化规律。结果表明:根据微震事件分布密度,可将微震事件分为高密度区、中密度区和低密度区;微震事件累计分布频率为60%的边界可作为高密度区与中密度区的交界,累计分布频率为80%的边界可作为中密度区与低密度区的交界;微震事件高密度区对应为围岩高损伤区,围岩高损伤区受围岩级别和隧道跨度的双重影响,给出基于这2个参数的隧道不同位置处围岩高损伤区深度预测公式;围岩损伤程度采用微震事件的平均矩震级参数标度;围岩损伤区深度与围岩变形之间存在较强的正相关性及阶段性。基于围岩高损伤区深度,进行预应力锚索(杆)设计,结合围岩变形结果,验证了锚索(杆)设计参数的安全性。     

富水蚀变岩大断面高速铁路隧道开挖大变形控制技术

以富水花岗岩侵入蚀变带区域高速铁路隧道建设为背景,对隧道开挖围岩变形控制技术进行研究。运用隧道工程理论、数值模拟和现场监测等技术与方法,提出了从全断面开挖法、台阶法、CD法到CRD法的安全度逐渐增加的隧道开挖方法,确定了避免富水花岗蚀变岩进一步应变软化和力学参数弱化的隧道开挖支护结构形式及其参数,得出了适当加大预留变形量结合衬砌紧跟的施工工艺。实践表明,按研究出的开挖方法和支护方案进行施工,可以有效控制隧道围岩大变形而使变形快速收敛,能够减少侵限处理工作量,并确保富水花岗蚀变岩隧道开挖时围岩稳定和地下工程结构安全。     

不等跨小净距隧道施工力学分析与应用

为研究不等跨小净距隧道施工时两隧道相互影响关系,基于大横琴山隧道,建立有限元模型,对各开挖步与不同围岩条件以及开挖顺序引起围岩位移、应力及支护结构轴力、弯矩变化进行分析,得到地表及特征线沉降位移、围岩主应力、支护结构特征点轴力及弯矩。结果表明:施工时大跨度断面隧道上部位移较大,同时其地表沉降极值位于隧道中间偏向大跨度隧道处;中夹岩柱在小跨度隧道侧的水平位移较大,因此在支护时,需要对小跨度隧道侧的中夹岩柱进行水平支护,以防止失稳;对比不同围岩条件变形受力特性,较弱围岩条件下施工时,需要进行不对称支护,同时先施工小跨度隧道较优。     

新宝塔山隧道浅埋偏压段施工及监控量测分析

浅埋偏压段及不良地质条件给隧道施工造成安全隐患,也是造成整条隧道施工失败的主要问题。新宝塔山隧道部分处于浅埋偏压段,讨论了该段施工设计和施工工艺,包括地表注浆加固围岩、超前管棚注浆锚杆预支护、段台阶开挖法、喷锚挂网支护和围岩监控量测信息反馈与预测预报等,为隧道的顺利贯通提供了有力保障。     

客运专线超大断面隧道不同工法引起地表变形数值分析

研究目的:通过数值分析方法分析客运专线大断面隧道施工工艺、施工方案的可行性。研究方法:为研究同一围岩条件下隧道开挖而引起地表变形的特性及机理,借助于计算机技术和数值模拟计算,主要介绍了台阶法、CD法的施工工艺及施工方案、建模及计算成果等。研究结果:通过对大断面隧道开挖引起地表变形的数值模拟成果的分析,得出了在同一围岩条件下,采用不同的施工方法开挖隧道引起地表变形的特性和机理,在此基础上提出了相关的施工技术措施。研究结论:客运专线大断面隧道施工工艺繁多,各种工艺在具体应用前必须进行数值模拟计算,使整个隧道过程都处于安全可靠控制范围之内。