大断面黄土隧道开挖工法对比分析与选择

研究目的:通过对优化后的大断面黄土隧道开挖工法进行基于有限元理论的实际施工过程仿真计算,分析开挖过程中的围岩应力场、位移场、支护结构强度变化等规律,并结合工法的资源配置、施工进度和监控量测结果来综合确定各种工法的适用范围,从而选择合理的超大断面黄土隧道开挖工法。研究结论:结合超大断面黄土隧道的围岩地质条件,研究了隧道开挖工法CRD法、短台阶七步法和双侧壁导坑法在进度指标、下沉量、施工工序、资源配置、施工风险、施工成本等方面的定性和定量指标,对传统的开挖方法进行了工序和支护方法的优化,提出了优化后各工法的适应范围和优缺点,可为类似工程提供借鉴。     

短台阶弧形导坑法在浅埋大断面黄土隧道Ⅴ级围岩段中的应用

浅埋大断面黄土隧道Ⅴ级围岩段以往均采用双侧壁导坑法或CRD法进行施工,而这两种方法的施工进度都较慢,造价也较高。结合郑西客运专线高桥大断面黄土隧道在浅埋段采用弧形导坑法施工的成功实例,详细介绍该方法的施工工艺、变形特征、施工控制要点、变形控制基准值和施工体会。     

短台阶弧形导坑法在浅埋大断面黄土隧道V级围岩段中的应用

浅埋大断面黄土隧道V级围岩段以往均采用双侧壁导坑法或CRD法进行施工，而这两种方法的施工进度都较慢，造价也较高。结合郑西客运专线高桥大断面黄土隧道在浅埋段采用弧形导坑法施工的成功实例，详细介绍该方法的施工工艺、变形特征、施工控制要点、变形控制基准值和施工体会。     

大断面黄土隧道施工方法分析

研究目的:大断面黄土隧道开挖可采用双侧壁导坑法、CRD法、台阶法等,本文依托郑州至西安高速铁路大断面黄土隧道工程实例,通过对三种常用工法的理论分析,并结合现场初期支护下沉收敛、地表沉降的监测,对比分析各种工法的优缺点,提出适用于高速铁路大断面黄土隧道安全快速的开挖方法。研究结论:(1)在三台阶七步法、CRD法及双侧壁导坑法中,初期支护在施作二次衬砌前的安全系数分别为1.3、1.4、2.6,CRD法及双侧壁导坑法临时支护安全系数最小值为1.2、1.9,均能保证施工阶段的安全;(2)地表沉降值和黄土性质关联性更强,采用三台阶七步法和CRD法开挖,地表沉降值均在10 cm以上,双侧壁导坑法可将地表沉降值控制在5 cm以内;(3)高速铁路大断面黄土隧道无特殊情况下宜采用三台阶七步法开挖;(4)本研究成果可为类似断面工程的施工提供借鉴。     

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。     

不同施工工法对浅埋小净距隧道围岩稳定性影响的数值模拟研究

我国部分高速公路建设在山地丘陵地区,地质条件极其复杂,会遇到大量隧道工程,而有些隧道受到地形、线形规划等条件的限制,往往需要修建小净距隧道,而固岩稳定性对于施工尤为重要.本文以某浅埋小净距隧道为例,采用数值模拟的分析方法,研究隧道出口段分别采用交叉中隔壁法(CRD工法)和双侧壁导坑法施工对围岩变形和力学特性的稳定性影响,将不同施工方法开挖引起的隧道围岩变形和塑性区情况进行了对比分析.研究结果表明,CRD工法引起的围岩扰动相对较小,这将为比较选择更为安全可靠和经济合理的设计和施工方法提供较好的科学依据.     

公路隧道闭口段施工过程的动态模拟分析

隧道洞口明挖段围岩一般自稳能力较差,如何通过支护等手段保证洞口明挖段在施工过程中的围岩稳定是至关重要的问题.为保证隧道安全顺利施工,采用三维空间弹塑性有限差分法(FLAC)对隧道施工过程进行模拟分析计算,包括施工过程中周边土体的应力分布状况、变形情况,地表沉降情况,支护与衬砌的受力情况和变形状况等方面.根据模拟分析结果对隧道周边土体的稳定性和支护参数做出综合评判,为隧道施工提供科学依据.     

时速200 km 客货共线双线隧道施工方法研究

对时速200 km 客货共线双线隧道,采用有限元程序模拟了Ⅳ级(分石质、土质)、Ⅴ级围岩浅埋及偏压情况下的动态施工过程.对各工况下的不同施工方法进行了比较,以隧道施工后周边围岩的稳定性和初期支护及临时支护的安全性为指标,给出了各工况的合理工法:Ⅳ级石质围岩(包括浅埋及偏压)及土质围岩浅埋情况可采用中隔壁法施工,Ⅳ级土质围岩偏压及Ⅴ级围岩浅埋情况采用交叉中隔壁法施工较好,而Ⅴ级围岩偏压情况建议按双侧壁导坑法施工.     

青岛仰口硬岩大断面隧道的设计和快速施工

研究目的:青岛仰口隧道长约3 900 m,是青岛滨海公路的控制性工程.双向双洞六车道,隧道宽16.8 m,高9.6 m,隧道采用复合式衬砌,初期支护采用锚喷支护,二次衬砌采用模筑混凝土结构.隧道穿越地层为花岗岩,Ⅴ级围岩段约400 m,国内目前一般大断面软弱围岩采用"CD工法"、"CRD工法"或双侧壁导坑法分块施工,工序转换多、施工速度慢且大型机械无法作业,临时工程和废弃工程量大.研究结论:为了实现大型机械化作业加快施工进度和减少临时工程废弃量,Ⅴ级围岩段采用导管超前注浆加固,初期支护适当加强并紧跟掌子面,隧道采用全断面和台阶法开挖,便于大型机械配套作业,加快了施工进度,平均单掌子面月开挖成洞140 m.硬岩隧道III级、Ⅲ级、Ⅴ级围岩段可以采用台阶法开挖.     

中心轴式预切槽机械在大断面黄土隧道中的应用试验

黄土是一种特殊的第四纪陆相松散堆积物,具有强度低、变形大、自稳能力差的特点,我国大断面黄土隧道的建设通常采用三台阶七步开挖法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法等,存在施工工序多、施工进度慢、变形量难以控制、临时支护用量大、对各小断面支护结构的连接工艺要求高等问题,研究适合软弱围岩隧道机械化施工的工法非常必要。预切槽法由于具有控制地层变形能力强、施工速度快的特点,受到国内隧道界的再次关注。2013年,中铁重工集团研制成功了国内第一代中心轴式预切槽机械。为了掌握预切槽机械切灌过程性能及预衬砌的受力变形特性,进行预切槽机械在黄土隧道中的工业化试验。研究认为:(1)研制的中心轴式预切槽机械在黄土地层切割成槽能力良好,但在切灌一体化方面尚需要深入研究;(2)由于限制了地层的变形,预衬砌承受的地层压力较大。(3)预切槽法对切槽脚部地基的承载力要求较高,预衬砌脚部是拉应力集中区域,实际施工中要进行合理加固。     

公路隧道双侧壁导坑法施工过程动态模拟分析

在公路隧道施工过程中,如何通过支护手段保证隧道的稳定性是设计者和施工者所特别关心的问题。采用二维弹塑性有限元模拟了隧道双侧壁导坑法施工过程中围岩的变形特征,研究了双侧壁导坑法初期支护的作用机理及作用效果,为隧道的设计与施工提供参考依据。     

深埋风积沙隧道施工工法及围岩变形特征研究

风积沙作为一种抗剪能力弱、黏聚力低、自稳能力差的土体,隧道开挖时围岩变形难以控制,研究风积沙隧道的围岩变形特征及其适用的施工工法则显得尤为重要。依托蒙华铁路王家湾隧道穿越风积沙段,通过室内试验得到相关参数,采用有限差分法进行数值模拟,对比分析有无水平旋喷桩加固两种工况的围岩变形和塑性区发展,从而得出三台阶法、三台阶临时仰拱法、三台阶七步法、CD法以及双侧壁导坑法5种工法的变形特征和水平旋喷桩的加固效果。研究结果表明,(1)在无水平旋喷桩加固围岩的情况下,双侧壁导坑法最适用于大断面深埋风积沙隧道,但其控制效果仍然不能满足变形要求;(2)采用水平旋喷桩加固后,三台阶加临时仰拱法最适合于大断面深埋风积沙隧道;(3)水平旋喷桩与三台阶加临时仰拱法结合能够有效控制围岩变形;(4)水平旋喷桩能够显著控制上半部分围岩变形大小,并减缓全环围岩变形速率,但对下半部分围岩变形大小控制不明显。     

冻融环境浅埋砂质黄土隧道围岩变形规律研究

研究目的:黄土因其结构性工程性质特殊,其中砂质黄土受冻融作用的影响尤为敏感,浅埋砂质黄土隧道施工过程中在冻融循环作用下发生各类病害屡见不鲜。本文以银西高铁惠安堡黄土隧道洞口段现场监测结果为基础,进行冻融条件下砂质黄土的参数试验,配合数值模拟等方法,得到这种不良地质条件下隧道围岩变形规律及稳定性发展状况。研究结论:(1)冻融循环对不同含水率的砂质黄土物理、力学特性均有着重要的影响,且随着含水率的增加,这种影响的作用更加强烈;(2)运用FLAC3D软件对不同含水率砂质黄土隧道围岩变形规律进行了研究,得出冻融循环和含水率的耦合作用对砂质黄土隧道的围岩变形规律;(3)分析了冻融循环和含水率的耦合作用对砂质黄土隧道的围岩变形的影响机理;(4)本研究结论可为季节性冻土区浅埋砂质黄土隧道设计和施工提供借鉴和参考。     

巴杰若隧道软弱围岩大变形施工技术研究

新建川藏铁路拉萨至林芝段站前工程LLZQ-9标段的巴杰若隧道属于软弱围岩大变形隧道,提高软弱围岩隧道的施工水平和预控软弱围岩大变形是本工程的施工难点。施工中通过抓住软弱围岩隧道工程的特点,落实好"三超前(超前预报、超前加固、超前支护)、四到位(工法选择到位、支护措施到位、快速封闭到位、衬砌跟进到位)、一强化(强化量测)"施工技术关键环节,为后期施工软弱围岩大变形隧道提供借鉴。     

软弱富水Ⅵ级围岩隧道下穿道路及数值分析

研究目的:针对江门隧道软弱富水Ⅵ级围岩段隧道施工难题,为保证隧道施工安全及下穿段道路的运营安全,选择合适的超前预加固方式和隧道开挖方法。研究结论:(1)采用施作水平旋喷桩超前加固、大管棚超前支护和CRD工法进行开挖,保证了隧道下穿段的施工安全。(2)借助有限元计算软件,对隧道开挖过程进行全过程数值模拟,对开挖过程中围岩应力和位移变化趋势进行分析,确定施工控制和地表变形监测重点。(3)在施工过程中钢架需及时封闭成环,防止底部出现较大的位移,产生底臌现象。     

大断面黄土隧道加宽过渡段变形特性三维数值分析

针对三车道公路隧道加宽段空间跨度大,加宽过渡段设计难度大的难题。以某三车道黄土隧道为依托,采用三维有限元仿真的方法,对加宽过渡段的支护结构和围岩的变形规律进行了研究。研究结果表明:加宽过渡段处初支结构的变形呈现不对称性。距过渡段10 m范围以外加宽段围岩变形趋于对称。加宽段施工对正常段的围岩变形影响较小,对加宽段围岩的影响范围约为10 m。故在三车道公路隧道的加宽段施工过程中,除加强支护外,距离过渡断面的前10 m加宽段施工应提高监控量测频率。     

富水土砂分界地层隧道施工工法研究

在砂质黄土与全风化红砂岩形成的富水土砂分界地层中开挖隧道易出现涌水溜砂、围岩滑塌等现象.为保证隧道安全快速施工,以浩吉铁路阳城隧道为工程依托,采用室内试验、数值模拟、现场监测等研究方法,探究土砂分界地层隧道施工工法适用性.研究结果表明:按照围岩变形从大到小排序,依次为两台阶法、三台阶法、三台阶预留核心土法、CD法、双侧壁导坑法.3种台阶法墙脚处均存在较大应力集中,CD法、双侧壁导坑法施工成本高、进度慢;三台阶预留核心土法较三台阶法能有效减小掌子面挤出.三台阶预留核心土法辅以降水、旋喷桩加固等组合措施,可保证富水土砂分界地层隧道安全快速施工.     

高速铁路隧道洞口浅埋偏压段开挖方法优选

结合观音山隧道洞口浅埋偏压段工程实际,采用数值方法动态模拟了不同开挖方法对隧道洞口浅埋偏压段周边围岩和坡体变形的影响,获得了不同开挖和支护方案下隧道围岩变形、应力、塑性区的变化规律,并在此基础上进行技术经济比较,进而确定了较优施工开挖和支护方案。同时,为了解围岩稳定性和支护结构状态,确定支护参数,通过现场监控量测获得了围岩和坡体变形数据,并将其与数值计算结果进行对比分析。结果表明,三台阶预留核心土法为经济可行的较优施工方法。     

石太铁路客运专线大断面黄土隧道施工技术

介绍石太客运专线南庄隧道出口段DIK152+570~DIK152+933CRD法施工技术,对该大断面黄土隧道采用围岩预加固及辅助施工措施,开挖采用交叉隔壁法,及时封闭开挖面,做好衬砌支护,加强施工中的监控量测工作,并通过监控量测数据,分析掌握大断面黄土隧道围岩的变形情况,及时调整衬砌、支护时间及参数,确保隧道施工安全。     

郑(州)西(安)客运专线高桥隧道变形原因浅析

研究目的:多座大断面黄土隧道在施工过程中均出现了不同程度的地表裂缝,尤其在隧道浅埋偏压段更为突出,因此对大断面黄土隧道进行深入调查及针对大断面黄土隧道的施工方法,支护结构和围岩的应力、变形情况、地表裂缝情况开展研究是很有必要的。研究结果:确定隧道产生变形的原因是由于黄土结构相对疏松、施工开挖面大、施工工艺控制不严格且隧道变形地段存在偏压等原因造成的,从而提出大断面黄土隧道在浅埋段宜采用短进尺,强支护,快封闭,勤量测,二衬紧跟的施工原则,并做好地表及拱顶下沉检测工作。