浅埋隧道单侧扩建施工方案优化

目前国内外常见隧道扩建施工大都采用传统新建隧道的施工方法,但由于传统开挖方法忽略了原隧道衬砌对围岩的长期支撑稳定优势,降低了施工效率。依托重庆渝州隧道扩建施工实例对扩建优化施工方案进行了深入研究,提出了浅埋隧道单侧扩建优化施工方案,即横向采用合理拱轴线开挖,纵向采用跳槽开挖的新方法。通过现场监控量测和ANSYS三维有限元模拟还原施工全过程进行对比分析。采用优化施工方案时,随着开挖掌子面的推进,原隧道衬砌受压应力计算值增大,纵向跳槽开挖时未拆除的原隧道衬砌能够发挥柱的作用,承担因跳槽开挖而产生的围岩压力,可有效提高施工安全稳定性。横向采用合理拱轴线开挖,使得开挖后围岩压力传递更加合理,并显著降低了初期支护结构拉应力和一定程度上增加了初期支护结构压应力。数值计算结果及现场监控量测数据对比显示,浅埋隧道单侧扩建开挖方案优化后拱顶位移比现状开挖方式小约16%～20%,且拱顶基本不出现受拉区,证明优化后的开挖方案在地下工程开挖卸荷时改变了原围岩的应力路径,能够充分调动围岩的自稳能力。故采用优化施工方案不但能够减少拱顶沉降,降低衬砌的拉应力,还能在保证施工安全的同时缩短施工工期,为今后的类似隧道扩建工程提供借鉴。     

基于PLAXIS 3D的隧道围岩结构仿真分析

文章结合连云港主体港区东疏港高速公路隧道开挖实例工程项目,对隧道围岩结构的类型及失稳破坏特征进行了分析,通过采用有限元分析软件PLAXIS 3D TUNNEL(三维隧道软件)对实例隧道进行仿真计算分析,仿真结果表明:PLAXIS 3D TUNNEL软件可以很好的对隧道结构工程的变形和围岩结构稳定性进行仿真分析,输出的结果包括隧道总体位移、隧道平均应力、衬砌板轴向力等,当岩体及衬砌等参数变化时,衬砌轴应力也将随之变化。通过数据拟合可以得到隧道围岩衬砌轴应力关于隧道各个随机变量的数据变化函数和曲线,为隧道风险分析模型的建立及隧道围岩结构的失效概率分析提供数据参考。     

穿过滑坡的隧道变形与受力数值模拟分析

通过对某下穿滑坡隧道的开挖施工进行三维数值模拟,分析研究了隧道围岩位移、应力及初次衬砌应力的变化规律,并分析了采用中壁交叉法(CRD)进洞对控制开挖施工中围岩位移、应力变化的有效性.结果表明,受滑坡体的影响,隧道围岩纵向应力偏大,初期支护承受很大的纵向拉应力,拱顶和拱底处拉应力高度集中,而采用CRD法进洞能及时对开挖部...     

浅埋偏压小间距大跨隧道开挖工法的数值分析

软弱破碎岩土条件下合理确定浅埋偏压小间距大跨隧道开挖方法是隧道工程界目前一个亟待解决的难题。采用FLAC3D对软弱围岩条件下大跨度浅埋偏压小间距隧道不同开挖工法的动态施工进行了数值模拟,得出了隧道开挖支护施工过程中围岩与支护体系的位移变形及应力扩展的发展规律。数值结果表明:隧道开挖支护过程中,仰拱处存在隆起应力,中间岩柱和深埋隧道右侧出现应力集中,二次衬砌顺承较大残余应力。研究成果有利于提高隧道的结构设计和施工水平,达到设计和施工更为经济、安全、合理的目标。     

软岩隧道横洞施工对主洞衬砌结构影响分析

针对隧道中先浇筑主洞衬砌结构后进行横洞开挖的施工工序中横洞施工对主洞衬砌结构形变破坏的影响,以某软岩隧道为工程依托,通过隧道衬砌应力监测、初支结构形变监测以及横洞施工时主洞衬砌结构形变破坏的监测,对深埋软岩隧道横洞施工对主洞衬砌结构形变破坏影响进行了研究与分析。研究表明,隧道交叉段围岩形变量较大,围岩形变速率较大,最大水平收敛位移达到537mm。最大拱顶下沉值达到346.1mm,围岩形变速率平均值达到9.93mm/d;依托工程隧道衬砌为主要受力结构,受力随着时间呈逐渐增大趋势。局部位置处形成应力集中区,应力值达到1.13 MPa和1.03 MPa。衬砌混凝土在左拱脚与右拱腰位置处呈现受压状态,最大压应力值为0.889 MPa。拱顶呈受拉状态,最大拉应力值为6.45 MPa。深埋软岩隧道中的横洞施工对主洞衬砌结构的形变破损有着较为严重的影响,影响范围达到140m。在此软岩隧道中不宜采用先浇筑主洞衬砌结构后对横洞进行爆破开挖的施工工法。     

多因素作用下隧道衬砌内力随时间变化规律

针对隧道初期支护和二次衬砌施作间隔时间短的工程特点,为掌握类似条件下衬砌受力变化的规律,分析二次衬砌钢筋轴力监测数据及相应的施工工况,研究隧道开挖、围岩蠕变、隧道衬砌刚度等因素对二次衬砌钢筋轴力变化的影响,如二次衬砌钢筋轴力变化曲线可分为2个明显的双曲线变化阶段：第一阶段主要受隧道开挖和隧道衬砌刚度的影响,围岩蠕变明显,在其作用下二次衬砌钢筋轴力明显增加,且轴力变化至少在1年后才趋于稳定,第一阶段大约持续33d,此阶段隧道衬砌刚度基本形成,而后二次衬砌钢筋变化进入第二阶段;第二阶段变化主要受围岩蠕变的影响。     

基于三维数值模拟的软岩超大断面隧道施工技术优化研究

为研究超大断面隧道在软岩地层中开挖施工引起的变形情况,基于铁路设计规范和围岩分级标准对王岗山隧道穿越岩层进行围岩亚分级,通过考虑开挖方向、复杂围岩条件及断层破碎带的影响,利用ABAQUS有限元软件开展三维施工过程模拟,获得三台阶法开挖后的隧道衬砌及围岩受力及变形特征。在此基础上,提出采用更适宜控制变形的双侧壁导坑开挖法,并对其控制效果进行验证。最后,分析影响隧道衬砌和围岩变形的相关因素,得到利于控制变形过大问题的最优进尺设置参数及初期/临时支护形式。数值计算结果表明:1)双侧壁导坑法能够有效降低隧道开挖引起的衬砌及围岩变形;2)锚杆在复杂地层中能够发挥重要作用;3)循环进尺和初期支护强度均对施工引起的变形存在影响,使用新型复合管片临时支护有利于控制隧道衬砌及围岩变形;4)断层破碎带是王岗山隧道施工必须重视的关键部位,除采用合理的开挖工法外,还应辅以其他降低围岩扰动进而控制开挖变形的有效措施。     

覆土厚度对城市软岩隧道围岩稳定性的影响分析

针对城市地铁隧道浅埋表层土厚度对隧道围岩稳定性的影响,利用有限元方法研究了不同覆土厚度条件下浅埋软岩隧道开挖过程中的变形规律.结果表明：受开挖的影响,左右两侧的x方向位移较明显,y方向位移主要表现为竖向沉降且由于受到开挖的影响其变量较大;表层土厚度越大,隧道围岩越不稳定;覆土较薄,围岩应力集中现象出现在隧道两侧,覆土较厚,围岩应力集中出现在x方向下方45°位置;衬砌区域上下侧所受应力高于左右两侧,且衬砌区域应力显著大于软岩.     

基于应力比的偏压隧道施工工法及顺序研究

浅埋偏压隧道施工工法及开挖顺序的合理选择，直接影响隧道周边围岩及支护结构的安全性。以回头沟隧道浅埋偏压段右幅进口段为工程依托，运用MIDAS/GTS软件进行二维数值模拟，通过对台阶法、单侧壁导坑法、环形开挖留核心土法、CRD法等不同施工工法下控制点Von Mises应力比的对比分析，及单侧壁导坑法、CRD法等不同工法在不同开挖顺序下控制点Von Mises应力比的对比分析，研究Von Mises应力比是否可以作为比选施工工法和开挖顺序的指标。     

弹塑性解析法确定隧道二衬合理支护时机的应用研究

基于弹塑性理论,推导了隧道工程围岩塑性区内的应力和位移公式以及衬砌结构的应力和位移公式,推导出不同围岩等级下隧道开挖半径及支护范围,并给出了二次衬砌施工时合理的洞周位移值,所得结论对同类工程具有指导作用.     

既有隧道扩挖及改建技术探讨

既有隧道的扩挖或改建需求,大致可分为基于交通量增加、新增通风或逃生空间、老旧隧道维修补强等。而往往既有隧道的建设年代久远,衬砌劣化、背后空洞、围岩的依时弱化或变形等先天条件不良,且设计图说、工程记录等付之阙如,故设计前之调查更显重要。此外,如何考量利用既有隧道之外支撑及衬砌,减少扩挖或改建过程对隧道及围岩之扰动,为设计及施工另一考量重点;而若施工期间仍需维持车辆或列车之运行,则其设计与施工之考量将与一般隧道新建工程大不相同,难度更高。本文首先搜集汇整日本所开发之8种隧道扩挖工法,以及意大利开发之扩挖工法,分别探讨其适用条件、使用限制及优缺点等,最后以一台湾案例比较说明,进而探讨各种既有隧道扩挖或改建技术,以期提供尔后相关工程之选择与参考。     

超浅覆盖隧道穿越煤坑段抽坍处理技术

随着环境保育、水土保持观念的提升以及减少对自然条件改变的理念,安全、节能、环保的隧道施工技术,已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往浅覆盖隧道多以露天明挖,或辅以混凝土盖板保护顶拱再填土覆盖之施工方式,皆为需要大量开挖的施工方法。在减少开挖之因素考量下,舍传统明挖或混凝土覆盖板方式,以先进支撑稳定顶拱之工法,是最常被采用的开挖方式之一。本文探讨台湾北部某开挖中之双孔公路隧道,地形上通过一处长100 m山谷地区,其上方覆土仅20 cm～2 m,同时下方为煤碴堆积及废弃煤坑分布等不利隧道施工之因子。基于节能环保及水土保持因素考量,采用管幂工法通过。由于本案例地质材料除表土、风化岩盘及昔日矿碴外,多雨的气候,使得地表水常年汇流于山谷内,造成隧道开挖遭遇极大的困难,但经数次之抽坍应变处理后,勉为通过,其处理经验与心得,可供后续类似案例之参考。     

岩栓对隧道支撑功效之数值探讨

基于一非线性规则节理岩体组成模式,透过数值仿真途径探讨岩栓对于岩石隧道的支撑功效。所采用的岩体组成模式考虑岩石材料与节理面的力学特性以及节理面的空间分布,不仅可模拟节理岩体的完整应力应变曲线,亦可描述节理面所造成的强度与变形异向性。数值模拟结果发现,岩栓可增加特定位置的节理面正向应力,进而提高其强度与劲度,束制节理面移动与剪胀,发挥其对隧道的支撑功效。     

隧道入口深槽开挖案例探讨

基隆河员山子分洪隧道入口位于高陡边坡下,原规划为暗渠结构,为达开挖减量、工期缩短及成本节省等目的,并参考长江三峡大坝船闸开挖之经验,设计改为明渠深槽结构。深槽开挖以排桩、岩锚为主要支撑,惟排桩长并未涵盖全开挖深度,岩盘线以下开挖面参考隧道NATM理念,利用岩盘本身自立性及喷凝土、随机岩栓作为支撑。为确保开挖面之稳定,除透过数值仿真分析外,亦搭配施工中监测及预警系统。此外,在结构设计上亦应用衬砌墙之观念,搭配外支撑共构及地下排水系统,减少土、水压力之作用,达成设计之目标。     

建筑物下地铁车站穿越施工数值模拟方法分析

随着城市地下空间的开发利用,浅埋隧道穿越地面建筑物施工问题引起了越来越多的关注。以北京某地铁车站为例,采用3类数值模拟方法对建筑物下地铁车站动态施工全过程进行了模拟计算,对比分析了不同模拟方法对地表、围岩及支护结构受力变形的影响。结果表明:在不考虑建筑物及其荷载情况下地表、围岩及支护结构的应力、变形最小;在考虑建筑物存在情况下地表沉降量、基础沉降差及地表水平位移量较小,但沉降槽宽度较大;将建筑物上部结构简化成均布荷载时,基础存在与否对地表沉降曲线影响不大,但基础的存在可以减小地表水平位移、车站拱顶下沉、支护结构变形及立柱轴力。文章最后将计算沉降值与实测值进行了对比,考虑建筑物存在情况下的计算沉降值与实测值最为接近。     

泥水加压式TBM于山岳岩盘隧道施工案例探讨

台湾虽已有许多TBM隧道施工经验,但山岳岩盘隧道采用泥水加压式TBM掘进案例仍不常见。本文乃介绍台湾南部一座山岳岩盘隧道采用泥水加压式TBM实际施工案例,包括TBM机型评估、设备特性、环片设计、施工风险及因应对策等。施工结果显示切削刀头磨耗、岩盘挤压收敛、排泥管阻塞及泥水配比等为影响掘进速率之主要因素。本案例施工经验可提供未来山岳长隧道采用TBM施工参考。     

超浅覆隧道遭遇废煤坑管幂施工补强技术

近年来,随着环境保育观念的提升,"减少地表开挖"的理念已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往,隧道穿越浅覆盖段采明挖法(开膛剖肚)的方式,已逐渐被暗挖法(直接穿越)所取代;因此,管幂先撑浅埋暗挖设计,在未来一段期间内,即使是在一些地质不尽理想的超浅埋段将不断被尝试。以台湾北部某执行中的双孔公路隧道为例,探讨超浅覆隧道遭遇废煤坑采管幂施工之补强技术。由于案例穿越一旧崩塌地形成之谷地地形下方,不仅覆盖极薄,遭遇的废煤矿碴自立性极差,几乎非原设计之管幂工法足以因应;但经紧急采取双层管幂、钢管加劲及拱盖培厚等管幂补强技术后,勉为通过,其处理经验与心得,希供后续类似案例之参考。     

ADECO-RS工法在隧道洞口浅覆段施工的应用与对策

近年来,随着环境保育观念的提升,减少地表开挖的理念,已逐渐落实在隧道设计及施工实务上。以往,隧道洞口浅覆段采用明挖法,已逐渐被暗挖法直接穿越所取代。即使在地质、地形或环境条件上不尽理想之区段,基于整体路线考量,亦有非采用不可之情形。本文以台湾北部正施工中的双线双车道公路隧道为例,探讨ADECO-RS工法在隧道洞口浅覆进洞的应用与对策。由于该案例位处山凹处,属谷部地形,不仅覆盖极薄,开挖过程中更遭遇到废煤矿碴与多雨的气候,使得降雨所汇集的地表水,不断入渗至隧道内,开挖面自立性极差。几乎非原设计之NATM工法足以因应。但经采取ADECO-RS工法之管幂加劲、土心加固及拱盖培厚等超前约束与加固理念后,勉为通过,其处理经验与心得,希供后续类似案例之参考。     

卵砾石层潜盾隧道变形抑制措施及施工与监测回馈——以机场捷运CU02A标工程为例

台湾目前机场捷运、台电输配电地下管道、科学园区地下污水管道等多项工程采用卵砾石层潜盾隧道,惟既有文献显示,土层潜盾隧道钻掘引致地盘行为已多所研究,台北捷运已发展隧道钻掘引致地表沉陷槽预估公式,而卵砾石层潜盾隧道之相关研究较少。基于卵砾石层潜盾隧道在建工程及未来应用日渐增多,显示其研究之重要性。以机场捷运计画桃园国际机场路段CU02A标工程为例,以其潜盾隧道遭遇卵砾石层及已穿越路段之防护及变形抑制措施,包含一般路段之背填灌浆及预铸环片,以及高风险区段(如穿越滑行道等)之机上灌浆、加强背填灌浆、二次灌浆及预铸环片等,藉由施工一般监测及自动化监测结果,分别探讨一般及高风险区段隧道钻掘对地盘变形行为影响,并经由其结果之交叉比对,探讨变形抑制措施效果,以期回馈潜盾设计施工参考。最后,亦藉由既有施工与监测资料,尝试印证设计阶段之设计考量,阐述设计理念与施工实务之结合与回馈。     

以修正强制变形法分析隧道耐震能力之探讨

提出一种分析隧道耐震能力之拟静态修正强制变形法,此法在包含隧道结构在内之地盘模型边界施加强制之剪应变,监测隧道结构之受力与变形,逐步加大剪应变,直到隧道结构破坏,再将破坏时之剪应变与地动速度进行转换,即可评估隧道之耐震能力。相较于复杂之动力分析方法,此法简单、快速、实用,并具有一定之可靠度,适合工程实务之用。惟应用本分析方法,下列数值要点,需注意并加以探讨;1)地盘领域需取多大;2)施加剪应变的型式与施加速率;3)隧道与地盘接口的影响;4)地盘塑性行为的影响等。首先提出修正强制变形法之分析流程,再与弹性地之圆形隧道解析解进行比较,证明数值分析方法正确无误后,再针对上述数值分析要点摘要研究结果,提出具体建议,以供使用此类分析方法的工程师参考。