软弱围岩隧道台阶法施工中拱脚稳定性及其控制技术EI北大核心CSCD

以铁路隧道为背景,采用数值分析手段,并结合部分现场监测资料,对软弱围岩隧道台阶法施工过程中隧道拱脚变形特征、上台阶基底围岩失稳形态及拱脚稳定性控制技术进行分析。结果表明:(1)软弱围岩隧道施工过程拱脚沉降和水平收敛均表现突出,在实际工程中,拱脚变形控制是软弱围岩大变形控制的关键之一。(2)拱脚部位围岩屈服程度相对较高是该处施工变形显著的根本原因。在台阶法施工过程中,基底围岩的破坏形式随台阶高度的增加由拱脚局部失稳逐渐向基底整体剪切失稳过渡。(3)从对隧道拱脚及洞周变形控制效果出发,IV级围岩可采用长台阶法施工,V级围岩宜采用短台阶法施工,而VI级围岩应采用微台阶法施工。(4)从不同台阶高度条件下极限位移的计算结果可以看出,对于软弱围岩隧道,施工中在确保掌子面稳定的前提条件下,适当增加台阶高度有利于围岩的稳定。(5)扩大拱脚和临时仰拱2种工法对控制拱脚及洞周变形均有明显的效果。扩大拱脚技术适用于拱部沉降显著的工程,而临时仰拱技术则更适用于水平收敛显著的区段。     

三台阶大拱脚临时仰拱法在软弱围岩黄土隧道中的应用

本文通过软弱围岩黄土隧道工程实践,分析了三台阶大拱脚临时仰拱法的施工特点,结合蒙华铁路车新庄1号隧道的施工,介绍了三台阶大拱脚临时仰拱法施工的工艺流程及质量控制要点。     

软弱地层连拱隧道开挖错距和台阶长度研究

近年来连拱隧道的施工方法不断优化,其中3导洞法在围岩状况较差的地段能够有效减少地表沉降和隧道变形,使施工更加安全。但由于3导洞法存在着施工工序复杂、施工参数不明确和成本高等缺点,对3导洞法的研究一般多集中在结构受力、开挖方法和支护参数等方面,而其在软弱地层中主洞开挖错距和台阶长度的重要性往往被忽视。依托广东南山路连拱隧道工程,采用数值模拟的方法,对比分析了隧道拱顶沉降和拱脚水平收敛,研究了V级围岩3导洞法合理的主洞开挖错距和台阶长度。研究结果表明:1)V级围岩3导洞法合理的主洞开挖错距是2.5～3倍洞径;2)V级围岩3导洞法合理的开挖台阶长度是10 m(中台阶)。     

炭质板岩富水段极软弱围岩变形控制施工技术

沪昆客专雪峰山2号隧道设计采用工法为三台阶临时仰拱法,但是在实际级软弱围岩施工中,此工法在施工过程中初期支护变形严重、初支混凝土掉块、剥落、变形量大于设计预留变形量造成二衬厚度不足。经过研究比选,在侵限段落采用工22a进行换拱处理,新开挖段落采用三台阶临时仰拱法,并增加大拱脚和加肋锁脚锚管,有效控制住了初支变形,顺利通过了该炭质板岩段落,取得了良好的经济效益和社会效益。     

超浅埋软弱围岩隧道拱脚稳定性及其控制技术

隧道施工中,拱脚为洞身开挖拱和喷锚支护拱的基础,基础稳定与否,决定了隧道沉降收敛变形的严重程度。为研究软弱围岩隧道拱脚对其结构自身及围岩稳定性的影响,以福州某暗挖隧道工程为背景,基于拱的受力特性和塌落拱理论,分析了拱脚的变形失稳原因。总结归纳提出超前埋隧道拱脚稳定性控制技术措施,并对隧道拱顶沉降及收敛进行了现场测试。结果表明:从拱架连接间隙、拱脚与支撑基面间隙、拱脚基础沉降变形以及水平位移控制方面着手,隧道拱顶最终沉降为50mm,周边收敛为30mm,确保了该隧道施工的安全顺利进行。     

基于数值模拟的北京地区地下道路立交隧道围岩变形分析

城市地下道路立交隧道施工过程中围岩变形分析是工程建设中的核心问题。依托北京城市地下道路工程,采用城区地质条件分层概化方法、三维数值模拟方法分析了临时仰拱台阶法（台阶法）、中隔壁法（CD法）、交叉中隔壁法（CRD法）和双侧壁导坑法（双侧壁法）施工影响下的立交隧道地表沉降、洞周变形和塑性区分布特征,明确了立交区域上下层隧道施工的影响规律。研究发现,立交区域同时受到了上下层隧道施工的影响,在地表形成椭球形的沉降盆,在洞周出现了较大的差异沉降|在地表地层和洞周拱脚、拱肩截面的“X”形区域出现了较为集中的破坏区|CRD法和双侧壁法在控制立交隧道地层变形和破坏方面具有明显优势。研究成果可为北京城市地下道路立交隧道设计、施工决策制定提供参考。     

软岩隧道台阶法含仰拱一次开挖台阶高度与长度研究

软弱围岩隧道采用传统台阶法施工时,仰拱的开挖及其初期支护均作为独立工序存在,可能引起由于初支封闭不及时而产生的初支过大变形、掉拱、关门塌方等安全事故,与掌子面开挖施工不可避免会产生相互干扰。依托蒙华铁路段家坪隧道,采用FLAC3D数值模拟方法,建立不同台阶高度和长度的数值模拟计算模型,从拱顶沉降、周边收敛、初期支护的最大主应力、掌子面稳定性、施工工效和施工便利性方面,对软弱围岩隧道台阶法(含仰拱)一次开挖台阶高度与长度进行研究,研究结果表明,中台阶高度宜控制在3m左右,下台阶高度控制在隧道高度的30%~45%之间且不宜小于中台阶的高度,上台阶高度控制在隧道高度的25%~40%之间,中上台阶长度易控制在4~6m以内,为工程施工提供参考。     

软弱围岩隧道台阶施工中拱脚稳定性及其控制技术

本文主要简单介绍了软弱围岩隧道台阶施工工程的相关内容,对软弱围岩隧道拱脚变形的特征进行了分析,探讨了软弱围岩隧道台阶施工中拱脚稳定性的有效控制技术,以保障软弱围岩隧道台阶施工水平,提高其施工质量和效益。     

大断面黄土隧道变形控制技术及支护受力特征

本文以宝兰客专西坡隧道的现场施工为工程背景,通过现场设置试验断面进行试验量测,量测内容包括围岩压力、初支钢架内力、洞内拱顶沉降和周边收敛,来研究支护结构的受力规律,并分析三台阶临时仰拱法、合理选定开挖进尺、超前支护、拱脚变形控制和仰拱封闭距离控制等隧道变形控制技术的实施效果。最终得出,土压力最大值分别为536.k Pa和267.1k Pa,分别在左侧仰拱和右侧拱脚达到;初支钢架内力内外侧最大值为173.99MPa和16.85MPa,分别在左侧上导、右侧下导拱脚达到;围岩压力和初支钢架内力值均控制在要求范围内。拱顶最大沉降分别为110.2mm和115.1mm,周边收敛最大值分别为3.8mm和37.1mm,均控制在要求范围内,验证了西坡隧道施工变形控制技术的实施效果。拱顶沉降和周边收敛在上导开挖阶段变形速率最快,在仰拱封闭后基本趋于稳定,建议减小上导开挖进尺及台阶长度,并采取合理施工进度安排,尽量缩短上导的封闭时间。     

浅埋黄土隧道安全进洞施工技术措施

以兰山隧道洞口V级围岩浅埋段施工为例,对采用三台阶临时仰拱法进洞施工中产生的沉降、裂缝较大等问题进行了原因分析,并提出了加密临时仰拱、增加临时竖撑及斜撑、洞口两侧施作反压墙等一系列措施。通过以上措施的及时施作,有效控制了围岩的变形及裂缝的发展,确保了隧道安全进洞。     

黄土隧道的湿陷变形规律及其对衬砌结构的作用

黄土围岩潜在的湿陷变形不利于隧道工后的安全稳定,为深入研究黄土围岩湿陷变形对隧道结构的影响机制,在已建黄土隧道场地开展大面积试坑浸水试验,研究湿陷性黄土围岩的渗水分布场、湿陷变形发展规律及隧道结构的受力变形规律。表明隧道开挖促使黄土围岩原生竖向节理、裂隙发育,易形成贯通地表的竖向裂缝,增大了深层黄土竖向渗水能力,地表水易于向深层土运移。隧道开挖扰动了黄土围岩原有结构,改变了深层黄土的湿陷变形特性,遭浸水作用后产生较原位土层湿陷变形更大的沉降变形。当水分入渗接近隧道埋深,围岩承载拱作用的减弱甚至消失,会显著地增大隧道围岩压力及传至基底的压缩应力,并在拱脚位置形成应力集中,引发拱脚下沉,而仰拱中部地基的弹性抗力抑制中部沉降变形发展,显著的不均匀沉降差导致仰拱中部开裂,形成纵向裂缝。对于埋深较浅的黄土隧道,应避免隧道上方地表出现长期浸水的情况;设计施工中应充分考虑拱脚地基承载能力不足的情况,可加强仰拱刚度以抵御不均匀沉降的发展。     

大跨软岩公路隧道围岩稳定性分析

本文针对大跨度软岩隧道的围岩变形特点,以集呼高速公路旗下营隧道右线出口段YK197+040断面在CD法施工下围岩变形的现场监测数据为背景,整理了拱顶沉降的位移-时间曲线,探讨了拱顶沉降随开挖时间的变化情况。运用ABAQUS软件,结合实际隧道工艺建立了三维有限元模型,数值分析了隧道开挖后拱顶及周边位移的变化趋势,研究了围岩力学性能参数对隧道变形以及围岩稳定性的影响。在综合考虑监测数据与数值结果的基础上,为后续隧道安全施工提供了有益的理论建议。     

隧道拱脚塌方施工加固及监测分析

 山岭隧道施工过程中经常会遇到隧洞塌方等事故,而拱脚塌方又具有破坏性大、隐蔽性强等特点,常在实际工程中被忽视。结合永宁高速高宝隧道施工过程中发生的拱脚塌方事故,分析隧道拱脚塌方的原因及所采用的加固措施;对拱脚塌方段周边断面及加固后塌方段断面的围岩位移和支护结构应力进行监测,确保围岩稳定及施工安全。结果表明：拱脚塌方加固处理方案实施可行,加固段围岩变形及应力均得到较好的控制,塌方段的小导管注浆加固效果较好;砂土状围岩的隧洞施工过程中应注意地下水位及降雨引起围岩吸水膨胀导致的拱脚塌方;发生拱脚塌方时应尽快封闭塌方围岩,对塌方段附近一定范围内的隧洞进行加固,并做好排水措施;对塌方段周边进行监测,待监测结果稳定后对塌方段采用单侧壁导坑开挖法进行短挖短衬施工。研究结论可为类似条件下工程的设计、施工和监测提供借鉴意义。     

工程措施对控制隧道围岩变形的力学效果研究

在对现场实测数据进行统计分析的基础上，建立了模拟台阶法施工的有限元解析模式，并用此方法，评价了台阶法、注浆、喷层、锚杆等主要工程措施对控制隧道围岩变形的效果，为新奥法施工的浅埋隧道控制地表下沉提供了理论依据。     

钢拱架应力反分析隧道初期支护力学性能的研究

适时分析软弱破碎围岩段衬砌结构的内力状态是隧道动态施工中的关键性问题之一,对判断隧道施工安全状态和评价支护结构稳定性具有重要意义。考虑钢拱架已作为软弱围岩段公路隧道初期支护的重要形式,现通过分析隧道施工现场钢拱架支护的自身特点和受力特性,建立含有钢拱架和喷射混凝土的隧道复合初期支护的地基曲梁力学模型。然后运用地基曲梁相关理论,通过现场监测的钢拱架应力推求出隧道复合初期支护内力解析式,从而迅速得到隧道支护结构的应力集中部位。最后,经由台阶法施工的隧道工程实例运用表明,基于实测钢拱架应力求解隧道初期支护内力的解析研究是分析软弱破碎围岩段隧道支护力学性能的一种新方式,并能及时有效地为隧道现场施工安全提供直观、可靠的力学依据和技术支持。     

大断面海底隧道异常变形控制措施研究

厦门海底隧道是我国第一条海底隧道,其地质条件差,地下水丰富,施工过程中,支护结构常发生较大的变形,为了保证施工安全,应寻求一套合理的控制措施用以抑制异常变形。基于厦门东通道海底隧道的现场实测数据,并结合数值模拟,对设置锁脚锚杆、加强临时支护刚度、仰拱注浆、井点降水、改变工法以及各种措施组合等控制措施进行了研究,制定了抑制异常变形的工程对策。研究结果表明,所列举的各工程措施都可以在一定程度上减小隧道支护结构的变形,而且这些措施也会在一定程度上降低围岩的塑性区范围。例如,在采用锁脚锚管后,隧道的拱顶下沉可减小约17%,减小水平收敛约12%;仰拱注浆适用于控制初期支护封闭后隧道发生的整体下沉,可减小拱顶下沉约18%。这些措施可为厦门海底隧道后续施工及类似工程提供一定的参考。     

大厚度湿陷性黄土隧道现场浸水试验研究

对于穿越大厚度湿陷性黄土地层的隧道,其围岩湿陷变形会威胁隧道结构的稳定性。为了分析黄土围岩湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,选取典型大厚度湿陷性黄土隧道场地,通过开展隧道场地地面浸水试坑试验及隧道仰拱浸水试验,测试了地面入渗和隧道基底入渗过程中不同埋深地层的湿陷沉降变形及地基的沉降变形、入渗过程中围岩的体积含水率变化分布、试坑周边地层的侧向位移、衬砌结构接触压力和轴力,研究了既有隧道黄土地层的湿陷变形特性及水分运移规律、隧道结构力学响应。结果表明,隧道开挖、衬砌作用扰动黄土结构,增大了围岩及深层黄土的渗透性;与天然黄土场地试坑浸水入渗比较,增大了竖向浸水范围,减小了水平向浸水范围。隧道围岩湿陷变形改变了围岩与衬砌结构的相互作用性状。围岩湿陷和地基软化作用增大了二次衬砌结构侧墙竖向荷载和侧墙围岩的挤压作用,引起拱脚地基承载力减小和沉降变形发展,拱顶、拱肩接触面呈受拉状态;仰拱中部地基土的抗力作用抑制其沉降变形,从而使得拱脚和仰拱中部出现显著的沉降差,导致仰拱混凝土开裂,形成纵向裂缝。此外,浸水范围内黄土的湿陷变形不仅引起竖向沉降变形,还会引起周围土体产生侧向水平位移;洞口边坡场地黄土的湿陷性和地层湿陷变形差异较大,反映了黄土山岭黄土场地地层条件复杂多变的特征。     

软弱围岩段隧道施工过程中围岩位移的三维弹塑性数值模拟

以渝黔二期工程笔架山隧道埋深最大的软弱围岩段实体建模，应用有限元程序对其施工全过程进行三维弹塑性数值模拟，从而得出该段某一指定横断面上各点围岩沉降及水平位移随开挖过程的变化规律和数值大小。计算结果表明：对沉降和水平位移影响最大的是在指定段前后各3m的范围内，约占其总量的2／3，而上台阶开挖的影响又明显大于下台阶开挖；在掌子面未开挖之前，围岩沉降和水平位移均已完成40％先右；从横断面上看，围岩位移比较明显的区域主要集中在距洞壁3～5m处。另外，现场实际量测拱顶下沉数据和拱腰水平收敛值与计算数据的相互比较表明，两者变化规律吻合较好。     

缓倾层状隧道围岩挤压变形分级与控制分析

针对高地应力环境下缓倾层状隧道围岩的挤压变形问题,以云南昭乐高速轿顶隧道为工程背景,通过已开挖洞段底板的水压致裂试验,反演了初始地应力场;基于强度应力比大变形分级标准,对围岩挤压变形情况进行了预测分析;最后结合现场围岩变形破坏特征,探讨了深埋缓倾层状围岩挤压大变形的控制措施。研究表明:在测量深度范围内,水平主应力和垂向应力均随深度线性增加,最大水平侧压系数为1.52~1.80,最小水平侧压系数为0.91~1.10,即工程区内水平应力占主导作用,且最大水平主应力方位为NW294°,与区域构造应力场主压应力方向基本一致;测试区段内围岩的强度应力比均小于4,即围岩初始地应力均处于极高地应力状态;强度应力比计算结果表明,围岩的变形以轻微(Ⅰ级)至中等(Ⅱ级)大变形为主,但考虑到缓倾层状节理发育,且部分区段围岩极为破碎,有很大可能出现强烈(Ⅲ级)大变形;双层初支与注浆加固能有效控制拱顶沉降与仰拱隆起。     

软弱破碎带不同施工工法隧道围岩变形分析

依托中条山特长公路隧道,采用有限差分软件FLAC3D,对隧道开挖支护过程采用的不同施工工法下的施工过程进行了数值分析,对各工况下围岩变形规律进行了研究,研究结果表明:单侧壁导坑法施工拱底隆起与拱顶沉降的差值较小,可防止因拱底隆起过大而造成的隧道底板的破坏,核心土在维持掌子面稳定方面作用显著,在软弱围岩地层中台阶法与预留核心土法相比优先选用预留核心土法。