仰拱一次性开挖长度对黄土连拱隧道稳定性影响研究

为了研究合理的黄土连拱隧道仰拱一次性开挖长度,减少工程灾害和加快施工进度,先从力学机理上分析了仰拱一次性开挖长度对隧道稳定的影响。然后利用有限元方法模拟和自行设计的隧道试验系统进行模型试验,分析了不同的仰拱一次性开挖长度对地表沉降、洞周附加水平位移和中隔墙的受力影响。最后提出了最佳的黄土仰拱一次性开挖长度,并应用于黄土连拱隧道的施工。     

浅埋偏压大断面隧道套拱暗挖段优化方案

低山、丘陵区隧道受所处地形地貌条件限制,洞顶部分往往不可避免处于地表沟谷等不利地形中,给隧道施工带来技术难题和安全风险。传统防护方案采用对称套拱来加强处于地表附近洞身段支护,这种支护方案从结构受力考虑合理,但不等于最优方案。本文以横岭隧道工程为例,结合地质条件优化设计,采用不对称式套拱支护方案,减少了开挖量和边坡防护量,节省了施工成本和最大限度保护了原始地形地貌。该方案适用于公路和铁路处于低山、丘陵区隧道浅埋偏压套拱暗挖段的隧道洞顶施工以及浅埋偏压段的隧道洞口施工。     

大拱脚台阶法在高速铁路浅埋隧道中的应用研究

由于隧道空气动力学效应,高速铁路隧道大多采用单洞双线断面,由此导致隧道的开挖断面增大,特别是对于浅埋隧道而言,其施工的技术难度和安全风险更为突出,选用合理的施工方案就显得非常重要。目前,关于大拱脚台阶法施工报道不多。结合某高速铁路浅埋隧道实体工程,采用数值模拟和现场测试方法,对大拱脚台阶法在浅埋高速铁路隧道中的应用进行深入系统研究。采用大拱脚台阶法安全顺利地完成该浅埋隧道施工,并且实测数据与数值模拟计算结果基本吻合,表明基于理论分析和数值模拟提出的施工方法是科学合理的。     

隧道压力拱动态演变机制及规律分析

隧道开挖后形成的压力拱是随着围岩的渐进性破坏而动态发展的。以毛洞情况下隧道的最终状态为依据将动态压力拱分为稳定无塌落拱、稳定有塌落拱和不稳定无塌落拱三类,将围岩压力拱的动态发展分为原始应力状态、雏形压力拱状态、初始压力拱状态、塌落压力拱状态4个典型的时间段,从而对动态压力拱理论进行了完善。对初始压力拱和塌落压力拱的拱体厚度进行了理论推导,从理论上揭示了围岩压力拱动态发展的影响因素。通过实例计算得到了隧道埋深、侧向土压力系数与初始压力拱拱体厚度的关系以及塌落压力拱随塌落高度发展的动态演化规律。结果表明:初始压力拱拱体厚度与侧压力系数呈线性负相关,与隧道埋深呈正相关;侧压力系数对初始压力拱拱体厚度的影响随隧道埋深的增加而增大;随着塌落高度的增加,围岩压力拱范围先增大后逐渐趋于稳定,而拱体厚度则先增大后减小;若塌方在拱体厚度达到最大时仍无法稳定,则最终会发展为塌穿型塌方。     

开挖方式对跨基覆界面浅埋偏压隧道变形的影响分析

崩坡积～灰岩交界段(土岩交界段)一部分为松散的坡积体,一部分为岩体,工程性质相差较大,不同的隧道开挖方式会对隧道的稳定产生较大的影响。基于四川省九寨沟—绵阳高速公路某隧道工程,采用模型试验和数值模拟的方法,对有挡土墙预加固措施情况下崩坡积～灰岩接触地段浅埋偏压隧道在环形开挖预留核心土法、三台阶七步开挖法、CD法和CRD法4种开挖方式下的受力和变形特性进行研究。结果表明:土岩交界段浅埋偏压隧道的地表沉降呈现出明显的不对称特征,4种开挖方式下的最大地表沉降均向左侧偏移; 4种开挖方式产生的最大围岩位移都发生在隧道的拱顶处,且右拱肩、右拱腰的沉降值小于左拱肩、左拱腰; 4种开挖方式最大主应力的最大值出现在隧道右拱腰位置处,最小主应力的最大值出现在隧道右拱脚位置处; 相较于三台阶七步开挖法,环形开挖预留核心土法、CD法及CRD法都能够最大限度地保证隧道施工的安全。     

邻路基变坡条件下浅埋偏压隧道施工工法及合理开挖工序研究

邻路基变坡条件下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。依托安徽省某高速公路浅埋偏压隧道,比选台阶法、CRD法、环形开挖预留核心土法,作为施工工法;并研究CRD法合理开挖工序。研究结果表明:邻路基条件下浅埋偏压隧道采用CRD法为施工工法在控制围岩变形、保证结构安全性上均优于台阶法及环形开挖预留核心土法;比较CRD法先开挖深埋侧与先开挖浅埋侧两种开挖工序,数值计算结果表明先开挖浅埋侧方案隧道洞周位移值、地表位移及支护结构内力值较先开挖深埋侧小,更能够保障施工安全与结构稳定。所得结论可为类似地质地形条件下的浅埋偏压隧道设计与施工提供技术参考。     

隧道开挖围岩土压力拱效应分析

采用弹塑性理论应力反馈算法,研发材料本构模型子程序,将土的应力路径本构模型嵌入大型有限元软件ABAQUS,通过对三轴压缩和三轴拉伸试验条件的数值模拟,验证了子程序的精度。利用二次开发后的ABAQUS对隧道开挖过程进行了三维有限元分析,从不均匀变形、应力重分配、应力路径和地表沉降规律四个方面研究了由重力引起的大主应力改变产生的土压力拱效应。研究结果表明:隧道开挖过程中,围岩土体中的应力路径变化非常复杂,并受几何位置和开挖进程影响;隧道埋深较浅时,土压力拱作用至地表,尚未完全发挥支撑作用,表现为隧道上方土体的整体沉陷变形;隧道埋深较深时,土压力拱的作用未影响至地表,充分发挥了支撑作用,表现为隧道上方土体的塌落变形;土压力拱的作用范围受隧道埋深影响不大,约为隧道半径的3倍。     

分岔隧道大拱段围岩稳定性监控 与爆破振动效应分析

 分岔隧道是一种新型的隧道结构形式,其设计方案、开挖支护方法对围岩稳定性至关重要。以沪蓉西高速公路庙垭隧道为工程背景,基于大拱段跨度大、浅埋等工程特点,通过围岩变形监测、支护体系受力监测和爆破振动现场监测,分析分岔隧道大拱段围岩变形特点和控制措施,并探讨爆破振动对浅埋地表稳定性的影响,得到浅埋大拱隧道施工开挖的围岩变形规律、支护体系受力状态以及其爆破振动效应的特点,判定浅埋山体的稳定性及支护参数选取的合理性。该研究为分岔隧道的现场施工提供了必要的依据,对今后类似工程的设计和施工具有重要的参考价值。     

隧道不同开挖方式初期支护极限位移值

初期支护极限位移值是隧道开挖支护过程中围岩应力状态变化的重要的反馈信息,是判断隧道围岩稳定性状况的直接依据。为了计算极限位移值,采用Hoek-Brown屈服准则,运用尖点突变特征值作为极限状态的判据,依据JTG/T D71—2004《公路隧道交通工程设计规范》和工程经验选取断面形式、支护方式以及材料参数,运用FLAC3D分别确定正台阶法、环形开挖预留核心土法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等4种开挖方式在不同埋深、围岩级别和支护参数影响下,拱顶、拱腰和拱脚的极限位移值。通过对计算结果的统计分析,可知环形开挖预留核心土法可有效控制拱脚的变形,而双侧壁导坑法则能很好地限制拱顶沉降值与拱腰的收敛值,并确定了掌子面变形的主要区域。同时提出应明确洞周变形控制点,细化埋深范围,依据不同的开挖方式划定不同的位移允许范围。     

浅埋偏压隧道施工方案优化及受力变形特性分析

结合永吉高速毛坪隧道浅埋偏压段下穿高压线塔工程实例,提出环形开挖预留核心土加钢管桩施工工法。借助于FLAC3D有限差分软件对开挖方案进行施工过程模拟,分析隧道关键位置的受力与变形特性,并与传统环形开挖预留核心土法和CRD法进行对比,取得合理施工工法。然后针对偏压特性,对深浅埋侧的开挖顺序进行了对比。结果表明:(1)CRD法在施工前期效果较好,但整体效果不如环形开挖预留核心土法;(2)施加钢管桩对控制围岩变形,减小围岩应力方面效果突出;(3)先施工浅埋侧比先施工深埋侧相对偏于安全;(4)深埋侧整体应力值明显大于浅埋侧的,隧道存在整体侧移的趋势。     

连拱隧道施工工序对既有建筑桩基的影响分析

为研究连拱隧道开挖施工对近距离既有建筑桩基的影响,结合重庆市某连拱隧道建设工程,通过数值分析和理论计算相结合的方式,分析连拱隧道在不同开挖工序下其自身的位移沉降以及对周边建筑桩基的影响,优化施工工序。结果显示,在所研究的4种典型施工工况下,隧道右洞比左洞滞后40 m开挖这一工况既不增加先行洞位移和既有桩基位移,又能比设计方案提升近一倍的开挖进度。该计算结果可以有效地优化该连拱隧道开挖设计,对于指导施工也具有一定的现实意义。     

贵广铁路客运专线龙围隧道围岩开挖松动区分析

合理确定隧道围岩开挖松动区对隧道设计与施工具有极为重要的意义。针对贵广铁路客运专线龙围隧道工程,在开挖无支护情况下隧道围岩应力场的弹塑性数值模拟分析基础上,利用在隧道开挖边界沿径向以围岩中的点稳定系数变化曲线的方法来分析围岩开挖松动区范围,结果显示,在拱顶及边墙两侧附近的松动范围较大,在仰拱底部松动范围很小,而在分析开挖松动区的同时,也得到了其所对应的稳定系数。同时,也采用经典的弹塑性理论分析方法计算了该隧道的围岩开挖松动区。二者对比分析表明,传统近似算法所得的松动区范围,在洞顶区域偏小,而在仰拱区域偏大。综合而言,所采用的数值分析方法是较为合理的。     

连拱隧道初支结构稳定性评价及施工方法探讨

连拱隧道结构形式复杂,开挖与支护工序转换频繁,围岩受多次扰动,施工风险高,直接影响隧道围岩与支护结构体系的安全性。依托某浅埋偏压连拱隧道工程,采用数值分析方法评价了连拱隧道初期支护结构的安全性。结果表明,受地形偏压影响,左、右侧主洞初支结构内力和变形存在明显的不对称性,深埋侧主洞贯通而未施作二衬情况下开挖浅埋侧主洞,初支结构多个典型特征点处的安全系数均小于规范规定限值,是导致连拱隧道发生大型塌方的主要原因。浅埋偏压连拱隧道主洞开挖时应采取“先外后内”的施工工法,并保持合理的安全步距,相关结论可为相关工程提供参考。     

不同支护应力下土质隧道压力拱分布规律试验研究

隧道开挖使得围岩应力重分布而产生拱效应,拱效应的作用范围与隧道支护结构设计的安全储备以及经济性密切相关,并且一直都是岩土工程界的一个重要研究课题。作者根据相似原理,选用中砂为实验材料,采用卸载支护压力模拟隧道开挖。通过实测不同支护力条件下洞周土体径向和环向的土压力数据,分析了土拱拱体在不同支护作用下的发展变化规律,结果表明:压力拱拱体内外边界随着支护压力的减小而不断扩大,最终达到厚度为1.3倍洞径左右的稳定压力拱拱体。研究结果对地下“洞”室的开挖以及衬砌设计具有参考意义。     

龙池隧道出口明拱暗墙进洞施工方案

指出安全进洞是整条隧道顺利施工的前提,结合工程概况,介绍了龙池隧道出口洞口浅埋段采用明拱暗墙法进洞的具体施工方法,得出了明拱暗墙法既可确保洞口边仰坡稳定,又可节省明拱顶部的大管棚,是一种科学有效的施工方法的结论.     

连拱隧道施工中存在的问题及解决方案

通过对某连拱隧道施工现场的调研,针对连拱隧道施工存在的问题,提出了利用喷射混凝土梁解决中墙顶部空洞问题,针对分段爆破、预裂爆破问题,提出了隧道开挖造成隧道破坏的解决方案。     

浅埋隧道中隔墙施工技术

应用广泛的浅埋连拱隧道中隔墙先行实施技术,是隧道成功实施的先决条件。阆中东山隧道地质以软质岩为主,易出现基础承载力不足、侧壁坍塌,在中隔墙实施过程中,掘进采用光面爆破技术、基础注浆锚杆、墙顶空隙注浆、型钢花架支撑防止偏压等针对性措施,使中隔墙顺利实施,为隧道正洞掘进创造了条件。     

黏质黄土地层高铁隧道变形控制基准研究

黄土隧道具有埋深浅、开挖时变形量大、稳定性差的问题,下穿既有建构筑物时,给地表建构筑物的安全带来巨大的影响,需保证开挖过程中变形在规范规定的范围内。针对黏质黄土地层高铁隧道开挖过程中的拱顶及地表变形规律进行分析,结合现场实测数据的分析,得出黏质黄土地层中隧道的沉降量与埋深及开挖方法有直接关系,相同的埋深下地表沉降与拱顶沉降有着显著的线性关系,其比值与施工方法的相关性不大。进一步得出了基于地表沉降控制要求的黏质黄土地层高铁隧道施工变形控制基准:S_v=[δ]/i_H,可供类似工程进行变形控制提供依据。