特大跨度四线深埋隧道施工工法研究——以乌蒙山2号出口车站隧道为例

针对特大跨度四线铁路隧道,其开挖面积相当于6倍普通单线铁路隧道,开挖成洞难度大,尚无成功先例。以六（盘水）沾（益）铁路乌蒙山2号出口四线车站隧道工程为背景,通过数值模拟和现场监测,开展特大跨度隧道施工工法研究。研究结果表明： 1）通过“撑索转换”,即利用“外锚”替换“内撑”,实现拱部临时支撑的安全拆除,降低拱部支护体系转换过程中的施工风险,并且突破传统软岩隧道施工中拆撑步长、跳拆等限制,提高了拆撑安全性及灵活性,同时为后续施工提供了较大的工作面。2）通过“以索代撑”,即利用锚索取代临时横撑,避免临时撗撑拆除风险,使得开挖更加灵活。3）采用三台阶“撑索转换”及“以索代撑”施工工法,实现了特大跨度隧道台阶法施工。     

基于压力拱理论的大跨度隧道深浅埋划分研究

我国现行铁路隧道设计规范对深浅埋的界定采用统计法,这种统计方法没有充分考虑围岩自承载能力,统计样本数有限,统计隧道的跨度较小,其统计样本91.6%都在5~10 m宽度的隧道内取得,对于三线、四线以及更大跨度的隧道显得无能为力。基于压力拱理论,以拱顶主应力发生偏转为判据,确定隧道深浅埋临界埋深,提出拟合公式。为以后大跨度隧道深浅埋划分提供有益的参考。     

抗水压多层衬砌分析模型及其应用研究

隧道穿越岩溶多发地段时易承受较大水压荷载作用,相对传统的复合衬砌,抗水压多层衬砌可设置二道防水板,保证了衬砌的施工质量。基于此,文章提出了抗水压多层衬砌的分析模型,通过实例分析得出,内、外层衬砌间仅压弹簧的弹簧刚度系数增加时,内、外层衬砌弯矩基本不变,外层衬砌轴力减小,偏心距增大;内层衬砌轴力增加,偏心距减小。当水压荷载增加时,衬砌拱顶由大偏心受压状态变成小偏心受压,再逐渐逼至抗压极限承载状态,安全系数先增后减;拱腰、边墙处逐渐逼至抗压极限承载状态,安全系数逐渐减小;拱脚、仰拱处由小偏心受压状态变成大偏心受压状态,安全系数逐渐减小。     

用MATLAB工具箱优化铁路四线隧道断面设计

借助MATLAB优化工具箱对尚未具有标准图的四线铁路隧道断面设计进行优化。轨面以上隧道断面采用三心圆形式,选取轨面以上净空面积S为目标函数,以描述断面形状的参数R1,R2,φ1,φ2,a,b,c为设计变量,通过调用MATLAB优化工具箱中的功能函数fm incon搜索目标函数的最优值。     

大跨度四线铁路车站隧道内轮廓研究

对于大跨度四线隧道,相比传统单、双线铁路隧道,其开挖跨度及开挖面积要大得多。一方面,为提高隧道空间的利用率、降低工程成本,其断面形式将更加扁平,开挖后的应力重分布状态恶化,增加了隧道结构设计和施工的难度。反之,单纯从受力考虑,衬砌结构宜采用近圆形的内轮廓,导致空间利用率降低,开挖量及圬工大幅度增加,势必产生浪费,增加成本。基于贵昆铁路六盘水至沾益段增建二线上的乌蒙山2号四线车站大跨度隧道,在满足建筑限界及相关作业要求条件下,在技术可行、经济合理的范围内,通过对大跨度四线隧道不同扁平率洞室的围岩应力、位移及塑性区,衬砌结构的承载力及经济性对比等进行研究,以确定经济合理的衬砌内轮廓及其扁平率范围,为特大跨度隧道衬砌内净空拟定提供参考与指导。     

基于乌蒙山2号隧道论多线大跨车站隧道的修建技术

随着大跨度(大断面)隧道的增多,特别是在软弱围岩中修建大跨交通隧道的几率增大,国内外都把大型洞室的修建技术列为重大研究课题予以实施。乌蒙山2号隧道是改建铁路贵昆线六盘水至沾益段增建2线工程,出口段扒挪块车站伸入隧道内547 m,为4线大跨车站隧道,最大开挖跨度达28.42m,开挖面积354.30 m2。以此车站隧道为依托,按洞口段、浅埋段、深埋段3部分,分别从开挖稳定性、施工工法、支护措施3方面对特大跨隧道的修建技术进行了分析和讨论,得出了一些有益的结论,可为今后类似工程提供参考。     

大断面隧道深浅埋划分方法研究

在中国现行的铁路和公路隧道设计规范中,隧道深、浅埋的划分是以松弛荷载概念作为基础的,并具有统计上的意义,但这种划分方法线条较粗,并没有充分考虑围岩的自承能力.文章以隧道围岩能否形成安全有效的压力拱为基本原则进行了隧道深、浅埋的划分.对于地表水平或近似水平情况,按平面应变假定,认为面内最大主应力的最大值出现在压力拱的内边界处,而将面内最大主应力方向发生偏转(拱体内最大主应力方向为水平方向,拱体外部最大主应力将恢复为开挖前的竖直方向)的点作为压力拱的外边界;当地表有较大坡度时,由于地形对自重应力场分布产生的影响,这里以等效埋深代替实际埋深,用以修正按地表水平情况计算的深、浅埋分界值.根据上述思路,对目前在建的某四线大断面车站隧道,通过数值模拟,建议取30m埋深作为隧道深、浅埋分界值.     

密贴下穿地铁车站的新建通道开挖方法对比分析

依托新建成都地铁8号线倪家桥车站换乘通道密贴下穿既有1号线车站工程,采用数值模拟方法对比分析了在三种不同开挖工况下既有车站底板、新建通道初期支护结构以及围岩的力学响应.其中工况1为5部10导洞开挖,工况2为4部8导洞开挖,工况3为3部6导洞开挖.研究结果表明:工况1既有车站底板沉降最大值为4.13 mm,分别为工况2和...     

新建换乘通道密贴下穿既有地铁车站施工工序优化

依托新建换乘通道密贴下穿既有地铁车站工程,针对新建换乘通道采用多分部开挖的施工工序难题,采用数值模拟对比分析了3种不同施工工序引起的既有地铁车站、新建换乘通道、围岩介质等的力学响应.结果 表明:从既有地铁车站底板附加变形、新建换乘通道初期支护变形及围岩塑性区指标来看,工况1所引起的最大变形值及塑性区体积均相对最小,建议采用工况1为优选施工工序.     

超前加固和初期支护对浅埋隧道地表沉降控制的贡献率分析

为研究浅埋软岩隧道不同支护方式对地表沉降的影响,以硅藻土地层飞凤山隧道斜井试验段为依托,采用数值模拟和现场监测手段,研究超前加固和初期支护对浅埋硅藻土隧道地表沉降控制的贡献率差异。研究结果表明:初期支护与无支护工况相比,地表测点位移变化为:掌子面前方测点减少31.7%,后方测点减少77.2%,可见初期支护对地表沉降控制贡献显著;超前加固与无支护工况相比,地表测点位移变化为:掌子面前方测点减少55.5%,后方测点几乎无变化,可见超前加固(掌子面约束)对其前方地表沉降控制贡献相对显著,但对其后方沉降控制贡献低;此外值得注意的是掌子面挤出位移减少了80.4%,改善作用明显;同时实施初期支护和超前加固可近似认为是仅初期支护和仅超前加固的叠加结果。研究成果可为依托工程及今后类似浅埋隧道提供参考。