马湾隧道初期支护开裂变形施工处理技术研究

马湾隧道穿越下元古界周进沟组石英片岩区域,浅埋、偏压、围岩破碎。设计开挖方法为三台阶临时横撑法,自DK846+241开始至DK846+295段施工过程中多次出现拱顶掉块、初支纵向裂缝和表层起鼓、剥落现象;施工方法改为三台阶法之后,裂缝仍然进一步扩展,最大宽度约10cm。本文通过理论分析及数值模拟,提出了三台阶同步施工方法,采用仰拱初支紧跟下台阶、初期支护尽早封闭成环的方法控制隧道支护变形。监测结果显示,仰拱施工完成15d后变形逐渐趋于稳定,有效地控制了裂缝发展,该方法为类似工程地质条件的隧道施工解决了难题。     

浅埋偏压隧道洞口段初期支护变形分析与控制

以某在建山岭隧道为工程背景,分析了洞口段初期支护产生过大变形的原因,采用有限元软件对其开挖施工过程进行了仿真分析,结合现场监测结果,得到了浅埋偏压隧道洞口段初期支护的受力及变形状况,并提出了变形控制措施。分析结果表明:洞口偏压段初期支护呈现明显的不对称弯曲变形;最大拉应力出现在深埋侧拱腰内边缘,最大压应力出现在深埋侧的拱脚外边缘和浅埋侧的拱腰内边缘;通过有序减压卸载、增设临时斜撑、洞内注浆、及时成环等措施可有效控制变形发展。研究结果可为类似地质地形条件下隧道洞口段初期支护的设计与施工提供参考。     

超浅埋大断面隧道双侧壁导坑法施工参数优化研究

为研究在软弱地层、富水、超浅埋等复杂建设条件下,采用双侧壁导坑法修建大断面隧道的适用性和合理施工参数,本文以厦门翔安海底隧道陆域段行车隧道工程实例为依托,采用数值模拟结合现场应用分析开展研究。结果表明:竖直临时支撑控制竖向沉降能力优于弧形临时支撑,但弧形临时支撑的总体受力分布和抵抗侧向变形明显优于竖直临时支撑,推荐采用弧形临时支撑;推荐导坑内上台阶长度为4m,下台阶长度为8m,左右导坑间距8m,中导洞间距30m,每循环开挖一般控制在1m,即两榀钢拱架;一次拆撑10m,保留40m初期支护全封闭且变形稳定的未拆撑段;采用优化调整后的双侧壁导坑法,可适用于该工程复杂建设条件,工效显著提高,陆域段月均进尺达到55m。     

浅埋偏压大断面隧道施工力学分析

针对某大断面公路隧道洞口浅埋偏压段采用CRD法进行施工,利用ANSYS有限元分析软件,对隧道的开挖过程进行了数值模拟,重点分析了地层的沉降、临时支护和初期支护的内力随开挖过程的变化情况。结果表明:采用CRD法施工,围岩应力呈不对称分布,以拱肩、拱脚和临时支护与永久支护结合处较大;深埋侧的拱肩、拱脚和地表的位移量都较浅埋侧大。     

浅埋黄土隧道洞身穿越岩土分界受力变形特征

靖神铁路横山隧道为黄土地区浅埋单线铁路隧道,围岩自稳性很差,地质条件极为复杂,隧道暗挖段洞身穿越岩土分界地层。本文以横山隧道为工程背景,运用FLAC3D的interface单元,通过数值模拟和现场试验研究隧道洞身穿越岩土分界的变形和受力规律,确定施工变形控制措施。研究结果表明:超前小导管、两台阶法+临时横撑+扩大拱脚+掌子面加固施工方法可有效控制围岩变形,保证隧道安全施工。进一步分析了超前支护和初支控制变形的作用,超前小导管起到了限制围岩变形的作用。掌子面全为黄土时围岩变形量、支护受力明显较大,应确保加强拱脚与墙脚支护,并及时施作仰拱,超前支护采取双层超前小导管,而当隧道穿越岩土分界线时,应当尤其注意加强拱脚支护。FLAC3D的interface单元可较好地模拟隧道穿越岩土分界线时围岩及支护的受力变形状况,计算分析和现场实测都表明:地表沉降、拱顶下沉和洞周位移均小于15 mm,控制隧道地表沉降及围岩变形效果较好,保证了隧道安全稳定。     

富溪偏压连拱隧道围岩与支护结构变形和受力特征分析

铜黄高速公路汤屯段富溪偏压连拱隧道,长623m,洞口段围岩为全风化变质砂岩,呈散体结构,不能自稳。洞口段左侧埋深较右侧大,存在明显的偏压。隧道施工采用三导洞法进行,施工期间对洞口段三导洞、正洞的多个断面进行现场监控量测。通过分析监测数据,可得围岩变形与支护结构受力特点。监测结果表明:中导洞形成后,浅埋侧导洞先行施工,其围岩变形较深埋侧导洞要大;正洞施工期间,深埋侧拱顶下沉较浅埋侧大,深埋侧水平收敛呈扩张趋势,浅埋侧水平收敛呈收缩趋势,中隔墙呈向浅埋侧偏移趋势;无论初期支护还是二次衬砌,其围岩压力、混凝土内应力均是深埋侧大,由于整体衬砌有向浅埋侧运动趋势,钢支撑所受应力在浅埋侧较大。分析结果对富溪偏压隧道施工具有指导意义,对类似隧道的设计、施工和研究具有借鉴和参考价值。     

浅埋偏压隧道进洞施工力学特性研究

隧道进口段围岩常常具有浅埋、偏压、风化严重等特点,若施工处理不当,极易造成洞口边、仰坡滑动和洞内塌方等事故,从而影响隧道正常施工和人员安全。结合具体工程,对浅埋偏压隧道进洞施工开展了三维数值模拟,并结合监测数据分析了施工对围岩和支护结构力学特性的影响,主要结论如下:围岩变形具有非对称性,浅埋侧围岩变形量要小于深埋侧;随着隧道的逐步开挖,隧道深埋侧拱脚和浅埋侧拱肩处围岩易于发生剪切破坏,而且围岩的塑性区也主要位于这两个区域,并逐渐向拱顶上方贯通;初期支护结构的受力状态受偏压地形影响显著呈非对称性,而超前支护受偏压影响较小;现场实测围岩变形与计算结果较为吻合,且变形在22天后达到稳定状态。     

浅埋偏压大断面隧道施工力学分析及方案比选

结合南宁玉象隧道偏压浅埋大断面隧道工程实际,建立了偏压浅埋大断面隧道施工动态有限元数值模型,分别采用上下台阶法、CD法和双侧壁导坑法3种施工方案,模拟施工对围岩变形和力学特性的稳定性影响,对围岩位移、应力、锚杆、初期支护轴力与二衬弯矩等进行对比分析,结果表明,双侧壁导坑法能较好地控制围岩位移,应力分布与隧道支护结构内力分配较合理。     

厚层松散堆积体偏压隧道施工方法优化研究

由于穿越厚层松散堆积体浅埋偏压洞口隧道的围岩性质十分不稳定。因而选择合理的开挖工法对隧道安全施工极其关键。本文依托飞仙关公路隧道洞口工程,对中隔壁法、两台阶带临时仰拱法和两台阶预留核心土法三种施工方法进行比选,通过数值模拟,比较三种工况下的围岩塑性区和围岩位移。研究得出在洞口Ⅴ级围岩段宜采用两台阶预留核心土法施工;Ⅳ级围岩段宜采用两台阶带仰拱法施工。该研究成果可为隧道洞口工程施工提供一定参考。     

浅埋偏压隧道洞口段合理开挖工序及受力特征分析

 浅埋偏压隧道洞口段为典型的三维问题,而且其初始地应力以自重应力为主,精确模拟实际地形和地层情况可以获得较为真实的初始地应力,增大计算结果的可靠性。利用FLAC3D程序对厦蓉高速公路贵州境内的老寨隧道浅埋偏压洞口段采用的施工过程进行三维仿真分析,比较环形导坑预留核心土法先开挖浅埋侧与先开挖深埋侧2种开挖工序,得到老寨隧道在采用不同开挖工序时各阶段围岩及支护结构的变形和应力变化情况;通过对比得到较优方案,并运用释放荷载法和主应力迹线法对开挖方案的合理性进行解释。最后,分析现场3个监测断面的量测成果,经过数据整理和计算得到老寨隧道洞口段围岩及支护的受力特征。所得结论可为老寨隧道及具有类似地质地形情况的隧道设计和施工提供技术参考。     

薄壁面板隔墙法在特大断面隧道施工中的力学特征分析

以某浅埋暗挖城市地铁车站为工程背景,利用有限元数值模拟方法分析了薄壁面板隔墙法的原理和在施工过程中隧道围岩的变形和力学演化特征。分析结果表明,薄壁面板隔墙法的台阶式导坑开挖主导了隧道结构的应力集中特征和变形特征,施工时特大断面隧道的初衬、锚杆和围岩的应力、应变均沿隧道轴向方向阶段性地出现多个应力集中区和位移剧变区,各区域的分界处基本和隧道先开挖侧各导坑开挖端面平齐。而且,中隔墙和预留核心土的设置有效地改善了开挖对特大断面隧道围岩的扰动,使得隧道围岩塑性区小,隧道的拱脚水平相对净空变化指标和拱顶相对下沉指标均能满足特大断面隧道的稳定性要求。     

浅埋大断面大跨度连拱隧道支护体系现场监测试验研究

浅埋大断面大跨度连拱隧道跨度大、埋深浅、围岩稳定性差,地质条件复杂,为保证施工顺利进行,需加强隧道施工监测,根据监测调整后续施工方法。对浅埋大断面大跨度连拱隧道支护体系的现场监测试验方案及不同开挖工序下隧道支护体系受力特点进行了分析与研究。研究结果表明:①左右洞上台阶开挖引起支护体系应力分布较大变化,是隧道支护主要监测控制点;②右洞上、下台阶开挖引起中墙内力较大变化,是中墙稳定主要监测控制点;③右洞上、下台阶开挖对支护应力的纵向影响范围约为隧道跨度的1/3和1/2;④对于浅埋大断面大跨度连拱隧道,应及早施作二衬,封闭成环,以改善结构受力。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站关键工况控制措施研究

 北京地铁14号线将台站基于大直径单洞双线盾构隧道采用PBA工法扩挖形成。以地铁将台站作为工程背景,根据实际施工工序,分析了PBA工法扩挖大直径盾构隧道建造地铁车站的关键工况。利用“地层-结构”相互作用有限元法,模拟开挖过程,着重研究了盾构隧道两侧中洞非对称开挖和两侧K管片非对称拆除这两个关键工况的结构体系受力转换规律。结果表明：由于两侧中洞的非对称开挖扣拱及两侧K管片的非对称拆除,导致中洞初期支护、管片以及中隔墙的应力分布呈现非对称状态;管片环的最大主应力由压应力变为拉应力;中洞拱部初期支护最大主应力出现在一侧的K管片拆除后;在中洞开挖阶段,中隔墙最大主应力出现在一侧中洞开挖后;在K管片拆除阶段,当一侧的K管片拆除后,中隔墙承受偏压,两侧的K管片均拆除后,中隔墙的偏压现象消失,此时中隔墙主应力最大。表明在两侧中洞非对称开挖和两侧K管片非对称拆除工况下,中隔墙承受明显的偏压。根据数值模拟结果和管片拆除试验段的中隔墙应变监测结果,针对“中洞支护参数、中洞开挖方法、K管片拆除方法”等设计方案进行了优化,以确保车站扩挖施工安全和车站结构安全。     

大跨度浅埋隧道二次衬砌结构静力分析

结合大跨度浅埋隧道衬砌的受力情况比较复杂的特点,通过对广乐高速公路某隧道的二次衬砌结构进行静力分析,验证了设计采用的二次衬砌厚度和配筋率是合理可行的,可为同类大跨度浅埋隧道的二次衬砌结构设计提供参考。     

公路隧道喷射混凝土套拱加固结构力学特性

为研究喷射混凝土套拱加固前后二次衬砌与混凝土套拱的受力状况,依托陕西汉中至留坝段八里关隧道,运用有限元软件建立隧道混凝土结构套拱加固分析模型,并通过现场监测获取二次衬砌与套拱间的接触压力、套拱格栅拱架钢筋应力、套拱混凝土应力,将数值模拟结果与现场测试结果相结合,得出套拱结构的一般受力变化规律。结果表明:套拱加固前衬砌结构的最不利荷载位置位于施工缝附近的拱顶、拱肩与拱脚处; 由于衬砌局部变形与温度应力的影响,套拱混凝土应力变化呈现反复“上升-下降-上升”最后趋于稳定的特点; 套拱的作用是控制二次衬砌的进一步变形,套拱施作后所承受荷载较小,套拱反作用力远小于围岩作用于衬砌的应力,在应力计算中不应将衬砌与套拱作为整体计算; 套拱结构数值模拟所得的结果与现场测试套拱结构内力(轴力、弯矩)的大小及分布相似度高,但在衬砌裂损严重部位,数值模拟所得结果误差较大,应以现场测试结果为准。     

Cracking mechanism of secondary lining for a shallow and asymmetrically-loaded tunnel in loose deposits

Tunnels constructed in loose deposits with low strength and complex composition are usually subjected to asymmetrical stresses at the entrance and exit. The secondary tunnel lining is prone to excessive deformation, cracking, or even collapse, seriously affecting the safety of tunnel construction and operation. In this paper, a large shallow highway tunnel in loose deposits is used as an example to study the cracking mechanism of secondary lining. Triaxial consolidated-drained shear tests are carried out on large remolded specimens to obtain the mechanical parameters of the surrounding soil. Three-dimensional numerical modeling is conducted based on the field monitoring data to simulate the process of tunnel construction and to analyze the mechanical mechanism of cracking in the secondary lining. It is shown that even with the 30 m advance pipe roof at the tunnel entrance, the apparent difference in stiffness between the retaining wall and the surrounding soil results in an obvious stress concentration at the spring of the secondary lining near the end of the retaining wall, due to the effect of highly asymmetrical stresses. In addition, loose deposits are very sensitive to construction disturbances. Large horizontal deformation towards the lower topography occurs during tunnel construction. With increasing overburden depth, the stress concentration at the spring level and the horizontal deformation in the secondary lining increases, which are the main reasons for cracking in the secondary lining. These findings can be useful for tunnel design and construction in the similar type of loose deposits.     

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。     

浅埋大断面隧道围岩稳定性数值模拟及现场监控量测

浅埋大断面隧道由于开挖断面大、埋深浅、围岩物理力学性质差,开挖后容易产生大变形及变形速度过快,严重影响施工进度和施工安全。本文基于RFPA数值模拟软件,模拟了隧道开挖时掌子面围岩的应力、位移及变形破坏特征;在数值模拟的基础上采用应力和声发射联合法对隧道现场开挖围岩的应力和岩体应力调整进行监测,分析开挖过程中岩体变形与时间和空间的变化关系,得到了掌子面开挖及施工中岩体的变形和变化规律,可以为支护措施的设计与支护时机的选取提供一定的参考建议。     

软弱围岩隧道掌子面挤出变形特征分析

软弱围岩在隧道工程中经常遇到,它的空间大变形特征受台阶长度、台阶高度、工法及地应力水平等条件的影响。结合兰渝铁路两水隧道现场监测和数值模拟相结合的方法对软弱围岩隧道的空间变形特征进行了详细分析。研究结果表明:围岩越弱掌子面纵向挤出变形大小及变形速率越大,掌子面挤出变形受上台阶断面开挖高度和围岩级别影响较受台阶长度影响显著;在洞周先行变形中,拱顶下沉较水平收敛更加明显;初始地应力场应力水平增高,隧道掌子面挤出变形会大幅增加。研究结果可为指导隧道的施工和设计提供有效依据。     

非对称地表荷载对浅埋大断面隧道影响分析

非对称地表荷载作用下的浅埋大断面隧道,其支护结构受力特性与对称荷载有较大差异。为了研究浅埋大断面隧道在非对称地表荷载作用下的支护结构的受力、变形特征,本文结合重庆市轨道3号线工贸车站暗挖段工程,通过二维弹塑性数值分析,得到在地表非对称荷载作用下浅埋大断面隧道支护结构的受力和变形特点,应以荷载较大侧的支护参数作为设计的控制参数,充分重视锚杆的作用,同时应加强监控量测控制地表建筑物和中部核心土的变形的结论,为类似工程的建设提供参考依据。