超大跨度隧道预应力锚杆——锚索协同支护机理

探索运用1种新型支护形式预应力锚杆—锚索协同支护体系,在京张高铁八达岭长城站大跨过渡段跨度极大(32.7 m)且围岩质量极差(Ⅴ级围岩)的情况下保障隧道安全建设。通过现场监测,研究预应力锚杆—锚索的力学行为,结合现场围岩微震监测,分析预应力锚杆—锚索协同支护机理。结果表明:预应力锚杆、锚索的轴力均由初始预应力、预应力损失和被动支护力3部分决定;在隧道开挖过程中,锚杆和锚索的轴力演化过程可分为预应力快速损失、轴力波动和轴力稳定3个阶段,且预应力锚杆轴力沿自由段非均匀分布,锚杆自由段存在多个中性点;预应力锚杆锚固于浅层围岩内部,与被锚固岩体组成组合拱结构承担围岩荷载;预应力锚索锚固于深层围岩区域,调动深层围岩的承载力承担围岩荷载,并提高锚杆组合拱的稳定性;预应力锚杆—锚索协同作用实现了超大跨度隧道围岩的有效支护。

八达岭长城站超大跨度隧道设计施工技术研究

八达岭长城站大跨过渡段最大开挖跨度为32.7m,开挖面积为494.4m2,是目前世界上开挖跨度最大、开挖断面面积最大的交通隧道,施工难度大,安全风险高。为确保八达岭长城站施工安全,对超大断面隧道的支护参数设计、开挖新方法以及围岩变形控制原则进行研究。研究表明:1)采用设计的支护体系,通过检算得到施工期安全系数为1.16?2.46,运营期安全系数为1.59?3.54,证明工程结构是安全可靠的;2)超大跨度、超大断面隧道采用创新的“品”字形开挖方法,具有“方法简洁清晰、结构安全可靠、机械化程度高、施工效率高”的特点;3)八达岭长城站大跨过渡段总变形M控制标准,按不同围岩级别和不同跨度划分,II级围岩总沉降值为20~30mm、总水平收敛值为15~20mm,HI级围岩总沉降值为30~40mm、总水平收敛值为20~25mm,IV级围岩总沉降值为60~90mm、总水平收敛值为40~55mm,V级围岩总沉降值为130~180mm、总水平收敛值为90~105mm;4)采用数值模拟计算“品”字形开挖方法的变形量主要集中在隧道成拱阶段,约占总变形量的95%;其次是落边阶段,占总变形量的4%;最后是仰拱实施阶段,仅占总变形量的1%。

超大跨度隧道围岩支护体系构件化设计方法及其应用研究

为解决超大跨度隧道围岩和支护结构的稳定性问题,实现支护结构设计的定量化,根据初始地应力对围岩承载拱受力的影响,得到围岩受力最优的开挖轮廓线形状,提出围岩支护结构体系构件化设计方法,即将隧道周边一定范围内的围岩圈作为一个拱形结构进行强度、刚度和稳定性计算,进而设计锚杆、锚索、喷射混凝土和衬砌等支护结构。围岩支护结构体系构件化设计方法成功应用于京张高铁八达岭长城站超大跨隧道的设计中。实践表明,在采用该方法设计的支护结构体系作用下,大跨段拱顶最大累计沉降仅为17. 3 mm,拱顶相对下沉仅为0. 09%,能够满足工程安全需要。

超大跨度隧道结构防排水设计与施工技术研究

为解决跨度大于30 m的超大型隧道结构防排水施工中铺设难、焊缝多、易掉落、质量不易控制等技术难点,提出一种“环纵导排系统+复合土工膜+喷涂高弹性涂膜防水层+自密实混凝土+接缝防水”组合的新型防排水体系。从排水角度介绍环纵排水盲管、凹凸排水板及泄水管等导排系统的设计组成、布置方式及可维护性设计;从防水角度介绍复合土工膜隔离防渗双重特性、喷膜防水层性能指标及喷涂设计、自密实混凝土结构及接缝防水设计、施工工艺及关键技术等内容。实践研究表明,该新型防排水体系能够适用于超大跨度隧道结构,施工安全可靠,施工工效高,综合性价比好,防水效果优良。

超大跨度隧道开挖方法与支护体系优化分析

以大连市南部滨海大道东端桥隧工程超大跨度隧道为工程背景,采用MIDAS-GTS有限元程序对超大跨度隧道的施工过程进行二维数值模拟,对比分析采用不同开挖方法、不同支护方式情况下围岩位移场、二次应力场的变化规律以及围岩塑性区分布特征。同时结合工程施工过程中遇到的实际问题,通过优化比选,提出适合工程实际的最佳开挖及支护方案。

双侧壁导坑法在超大跨度隧道工程中的应用

本文分析了超大跨度隧道施工的地质条件及设计要求,提出了基于双侧壁导坑法的隧道施工过程,并对该过程进行数值模拟分析,研究了隧道围岩的应力和位移特征。最后文章阐述了超大跨度隧道施工的问题及建议,为今后超大跨度隧道施工提供了有力的理论依据。

空心楼盖结构技术在超大跨度隧道断面中的应用

随着城市基础设施不断发展,隧道项目的数量和规模也在不断增长,出现了许多大跨度的隧道断面。由于隧道结构构件尺寸较大,自重导致的承载效率在材料成本上涨的背景下显得效率较低。本文创新性地提出在市政工程超大跨度隧道厚板断面中采用空心楼盖的技术,根据隧道结构的自身特点,进一步提出采用双壁波纹管或GBF高强薄壁管作为筒芯内模的设计方案,可以实现较大的节材,具有较好的经济效益。

超大跨度隧道支护体系监测分析

随着经济的快速发展和公路交通运输量的逐渐提高,原有双洞4车道、双洞6车道隧道已不能够满足交通运输和人民出行需求。超大跨度隧道结构具有扁平、大跨、薄拱等特点,其围岩荷载分布和支护力学特性复杂,结构稳定性差。论文以滨莱高速公路淄博西至莱芜段改扩建工程为例,介绍了大跨度隧道支护体系的监测结果与优化建议,旨在为今后研究和建设提供参考。

干喷和湿喷工艺在超大跨度隧道中的应用对比

隧道在初期支护阶段的喷射混凝土工艺主要分为干喷和湿喷工艺。以杏花村1号隧道为工程实例,对干喷和湿喷工艺在超大跨度公路隧道施工中的应用进行了对比分析。研究结果表明:在每延米条件下,湿喷工艺的混凝土设计量比干喷少了1.03 m^(3),实际喷射量比干喷少了1.48 m^(3);在每延米条件下,湿喷工艺的混凝土损耗率比干喷降低了6.71%;干喷和湿喷工艺存在各自的优缺点,应根据现场施工情况选择合适的喷射混凝土工艺。

超大跨度隧道衬砌结构受力特征分析

为研究超大跨度隧道衬砌结构受力特征,以厦门某双洞八车道隧道为依托,建立三维数值分析模型,并结合现场实测数据,研究衬砌结构受力特征以及二次衬砌荷载分担比。结果表明:(1)围岩压力作用在初期支护上的应力小于围岩初始地应力,围岩自稳能力承受了部分围岩荷载;拆除临时隔墙在二次衬砌自重作用下,初期支护内力发生重新分布。(2)初期支护分担了约90%的围岩荷载,仰拱脚部位置的分担比率在85.7%~94%之间。(3)对于地质条件较好的地层,可以对二次衬砌支护强度进行优化设计,以节约工程成本。

超大跨度公路隧道穿越破碎带施工方案与安全措施

本文分析了超大跨度公路隧道穿越破碎带的施工方案与安全措施,重点研究了破碎带围岩的稳定性及其对隧道施工的影响。通过超前地质预报和注浆加固技术,成功确定破碎带位置并有效控制围岩变形。该方案特别采用了直径50㎜、长度450+300㎝的双排注浆小导管,显著降低了隧道拱顶下沉和周边位移,最大下沉值仅为16.4㎜,远低于设计预留的180㎜。研究结果表明,该施工方案可有效保障超大跨度隧道穿越破碎带的安全,为类似工程提供参考。

单洞四车道超大跨度公路隧道Ⅳ级围岩合理施工方法研究

为研究超大跨度公路隧道的合理施工方法,该文以连霍高速公路新疆境内小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程杏花村1号隧道为依托,通过数值模拟方法对超大跨度公路隧道Ⅳ级围岩采用CD法、上台阶CD法和三台阶七步开挖法施工的隧道变形和支护结构受力情况进行分析,在变形与支护结构受力满足设计要求的前提下,考虑各施工方法的优缺点等因素,确定最合理的施工方法,通过开展现场试验分析施工方法的可行性。结果表明:①CD法、上台阶CD法和三台阶七步开挖法数值计算的隧道变形均不大于21 mm,初期支护安全系数分别为2.48、2.41、2.28,大于隧道设计细则要求的最小安全系数,变形与支护结构受力均满足设计要求;②对比3种工法的优缺点,结合隧道地质条件等因素,确定杏花村1号隧道Ⅳ级围岩最优施工方法为上台阶CD法;③根据现场测试结果,Ⅳ级围岩采用上台阶CD法施工,拱部下沉最大值为14.6 mm,周边位移最大值为15.0 mm,隧道变形控制效果较好;初期支护的最小安全系数为6.94,满足设计要求。

超大跨度变断面隧道围岩力学动态响应与开挖步序优化数值模拟研究——以苏州七子山隧道为例

保证超大跨度变断面隧道的施工安全,同时兼顾施工便利性及施工效率,具有重要意义。依托苏州长江路南延工程-七子山隧道工程,针对连拱转大跨段开挖过程中拆除或保留临时支撑,以及超大跨度段的是否调整优化开挖步序这两种工况,采用FLAC3D开展数值模拟研究,从围岩位移和围岩应力两方面进行对比分析。研究结果表明:以上两种工况下,围岩位移和围岩应力均存在明显差异;在连拱转大跨段,开挖过程中保留临时支撑围岩所受扰动更小,围岩应力变化较小;在超大跨度段,开挖步序优化方法的拱顶最终沉降值减小了8.60%,仰拱最终隆起值减小了4.01%,左边墙和右边墙最终水平收敛值分别减小了9.42%和16.70%,且优化方法的各测点围岩应力变化相对较小。根据得到的对比分析结果对现场施工提出优化建议:对连拱转大跨段,随开挖过程保留临时支撑,同时为保证施工便利性,采用门式拱架作为临时支护手段;对超大跨度段,采用优化的开挖步序进行施工,可进一步降低围岩扰动,提高施工安全。

超大跨度水下隧道侧部集中排烟适用性研究

以超大跨度水下隧道为研究对象,基于FDS火灾数值模拟方法,构建矩形水下隧道侧部集中排烟计算模型,通过对不同火灾工况下隧道内烟气分布及排烟效率特性进行研究,得到侧部集中排烟在不同宽度隧道内的适用性。研究结果表明:随着隧道宽度增加,隧道横断面风速衰减明显,侧部集中排烟效率降低,对于单向4车道以上宽度的超大跨矩形隧道,火灾时侧部集中排烟适用性较差,且不利于人员疏散。

浅埋超大跨四线隧道Ⅴ级围岩开挖关键参数研究

为适应城市地形及高铁选线需求,部分线路需以四线超大跨度隧道的形式面临浅埋、Ⅴ级围岩等客观条件,目前缺乏对此类隧道的规范指导,应重点关注其开挖安全。以杭台高铁下北山隧道为工程依托,采用现场测试方法研究其围岩变形、初期支护受力特征,通过三维数值模拟方法对多组工法进行开挖模拟,总结得出浅埋四线高铁隧道Ⅴ级围岩的开挖关键参数。结果表明,采用双侧壁导坑法的拱顶沉降主要发生在各导洞上台阶开挖阶段,中部岩柱开挖对拱顶沉降的贡献为62.2%;依托工程喷射混凝土结构和型钢拱架的安全性均满足施工要求,当前初期支护的安全富余较多;双侧壁导坑法对围岩变形控制效果较好,但三台阶法的围岩应力分布均匀,初期支护的安全系数也满足要求;考虑到原设计双侧壁导坑法存在较多临时支护,为提升施工效率,宜在保障围岩稳定的前提下减少开挖分部数量,探索将双侧壁导坑法优化为少临时支护的三台阶法。

双层初期支护在超大跨度公路隧道中的应用

双层初期支护在超大跨度公路隧道中的应用效果尚无定论。针对这一现状,以杏花村2号隧道为工程背景,对双层初期支护在超大跨度公路隧道Ⅴ级围岩浅埋偏压段中的应用进行研究。结果表明:Ⅴ级围岩浅埋偏压段采用双层初期支护的支护方案进行施工,净空收敛最大值为21.6 mm,沉降最大值为22.7 mm,沉降最大值远远小于设计预留变形量150 mm;杏花村2号隧道采用双层初期支护,有效地控制了隧道初期支护净空收敛和沉降,保证了浅埋偏压段围岩的稳定性。研究结果对超大跨度公路隧道中的支护方案具有一定的参考价值。

浅埋超大跨度公路隧道施工工法探讨

以某四车道大跨度公路隧道为例,通过数值分析,研究了双侧壁导坑法和CD法在超大跨度隧道中的适用性。通过对地表沉降、隧道变形、岩土体塑性开展范围等对比分析,得出以下结论:CD法施工引起的地表沉降、隧道变形、隧道周边塑性区范围均比双侧壁导坑更大,但均属于可控范围;鉴于双侧壁导坑法步序更复杂,初支封闭成环时间也更长,因此引起的沉降稳定时间也更长;两种工法均适用于四车道大跨度隧道施工,在实际工程中,需结合工期要求、工程地质条件、施工组织等进行工法的选择,施工期间需加强监控量测和施工控制。研究结论对于超大跨度隧道施工工法选择具有一定的参考意义。

超大跨度公路隧道进洞方案研究

超大跨度公路隧道在进洞阶段工序转换频繁,支护结构受力复杂,确定合理的进洞方案是整个工程的难点。依托连霍高速公路(编号G30)小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程中的杏花村1号隧道项目,通过数值模拟手段并利用现场监控量测数据,对Ⅳ级和Ⅴ级围岩超大跨度公路隧道进洞方案进行分析研究。结果表明:Ⅳ级围岩采用双侧壁导坑法施工,辅以超前锚杆进洞,拱部沉降最大值为17.38 mm,周边收敛最大值为14.68 mm;Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法施工,辅以超前大管棚和超前小导管进洞,拱部沉降最大值为21.13 mm,周边收敛最大值为15.99 mm;Ⅳ级围岩洞口断面的累计变形量远小于设计预留变形量的100 mm,Ⅴ级围岩洞口断面的累计变形量远小于设计预留变形量的150 mm;根据现场实测值,S5a和S5b段采用双层初期支护,能够较好地控制拱部沉降和周边收敛,增强进洞施工的安全性;随着时间的推移,拱顶沉降和周边位移能够较快趋于稳定状态。实践证明采用双侧壁导坑法和超前支护措施能够较好提高超大跨度公路隧道的进洞施工安全性,可为今后类似工程提供参考。

超大跨度公路隧道光面爆破方案研究

文章以新疆杏花村一号隧道为工程依托,采用现场试验的方法,对超大跨度公路隧道光面爆破方案进行研究。结论表明:超大跨度公路隧道光面爆破合理参数Ⅲ级围岩为周边眼间距0.5m,孔深3.0m,孔径40mm,装药0.45kg;Ⅳ级围岩为周边眼孔距0.75m,孔深2.4m,孔径40mm,装药0.45kg;超大跨度公路隧道Ⅲ级围岩采用多级复式楔形掏槽;Ⅳ级围岩爆破方案采用二级复式楔形掏槽;超大跨度公路隧道Ⅲ级围岩、Ⅳ级围岩的光面爆破方案造成的爆破震速在安全范围内,满足工程要求。

超大断面隧道不同开挖工法力学特征研究

采用FLAC软件数值模拟的手段对超大断面隧道不同开挖工法力学特征进行研究,通过分析不同开挖方法及支护条件下围岩扰动效应以及不同开挖方法及支护条件下超大扁平公路隧道荷载演变特征,得出以下结论:CD法开挖部更多,能更好地控制围岩和结构变形,却承受了更大的围岩压力;中隔壁台阶开挖部更少,虽然能加快施工进度,却使得围岩产生更大的变形;而钢架岩墙组合支撑法兼顾二者,既能很好地控制变形,又能达到快速施工的效果。