青岛地铁大断面隧道围岩变形特性及施工方案优化

[目的]大断面隧道由于其形状扁平且跨度较大,一般采用多台阶多分步开挖,在施工过程中反复扰动围岩和临时支撑,影响围岩及支护结构稳定性,故须对其围岩变形特性进行研究,并优化施工方案。[方法]以青岛地铁4号线折返区间暗挖隧道为例,结合现场监测数据,通过有限元模拟分析现行施工方案中大断面地铁隧道三台阶九步开挖过程中的围岩变形特性,并与优化后的三台阶五步法做模拟对比。[结果及结论]模拟比较结果表明,现行施工方案横向距离隧道中心线26 m范围内的地面沉降较大,占总沉降量的89.77%;拱顶和拱肩在开挖后变形大,沉降量最大达到10.2 mm,拱顶围岩应力随开挖迅速增加,随着开挖工序推进,拱腰上部和墙角出现局部主应力集中。优化后的三台阶五步开挖法可实现快速开挖和支护,施工工序简化40%,同时减少了围岩扰动,其变形可控制在10 mm的合理范围内,改善了拱顶的应力重分布和墙角的应力集中现象。

水电站不良地质段大断面导流隧道开挖稳定性控制研究

针对水电站不良地质段大断面导流隧道开挖的稳定性控制,以某大型水电站为例,提出了该工程的分层分区开挖方式,并对不同分层的开挖方法进行了稳定性验证。结果表明,在III层开挖成功后,左右两幅法的左侧边墙内鼓变形降低了1.5 mm,右侧减少了2.7 mm。采用中隔壁法开挖后,拱顶沉降和水平收敛值最终均稳定在8~10 mm。同时,所提出的施工方法使得不良地质段隧道竖向位移保持在15.0 mm左右,明显提高了开挖稳定性,为同类工程提供了稳定性控制方案参考。

城市地下通道交叉中隔墙法超前支护小导管的参数优化分析

目的:隧道开挖前的超前支护是采用交叉中隔墙法施工的关键一环,研究交叉中隔墙法超前支护的小导管在不同支护参数下施工对围岩产生的变形和应力影响,能根据现场实际更好地调整超前支护的效果。方法:以连接大连恒隆广场与大连地铁2号线人民广场站的地下通道为工程背景,将施工现场数据结合理论分析和MIDAS GTS有限元软件数值模拟试验;将地下通道开挖过程中产生的拱顶下沉、水平收敛、地面沉降作为分析指标,以小导管的外插角、导管长度、环向间距作为研究对象。对比分析多种小导管参数组合对围岩的支护效果,从中选取优化后的小导管参数进行数值模拟分析。结果及结论:现场监测的数据与数值模拟的结果拟合表明,超前支护效果主要与小导管的管长和外插角相关,通过调整小导管的长度和外墙角可以有效增强支护效果;环向间距对超前支护的效果不明显,应根据小导管的注浆半径来确认环形间距。通过对小导管参数的调整可以有效地提高对围岩的支护效力,保障地下人行通道的运营安全和施工效率。

浅埋暗挖法隧道中临时仰拱对支护体系的作用机理分析

目的:大跨度隧道通常需要采用分部开挖和临时支撑的支护结构协同作用以控制围岩稳定性。临时仰拱为临时支撑结构中最为常用的,研究临时仰拱在隧道开挖过程对支护体系产生的力学作用,以便更深入地了解临时支护结构对围岩的作用机理。方法:以连接大连恒隆广场与大连地铁2号线的人民广场站地下通道为工程背景。该工程采用CRD(交叉中隔壁)法施工,其地下通道具有跨度大、埋深浅和围岩力学性质较差等特点。通过对现场监测的数据与MIDAS/GTS有限元软件数值模拟的结果进行对比,验证了模型的正确性。在此模型基础上,通过设置有、无临时仰拱介入2种施工组,以位移、内力和弯矩三方面为研究方向,分析在有、无临时仰拱介入条件下的支护体系承受围岩压力的作用规律。结果及结论:隧道的支护体系由于受到临时仰拱横向支撑反力的作用,其对地面沉降量和中隔壁的位移控制效果显著;通过将隧道拱底的隆起变形向拱底两侧分散可减少对中隔壁的压力,保护隧道整体不出现过大的单一方向变形,以免损坏支护体系。临时仰拱可有效地优化支护体系的受力形式,控制了围岩的变形。

富水卵砾石泥砂层浅埋隧道施工方案优化研究

以武汉市某区间地铁隧道工程实例为背景,介绍富水卵砾石泥砂层浅埋隧道施工的难点和风险。利用PLAXIS 2D/3D建立数值模型验证优化方案的可行性。研究结果表明,采用台阶法开挖引起的地表沉降较CRD法小,地表沉降槽的影响范围为隧道中心线左、右两侧的3~4倍隧道断面尺寸;采用全断面注浆搭配管棚支护相较于长短管注浆搭配超前小导管对地表沉降、衬砌结构的变形控制效果优良,前者降低了下穿地下车行通道施工段结构的最大沉降值约46.88%。

复杂环境下矿山法横向扩挖地铁车站的受力特性研究

目的:为避免地铁车站修建时征地拆迁导致的巨额赔偿及工期延误,需研究分析建筑物下超大断面矿山法横向扩挖地铁车站的变形规律和受力特性。方法:依托成都地铁13号线新南门站矿山法横向扩挖盾构井工程,运用MIDAS GTS有限元程序分析研究矿山法横向拓展车站期间周边建筑物及扩挖结构的变形规律及受力特征,并针对性地提出安全控制措施。结果及结论:导洞开挖支护作业引起的建筑物沉降量最大,约占总沉降值的55%;拆除临时支撑浇筑二次衬砌和破除洞口临时立柱引起的建筑物沉降量分别占总沉降值的28%和17%,且其沉降变化速率较快;建筑物基础间最大差异沉降值为1.6 mm,满足0.2%l(l为相邻基础中心距离)控制值要求;最大倾斜值为0.00013,远小于0.003的整体倾斜控制值。地面沉降呈“双漏斗”状,沉降最大值为8.5 mm,沉降槽宽度为明挖车站结构外延30.0 m;掌子面水平变形呈现出中间大、四周小的楔形分布规律,并关于掌子面中心线基本对称;二次衬砌结构弯矩极值位于洞口周边及板墙交接处,应力集中现象显著。

超浅埋大跨度隧道节能环保开挖方案研究

本文以保证施工安全、保护地表环境、节能减排为原则,基于ABAQUS有限元软件建立超浅埋大跨度隧道台阶法、CD法、CRD法三种不同开挖方式下的数值模型,分析由开挖引起的土体应力场、衬砌应力场及土体竖向位移,评估不同开挖方法对结构的影响,并结合盖挖法,从环保、节能的角度,选择台阶法作为合理的开挖工法,并根据监测数据对现场实际施工进行了验证。

铜锣山隧道软弱破碎围岩受力与变形分析

三台阶法和双侧壁导坑法是浅埋大跨度隧道常采用的施工方法,2种方法对隧道结构的受力变形及工程进度影响不同。针对重庆铜锣山隧道进行施工方法的比选,采用岩体弹塑性D-P破坏准则,利用数值仿真方法研究了双侧壁导坑法和三台阶法2种施工方法下隧道围岩和支护结构位移和受力特征,并结合现场施工流程分析其进度安排。研究结果表明:铜锣山隧道采用三台阶法施工在控制围岩位移、塑性区范围和支护结构受力等方面能够满足安全要求,且三台阶法在施工进度、工程造价、工序安排等方面具有明显优势。研究成果在铜锣山隧道的应用能够为同类工程建设提供理论依据和实践经验。

高地应力条件下隧道施工方法研究

为探讨高地应力条件下不同开挖工法引起的洞周变形及支护力学特性,以大梁隧道为依托,采用数值模拟与现场量测相结合的方法,研究了隧道在三台阶法、三台阶七步开挖法和三台阶临时仰拱法3种不同工法下洞周变形及衬砌结构受力情况。研究结果表明:在高地应力条件下,可以根据掌子面岩性,灵活转换三台阶法、三台阶七步开挖法和三台阶临时仰拱法3种工法,这样既能控制围岩变形,保证隧道安全,又能加快施工进度,降低造价。

敞开式全断面隧道掘进机通过软弱破碎围岩的施工方法

西南铁路桃花铺 1号隧道是继西康铁路秦岭特长隧道之后采用敞开式掘进机施工的又一座长大铁路隧道。文章结合工程实践总结了TBM进入软弱破碎围岩的判别方法以及遇到的主要问题 ,提出了“超前探测 ,管棚注浆 ,调整参数 ,适速推进 ,减少扰动 ,防止坍塌”的施工原则以及“密排拱架 ,搭焊钢管 ,网板结合 ,及时喷锚 ,封闭塌腔 ,回填密实”

超前双导洞隧道开挖工法的研究与应用

文章以兰州桃树坪隧道3#斜井施工为工程背景,针对含水弱胶结砂岩的特点,在结合各种传统施工工法优劣基础上,探索提出了超前双导洞隧道开挖施工方法;利用FLAC3D数值分析软件,根据实际地质情况,以及此工法施工过程中的地层变位及支护结构受力规律,分析了不同开挖步对其产生的影响,找出了施工中支护结构最危险部位;同时提出了降水在该地层中的重要性和设计原则。研究和工程实践证明,此工法在该地层中可以有效地控制地层变形,相比于其他工法具有明显优势,值得推广应用。

复杂环境下特大断面既有隧道原位拆除扩挖施工技术研究

与我国经济发展同步迅速增长的交通隧道交通容量要求也越来越高,与此同时也对隧道改建扩建技术有了更高的要求。双向四车道乃至双向六车道公路隧道已经不能满足在经济发展较好的地区较大的交通量需求,因此急需将公路隧道建设成双向八车道以适应发展需求。隧道的扩建主要有两种形式:新增小间距隧道和原位扩挖,新增小间距隧道是在原有隧道附近进行施工,原位扩挖是在原有隧道的基础上进行扩建,通过扩挖或改建现有隧道空间来实现扩建,因此它改变了原来隧道的结构。文中结合中开高速公路项目在粤港澳大湾区的重要地位,结合区域发展、节约土地和近远期交通组织管理需求,对在建双线六车道隧道进行改扩建施工,通过综合分析采取原位单侧扩挖法施工,本项目地质条件复杂、技术难度大、施工风险高,且目前国内尚无类似大断面隧道拆扩案例经验,故通过实施总结了在既有隧道原位扩挖施工主要技术方法,为以后类似工程施工提供参考。

高速铁路超大断面隧道CRD施工技术

哈大客运专线笔架山隧道开挖断面积为209 m2,是当今国内断面最大的高速铁路隧道,设计采用CRD法施工。介绍了该隧道采用CRD(交叉隔壁法)法的施工工艺,同时针对该工艺对需要爆破的石质地层的不适应性,优化了原设计的CRD施工工艺。对今后高速铁路特大断面隧道设计施工具有指导借鉴意义。

黄土地区大跨度公路隧道施工技术

以黄陵至延安高速公路山神庙隧道(全长2468m,最大开挖跨度15.76m)为例,介绍了软弱地质围岩、大跨度黄土隧道的进洞方案,以及隧道正洞及应急停车带扩大段的施工技术。

高速铁路大断面黄土隧道台阶法修建技术

文章依托郑西、宝兰高速铁路建设,对大断面黄土隧道工法适用性进行试验研究,以探明台阶法围岩及支护系统的变形和受力特性,为解决大断面黄土隧道施工关键技术提供依据。研究结果表明:大断面黄土隧道可采用台阶法相对快速施工;黄土的含水量为影响支护结构变形和稳定性的关键因素。文章最后提出了按不同含水量确定大断面黄土隧道施工方法的技术体系。

郑西客专高桥隧道下穿既有铁路设计与施工

郑西客专高桥隧道出口下穿既有南同蒲铁路段集成了特浅埋、大断面、新黄土、小角度下穿等技术难点,由于浅埋、新黄土隧道施工易发生较大变形甚至突然性塌方,为确保下穿段施工安全和既有线运营安全、同时保证隧道建设工期,通过技术经济比选,最终确定采用超前管棚+双层支护+台阶法方案。现场通过地表对既有线进行加固、洞内100 m长管棚超前支护和双层喷锚支护,以及仰拱快速封闭等技术手段,实现了采用台阶法安全、快速下穿通过既有铁路段的目的。文章介绍了方案比选情况和现场施工情况,对试验测试情况进行了总结分析,对大断面黄土隧道下穿既有铁路段采用双层支护台阶法的适用性进行了评价,并提出了其技术关键和相关注意事项,为类似工程提供了一种新的建设思路。

客运专线铁路隧道下穿既有高速公路施工技术

对于下穿既有高速公路的超浅埋大断面铁路隧道的施工,其施工难点主要在于如何保证快速、安全地通过。在下穿沈海高速公路的笔架山铁路隧道工程中,通过采用优化的CRD工法以及施工过程中的爆破震动控制、地表及洞内监测等安全控制措施来指导现场施工,既满足了进度要求,同时保证了施工安全。

影响软岩隧道台阶法施工安全的关键因素

文章通过兰渝线铁路隧道台阶法现场施工方式及出现变形的观察与思考,分析造成掌子面滑塌、掌子面后方围岩及初期支护变形、甚至出现"关门"塌方的原因,找出在台阶法施工时引起此类变形所涉及的地质、施工等方面的关键因素,阐述了台阶高度、长度与地质条件及开挖进尺与台阶高度、隧道超前支护参数的关系。针对隧道台阶法施工出现的变形类型,明确相应预防之对策,确保施工安全。

碳质板岩地层大断面隧道变形控制施工技术

双线大断面铁路隧道通过碳质板岩地层时,极易发生大变形。在现场工程实践和试验的基础上,文章从地质条件、地下水、支护参数、施工工艺等方面着重对碳质板岩地段变形演化机理及引发大变形的各类因素进行了分析,并提出了优化支护参数、加强锚杆对结构变形的控制、注浆纳入工序化管理等控制此类大变形的措施。

北京地铁7号线双井站PBA工法数值分析

北京地铁7号线双井站采用PBA法施工,与既有的10号线双井站形成T型换乘,车站周围高楼林立,地下管线众多,是全线施工最困难车站之一。对车站导洞各种开挖组合方式进行了数值模拟研究,研究结果表明:先开挖上导洞优于先开挖下导洞方案;导洞跳挖错距开挖方案优于导洞先外后内错距开挖方案;导洞施工完成后地面沉降17.8 mm,扣拱完成后地面沉降37.2 mm,这两个施工阶段引起的地面沉降占总沉降量的93.0%,是控制地表沉降的关键步序。