小净距隧道掘进爆破及其振动响应规律研究

为了研究爆破荷载作用下小净距隧道中夹岩区的动力稳定性问题,依托小龙门隧道爆破工程,开展了现场爆破振动监测试验。通过改进的变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)与多尺度排列熵(multi-scale permutation entropy,MPE)算法对爆破振动信号进行消噪处理,基于此分析了掏槽孔与周边孔爆破在后行洞左拱腰(非中夹岩区)、右拱腰(中夹岩区)中产生的振动特征差异。结果表明:采用改进的自适应VMD-MPE算法可以有效消除振动信号中的噪声,并降低了主观决策的影响;此外,相对于非中夹岩区,中夹岩对爆破振动具有明显的放大效应,其质点峰值振速明显大于非中夹岩区,但中夹岩区的振动衰减速度更快;同时,通过对比非中夹岩区与中夹岩区各测点振动频率特征可以发现,中夹岩区小于40 Hz的低频振动能量占比较大,更易引起支护结构的共振,发生损伤与破坏的风险更高,应重点关注;受“转角削弱”作用以及地震波传播路径的影响,在比例距离SD小于等于11.57 m·kg^(1/3)范围内,周边孔爆破在掌子面后方围岩中产生的振速大于掏槽孔。

降雨入渗对防军隧道浅埋小净距段围岩稳定性的影响

为控制降雨入渗对浅埋小净距隧道围岩稳定性的影响,以义东高速公路防军隧道为依托,基于流固耦合理论和水土特征曲线,采用MIDAS GTS NX有限元软件建立浅埋小净距隧道数值模型,对雨季施工时的土体孔隙水压力、围岩变形特征和边仰坡安全系数展开分析。结果表明:随着降雨入渗的持续,围岩及边仰坡土体基质吸力逐渐减小,其土体抗剪强度也随之降低,稳定性变差。经过7 d累积降雨,孔隙水压力增大趋势逐渐放缓,围岩变形达到最大值,工况1的拱顶沉降增大了21.48%,且边仰坡安全系数小于1,处于失稳状态。洞口段采取加固和排水措施来控制围岩的稳定性,边仰坡的安全系数较加固前提升了17.27%,取得了良好的效果,保证了隧道后期的安全施工。

小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性影响研究

为研究小净距隧道先行洞爆破开挖对后行洞围岩稳定性的影响,以浙江义东高速防军隧道项目为工程背景,根据能量衰减规律推导出爆破施工中围岩振速计算公式,采用有限元软件MIDAS GTS NX模拟不同净距条件下围岩振速及应力的变化规律,将围岩振速数值结果与理论值进行对比分析,验证了振速计算公式的准确性。根据振速与应力之间关系,提出保证隧道安全施工的振速阈值。结果表明:后行洞围岩振速大小理论值与模拟值最大相对误差为5.9%,与现场监测数据最大相对误差为7%,验证了理论公式的准确性;后行洞隧道振速峰值与先行洞隧道爆破中心距呈负相关,围岩迎爆侧面监测点振速峰值大于背爆侧,2 D为防军隧道爆破施工时最小安全净距(D为隧道净距),此时上台阶开挖最大振速峰值约为下台阶的1.2倍;爆破开挖后围岩应力峰值与振速峰值主要集中在拱腰及拱脚附近,随着净距增大,先行洞对后行洞的影响逐渐减弱,最终忽略不计;爆破作用下,围岩应力峰值和振速峰值具有一定线性关系,保证隧道爆破安全施工的振速控制阈值为1.9 cm/s,研究成果可为今后类似小净距隧道工程爆破施工提供借鉴。

变坡面浅埋偏压小净距隧道围岩压力计算方法

为研究在考虑黏聚力和内摩擦角作用下对变坡面浅埋偏压小净距隧道围岩压力的影响,本文利用极限平衡法来求解变坡面浅埋偏压小净距隧道深、浅埋侧侧压力系数、围岩拱顶垂直压力和围岩两侧水平压力,推导出考虑黏聚力和内摩擦角的围岩压力计算方法,通过简单算例与已有规范公式和既有文献进行对比,验证本文公式的合理性,并探讨了深埋侧隧道水平侧压力系数影响因素。结果表明:水平侧压力系数随坡角的增加而逐渐增大,随夹角的增加而呈现不同的变化趋势,随黏聚力和内摩擦角的增加而逐渐减小,随埋深的增加而逐渐增加。在考虑黏聚力和内摩擦角的作用下,本文公式有利于考虑降雨等环境因素引起的岩土体力学参数的变化带来的对围岩不利影响,可为类似变坡面浅埋偏压小净距隧道结构设计和支护参数优化提供理论依据。

三线并行小净距隧道施工诱发邻近桩基变形响应研究

依托南通轨道交通1号线孩环区间(孩儿巷站—环城东路站)三线并行小净距盾构隧道工程,采用离散元法(Discrete Element Method,DEM)—有限差分法(Finite Difference Method,FDM)耦合的数值仿真,分析桩基础长度、桩隧距对桩基础变形的影响。结果表明:三线小净距隧道施工会引起邻近桩基沉降;桩底和隧道顶部位于同一深度时,桩基水平位移最大值出现在桩底,桩基变形以倾斜为主;桩底与隧道底部位于同一深度和桩底位于隧道底部以下时桩基水平位移最大值出现在隧道轴线位置,桩基变形以弯曲为主,但桩底位于隧道底部以下时桩基对隧道施工表现出更强的敏感性;三种长度的桩基最大拉应力所在截面靠近隧道一侧和远离隧道一侧拉压应力状态均完全相反;桩长一定时,随桩隧距增大,桩基的沉降、最大水平位移、最大轴向拉应力均减小。

特大断面小净距公路隧道爆破动力响应研究

依托成都龙泉山一号隧道,运用等效荷载法进行数值模拟计算,对不同开挖步序、不同净距下隧道施工对既有隧道结构的动力响应特性进行了研究,结果表明:(1)由于缺少临空面,后行隧道开挖步序1对衬砌结构影响程度最大,而步序2和步序3对结构的影响较小;(2)不同开挖步序下,后行隧道结构的振速峰值较大处主要出现在迎爆侧的边墙、拱腰和拱脚位置,监测点振速最大值为5.665 cm·s^(-1);(3)先行隧道逆掘进方向的综合振速峰值总体持续衰减,而沿掘进方向,振速峰值上下波动,在一定范围内有升高的趋势;(4)不同步序下后行隧道结构的振速峰值出现在左拱腰、左侧仰拱和右拱肩处,监测点振速最大值为5.387 cm·s^(-1);(5)迎爆侧振速受净距影响敏感,而背爆侧振速峰值随净距变化不明显,变化幅度在2.5%以内;(6)同一净距条件下,先行隧道迎爆侧监测点X向的振动速度峰值最大,Y向次之,Z向最小;(7)隧道右边墙附近的结构固有频率可能处于14.25~18.0 Hz之间,结构对该频段的应力波响应敏感。

基于层次分析法的平行多孔小净距隧道施工方案研究

为解决平行多孔小净距隧道不同孔道数量施工方案比选的问题,针对隧道施工存在多种影响因素,采用层次分析法建立平行多孔小净距隧道施工评价体系,计算各影响因素权重值,并结合有限元软件数值模拟计算结果,对比分析平行多孔小净距隧道不同孔道施工方案。研究表明,在同一隧道的不同孔道数量施工方案影响因素排序中,位移控制为主要影响因素,所占权重为0.103 8;后续依次为爆破震动、运营维护因素、建设成本、断面尺寸、支护措施,计算权重依次分别为0.070 5、0.065 4、0.029 2、0.016 3、0.011 4。有限元计算结果表明,各观测点位的最终位移值,随围岩等级增大而增加;在同一围岩等级下,两孔隧道拱顶沉降、仰拱隆起值大于四孔隧道,两孔隧道左右边墙位移值小于四孔隧道。

不同跨径小净距隧道管棚超前支护机理与变形控制

以新疆乌尉高速公路上新光隧道工程为依托,对不同跨径软弱围岩小净距隧道超前支护力学特性进行研究。采用有限元软件MIDAS GTS NX建立有无管棚超前支护两种工况下隧道模型,分析不同开挖阶段管棚弯矩的分布规律以及两种工况下隧道拱顶沉降、初期支护应力及围岩塑性区的变化规律。结果表明:在隧道开挖过程中,掌子面处管棚受力较大,支护稳定后受力较小且较为均匀;管棚超前支护工况下累计拱顶沉降左洞为2.83 mm、右洞为6.74 mm,相较无超前支护,左、右洞拱顶沉降分别减少了34.64%和32.26%;布设管棚后衬砌最大主应力降低14.13%,围岩最大塑性应变减少了28.48%。采用管棚超前支护措施进行洞口段开挖能提高围岩稳定性,控制围岩变形,可为类似工程提供指导借鉴。

软土小净距并行盾构隧道后行掘进对先行隧道的影响

针对软土小净距并行盾构隧道后行隧道掘进对先行隧道影响,以宁波市区软土为背景,建立三维数值分析模型,通过实测数据验证了模型的采用参数、边界条件和掘进过程的合理性,计算了不同净距下,后行隧道掘进时先行隧道的位移和管片内力。结果表明:双线并行时,后行隧道掘进时主要引起先行隧道产生刚性位移,并导致先行隧道管片内力出现较大增幅,引入了最大弯矩、最大轴力净距影响系数以量化后行隧道掘进对先行隧道管片内力的影响。后行隧道掘进会对其前方2~3倍洞径和后方2倍洞径范围内的先行隧道产生影响。通过宁波城市轨道交通6号线望春桥站至天一家园西站区间小净距段管片设计选型对结论进行了应用验证,成果可为类似工程建设提供指导。

浅埋偏压不同跨径小净距隧道合理净距及加固措施研究

以新疆乌尉高速上新光隧道为对象,研究不同跨径小净距隧道的合理净距与加固措施。运用MIDAS GTS NX软件建立隧道有限元模型,分析中夹岩在不同净距隧道工况下的水平位移、竖向位移、塑性区以及其竖向应力分布情况,确定小净距隧道的合理净距范围,并对中夹岩柱采用小导管注浆加固。结果表明:中夹岩的竖向应力曲线呈凹字形分布,其竖向应力集中分布在左右洞的拱腰位置处,而在连线中点位置的应力分布则较小。拱顶和地表位置的沉降均在沉降预留量150 mm之内。小净距隧道的合理净距为1B~2B,上新光隧道出口段的净距为15.4 m,符合小净距隧道的设计值。通过使用小导管注浆加固的措施对中夹岩柱进行加固,可增强其稳定性和整体性,从而减小围岩的形变量。

基于熵权-正态云模型的小净距隧道施工风险评估模型

随着我国基础设施建设的大力发展,小净距隧道在我国高速公路建设过程中的占比越来越高。由于地质条件的原因,部分小净距隧道可能会穿越岩堆体,而影响其施工安全的风险因素繁多、关系模糊复杂、风险因子不确定性大,导致风险发生概率存在各种不确定性。针对穿越岩堆体的小净距隧道,提出一种基于熵权-正态云模型的小净距隧道施工风险评估模型,选取工程地质条件、隧道设计、外部因素和工程管控等4个方面的15个评估指标,并以某实际隧道工程为例,论证了该模型在小净距隧道施工风险定量评估中应用的可行性和独特优势。该研究对其他类似工程施工的风险评估有一定的借鉴意义。

水平层状软岩大断面小净距隧道关键施工技术研究

结合工程实例,围绕水平层状软岩大断面小净距隧道关键施工技术展开探讨。首先介绍了隧道的主要工程背景。其次分别介绍了隧道单侧壁导坑法施工和双侧壁导坑法施工的详细施工流程与施工要求,并提出应急预案处治措施,结合隧道特点,提出了隧道施工过程中应具体监控量测的内容。最后从施工安全设计方面提出具体针对措施,可为同类型隧道项目提供借鉴。

超浅埋小净距隧道洞口段安全评估及钢栈桥工艺

针对隧道出口段存在超浅埋、小净距与下穿既有公路的特殊性,为了确保上覆既有公路正常通车下隧道出口段安全施工,研发了在既有公路路面上钢栈桥架越隧道拱顶的新工艺及钢栈桥设计参数,首次提出了路面钢栈桥与拱顶保护壳复合式立体式隧道洞口段掘进安全防护体系.采用MidasGTSNX软件,对钢栈桥设置的合理性和有效性进行了仿真模拟,结果显示,路面存在车辆荷载前提下,钢栈桥的设置能有效减小围岩塑性区的分布面积,显著降低拱顶沉降,保持围岩稳定.实践表明:在既有公路路面上设置钢栈桥,能保证既有公路正常通车条件下的超浅埋与小净距下穿隧道的安全掘进,本研究结果对类似隧道工程洞口段安全施工有重要的借鉴意义.

小净距隧道爆破开挖振动控制措施探讨

不同于单洞或分离式隧道,小净距隧道后行洞爆破开挖会对先行洞产生较大的振动影响。本文对小净距隧道爆破振动特性进行分析,总结并分析现有的爆破振动控制措施,归纳应用于小净距隧道的减振措施,以实际小净距隧道工程为例,提出并应用的综合减振措施使先行洞迎爆侧的振速降低了50%左右,保障小净距隧道先行洞的安全性,最后探讨未来减振技术研究的方向。

并行双洞小净距公路隧道施工技术分析

文中以广西资源(梅溪)至兴安广西高速公路大叶岭隧道加固工程为例,重点研究了并行双洞小净距公路隧道施工技术,总结了施工方案的设计要点,并从隧道超前支护、中夹岩体加固、钻爆开挖三个方面展开分析,详细梳理了该工程的施工质量控制要求与方法,以期为类似工程提供参考。

正交转换通道暗挖隧道群快速施工技术研究

地铁区间共建段道岔区正交转换通道隧道群正交隧道断面多、断面大、隧道之间小净距岩柱薄,地铁隧道埋深一般较浅,地表建筑密集,合理的施工工法能提高施工效率确保施工安全。依托重庆轨道交通10号线兰南区间大里程区间共建段道岔区正交转换通道隧道群施工,进行了隧道群施工工法的优化研究。工程实践表明:隧道群施工需提前做好各作业面施工顺序及施工方法研究,科学合理的施工顺序及施工方法能在确保施工安全的前提下提高施工效率;大断面双侧壁导坑核心土不同拆除工法对施工安全及施工效率影响较大;隧道群小净距采用合理的开挖顺序及开挖方式、优化支护措施能保证施工安全。

高速公路隧道工程中的小净距隧道施工技术

对比常规隧道,小净距隧道施工更加复杂,且施工期间面临的安全隐患众多,需要工程技术人员严格把握各环节施工技术要点,切实做好施工管理工作。本文就结合具体的工程案例,先对工程高速公路小净距隧道施工难点进行了分析,然后探讨了小净距隧道的设计,进一步深挖小净距隧道施工技术要点,旨在为类似工程的施工提供一定参考。

邻近水库软弱围岩小净距隧道开挖方案优化研究

以义东高速公路防军隧道为依托,对邻近水库软弱围岩小净距隧道开挖方案进行优化比选。运用有限元软件Midas·GTS·NX建立开挖方案优化前后2种方案的隧道模型,结合数值模拟结果和现场监测数据对隧道围岩应力、位移和塑性区分布进行分析对比。研究结果表明:从力学角度出发,2种方案对围岩稳定性的控制效果相差不大。围岩条件较好时,留核心土法开挖对保证施工安全、降低施工成本、缩短工期均能起到较好效果。综合考虑施工地质条件及工法特点,采用变更后的留核心土法更加符合工程实际。

软岩小净距大变形隧道施工控制措施的优化

成兰铁路杨家坪隧道处于龙门山主中央断裂带与龙门山后山断裂带之间,区内发育有与隧道基本平行的断层、背斜及向斜,构造条件复杂;围岩陡倾直立,岩质软弱,呈片状结构。隧道间最小净岩柱为1.66m,施工难度极大、安全风险高。文章结合现场测试数据分析了杨家坪隧道小净距段变形机理,总结了围岩加固及置换、优化支护结构形式、工序错位距离、非爆破开挖方式等应对小净距大变形隧道的优化措施,有效强化了软岩小净距大变形隧道的变形控制能力。

黄土区大跨度隧道开挖技术探讨

临洮(安家咀)至临夏一级公路百和隧道均为Ⅴ级围岩,主要有黄土浅埋段、岩质地段、黄土深埋段、小净距段以及黄土深埋段等情况,针对不同的围岩情况和地质条件,有针对性的采用CD法、上下台阶留核心土法及三台阶分步法进行开挖。