超大跨度隧道上台阶CD法施工技术探讨

为了解决传统CD法在大跨隧道Ⅳ级围岩施工过程中的低效率、误工期问题,以山东滨莱改扩建项目5座双向8车道隧道为工程背景,通过对乐疃隧道、佛羊岭隧道Ⅳ级围岩将传统CD法创造性改进为上台阶CD法开挖工艺,该法在保障安全质量前提下,确保了工期,大幅节约成本,应用成效突出,可供今后类似工程施工参考。

CD法开挖隧道的顶板破坏机理分析

在隧道修建过程中,CD法被广泛用于软弱围岩隧道和大断面隧道的修建。工程经验表明,CD法比全断面法更能够减少对隧道的扰动,降低顶部围岩塌陷的可能性,但目前对该经验的认识仍缺乏足够深入的了解。比如,CD法隧道顶部的塌陷机理,相比全断面法的定量优势比较等。为此,提出了一种预测CD法开挖隧道顶板破坏机理的运动学方法。推导了确定塌块形状的理论解。所提出的方法与全开挖方法进行了比较,证明了方法的合理性和CD法开挖的优越性。研究发现,与全断面开挖的结果相比,CD法开挖可以显著降低顶板坍塌的高度,提高顶板稳定性的安全系数。

软弱围岩大变形隧道循环进尺参数优化

随着我国铁路网进一步完善,在地质条件差且存在大变形风险的地区修建隧道不可避免。文中以某软弱围岩大变形隧道为背景,分析比较现有的软弱围岩大变形隧道的施工工法,结合隧道特点采用CD法施工。在对隧道施工参数进行优化同时,运用FLAC 3D软件对中隔壁法施工单次循环进尺的取值进行优化。通过对结果的分析可知,单次循环进尺的大小对隧道变形影响显著,并最终确定合理的单次循环进尺取值为1m。

“S”型隧道近距离上穿既有盾构隧道的变形控制方法

依托呼和浩特市新建“S”型地下连接通道近距离上穿既有地铁2号线工程,采用有限元数值模拟和现场监测相结合的方法,对砂袋压重范围、砂袋压重高度以及中隔壁拆除方式进行了对比分析,得出了对既有盾构隧道变形控制的最优方案。研究表明:(1)既有盾构隧道各阶段最大变形位置随新建隧道的掘进而动态变化,施工完毕后最大变形出现在既有盾构隧道远端,这是由于新建隧道开挖至盾构正上方时,该位置受到的施工扰动影响最大,是变形控制的重点区域;(2)采用砂袋压重对既有盾构隧道的变形控制效果较为明显,变形控制效果基本在25%~30%之间,但增加压重范围和压重高度对减小隆起变形幅度影响不大,基本在4%~6%之间,考虑到施工经济性,选用压重范围为49~87榀,压重高度为2.0 m的压重措施方案;(3)采用不同的中隔壁拆除方式对隧道隆起变形有较大影响,为了便于及时形成稳定的受力体系,选用了“隔一拆二”的拆除方式。通过采取合理的砂袋压重措施和中隔壁拆除方式,在上穿施工中有效控制了既有盾构隧道的隆起变形,施工完毕后既有盾构隧道道床变形为2.68 mm,接近道床实测数据2.51 mm,满足规范要求(4.00 mm),可为类似工程提供相关借鉴经验。

大断面海底隧道CRD法绝对位移控制基准建立及应用研究

隧道位移控制基准的建立是确保隧道安全施工的一项重要内容。以厦门-翔安海底隧道陆域浅埋暗挖段CRD法施工为工程背景,陆域浅埋段总长约2525m,主要穿越全、强风化花岗岩地带,含水率高、自稳能力差。依据全站仪非接触量测获得初期支护三维绝对位移分布规律,确定三维绝对位移基准控制指标,同时对86个围岩位移监测断面的监测数据进行变形正常断面和变形异常或险情断面的位移量统计分析,最终确定CRD法(center cross diaphragm method,交叉中隔壁法)三维绝对位移控制基准。研究结果表明,将CRD1、CRD3部拱顶竖直位移和上中隔墙、下中隔墙水平位移作为CRD法位移控制指标;CRD1部和CRD3部拱顶下沉极限位移分别为200mm和130mm;CRD3部拱顶竖直位移约为CRD1部的0.5～1倍;上中隔墙水平极限位移约为100mm,下中隔墙水平极限位移约为15mm。通过现场97个断面应用,共发现58次异常和险情,由于发现及时,处置有力,保证了施工安全。

偏压小间距隧道施工力学行为及围岩破坏规律

为研究偏压小间距隧道施工力学行为及围岩破坏规律。在CD法施工下,通过建立偏压小间距隧道有限元模型,利用ABAQUS有限元软件在不同开挖顺序及不同隧道间距下对偏压小间距隧道施工过程进行了动态模拟与分析,基于强度折减法基本原理,探讨了不同隧道间距下围岩塑性破坏规律,确定了合理隧道间距。研究结果表明:①在不同开挖顺序下,先行左洞开挖方式要优于先行右洞:②随着隧道间距的增加,左洞围岩位移不断减小,右洞围岩位移先减小后增加;③随着隧道间距的增加,沿中间岩柱竖向中心线的水平位移逐渐减小;竖向应力则表现为先减小后增大的规律;④右洞开挖完成后,两洞初期支护中右拱腰处的弯矩明显大于拱顶处,而轴力则反之;⑤随着隧道间距的增加,中间岩柱塑性贯通程度逐渐弱化,安全系数不断提高,等效塑性应变逐渐减小。研究结果可为偏压小间距隧道的设计与施工提供依据。

北京地铁7号线大郊亭站附属结构暗挖施工技术

北京地铁7号线大郊亭站附属结构中3、4号出入口通道因下穿广渠路,采用暗挖法施工。其施工受到多种因素的影响,施工技术难度大,安全风险高。结合施工现场实际,介绍了出入口通道暗挖中的超前小导管注浆、大管棚超前支护、上台阶环形开挖、CRD(交叉中隔壁法)及CD(中隔壁法)工法等施工技术。该工程总结了保证其施工质量和安全的控制措施,同时对富水软弱地层,以及平顶、直墙、断面结构变化多及围岩级别低等条件下的暗挖通道施工难点给出了解决方案,为今后类似环境条件下地铁通道施工提供参考。

厦门翔安海底隧道CRD法中各施工部对拱顶下沉的影响分析

文章以厦门翔安海底隧道陆域段软弱地层大断面浅埋隧道CRD法施工为工程背景,结合现场位移监控量测和实际施工情况,对不同开挖顺序下CRD法中各施工部对拱顶下沉的影响进行了分析研究。研究结果表明,翔安隧道CRD法拱顶下沉为台阶状上升曲线,最后趋于稳定;各分部开挖引起的拱顶下沉量具有一定的比例关系,可用于对最终拱顶下沉量的预报和控制指示;各分部仰拱及时闭合是控制最终下沉量的关键;采用CRD1、3部超前施工比CRD1、2部超前对控制拱顶下沉较为有利;施工中应重点监测和控制最早开挖的CRD1部拱顶下沉。

渝怀铁路彭水隧道出口大跨段施工方案的数值分析

对渝怀铁路彭水隧道出口段大跨度隧道 ,采用中壁法和下导坑超前台阶法两种不同施工方法开挖过程的二维有限元计算 ,对比分析了两种开挖方式下引起的地层沉降、隧道围岩塑性区、隧道衬砌内力以及拱顶下沉的变化特点 ,结果得出采用下导坑超前台阶法施工要比中壁法安全 ,因此该大垮度隧道宜采用下导坑超前台阶法施工。

三维模拟计算中的前后处理方法研究

为了提高商用三维模拟计算软件STAR-CD的求解精度和稳定性,自创了CMC-O-grid(cylinder mesh centering-O-grid template)模板,采用此模板切割燃烧室几何生成的网格,在油束通过区域消除了耦合面并能保证良好的网格质量,使得求解稳定性提高,节省了计算时长。采用喷油锥截面和纵截面图相结合的方式展示微观场,以最少的截图展示了更多的信息,具有较高的性价比。为了克服传统后处理分析基本采用微观场图像展示进行定性分析的局限,总结出了一套针对关键单元格集合进行统计的后处理方法,"量"化了微观参数。模拟结果表明了该统计方法有助于揭示微观机理。

大断面小净距三孔并行隧道施工方案优化

以重庆新中梁山大断面小净距三孔并行隧道段为依托,采用FLAC 3D有限差分软件,首先对大断面主隧道不同施工方案进行了模拟,然后研究了大断面小净距三孔并行隧道在不同施工顺序下围岩位移与应力的变化情况,并与现场监测数据进行了对比分析。研究结果表明:中隔壁法在控制围岩变形和缩短施工工期上有较大优势,所以中间主隧道采用中隔壁法,左右辅助隧道采用上下台阶法施工;三孔并行隧道按左-右-中顺序开挖时主隧道围岩变形量以及各隧道拱顶主应力均小于其他3种开挖顺序。

地下连续墙结合中心岛法在基坑工程中的应用

根据某基坑周边环境及工程自身特性,综合考虑后采用地下连续墙结合中心岛法的支护设计方案,阐述了方案的优越性及设计施工过程,对类似基坑的设计施工具有一定的借鉴性。

富水全风化花岗岩隧道施工技术

(南)靖(龙)海高速湖山隧道进口浅埋段为富水全风化花岗岩,开挖变形大。本文对控制围岩变形的方法进行了研究。研究得出:富水全风化花岗岩自身强度低,采用降排水措施可有效降低围岩的含水率,提高全风化花岗岩强度;采用台阶法施工开挖宽度大,隧道极易塌方,改为CRD法施工缩小了开挖宽度,钢拱架很快能封闭成环,可有效控制隧道拱顶下沉,减少围岩变形。湖山隧道进口富水浅埋段采用降排水和CRD法施工后每月平均开挖26 m,未发生塌方现象,隧道施工顺利。

上软下硬地层中双侧壁导坑法中隔壁改进研究

为充分利用青岛地区上软下硬地层中相对较好的地质条件,对双侧壁导坑法进行了改进。改进工法将开挖导坑减少到6个,缩短了工期。同时,实现了“以锚代撑”,减少了支撑用量。改进工法使中隔壁落于下部坚硬岩层上,并打设锁脚锚杆,下部岩体采用放坡开挖,并保留岩肩以保证中隔壁受力稳定。为了验证改进工法的可行性与安全性,对现场实测数据进行了详细分析。结果表明:地表沉降随隧道开挖过程逐渐增大,最大值为-43.49mm;拱顶沉降和净空收敛最大值分别为-18.61mm和-17.76mm。监测数据均未超过施工警戒值,施工过程安全,从而达到减少工序转换、降低支撑费用的目的。

上海南站南广场大型基坑围护设计优化

大型基坑工程都具有复杂、工程难度大、成本高等特点,对其进行优化设计尤为重要。以上海南站南广场大型基坑为例,对其设计进行优化。优化内容包括利用场地条件采取可靠措施减少围护墙荷载、改变支撑体系、减少支撑道数、调整预留土台及加固体宽度及高度并设置与改变支撑体系相适应的挖土施工工艺等。实施结果表明该优化方案能节约工程成本、缩短工期。

上中隔壁下双侧壁预锚锭工法在清华园隧道上穿地铁15号线中的应用

为研究新建隧道近距离上穿对既有地铁隧道的变形影响,以京张高铁清华园隧道上穿北京地铁15号线区间隧道为工程背景,提出一种新的施工方法:上中隔壁下双侧壁预锚锭工法,并采用数值模拟和现场实测进行验证,分析隧道施工过程中既有地铁隧道的变形规律。研究结果表明:(1)在侧导洞扩大基础内增加预应力锚索可以有效控制15号线的上浮;(2)上中隔壁下双侧壁预锚锭工法能够保证地铁15号线的安全运营。

软弱围岩大跨铁路隧道的施工方案比选

针对大跨隧道修建中合理选择施工方案的重要性,以襄渝增建二线的新月河隧道出口端双线车站大跨隧道为例,对中壁法(CD法)和三台阶法进行了理论分析,选定采用三台阶法施工,安全、按期完成了施工任务,积累了隧道施工经验。

浅埋大断面隧道矿山法施工方案比选

为保证大断面隧道施工期间的安全性和高效性,以实际工程为依托,利用ANSYS数值模拟软件,研究了某地铁隧道出入场线分别采用双中隔壁台阶法和中隔壁法(CD法)开挖的施工过程,分析隧道开挖过程中围岩的位移和衬砌结构的应力变化情况。研究结果表明:大跨度隧道在软岩中的开挖采用中隔墙法产生的位移和衬砌结构应力都在安全范围内。双中隔壁台阶法采用三台阶施工每个台阶均可使用机械施工提高了开挖效率,与中隔墙法相比产生的位移和衬砌结构应力更小,拱顶处竖向位移最大不超过16.2mm,开挖10m即DK45+868处衬砌结构的等效应力最大值不超过19.9MPa,因此控制位移变形能力和衬砌结构应力效果更好,可优先考虑双中隔壁台阶法。同时在实际工程中监测位移与模拟值差距在1mm以内,验证了模拟结果的可行性。

浅埋隧道侧壁导坑法施工过程有限元分析

以明月山隧道进口浅埋段为工程背景,介绍了采用弹塑性有限元法对施工过程进行模拟的原理及实现方法。模拟计算表明,采用径向锚杆支护条件下,在开挖支护结束后,围岩水平方向产生的最大位移发生在第二步开挖结束后,且位于左腰处,隧道拱顶处出现最大竖直位移,喷砼的轴应力随着下断面的开挖而增大,且拱顶轴应力最大。隧道开挖支护结束后,整个锚杆都是处于受拉状态,拱腰处的轴力最大,锚杆轴力沿着锚杆向外逐渐减小。

富水区城市公路隧道中隔壁法各开挖步力学特征研究

以深圳东部过境高速公路连接线工程为依托,基于应力场-渗流场耦合的数值模拟方法,研究富水区城市公路隧道中隔壁法各开挖步力学特征。结果表明:中隔壁法各开挖步骤的围岩主应力变化特征明显,隧道目标面围岩总体受压,在隧道两侧拱腰至拱脚处存在较为明显的压应力集中现象,而拱底及掌子面则出现少量拉应力集中;不同开挖步拱脚处初期支护应力最大,拱腰、拱肩和拱顶处应力量值较为接近,而拱底处应力最小;初期支护受力随隧道开挖进程变化幅度较小,初期支护具有一定的安全储备;各径向特征点水压力均呈现从注浆圈外侧至初期支护外侧逐渐减小的趋势,而各环向特征点水压力由拱顶至拱底逐渐增大;对于作用于初期支护上的水压力值,数值计算结果稍大于不考虑开挖影响的理论预测值,表明中隔壁法隧道施工各开挖步对衬砌背后水压力大小及分布规律有一定影响。