隧道临界稳定断面确定方法及应用

文中提出一种基于参数化建模和强度折减法的隧道临界稳定断面确定方法.通过定义数值模型的关键点坐标,实现了基于FLAC3D的多心圆断面隧道参数化建模.定义一个尺寸调整系数,为强度折减计算得到的安全系数和安全系数目标值的比值.当尺寸调整系数大于1时,说明计算安全系数大于目标安全系数,隧道开挖断面小于临界稳定断面,可将隧道几何尺寸乘以尺寸调整系数,使得隧道开挖断面等比例扩大;反之,则说明隧道开挖断面大于临界稳定断面,将隧道几何尺寸乘以尺寸调整系数,使得隧道开挖断面等比例缩小.通过FLAC3D内置的FISH语言编程,根据尺寸调整系数,对隧道开挖断面进行等比例调整,直至尺寸调整系数等于1,迭代终止,得到最终临界稳定断面.

强风化炭质片岩隧洞大变形特征及合理开挖方案

云南某高速公路隧道浅埋偏压段为强风化炭质片岩洞段,实际开挖过程中出现大变形,通过现场监控量测,得到该洞段大变形的规律及特点。采用有限差分软件FLAC 3D,左洞和右洞分别拟定三台阶法和三台阶法、三台阶法和三台阶七步法、三台阶法和双侧壁导坑法、三台阶七步法和三台阶七步法以及双侧壁导坑法和三台阶七步法等5种开挖组合方案,建立计算模型,对5种不同开挖方案下左右洞的变形特征进行计算分析。结果表明:右洞围岩竖向沉降持续时间较长,拱顶处变形量较大;左洞围岩水平收敛持续时间较长,向内挤出变形量较大;采用双侧壁导坑法和三台阶七步法的方案五开挖,左洞拱顶沉降、拱肩收敛及拱腰收敛分别减少了16.8%、36.6%、31.9%,右洞拱顶沉降、拱肩收敛及拱腰收敛分别减少了26.4%、15.1%、9.4%,说明该开挖方法可有效减小隧洞浅埋偏压段的大变形。

短台阶预留核心土法在下穿水库采空区隧道开挖中的应用

为保证下穿水库采空区隧道开挖施工的安全性和围岩稳定性,文章以实际工程为例,研究短台阶预留核心土法在下穿水库采空区隧道开挖施工中的应用。具体而言,结合工程的实际情况及施工难点,确定短台阶预留核心土法的隧道开挖施工流程,并选择合适的施工设备进完成隧道开挖施工。对施工结果进行监测分析后得出:各监测点的结果均满足工程相关标准,安全度均大于1,位移均小于30 mm。

不同开挖方式对近距离交叠隧道影响模拟研究

研究不同开挖方式对近距离交叠隧道的地层和围岩的影响,揭示不同开挖方式下交叠区围岩及既有隧道衬砌的变形及应力–应变变化规律,为近距离交叠地下工程的变形控制、支护设计和开挖优化设计提供理论依据。通过FLAC3D数值模拟,研究在台阶法、眼镜法、CRD法3种不同开挖方式下交叠区围岩及既有隧道衬砌的变形及应力–应变发展规律、交叠区围岩塑性破坏规律,研究结果如下:(1)不同开挖方式对交叠隧道施工过程中不同位置的影响程度不同,揭示既有隧道衬砌变形机制演变过程和衬砌破坏的危险点;(2)根据围岩塑性区发展和隧道衬砌变形量,开挖下部新线隧道时CRD法优于眼镜法和台阶法,CRD法开挖下部隧道时对变形控制效果最好;(3)新建隧道穿越既有隧道时,比较理想的施工方案为台阶法→CRD法→台阶法;(4)任何开挖施工方法都会使已建隧道衬砌的4个部位(拱顶、拱脚、直墙边及拱底)承受拉应力,且拱脚处的最大、最小主应力最大,最易发生破坏。

CRD工法及三台阶七步开挖工法的对比和改进

就三台阶七步开挖工法及CRD工法的优缺进行分析和对比,并在2种工法的基础上做综合评价并改进,提出核心土加临时仰拱台阶法的新施工思路和方法,以求对隧道开挖工法进行补充和完善。

浅埋大跨度隧道施工过程地表沉降变形特征研究

结合青州至临沭高速公路穆陵关隧道,对浅埋三车道大跨度隧道施工引起的地表沉降变形特征进行现场监测,探讨浅埋大跨度隧道的开挖方式,分析采用三台阶七步平行线流水开挖引起的隧道地表沉降变形特征。通过现场试验研究发现,在浅埋大跨度隧道管棚施过程中和开挖到达掌子面前方时,地表已经发生先行沉降位移。采用三台阶七步开挖法,影响隧道中心附近地表变形的关键步序分别为上、中台阶开挖以及下台阶和仰拱施做,处于左右洞之间的地表变形受到左右洞两次施工干扰,大于左右洞外侧变形。掌子面施工对地表沉降变形影响范围主要集中在掌子面之后的1倍洞径(D)范围内,距掌子面1D距离之后,其变形逐渐变缓,最终地表沉降变形分布呈现整体向优先开挖一侧的偏态性。采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟隧道的施工过程,研究隧道地表沉降变形特征,其结果与现场监测所得结果具有较好的拟合性,所得结论对其他类似工程具有重要的借鉴意义。

纸坊隧道三台阶与两台阶开挖数值模拟对比分析

采用有限元分析软件对炭质板岩的纸坊隧道施工中的三台阶七步开挖法与两台阶五步开挖法进行数值模拟研究,分析2种工法的隧道变形情况、初期支护及二次衬砌的受力情况。分析结果表明:两台阶五步开挖法较三台阶七步开挖法,在控制变形方面是有利的,但是除锚杆内力有所减小外,钢拱架轴力、拱腰及侧墙部位初期支护喷混凝土、二次衬砌均有增大趋势。

厦门海底隧道穿越F3风化深槽施工技术

针对厦门翔安隧道海域段F3风化深槽的地质特点,文章主要论述了采用周边帷幕注浆、超前长管棚进行预支护,以及采用三台阶法进行开挖的施工技术。经过综合超前地质预报,进一步探明了风化槽的规模、风化程度、涌水量及对施工的影响程度。施工过程中,根据掌握的地质资料,随时进行动态设计、动态施工,这种信息化的工作方法既能保证施工安全,又加快了工程进度,并能最大限度的节约建设投资。本工程施工中采用先进的施工设备以及现场组织管理工,作为顺利穿越F3风化深槽起到了很重要的作用。

漫谈矿山法隧道技术第九讲——隧道开挖和支护的方法

强调对隧道开挖和支护关系的基本认识:开挖和支护是隧道施工的2大基本工序,开挖的基本原则就是把对周边围岩的松弛降低到最小限度,弹性变形和少许塑性变形是容许的,超过围岩极限应变变形(过度变形或松弛)的场合需要依靠各种支护对策。开挖和支护有先挖后支和先支后挖2种模式,一般采用前者,当开挖后隧道围岩不稳定时,采用后者。随着施工技术的进步、采用大型施工机械的要求和大断面隧道的出现,对隧道开挖方法选择的观点有了极大变化:1)在选定开挖方法时,要以大断面开挖为指向,围岩条件不是唯一的决定因素;2)尽可能不采用施工中含有需要废弃的和临时性作业的分部开挖法;3)把机械开挖法与分部开挖法相结合,如TBM导坑超前扩挖法,在欧洲和日本等国已经成为大断面隧道施工的基本方法;4)在同一座隧道,开挖方法频繁变化,既不经济也不安全,主张在全隧道中(除洞口段外)采用同一种开挖方法——全地质型开挖方法,如全断面法或台阶法,当围岩条件剧烈变化时,采用注浆、超前支护等应对措施。介绍日本、美国和欧洲等国规范、指南推荐的隧道开挖方法概况:1)日本从隧道围岩级别、洞口段和洞身段等方面分类,给出隧道相应的开挖方法,基本以全断面法和台阶法为主;在断面比较大、比较长的隧道,采用TBM导坑超前扩挖法。2)美国把围岩分为岩质围岩和土质围岩2大类,其推荐的开挖方法基本相同,即全断面法、台阶法和中隔壁法,仅采用的支护方法不同。3)欧洲各国由于围岩条件总体比较好,多采用全断面法和台阶法。归纳选择开挖方法的基本条件:施工条件、围岩条件、隧道断面面积、埋深、工期和环境条件。

不同开挖方法对交叠隧道影响的模拟研究

以青岛某交叠隧道工程为例,模拟了3种不同施工方法开挖新线隧道的动态施工过程,分析了每种开挖方法对交叠区围岩及既有隧道衬砌的影响程度、交叠区围岩塑性破坏区形态特征;确定了不同施工方法每开挖步所产生的拱顶沉降量,为分步开挖的变形控制标准提供相关的理论依据,提出了采用台阶法-CRD法-台阶法的施工方式开挖新线隧道的建议。

三台阶七步法在大断面浅埋偏压软弱围岩隧道中的应用

对国内浅埋偏压软弱围岩隧道施工工法进行调查,综合分析对比,并以此为基础在合福铁路客专闽赣V标庵源山隧道、凤凰山隧道、范墩坪隧道、九台山隧道浅埋偏压段,采取相关技术措施、组织手段,利用三台阶七步法快速、安全地完成该四座隧道浅埋偏压软弱围岩段的施工。根据施工过程及结果,分析三台阶七步法施工大断面浅埋偏压软弱围岩隧道的施工重点、关键工序、采取的相关技术措施、组织手段,为以后同类隧道工程施工提供相关参考和依据。

Ⅳ级围岩隧道两台阶法开挖进尺研究

以吉图珲高铁富岩1号隧道为工程实例,运用有限元分析方法对不同开挖循环进尺下的隧道两台阶法进行数值模拟,对比分析不同工况下隧道变形和应力的响应规律,得出工程适用的开挖循环进尺。研究结果表明:开挖进尺对围岩变形影响较大,两者呈线性正相关关系;在Ⅳ级较差围岩条件下,拱顶受拉破坏先于拱腰和掌子面的受剪破坏,拱顶掌子面后方1 m处第一主应力达到最大值;随着开挖进尺的增大,拱顶第一主应力和拱腰、掌子面处D-P值均增大,隧道更易发生破坏;Ⅳ级较差围岩,开挖进尺建议取2.0 m,Ⅳ级偏好围岩开挖进尺可增大至4 m。

基于微台阶法对连拱隧道稳定性的研究

为研究软弱围岩基于微台阶法连拱隧道合理的掌子面纵向间距、仰拱一次开挖长度和开挖进尺施工参数,确保隧道安全和高效施工,以云南省元蔓高速公路风口山隧道为研究对象,从力学机理上分析了施工参数对隧道稳定的影响,采用数值模拟方法,分析纵向间距对中隔墙水平位移和开挖面叠加效应的影响、仰拱一次开挖长度对拱腰水平位移和中隔墙受力的影响、开挖进尺对围岩变形特征和掌子面剪应力的影响,对连拱隧道微台阶法进行最优化设计。结果表明,掌子面纵向间距2D、仰拱一次开挖长度4 m、开挖进尺2m为宜,可为类似连拱隧道的施工提供指导。

郑西客运专线张茅隧道施工技术

黄土的工程性质十分复杂,在地下水异常丰富地区的黄土常伴随湿陷性、大变形、高地压等特性,开挖施工常引起隧道支护开裂,围岩塌陷等。依托郑西铁路客运专线张茅隧道,通过对施工中隧道与围岩结构施工力学行为和施工工艺的研究,分析总结三台阶七步开挖技术,对有效地控制沉降变形提出了施工技术方法和要点,实现快速施工,对保证隧道结构安全起到重要作用。

地质条件突变时隧道施工方法的对比分析

以杭徽高速公路柳山隧道为工程实例,针对隧道施工中遇到的地质条件突变问题,运用大型有限元程序ANSYS分别采用全断面法和上下台阶法对柳山隧道进行开挖模拟,得出了两种不同施工方法对围岩的扰动情况,并以此对两种施工方法的优劣进行对比分析,最后得出了上下台阶法优于全断面法的结论,对解决类似问题具有一定的参考价值。

地铁盾构区间隧道的矿山法施工

盾构法隧道施工经常会遇到上软下硬不均匀地层,此时倘若隧道下穿既有线或建筑物不具备开舱换刀条件,将会导致盾构机无法正常掘进。在深圳地铁5号线盾构区间上软下硬地层中,局部改用矿山法开挖、初期支护后由盾构机拼装管片通过的施工方法,其经验可供地铁隧道施工参考。

常泰长江大桥6号墩沉井下沉施工关键技术

常泰长江大桥为主跨1176 m公铁两用钢桁梁斜拉桥,6号墩采用平面尺寸95.0 m×57.8 m圆端形沉井基础,沉井总高64.0 m,需穿过粉质黏土-砂土交互层。沉井在精确定位着床后,分3次浇筑井壁混凝土、3次取土下沉至终沉标高。取土下沉遵循“台阶法”,在核心区18个井孔内先清除非盲区地基土,再清除核心区井孔内盲区地基土,至核心区支承作用完全解除后在外圈18个井孔内取土作业,取土施工按照核心区与外圈井孔交替作业的顺序。以下沉系数为1.0,且各个井孔内取土深度达到预定的深度限值作为取土下沉与井壁混凝土浇筑工序转换的控制指标,确定工序转换时机。临近终沉,3次开启空气幕,有效削减侧阻力占下沉总阻力的比重,沉井顺利下沉至终沉标高。

大断面古土壤隧道围岩压力分布规律及支护结构受力特征分析——以银西高铁早胜3号隧道为例

银西高铁早胜3号隧道位于甘肃省宁县境内,为国内首条穿越古土壤地层的隧道。为研究隧道穿越古土壤地层时围岩压力分布情况及支护结构受力变形特征,通过在隧道相同里程布设压力盒、表面应变计和钢筋应力计等传感器,对围岩压力、初期支护受力变形情况进行长期现场监测,并将监测结果得到的频率值换算为力值或应变,最后对数据进行分析。结果表明:1)对于三台阶七步开挖法,围岩压力大致经历了急剧变化—缓慢变化—平稳变化3个阶段,三台阶七步开挖的施工工法决定了相同里程先开挖一侧围岩压力明显大于后开挖一侧; 2)钢拱架呈现三维受力状态,相邻2榀拱架间轴力以受压为主,支护结构的完整程度以及与混凝土的协作关系直接影响轴力变化情况; 3)拱脚应变的最大值主要集中在上台阶和仰拱底部附近。

风积砂围岩浅埋暗挖隧道施工技术

针对风积砂地层颗粒单一、级配不良、黏聚力低、稳定性差的特点,结合榆神高速神木一号隧道工程,通过对不同施工方案的比较分析,介绍了水平旋喷桩和三台阶临时仰拱法在大跨度风积砂隧道施工中的应用。经施工开挖检验,水平旋喷桩完整性好,咬合度高,单轴抗压强度达11MPa;三台阶临时仰拱法分部开挖面积小,利于及时支护,施工体系转换灵活,可有效控制围岩变形。

大断面隧道三台阶七步开挖法仿真分析

结合实际工程,建立三维数值计算模型,对浅埋花岗岩地段隧道三台阶七步开挖法的施工过程进行了模拟计算。在此基础上,分析了地层的位移、支护结构变形和受力的变化规律以及分步开挖对支护结构受力和变形的影响。研究结果表明,洞周变形、支护结构的受力及变形具有不对称性;在支护结构距掌子面距离大于5~6m时,变形和受力可以达到稳定状态;边墙处锚杆的作用效果比拱顶锚杆显著;不同开挖步造成的洞周变形也有较大区别。分析结果可以为大断面隧道三台阶七步开挖法的设计和施工提供参考。