超大跨隧道分部开挖的压力拱特性分析

为研究分部开挖下超大跨隧道的压力拱演化规律,通过室内试验方法进行岩块力学试验,结合现场调查获取的岩体质量评分,采用Hoek-Brown岩体强度准则确定围岩力学参数,采用数值模拟方法研究四线高铁隧道的压力拱特性。结果表明:分部开挖使超大跨隧道的压力拱逐步形成,初支35cm厚时四线高铁隧道形成压力拱的临界覆土为38m;合理的初支厚度能促进压力拱的形成,但超出临界范围时对压力拱的影响有限;双侧壁导坑法对压力拱形成的控制效果优于三台阶法。研究成果可为隧道支护设计提供参考。

流变岩体中任意形状隧道分部开挖响应的理论解

针对流变岩体中任意断面形状隧道的任意复杂分部开挖问题,根据复变函数理论结合Laplace变换建立黏弹性位移、应力与复位势之间的关系,给出了各施工阶段力学响应(位移与应力)理论解的一般求解方法和解答。从解答可以看出,各步增量位移是新开挖边界处释放面力作用下的流变位移与之前所有各施工步边界释放面力在本步时段中的增量流变位移的和,与施工路径相关。以圆形断面隧道分两阶段(从半圆形到圆形)任意分部开挖为例,导出了各步开挖过程围岩位移与应力的解析解。为验证解答的正确性,针对圆形断面上下开挖方式,将理论结果与有限元结果进行了对比,两者一致。利用解答对上下开挖、右左开挖两种方案下圆形隧道的位移、应力分布特点进行了分析。根据本文方法,可以得到任意黏弹性模型岩体中,复杂孔型任意分部开挖过程的解答。依据解答可建立快速预测系统,给出更方便、快捷地进行相似工程条件下初步设计的可选方法。

对地下工程几种分部开挖方法的探讨

介绍了几种分部开挖方法的主要特点,对其在软弱破碎围岩特殊地质条件下的实用性进行了对比,重点分析了地表沉降要求对软弱破碎围岩隧道施工工法选择的影响,同时通过计算给出了各种分部开挖法施工受力解析参数,从而结合现场施工经验提出一些有利的建议。

城市人行地道分部开挖长度大小及其影响

浅埋暗挖人行地下通道修建过程中,合理确定分部开挖长度的大小至关重要,分部开挖长度过小,工期延长;分部开挖长度过大,易引起上覆土层不稳定,甚至塌方。文中结合杭州市某地下通道,采用FLAC3D数值分析法,模拟研究了粉砂土中修建人行地道的分部开挖长度大小,研究表明,数值模拟计算的地表沉降和实测的基本吻合,这为今后类似工程施工提供了相关依据。

基于开挖影响线的隧道分部开挖拱顶沉降分析

隧道的开挖从力学上来说也是一种荷载,掌子面移动的过程可以看作是荷载移动的过程。借鉴结构力学中影响线的概念,定义隧道工程的"开挖影响线"为某一考察指标与掌子面位置的关系曲线。相比结构力学简支梁影响线,隧道工程开挖影响线的主要特征表现为影响范围是局部的,且呈非线性,考察指标的最大响应并非掌子面到达考察断面。基于依托工程的隧道拱顶沉降开挖影响线表明(6)部开挖引起的A点沉降最大,约占其总沉降的21.5%。开挖体量约占总开挖量40%的(9)(10)部开挖由于是在二衬的保护之下进行,其引起的A点沉降仅占总沉降的2.1%。从影响线形态可以看出影响A点沉降的开挖范围大部分集中在到达A点前5m和通过后15m,且以掌子面通过考察断面时影响最为剧烈。

浅埋暗挖软基隧道分部开挖拱脚地基承载力研究

针对目前浅埋暗挖软基隧道在分部开挖条件下支护结构拱脚受力进行专门理论计算分析的报道尚不多见的现状,基于Winkler弹性地基梁理论建立管棚超前支护和锁脚锚杆的力学模型,提出两者对支护结构竖向荷载的承载作用计算方法,并在此基础上推导拱脚地基荷载的计算公式,并进行实例计算分析。计算结果结合现场拱脚压力测试结果表明:提出的拱脚地基荷载计算方法可靠性良好,能够很好地解释地表过量沉降以及隧道中上部开挖步为位移控制关键步序的原因,提出浅埋暗挖软基隧道分部开挖时应重视对拱脚地基承载力进行验算,承载力不足时应采取措施,避免因此造成的隧道和地层整体沉降。

基于工序简化的分部开挖隧道施工方法适应性研究

为改善软弱围岩条件下,CRD法在浅埋暗挖隧道施工中存在的围岩扰动次数多、工序转化复杂、施工进度慢及施工操作空间狭小等问题,使其能够更好地应用于分部开挖隧道。以杭州市某分部开挖隧道暗挖试验段为研究对象,基于对技术、工期与经济、环境与社会效益的分析,在保证综合效益最大化的基础上对CRD工法进行工序优化研究得到上台阶中隔壁施工工法。采用理论分析与数值模拟计算的手段,揭示新工法下围岩变形特征与支护结构受力特性,最后通过对试验段现场监测数据的分析,验证上台阶中隔壁施工工法的可靠性,为本工法在该暗挖段的推广应用奠定了基础,也为今后类似分部开挖隧道工程施工提供借鉴与指导。

分部开挖法在富水粉细砂岩地层隧道中的应用

胡麻岭隧道正洞3 250 m段落和部分斜(竖)井处于第三系富水粉细砂岩地层中。掘进中流塑、坍塌、涌水和涌砂导致初期支护变形,严重段落二次衬砌整体下沉。为解决该施工难题,对中隔壁法、三台阶预留核心土法、交叉中隔壁法和分部开挖法4种施工方法进行了对比,确定采用分部开挖法。工程实践证明,该方法在控制初期支护变形和突涌规模上效果较好,施工组织简单,能保证工期。

大断面隧道分部开挖引起地表沉降的随机介质预测方法研究

大断面隧道在不良地质地段常常采用分部开挖方法,各分部依次开挖,相互作用,地表沉降预测较为困难。应用随机介质理论,首先推导出任意单元开挖引起的地表沉降公式,然后将直角坐标系转换到局部极坐标系下进行积分计算,由此推导出任意一段圆弧收缩引起的地表沉降公式,通过圆弧叠加最终得到大断面隧道分部开挖引起的地表沉降预测公式。该方法应用于国内第一条三车道大断面海底公路隧道厦门翔安隧道陆域全强风化地段分部开挖引起的地表沉降预测,与实测数据对比,效果较好。

某黄土隧洞分部开挖方法研究

采用三维弹塑性有限元方法,对采用环形开挖预留核心土法、正台阶先拱后墙法和台阶分部法等不同分部开挖方式下某黄土隧洞及其支护结构的变形和应力特征进行了分析,比较了不同开挖方式的优劣。建议在土质较差地段采用环形开挖预留核心土法,土质较好地段采用正台阶先拱后墙法。用正台阶先拱后墙法施工需加强初期支护。

大断面隧道分部开挖位移释放规律数值模拟研究

以福建平潭综合实验区龙兴岭隧道为工程背景,在FLAC3D数值平台上采用全断面法、上下台阶法及单侧壁导坑法对大断面隧道的开挖与支护全过程展开精细化数值模拟,重点关注隧道拱顶与拱肩在不同开挖工法下的位移释放演变规律。数值模拟结果表明,分部开挖工况下,开挖区域的位移释放受到未开挖区域约束;对于隧道拱顶测点,单侧壁导坑开挖引起的位移释放率最大,而上下台阶开挖引起的位移释放率较小。针对不同分部位移释放相互受限的现象,以全断面开挖法的位移释放率为基准,定义位移“欠释放/过释放”,指出位移释放演化规律与监测点所在位置及开挖顺序密切相关。

台阶分部开挖法在陕北黄土隧道施工中的应用

以延安安塞经志丹至吴起高速公路营盘峁2号隧道为例,分析了陕北黄土隧道特性,细致介绍了台阶分部开挖法(环形开挖留核心土法)在陕北黄土台塬梁峁区高速公路隧道施工中的应用,通过营盘峁2号隧道掘进施工当中的实例分析,总结陕北大断面黄土隧道施工经验,这对同类型隧道施工具有一定的参考意义。

城市复杂环境下超长深基坑分部开挖研究

以深圳市滨海大道下沉隧道段超长深大基坑工程为依托,采用数值仿真手段对比分析不同基坑分部开挖工法对基坑围护结构和基坑周围土体的影响。研究结果表明:基坑坑中坑的开挖,增大了基坑围护结构变形,对基坑整体稳定具有控制性作用;基坑分部开挖时,应尽量减少开挖对基坑土体的扰动次数,降低围护结构及周围土体变形;在满足施工期路面交通的前提下,推荐使用同时开挖三个分基坑的施工方法,不仅提高施工效率,而且能减小对基坑周围土体的扰动。

分部开挖法拆除临时支撑的受力转换风险分析

采用"荷载-结构"模式,建立拆撑影响分析的数值计算模型,开展了拆撑引起的初期支护结构受力、变形增量研究。计算结果显示临时支撑轴力与拆撑引起的初支结构受力变形增量成正比关系,但当左右临时支撑不对称受力时,将大大恶化拆撑影响。上述结论可为工程实践提供理论指导。

考虑分部开挖的超大跨度公路隧道围岩压力计算方法研究

为了提出一种新的超大跨度公路隧道围岩压力计算方法,基于邻近隧道施工力学理论,研究分部开挖各导洞围岩压力之间的影响关系,分析分部开挖法各导洞相互影响机制。通过选取3个地区5座典型单洞四车道公路隧道18个测试断面,采用现场测试的方法,获得III,IV,V级围岩上下台阶法施工和上台阶CD法施工的围岩压力测试数据,发现后导洞围岩压力受先导洞开挖影响而普遍较大的规律,提出采用导洞影响系数η定量化分析先导洞开挖对后导洞围岩压力的影响程度,进而修正隧规公式中的围岩压力增减率,提出考虑分部开挖法施工的超大跨度公路隧道围岩压力计算方法。结果表明:(1)邻近隧道周边应力的弹性解析结果表明平行(左右)隧道对周边应力影响比较显著,重叠(上下)隧道对周边应力影响较小,应重点考虑左右平行导洞开挖对围岩压力的相互影响;(2)导洞影响系数η整体以大于1为主,IV级围岩η平均值为1.12,V级围岩为1.28;(3)基于隧规提出修正后的围岩压力增减率i’=0.017(S-1);(4)与隧规相比,采用本文提出的围岩压力计算方法,IV级、V级围岩压力分别减少14.6%和2.4%,更接近实测值。

扩大弧形导坑分部开挖法在旦架哨隧道的应用

介绍旦架哨隧道掘砌施工 ,在软岩、大跨复杂工程地质条件下 ,采用扩大弧形导坑分部开挖法 ,灵活运用传统施工工艺 ,取得了良好的综合效益。

基于正交设计的大断面隧道分部开挖步距敏感性研究

为了研究大断面分部开挖法隧道分部开挖步距敏感性,基于正交设计原理,通过AQAQUS有限元软件建立三维动态开挖支护数值模型,对三种大断面隧道分部开挖法:中隔壁台阶法、CRD法及CD法进行了不同开挖步距下的计算,对比研究各工况下大断面隧道施工过程中拱顶沉降、地表位移及支护结构应力变化规律,揭示不同开挖步距对大断面隧道围岩与支护结构的变形及受力状态影响规律,同时对大断面隧道分部开挖步距的选择提出参考意见。

复杂地质条件下浅埋大断面隧道开挖台阶参数优化数值模拟研究

本研究以某典型的软弱围岩隧道为工程依托,在隧道穿越软弱复杂地质环境出现塌方灾害时,通过建立数值模型和现场试验的方式,研究了不同台阶工法开挖穿越上软下硬地层时的隧道变形行为和结构力学特性。研究表明隧道上台阶核心岩体开挖后,拱顶、拱肩及拱腰位置处的沉降变形大约占最终稳定值的67%,中台阶左侧岩体开挖之后,上述三位置处的围岩变形大约占总体的20%,隧道最大沉降变形的产生主要是由于上台阶环形部分围岩以及中台阶左侧部分围岩的非对称开挖引起的;当隧道所穿越地层为上部较为松散的塌方围岩段和下部岩体较为坚硬的基岩段,在上台阶部分开挖扰动后,由于隧道开挖部分围岩分空间分布的不连续性,岩体上“软”层和下“硬”层的变形存在时空差异,导致隧道拱顶沉降迅速增加。

留核心土法和分部分层开挖法在隧洞塌方处理中的应用

选择合理的施工方案,是大断面隧洞塌方处理施工成败的关键。笔者结合某水电站导流洞工程塌方处理工程实例,说明采用留核心土法和分部分层开挖法进行隧洞塌方处理是行之有效的方法。

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。