浅埋超大跨隧道出口偏压段双层初期支护承载特征研究

为研究双层初期支护在开挖跨度达26.3 m、拱顶覆土约10.6 m的下北山2号浅埋超大跨4线隧道出口偏压段的工程应用效果,采用数值模拟方法比较单层初期支护和双层初期支护方案的承载特征差异,采用现场实测方法研究出口偏压段双层初期支护的受力特征。研究结果表明:1)浅埋超大跨隧道在偏压侧的右拱脚~右拱肩范围内支护结构受力偏大,存在局部应力集中,采用双层初期支护技术时的结构承载安全性和对围岩拱顶沉降的控制效果均优于单层初期支护技术;2)出口偏压段的实测水平收敛最大值为18.5 mm,荷载偏压侧的围岩沉降值达49.5 mm,二次支护施作后在拆撑施工阶段能有效稳定围岩变形;3)由双层初期支护受力的实测结果可知,传递到二次支护上的接触压力与对应位置围岩/一次支护接触压力之比为16%~33%,荷载偏压侧的右拱脚及右拱肩位置的二次支护轴力约为一次支护轴力的15%,通过二次支护的施作补强了一次支护对偏压侧的承载作用,采用双层初期支护技术提高了浅埋超大跨隧道出口偏压段支护结构的安全储备。

超大断面隧道在双层初期支护下的拆撑安全性研究

目前多线隧道及超大断面隧道的修建呈发展趋势。但在施作二次衬砌时,临时支撑的拆除将是整个结构受力转换的薄弱点,故保证拆撑过程中的结构安全具有重要意义。鉴于目前国内外关于超大断面隧道双层初期支护下的拆撑安全性分析仍缺乏系统的研究,文章结合实际工程,采用以数值分析为主,现场实测印证为辅的方式,对新考塘隧道拆撑时两层初期支护的内力演变以及各自的安全性进行了分析,初步证明了双层初期支护对于拆撑过程安全性的控制效果。研究结果表明:(1)在支护厚度和纵向一次性拆撑长度保持不变时,拆撑前后的安全系数表现为:双层初期支护下的二次初期支护>双层初期支护下的一次初期支护>单层初期支护。安全系数的变化幅度表现为:双层初期支护下的一次初期支护<单层初期支护<双层初期支护下的二次初期支护;(2)在支护形式相同时,随着一次性拆撑长度的增加,其安全系数呈现先增大后减小的趋势。根据各工况计算结果,该工程合理的一次性拆撑长度为9 m左右。

基于蠕变损伤演化模型的深部高地应力隧道双层初期支护力学特性研究

为了研究深部高地应力陡倾层状千枚岩隧道施工期支护结构的力学特性,构建考虑黏塑性偏应变增量的蠕变损伤演化模型。以成兰铁路茂县隧道为依托,根据现场实测的变形数据,反演得出符合工程实际的蠕变参数。分别对采用单层初期支护和双层初期支护的断面开展数值模拟。研究结果表明:高地应力陡倾层状岩体的最大围岩压力和变形出现在隧道的拱腰位置,当采用双层初期支护工法时,断面承受的围岩压力和隧道周边千枚岩的变形较小,且能在较短的时间内达到稳定状态。二次衬砌拱腰位置承受的弯矩较大而轴力较小,处于大偏压状态。采用双层初期支护工法能够显著降低截面内力,提高截面的安全系数。高地应力陡倾软岩隧道围岩的损伤主要集中在拱腰位置,当采用双层初期支护工法时,围岩内部损伤的最大值和损伤分布区域面积分别降低了47.1%和26.7%,有利于发挥围岩的自承能力,降低围岩的蠕变特性。

大连地铁2号线兴工街站浅埋大跨隧道双层初期支护组合形式及合理参数分析

拱部采用双层初期支护的浅埋大跨地铁隧道工程实例十分有限,支护结构的组合形式选择与每层厚度确定还缺乏经验。针对这一问题,以大连地铁2号线兴工街站隧道工程为背景,通过现场试验与数值模拟,分析双层支护的组合形式及支护的刚度比对结构上的围岩压力及隧道上覆地层沉降的影响。研究表明:1)在双层格栅、外层型钢-内层格栅、外层格栅-内层型钢3种组合形式中,外层格栅-内层型钢最适合兴工街车站隧道,合理的支护厚度为外层35 cm,内层20 cm。2)外层初期支护为主要承载结构,承担的围岩压力随外层与内层支护刚度比增大而增大;内层初期支护为次要承载结构,承担的围岩压力随外层与内层支护刚度比增大而减小。

高地应力软岩大变形隧道洞型及双层初期支护支护时机研究

为优化高地应力软岩隧道支护结构受力以及控制围岩变形,开展隧道洞型与双层初期支护支护时机研究。首先,通过现场监测数据分析高地应力软岩隧道单、双层初期支护的支护效果及围岩变形规律;然后,采用FLAC3D软件对比分析马蹄形(高跨比0.80)、类圆形(高跨比0.90)、圆形(高跨比1.00)3种洞型下以及第1层初期支护变形达300、350、400 mm时施作第2层初期支护时隧道的受力与变形情况。研究结果表明:(1)对于高地应力Ⅲ级大变形围岩2车道隧道,采用双层初期支护较单层初期支护虽有效控制了围岩变形,但在施工过程中仍出现了拱肩破坏、仰拱开裂等现象;(2)适当增大隧道高跨比可有效降低围岩变形与支护结构受力,高跨比为1.00时效果最好;(3)适当增大第1层初期支护的预留变形量,推迟第2层初期支护的支护时间,支护应力大幅降低,因此,建议第1层初期支护变形达400 mm时施作第2层初期支护。

双层初期支护在超大跨度公路隧道中的应用

双层初期支护在超大跨度公路隧道中的应用效果尚无定论。针对这一现状,以杏花村2号隧道为工程背景,对双层初期支护在超大跨度公路隧道Ⅴ级围岩浅埋偏压段中的应用进行研究。结果表明:Ⅴ级围岩浅埋偏压段采用双层初期支护的支护方案进行施工,净空收敛最大值为21.6 mm,沉降最大值为22.7 mm,沉降最大值远远小于设计预留变形量150 mm;杏花村2号隧道采用双层初期支护,有效地控制了隧道初期支护净空收敛和沉降,保证了浅埋偏压段围岩的稳定性。研究结果对超大跨度公路隧道中的支护方案具有一定的参考价值。

双层初期支护在云屯堡隧道高地应力软岩洞段中的应用

为研究隧道双层初期支护中第2层支护的钢拱架设置方式和施作时机,结合成兰铁路云屯堡隧道高地应力软岩隧道工程,对高地应力软岩大变形隧道双层初期支护中内、外2层钢拱架的布设方式和第2层初期支护的施作时机进行分析和研究。由研究结果可知:1)双层初期支护中钢拱架采取交错的布置方式更有利于初期支护结构受力和围岩变形控制;2)第2层初期支护应在第1层初期支护结构不被破坏前及时施作,对于云屯堡隧道来说,第2层初期支护施作滞后掌子面的距离在7m内较好。

软岩隧道中双层初期支护的应力情况分析

两水隧道穿越的地层主要岩性为炭质千枚岩,地质情况较差,围岩破碎度高,节理发育。自2009年两水隧道开工建设以来,隧道工程问题层出不穷,出现了初期支护开裂、破坏,甚至出现二衬开裂、掉块,仰拱隆起等严重的隧道结构破坏现象,施工进度缓慢。在进口桩号为DK359+712~DK359+742段采用双层初期支护和单层二次衬砌的支护方式,取得了良好的效果。通过应力情况分析为炭质千枚岩隧道的支护选型提供了依据。

大断面小净距双层初期支护的力学作用分析

在隧道的施工中,初期支护对后期施工安全及质量保证起着决定作用。本文结合福州长乐机场高速公路二期工程中隧道工程,针对施加双层初期支护结构,提高拱顶范围岩体的稳定性进行研究分析,得出通过双层初期支护后二次支护的厚度可以更小,岩体的稳定性更好的结论。

双层初期支护技术在隧道大变形段施工中的应用

印尼雅万高铁2号隧道洞身范围内的岩体主要为全风化泥岩,泥岩层间光滑,无黏结力,开挖时易出现层状塌落。自开工建设以来,发生了初期支护变形侵限(最大达2 m)、地表冒顶等问题,造成初期支护累计换拱长度约150 m,严重干扰了施工进度。针对大变形灾害,施工单位在采用洞身大管棚、CRD法开挖等方案后大变形问题仍未得到根治。为彻底解决这一问题,施工单位组织专家会议,提出了采用“双层初期支护”的方案控制隧道大变形。方案实施后,取得了明显的效果。阐述了双层初期支护在大变形隧道中应用的成套技术。

拱部双层初期支护在城市浅埋暗挖隧道中的应用

拱部双层初期支护作为拱盖法的一种,具有支撑少、空间大、工序简单、施工效率高且安全可靠等优点。以济南望岳路隧道为工程背景,讨论了拱部双层初期支护的技术原理和施工工艺,并通过数值模拟和现场实践验证其应用效果。结果表明:望岳路隧道采用拱部双层初期支护能够很好地控制隧道及地表变形和沉降,同时可以增加施工空间,提高机械化水平,缩短工期。拱部双层初期支护在济南望岳路隧道的成功应用,为今后类似工程积累了理论与实践经验。

大跨度软岩隧道施工中双层初期支护施作时机优化分析

为对比隧道台阶法施工中双层初期支护施作时机对隧道施工安全的影响,选取合理的支护时机,提高双层初期支护的安全性。以宝汉高速公路连城山大跨度隧道为依托,运用数值模拟的方法对比分析不同支护时机下双层初期支护的变形及受力特征。通过现场监测数据与模拟结果对比分析得出:当第二层初期支护施作时机在中台阶施作完成后时,能够充分发挥双层初期支护的作用效果,并使两层初期支护的变形和受力更加合理,保证了双层初期支护结构的安全性和经济性,对于指导类似地质条件下采用三台阶法施工的大跨度双层初期支护隧道的设计与施工具有重要意义。

考虑围岩短期蠕变效应的隧道双层初期支护变形控制研究

以华丽高速东马场1号隧道为工程背景,基于单轴压缩蠕变试验与现场监测,对泥质粉砂岩短期蠕变特征与蠕变参数进行分析,探究考虑围岩短期蠕变效应与施工扰动耦合影响下的隧道施工力学行为,在此基础上分析中台阶长度、第二层初期支护施作时机与初支封闭时间对隧道支护效果的影响以及敏感性。研究结果表明:不考虑围岩短期蠕变效应时,计算结果中拱底位移缩小了27.03%,塑性区面积缩小了16.91%;不同施工关键参数对隧道不同位置的变形控制效果存在差异;改变中台阶长度与第二层初期支护施作时机可以有效分配第一层与二层初期支护受力,初支封闭越早对支护结构受力越有利;敏感性分析结果:中台阶长度>第二层初支支护时机>初支封闭时间;可遵循“台阶增长、快支快封;台阶缩短、慢支慢封”的原则进行施工调控。

地铁车站双层初期支护拱盖法施工过程力学行为研究

拱盖法目前已有较为广泛的推广及应用,现有研究均认识到拱盖是施工的关键,但缺少对施工过程力学行为的深入研究。基于此,以青岛地铁2号线西延段小港站标准段为工程依托,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,对“双层初期支护拱盖法”施工过程的力学行为进行研究,重点关注临时竖撑拆除时的力学效应。结果表明:双层拱盖体系充分利用了下层较硬岩土体的承载作用,有效地控制了地表沉降和围岩变形;拆除竖撑前,拱顶压力主要由临时竖撑和第一层拱盖承担,拆除竖撑后,拱顶再次下沉,体系发生应力转换,两层拱盖最终进入协同工作阶段;从最终结果来看,双层拱盖法满足安全施工的要求,已在小港站的施工中得到验证,实现了浅埋大跨度地下结构快速安全施工。

软岩隧道中双层初期支护变形分析

两水隧道穿越的地层主要岩性为炭质千枚岩,地质情况较差,围岩破碎度高,节理发育。自2009年两水隧道开工建设以来,隧道工程问题层出不穷,出现了初期支护开裂、破坏,甚至出现二衬开裂、掉块,仰拱隆起等严重的隧道结构破坏的现象,施工进度缓慢。在进口桩号为DK359+712～DK359+742段采用双层初期支护和单层二次衬砌的支护方式,取得了良好的效果。通过变形情况分析为炭质千枚岩隧道的支护选型提供了依据。

深埋软岩公路隧道大变形段双层支护方案研究

根据云南省云临高速公路大亮山隧道穿越复杂地质条件时出现的初期支护开裂、仰拱隆起等灾害,单层初期支护无法抵抗围岩压力,采用双层初期支护进行优化设计。利用有限差分数值模拟软件对单层初期支护与双层初期支护开挖后围岩与支护结构力学响应进行对比,并与现场监测数据对比分析。研究结果表明:单层初期支护拱顶沉降、仰拱隆起、二次衬砌内力、塑性区半径均大于双层初期支护,采用双层初期支护可以保障隧道安全掘进;针对隧道拱顶沉降与仰拱隆起变形曲线,建议采用扩大拱脚、尽早施作仰拱、增设锁脚锚杆等措施控制隧道的变形、开裂等灾害。

极高地应力软岩隧道双层支护技术

兰渝铁路两水隧道洞身主要通过炭质千枚岩软岩地层，隧道为极高地应力状态，最大水平主应力值为6．5～11．3 MPa。施工前期，隧道初期支护结构变形较大，部分钢拱架扭曲、断裂，支护结构失稳，初期支护结构侵入衬砌净空，拆换拱情况频繁发生，局部地段二次衬砌开裂。针对前期施工中出现的问题，分别开展双层初期支护和双层衬砌试验，对试验段初期支护变形、围岩压力、接触压力、钢架应力、钢筋应力、混凝土应力等进行现场试验研究，掌握试验段设计及施工参数条件下，隧道支护和衬砌结构受力和变形规律。主要研究结果如下：1）双层初期支护变形相对较小，喷混凝土应力、钢架应力、二次衬砌混凝土应力及二次衬砌钢筋应力均未超过材料的容许应力，工作状态良好；2）双层初期支护可减少绑扎钢筋的工序，不需要再另增衬砌台车，在工序组织上更加便利，工效性相对较高。

高地应力软岩隧道大变形控制关键技术

高地应力环境与低强度围岩的耦合作用,增大了隧道失稳风险。为有效控制高地应力软岩隧道大变形问题,总结丽香、玉磨、成兰铁路近10座高地应力软岩隧道施工实践经验,阐述大变形隧道变形特征和关键控制技术,结合监测数据验证了相关技术的有效性,得出以下结论:1)预留变形量是避免发生大变形后初期支护侵限的重要基础;2)对于水平构造应力占优势的单线隧道,增大边墙曲率可有效控制隧道边墙收敛;3)双层初期支护与锚杆共同支护可有效提高初期支护刚度,减小围岩变形;4)初期支护仰拱快速封闭,控制初期支护仰拱与掌子面距离<20 m能够起到有效抑制收敛的作用;5)合适的二次衬砌施作时机既能有效地控制大变形又能减少二次衬砌的开裂。

高地应力隧道软岩大变形控制现场试验研究

文章依托宝汉高速公路连城山隧道工程,开展了“三台阶开挖、双层初期支护、无原位应力释放”和“三台阶开挖、双层初期支护+原位应力释放”两种不同大变形控制方案的现场试验研究,通过监测数据得到了围岩变形和围岩压力随时间的变化规律,并对比研究了连城山隧道两种控制方案的有效性。结果表明,“三台阶开挖、双层初期支护+原位应力释放”可有效控制隧道软弱围岩大变形。

基于两种拱盖法修建的青岛地区上软下硬岩质地层大跨隧道结构稳定性研究

拱盖法是基于纵深刚度差异较大的“上软下硬”地层条件,在充分吸取盖挖法、双侧壁导坑法等工法的成功经验或者不足之处的基础上发展起来的一种暗挖大跨隧道修建技术,拱盖法主要有双层初期支护拱盖法和二次衬砌拱盖法。文章以青岛地铁某暗挖大跨车站为例,结合站址范围内上软下硬复合地层的特征,通过数值方法对两种拱盖法修筑的隧道结构稳定性进行分析研究。结果表明:1)二次衬砌拱盖法采用纵向9 m拆撑安全步距施工时,外层初期支护棚护作用的“空间刚度效应”不足以弥补其拱盖的“拱”效应,双层初期支护拱盖法修筑技术更有利于隧道变形控制;2)隧道下部岩体开挖时拱盖结构的承载、保护作用显著,但在相同等地质环境条件下,二次衬砌拱盖法施工对拱脚岩体的塑性破坏作用更明显,换言之即二次衬砌拱脚对岩基的强度和刚度要求更高;3)初期支护拱盖法结构受力控制部位为拱肩及拱脚,二次衬砌拱盖法结构受力控制部位为拱脚,后者拱脚控制内力约为前者的1.56倍,前者的“梁”效应比较明显,后者的“脚”效应比较明显;4)为地铁百年服务工程安全计,建议优先考虑采用双层初期支护拱盖法施工。