大断面黄土隧道台阶法双层支护技术

依托郑西高铁高桥隧道小角度下穿既有南同蒲铁路施工实践,通过试验研究取得大断面黄土隧道台阶法双层支护体系的力学特性及施工技术关键,在砂质新黄土条件下成功解决埋深仅11 m的下穿运营铁路的超大断面(171m2)隧道施工,对类似工程的设计与施工具有重要参考价值。

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。

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。

严重挤压性围岩隧道平行导洞双层支护作用机理研究

依托成兰铁路跃龙门隧道工程,采用现场监测与有限元计算相结合的方法探讨严重挤压性围岩隧道平行导洞一次支护破坏原因及二次支护作用机理。首先,根据平行导洞的变形监测数据分析导洞变形特征及不同措施对变形的抑制效果;然后,基于RMR围岩评价方法选定合理围岩物理力学参数,利用弹塑性有限元分析计算平行导洞支护的变形和应力,讨论双层支护的作用机理。研究表明,采用增设锚杆、注浆加固等措施能减缓隧道变形速率,但对隧道累积变形量的控制效果不明显;二次支护的施作改变了一次支护的受力状态,提高一次支护承载能力约12%~14%,能有效控制围岩变形。

软岩大变形隧道双层初期支护承载性能对比试验研究

依托西成客运专线阜川隧道炭质页岩段进行的双层支护现场试验,对比分析了软岩大变形隧道在不同双层支护方案下的变形控制效果。运用数值仿真手段,揭示了软岩大变形隧道双层支护的作用机理,分析了双层支护的合理形式,给出了第二层支护最佳施作时机的判据。研究结果表明,双层支护结构是控制高地应力软岩隧道变形有效手段;双层支护宜喷混凝土封闭,不宜采用临时套拱的形式;第二层支护的施作时机至关重要,采用第二层支护紧跟第一层支护分台阶施作的方案可获得较好的变形控制效果;第二层支护的设计和施工应以保证第一层支护的薄弱部位不至破坏为原则,薄弱部位的径向位移速率可作为判定第二层支护施作时机的依据。

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。

武都西隧道大变形段双层支护分析

在隧道围岩承受高应力、大变形地段,采用通常的Ⅳ级或者V级支护参数还不足以保证隧道的施工安全,需要对支护参数进行加强。武都西隧道承受高应力及围岩结构差的影响,采用双层拱架进行支护,而双层拱架的支护形式施工工序多,如何解决施工进度与工程质量、施工安全之间的矛盾迫在眉睫。

双层初期支护技术在软岩大变形隧道施工中的应用

初期支护沉降和收敛远远超过预留沉降量,先后采取了增加锁脚锚管、增加大拱脚、调整钢架间距、采用14轻型工字钢替代连接筋连接、增加预留变形量等措施均不能有效地控制隧道的异常变形。最后采取双层初期支护技术,有效地控制了隧道的异常变形。

平天高速软弱围岩隧道双层初期支护施工技术

防止高地应力隧道围岩变形一直是隧道施工的难点。华亭隧道进出口段位于Ⅴ级围岩段,针对地质特点,采用双层初期支护的施工方法,以确保隧道施工和运营的稳定与安全。

隧道双层预支护力学分析模型

为了研究隧道施工双层预支护体系的协同作用机制和作用效果,考虑管棚、旋喷桩、注浆等预加固方式的协同作用,将双层预支护结构等效为梁单元,将预支护结构之间的土体视作弹簧单元,支撑预支护两端的连续墙采用弹性支座模拟,采用不同的梁单元刚度模拟隧道施工过程中结构抗弯刚度的变化,建立隧道施工双层预支护体系的力学分析模型。推导分析模型的耦合挠曲微分方程组,结合边界条件,得到挠曲理论解。以广佛(广州—佛山)环线城际铁路东平一号隧道为背景,选取下层预支护结构拱顶纵向中间位置的沉降进行对比分析。研究结果表明:中间位置沉降的理论计算值、有限元计算值和实测值分别为4.0,3.7和3.9 mm,误差在可接受范围内,验证了模型的可靠性;中间土体弹簧与水平旋喷桩直径分别对体系的协同作用、挠曲变形有较大影响。

双层初期支护施工技术在公路软弱围岩隧道的应用

安紫高速公路旧州隧道位于Ⅴ级围岩段,针对地质特点,采用双层初期支护的施工方法,对围岩变形、防水的控制有很好效果,保证了工程进度和工程质量,避免隧道施工过程中出现沉降和收敛变形的情况。

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。

高地应力隧道支护参数优化设计研究

依托某在建高速公路项目,开展高地应力隧道支护参数优化设计研究。对试验段隧道拱顶沉降以及水平收敛进行现场监测,结果表明:采用以工字钢为支护骨架的单层初支不能控制高地应力隧道的大变形,主要表现为拱架破坏、混凝土剥落;采用“双层初支”在一定程度上可控制大变形;增加内层支护的刚度在一定程度上减小“双层支护”的累计变形量,但无法大幅度缩短变形稳定周期;适当增加内外层初支之间的预留变形量支护效果最佳,累计变形量较小同时变形稳定周期缩短。

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。

双层垂直支护在船闸闸首基坑支护中的运用

泰州引江河二线船闸位于已建一线船闸西侧70m，由于一、二线船闸相距较近，且地基土层又为粉砂土，透水性强，抗渗稳定性差，为确保施工期间一线船闸的安全，对上、下闸首基坑采用了围封地连墙与灌注桩排桩相结合的双层垂直支护，并通过工程监测验证了该支护结构的安全性、可靠性、合理性和适用性，以便为今后类似工程的基坑支护提供参考。

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。

双层小导管超前支护在隧道进洞施工中的应用

以四川省广元至巴中高速公路孟家山隧道工程为例,探索了隧道浅埋洞口段的双层小导管超前支护进洞施工工艺、流程和施工方法;并通过与原设计大管棚超前支护进洞方案的比较,说明了该方法节约工程投资、简化洞口施工工艺和施工方便等优点。

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。