软弱围岩隧道掌子面挤出变形特征分析

软弱围岩在隧道工程中经常遇到,它的空间大变形特征受台阶长度、台阶高度、工法及地应力水平等条件的影响。结合兰渝铁路两水隧道现场监测和数值模拟相结合的方法对软弱围岩隧道的空间变形特征进行了详细分析。研究结果表明:围岩越弱掌子面纵向挤出变形大小及变形速率越大,掌子面挤出变形受上台阶断面开挖高度和围岩级别影响较受台阶长度影响显著;在洞周先行变形中,拱顶下沉较水平收敛更加明显;初始地应力场应力水平增高,隧道掌子面挤出变形会大幅增加。研究结果可为指导隧道的施工和设计提供有效依据。

软岩公路隧道全断面开挖下拱顶沉降和掌子面挤出变形研究

为研究软弱围岩隧道在全断面开挖方式下的施工安全,对隧道的拱顶沉降变形进行现场实测,并通过数值模拟研究隧道的拱顶沉降、掌子面挤出变形及其相互关系。得出隧道的现场监控量测数据比数值模拟结果小,因为实际监测数据仅监测隧道开挖支护后的沉降,未考虑隧道的先行位移;在隧道监控量测数据的处理中,只把拱顶沉降作为隧道围岩稳定的判定指标是不够合理的,还应该考虑到拱顶沉降的收敛速率;在隧道掌子面强度不足时,掌子面会发生水平左右大致对称、竖向中心偏下的"啤酒肚"形状的挤出变形;在掌子面上的各处的挤出变形均与该掌子面处的拱顶沉降变形大致呈线性关系。

Ⅳ级砂岩隧道开挖掌子面与土体变形规律研究

以中兰铁路香山隧道为例,模拟开展隧道三台阶法开挖试验,通过分析掌子面前方土体不同位置受力响应特征以及掌子面挤出位移形态,研究掌子面变形演化机制。所得结果表明:1)在隧道未开挖部分土压力变化中,距离掌子面越近,土体变化越复杂,土体变形影响因素基本由挤压转变为密实度减小引起的松动,距离掌子面越远,则主要为土体挤压影响;2)隧道开挖部分土压力变化曲线呈“台阶状”,规律较为明显,随着隧道开挖,土压力逐渐稳定;3)采用三台阶模拟开挖时,土压力响应与掌子面挤出变形相对应,并且在距离掌子面1倍洞径处下台阶的开挖会引起掌子面变形;4)三台阶法施工只留下台阶时掌子面变形难以限制,需要保留中下两个台阶。研究成果可为隧道开挖时掌子面与土体受力变形提供参考。

新意法和新奥法下隧道力学行为的对比分析

新奥法和新意法都是山岭隧道建设中的重要施工方法。前者在我国已有四十多年的成功实践,并且写入相关的隧道设计和施工规范中;后者尚处在起步阶段,初步的实践表明,新意法具有广阔的发展前景。依托于浙江某实际工程,分别采用新奥法和新意法完成了Ⅳ级围岩下的公路隧道的开挖。对此,通过三维有限元计算和现场隧道的变形监测比较了两种施工方法的施工效果,结果表明,对于大断面公路隧道,在Ⅳ级、Ⅴ级围岩环境下,采用新奥法,必须采用分部开挖法和及时的初始衬砌以控制隧道变形;采用新意法,可以实现全断面开挖,但是必须对掌子面前方岩体进行超前加固,同时要求对掌子面挤出变形进行跟踪监测。

大断面山岭隧道预留核心土环形开挖法与上下台阶法的比较分析——以浙江奇坑隧道出口段施工方案比选为例

预留核心土环形开挖法和上下台阶法是软弱破碎围岩大跨度山岭隧道掘进的重要方法。本文采用三维有限元数值模拟方法对浙江奇坑隧道的预留核心土环形开挖法和上下台阶法方案进行了计算分析,提出了以掌子面挤出变形作为量化指标的评价方法,采用折减系数法比较了两种施工方案下的掌子面稳定性情况。本文还对现场实测结果和数值计算结果进行了比较分析。研究表明,预留核心土的几何形状和台阶步长对掌子面挤出变形密切相关,在控制掌子面挤出变形和维持掌子面围岩稳定上,上下台阶法结合管棚超前加固可达到预留核心土环形开挖法同样效果,且可为大型机械施工创造较好条件,提高了施工效率。本文的研究方法和结论可为类似工程提供借鉴。