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。

双洞八车道公路隧道机械化施工工法转换技术研究

基于深汕西高速公路改扩建项目城仔山隧道大型机械化施工,分析了机械化双侧壁导坑法与机械化台阶法开挖的施工技术特点与局限性,并提出了双侧壁导坑法转台阶法的转换技术。通过数值模拟沉降及应力分析了转换技术的可行性和安全性,结果表明整个施工转换过程掌子面相对稳定,超前支护及洞身支护的结构合理,无安全隐患,可为现场施工进行一定的指导。

山岭隧道超大断面盾构组装洞室关键施工技术

以渝湘高铁重庆到黔江段重庆长江隧道为例,针对该隧道洞室施工工艺复杂、施工难度大、危险性高、施工周期长的特点,提出了盾构组装洞室总体施工方案,即盾构组装洞室采用分部分层台阶法施工,对其施工工艺及施工方法进行详细论述,结果表明,该施工技术科学合理、安全可行。

砂泥岩地层浅埋大跨暗挖地铁车站转序落底关键技术

大断面暗挖地铁车站工程采用双侧壁导坑法施工,该方法是处理软岩地层、浅埋地段等不利条件下的常用施工技术手段。结合重庆轨道交通18号线北延工程黄沙溪站暗挖车站开挖工艺及施工步序,利用midas GTS建立的计算模型,分析车站中洞开挖对车站围岩和初期支护结构的应力、位移特征及稳定性的影响,通过现场监控量测及自动化应力监测,进一步验证了提前解除车站两端优化中洞的安全性、可靠性、经济性,有力保障了车站隧道的安全施工及毗邻既有建(构)筑物的安全,可为同类工程提供借鉴和参考。

双侧壁导坑法在瓦斯隧道开挖中的应用研究

为保证瓦斯隧道的安全开挖以及施工质量,以渝黔高速公路扩能项目大兴隧道为例,研究双侧壁导坑法在瓦斯隧道开挖中的应用。结合隧道探煤洞群以及薄层炭质页岩和少量煤矸石的情况,设计双侧壁导坑法施工方案以及施工流程;同时确定隧道开挖时排放瓦斯所需空气量,以此保证开挖安全。采用ANSYS有限元分析软件构建隧道三维模型,分析该施工技术的施工效果,确定隧道在竖向和横向上的最大位移别为12mm和6mm,满足工程标准。

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。

秦岭隧洞长距离独头掘进施工通风技术研究

随着水工隧洞独头掘进距离的不断加大,爆破出渣等机械作业产生的大量有害气体难以出洞,洞内作业安全及人员健康受到严重影响。洞内通风是保障施工进度、安全及环境的重要因素之一,有效的通风方案及通风措施,使得有害气体快速出洞有利于洞内的良好工作环境及人员安全。以秦岭输水隧洞4号支洞及上下游主洞为例,研究水工隧洞长距离施工通风的关键技术,提出设计优化措施,并对通风应急措施进行总结。研究成果可为引水隧洞钻爆段的施工通风技术理论研究及工程实践提供借鉴。

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。

复合式土压平衡盾构机刀盘性能综合评价方法

复合式土压平衡盾构机刀盘对复合地层的适应性决定了施工的安全性和经济性。由于刀盘结构的多样性以及施工环境的复杂多变性,不同类型的刀盘在应对不同地层时,其综合性能表现不一,目前仍缺少对其综合性能进行评价的有效方法。在考虑刀盘性能影响因素多层次、多方面和相关联性的基础上,从刀盘的结构性能、刀具布置性能、力学性能、经济性、安全可靠性和环境适应性等方面,建立刀盘性能评价指标体系。根据刀盘递阶层次结构评价模型特点,提出一种基于模糊数学与评价理论,以模糊层次分析法计算刀盘指标权重,通过模糊综合评价和模糊优劣解距离决策法对刀盘进行综合性能评价的方法。结合长沙某地铁施工标段地质条件,选取四种常见的复合式土压平衡盾构机刀盘方案,进行评价确定最终方案,并通过工程实例验证本方法的合理性和有效性,为施工过程中的刀盘方案选型决策提供一种新方法。

洞桩法施工地铁车站导洞开挖方案优化分析

导洞开挖方案的选择在地铁车站洞桩法的施工中越来越受到关注。依托北京地铁6号线朝阳门车站工程,对洞桩法施工的导洞进洞方式、开挖顺序等方案进行优化。采用有限元法,建立三维"地层-结构"相互作用模型,模拟了不同方案下的导洞开挖过程,获得了施工横通道的变形与应力、地表的变形以及邻近管线的变形等数据。数值分析结果表明:分离施工通道方式可以有效地控制施工通道的变形和应力;相比于先开挖下导洞,先开挖上导洞可以更好地控制地表沉降槽的形状和管线的变形;导洞开挖宜采用跳挖错距的方法,开挖错开距离不应小于10 m。

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。

浅埋铁路隧道下穿高速公路施工沉降分析

甬台温铁路新建前黄隧道下穿甬台温高速公路,该段隧道覆盖层薄弱,围岩较差,采用三维有限元方法对该段隧道下穿高速公路施工时的围岩变形及公路路面沉降进行数值模拟。分析结果表明,软弱围岩下浅埋铁路隧道近距离穿越高速公路时采用大管棚超前支护以及选用双侧壁导坑法开挖对路面及隧道拱顶的沉降都起到了很好的控制作用,而且隧道拱顶沉降和水平收敛位移受隧道纵向开挖空间效应和覆盖层厚度的影响相当大。公路路面的沉降值呈近似倒漏斗型分布,路面最大沉降位于隧道正上方路面中央。计算结果为铁路隧道的设计施工提供了一定的理论依据。

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。

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。

公路双连拱隧道施工过程中中隔墙的变形及稳定性

应用线弹性平面应变和空间模型,考虑了施工中可能出现的各种不利因素,对双连拱隧道三导洞法施工时,中隔墙的变形和稳定性进行了详细的数值模拟分析。结果表明:右洞(先开挖洞)开挖对中隔墙的影响约在开挖面前后1.5B(B为右洞开挖宽度)的范围,左右两洞的开挖面间距以2.5B^3.0B为宜;右洞施工时,中隔墙产生整体向左的偏转,墙身中部向左侧鼓出,基部右趾向上抬起;同时在纵断面方向,产生向左的横向弯曲;随着左洞施工推进,中隔墙的偏转得到纠正,基部右趾回落,横向弯曲逐渐恢复;在整个施工过程中,中隔墙顶部和左侧的密实回填,对抑制中隔墙的变形和降低中隔墙的内力十分有效。

上覆薄煤层采空区公路隧道开挖稳定性试验研究

隧道下穿煤层采空区施工将对周围地层产生扰动,影响隧道围岩及初期支护的稳定性.进行了上覆薄煤层采空区隧道开挖的室内相似模型试验,试验中通过测量隧道开挖过程中采空区地层、隧道拱顶的沉降及初期支护内力等参数,对上下台阶法和单侧壁导坑法进行了对比分析.测试结果表明,隧道开挖引起的采空区地层沉降受开挖方法的影响显著,上下台阶法开挖引起的采空区地层沉降高于单侧壁导坑法,沉降槽曲线较陡、沉降范围更宽.两种开挖方法中,围岩压力的最大值均位于右拱脚处,钢拱架最大弯矩出现在拱脚处,最大轴力位于拱腰或拱肩处.其它条件相同时,采用单侧壁导坑法开挖时初期支护背后的围岩压力、钢拱架内力和偏心距等普遍大于上下台阶法开挖.研究表明在隧道下穿倾斜煤层采空区施工时,采用单侧壁导坑法开挖可以显著减小对采空区地层及围岩的扰动,但同时需增强初期支护的刚度,确保围岩及隧道结构的整体稳定性.

新意法在野猪山隧道施工中的应用研究

为探讨新意法在复杂地质环境下隧道施工中的可行性,依托具体工程,对山岭隧洞出口段进行了数值仿真分析,研究了新意法和台阶法开挖时掌子面的纵向内空变形和应力变化规律,预测了沿隧道轴线方向拱顶沉降的时空变化规律,对比分析了隧道不同开挖、临时加固方式对掌子面大变形、失稳的影响,得出了掌子面中部易失稳,新意法施工可有效抑制掌子面变形的结论,对同类隧道工程研究具有一定的理论意义,并对工程实践具有重要参考价值.

上下台阶开挖下城门形隧洞纵向变形规律分析

隧洞纵向变形规律曲线能有效地反映洞壁围岩变形随掌子面推进的演化过程,然而,原有适用于圆形隧洞全断面开挖的纵向变形规律公式是否适用于城门形隧洞分部开挖,尚需进行进一步的验证。本文借助于FLAC3D软件对城门形隧洞上下台阶分部开挖下的纵向变形规律进行了研究,并对不同初始地应力条件、不同围岩类型下该规律的变化进行了深入分析,提出了确定该规律的经验公式,并与紫坪铺工程导流隧洞现场监测数据进行了对比,研究发现:上下台阶开挖下的纵向变形规律曲线与全断面开挖具有相似的形状,但是掌子面处的位移比ur(0)/ur∞存在较大差异;当侧压力系数大于1.0时,变化水平应力对边墙测点的纵向变形规律曲线影响较小;采用平面应变模型并结合本文提出的经验公式可对城门形隧洞上下台阶开挖下的纵向变形规律曲线进行预测。工程实例验证表明,采用经验公式计算所得曲线与监测数据比较吻合。利用本文经验公式能简便、较准确地预测围岩变形规律,结合监测数据进而可对隧洞总变形进行初步预测。