高速铁路单线隧道Ⅳ级围岩台阶法施工参数选择

为研究隧道台阶法施工时不同台阶高度及长度对隧道变形的影响,以西十高铁秦岭马白山单线隧道为工程依托,采用三维有限元计算模型,对不同台阶高度和长度下围岩变形及初支结构稳定性的变化规律进行研究。结果表明:台阶高度对掌子面变形、塑性区分布、拱顶沉降及初支收敛有较大影响;不同台阶长度的掌子面纵向变形较小,随台阶长度增大,拱顶最大沉降量及初支收敛变形量逐渐增大,当台阶长度达到20 m后两者基本趋于稳定;Ⅳ级围岩地段,单线隧道台阶高度宜为6.5~8.0 m,综合考虑隧道施工机械设备排布情况,台阶长度取20~40 m较合适。隧道施工过程中,拱顶沉降、初支收敛等监测结果均满足施工安全要求,验证了研究结果的可行性,并可为相关工程台阶法施工提供参考。

小断面硐室突变大断面硐室施工过程拱顶沉降有限元分析

为解决现有小断面突变大断面硐室开挖工程中围岩变形大、难控制的难题,本文以台州市三门县其头山矿山项目为工程背景,在提出中导洞及侧壁导洞反向爬坡开挖法的基础上,采用Plaxis2d软件对两种开挖方式下小断面硐室突变大断面硐室的施工过程进行了有限元模拟。结果表明:对于大、小断面硐室,侧壁导洞爬坡开挖法的拱顶下沉量分别略高于中导洞8.0%及5.0%左右;考虑到单炮进尺过小带来的施工效率低以及过大带来的安全性差问题,对于小断面硐室,单炮进尺应控制在2.5 m,侧壁/中导洞开挖时的单日爆破次数均不得超过2次;对于大断面硐室,单炮进尺应控制在3.0 m,侧壁/中导洞开挖时的单日爆破次数不得超过3次及2次。

不均匀收敛模式在软岩隧道中的适用性研究

为进一步对山区软岩隧道断面的收敛变形模式进行研究,以隧道断面拱顶沉降与拱腰水平收敛为研究对象,基于现有地铁盾构隧道不均匀收敛模式提出隧道断面拱顶沉降与拱腰水平收敛比值K对隧道断面变形进行参数化表达,基于K值将隧道断面收敛变形情况分为3种形态。结合西成铁路甘青隧道甘肃段2段不同埋深情况下隧道断面变形监测数据进行分析。结果表明:1)通过K值的参数化分析,发现隧道断面的变形模式主要受隧道均匀收敛ε与隧道椭圆化δ的影响;2)隧道埋深对于隧道开挖后断面收敛变形有一定的影响,在埋深较深的情况下隧道围岩相对稳定,隧道断面收敛变形量较小且在短时间内将趋于稳定;3)通过甘青隧道实测数据发现,不均匀收敛模式与现有的经验参数适用于浅埋(埋深17.8~19.3 m)区域内的隧道断面,但是对于深埋(埋深48.5~49.3 m)区域内隧道断面的适用性不佳;4)首次将源于地铁盾构隧道的断面不均匀收敛模式引入山岭隧道,由于山岭隧道施工的复杂性,目前对山岭隧道的K值仅进行了初步的适用性研究。

既有公路隧道双侧扩挖喷混支护参数优化分析

文中采用数值分析的方法,对木鱼槽隧道的扩建工程进行了力学研究,得到施工过程中的隧道的应力、应变规律,并通过对Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩条件下喷射混凝土厚度参数进行有限元模拟优化研究,对优化后的拱顶沉降、周边收敛以及喷射混凝土应力的数值结果进行对比分析。结果表明,三种围岩条件下喷射混凝土最优支护参数为:Ⅲ级围岩中喷射混凝土厚度为10 cm;Ⅳ级围岩中喷射混凝土厚度为20 cm;Ⅴ级围岩中喷射混凝土厚度为25 cm。

高速公路泥岩隧道围岩压力试验研究

以宝天高速公路天水过境段梁家山泥岩隧道为工程背景,通过现场测试,研究了围岩拱顶下沉、围岩与初期支护接触压力、钢拱架应力和初衬与二衬接触压力随时间变化规律及分布特征,并应用现有的理论和方法对实际工程安全状态进行评估。研究结果表明:以隧道开挖空间效应和Chern经验公式两种理论方法对拱顶沉降数据进行分析处理,所得到的隧道极限位移相差较小;围岩与初期支护压力的分布具有不均匀性特点;钢拱架外缘应力平均值大于内缘,拱顶处应力大于其他部位,按其推算得到的拱顶沉降极限位移更接近于实际情况;初衬与二衬间接触压力先迅速增加后逐渐较小最后趋于稳定,其稳定值整体偏小。

有理函数在隧道监测数据回归分析中的应用

目前隧道施工均以新奥法为基础,其重要的一个特征就是在隧道施工过程中进行隧道围岩变形的量测,根据量测数据确定二次砌衬的施工时间,但是由于观测值有较大的离散性,因此必须经数学处理后才能使用,本文以某工程为例,采用有理函数模型对观测数据进行回归分析,可用有关回归曲线预测该断面的沉降值,并与规范推荐的回归函数进行了对比分析,结果表明,有理函数模型与实测数据较为吻合,误差较小,从而保证了工程质量和施工的安全性。

基于实测数据的黄土高铁隧道三台阶法变形控制基准研究

为更加准确地确定黄土隧道开挖过程中不同黄土类型的变形控制基准,以宝兰客运专线安定隧道等6座隧道中的47个拱顶沉降实测数据作为研究的样本,根据土层的形成年代及成分,将其分为Q2黏质黄土、Q2砂性黄土、Q3砂性黄土及Q4砂性黄土4类,通过研究得到其全位移的回归曲线。数据表明:1)在一定范围内的含水率对最终沉降值影响并不明显,而基底承载力、埋深这2个因素和最终沉降量关系极为密切;2)对4类黄土的最终沉降的预测值进行分类分析,得到黄土隧道初步的变形控制基准Q2黏质黄土为110 mm、Q2砂性黄土为170 mm、Q3砂性黄土为300 mm、Q4砂性黄土为300 mm的结论,再根据埋深和地基承载力进行修正,形成的控制基准在目前在建的银西铁路隧道中得到了较好的验证。

铁路黄土隧道施工变形规律及预留变形量研究

为研究黄土隧道施工变形规律及预留变形量,以蒙华铁路双线黄土隧道工程施工为依托,采用现场实测和统计分析的方法分析隧道周边位移变形规律,以确定黄土隧道设计预留变形量。双线黄土隧道施工的变形规律表现为:隧道开挖时,拱顶下沉和周边收敛发展较快,仰拱封闭后,变形趋于稳定;隧道拱顶下沉大于周边收敛。Ⅳ级围岩黄土隧道下沉速率集中分布在5 mm·d^(-1)以内,部分深埋断面速率大于5 mm·d^(-1)。Ⅴ级围岩黄土隧道深埋时,拱顶下沉较小,速率集中分布在5 mm·d^(-1)以内;浅埋时,部分断面拱顶下沉超出设计预留变形量,速率在15mm·d^(-1)以内;其表现出的特点是:浅埋变形大,速率大。净空变形特征值的均值在浅埋时为4.1,深埋时为2.2。Ⅳ、Ⅴ级围岩黄土隧道设计预留变形量建议值分别是8~10 cm、12~15 cm。

软岩隧道掌子面挤出与拱顶沉降变形相关性

依托某通过水平旋喷超前加固后实现了大断面开挖的软弱围岩铁路隧道,通过在掌子面和掌子面后方拱顶布设监测点,进行相关项目的量测。按照施工组织情况,建立计算模型,设计相应的计算工况。基于实测结果和数值模拟结果,研究掌子面挤出变形、拱顶沉降变形与仰拱跟进距离之间的关系,分析掌子面挤出变形与拱顶沉降变形之间的相关性,为其后续施工和工法改进提供了数据支持和参考。

NATM公路隧道围岩时间效应统计分析与变形稳定性评价指标

基于几十座两车道NATM高速公路隧道的现场监测数据,通过对大量的围岩收敛变形和拱顶下沉数据的统计分析,探讨隧道Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩随时间的变形特性,分析不同级别围岩从开挖到变形稳定时的时间以及与围岩级别的关系;得到变形稳定时的收敛和拱顶下沉值,以此作为隧道不同级别围岩变形的稳定性评价指标;为隧道施工阶段围岩的稳定性评价以及二次衬砌的合理施作时机提供了依据。

软土隧道拱顶与地表沉降关系研究

通过对深圳地铁一期工程区间隧道地表、拱顶下沉的现场实测及回归分析和数值模拟,提出了预测拱顶下沉的指数函数方法和超前拱顶下沉数值模拟方法.数值分析验证了回归效果,同时明确超前拱顶下沉量较大.最后结合隧道开挖应力释放及地下水流失,造成的地层失水效应,分析了拱顶与地表沉降的关系,得出深圳软土地层地铁隧道建设中普遍存在的地表与拱顶沉降相差较大的现象与现场监测滞后掌子面及地层中含水含砂有关.

地铁施工沉降监测分析与控制

以北京地铁四、十号线黄庄站工程为背景、结合现场施工临控量测结果,总结了四号线黄庄站在浅埋暗挖法施工下地表及拱顶沉降产生的原因及沉降规律,并提出控制沉降的措施。对后续工程施工起到指导作用。

三心圆隧道拱顶沉降的群桩效应及其防护措施

利用MIDAS/GTS有限元程序分析了深圳地区中软土地层中群桩荷载对三心圆类马蹄形隧道的影响,研究群桩布置以及桩与隧道间距的变化对隧道拱顶位移的影响情况。研究结果表明:隧道拱顶位移随桩与隧道间距以及沿隧道走向和法向桩间距的增加而减小,沿隧道走向桩间距的变化对隧道拱顶位移的影响大于沿隧道法向桩间距的变化。隧道因群桩荷载引起的位移的防护措施有:隧道拱顶位移随受荷桩桩长的增加而减小,且受荷桩桩长与隧道埋深比值应大于1,应避免受荷桩桩端处于隧道所在平面,否则将引起最大的隧道位移;采用设置隔离桩的方法减小隧道拱顶位移时,宜增加隔离桩与隧道间距,当隔离桩桩长与邻近桩桩长之比大于1.2时能起到更好的遮拦效果。

大断面黄土隧道变形控制技术及支护受力特征

本文以宝兰客专西坡隧道的现场施工为工程背景,通过现场设置试验断面进行试验量测,量测内容包括围岩压力、初支钢架内力、洞内拱顶沉降和周边收敛,来研究支护结构的受力规律,并分析三台阶临时仰拱法、合理选定开挖进尺、超前支护、拱脚变形控制和仰拱封闭距离控制等隧道变形控制技术的实施效果。最终得出,土压力最大值分别为536.k Pa和267.1k Pa,分别在左侧仰拱和右侧拱脚达到;初支钢架内力内外侧最大值为173.99MPa和16.85MPa,分别在左侧上导、右侧下导拱脚达到;围岩压力和初支钢架内力值均控制在要求范围内。拱顶最大沉降分别为110.2mm和115.1mm,周边收敛最大值分别为3.8mm和37.1mm,均控制在要求范围内,验证了西坡隧道施工变形控制技术的实施效果。拱顶沉降和周边收敛在上导开挖阶段变形速率最快,在仰拱封闭后基本趋于稳定,建议减小上导开挖进尺及台阶长度,并采取合理施工进度安排,尽量缩短上导的封闭时间。

基于OWGA算子的隧道变形最优组合预测

研究目的:根据隧道变形数据预测隧道的变形发展情况,结合具体工程实践,采用最新非线性预测理论,在文献综述的基础上,结合对数灰关联度与OWGA算子,把预测值和观测值的对数序列之间的灰关联度设定为目标函数,有序加权集成做为诱导变量值的预测精度,提出一种新最优隧道变形预测模型。采用MATLAB编程分别实现灰色预测、指数平滑预测、自回归移动平均预测,并利用基于对数灰关联度的有序加权几何平均组合预测模型,在对数灰关联度最大的意义下求出组合模型的最优权重,通过隧道变形预测的实例分析,说明新模型的有效性和合理性。研究结论:(1)基于OWGA算子的隧道变形预测,在预测误差平方和、均方误差、平均绝对误差、平均绝对百分比误差、均方百分比误差等预测有效性精度指标下,比灰色预测,平滑预测,ARMA预测等预测方法的预测精度都高,误差最小;(2)通过工程实例检验,该预测方法的预测结果不但合理、有效,而且是优性预测;(3)本研究成果可应用于隧道安全监测和变形预测领域。

公路隧道施工变形监测精度要求探讨

隧道周边收敛和拱顶下沉监测是判断围岩支护效果、二次衬砌施作时间、隧道动态信息化设计与施工以及保证隧道施工安全的重要措施。现有JTG F60—2009《公路隧道施工技术规范》对隧道周边收敛和拱顶下沉监测的精度要求为0.1 mm,明显高于铁路隧道施工和基坑工程变形监测0.5-1.0 mm的精度要求,且公路隧道的实际监测精度很难达到规范规定的精度要求。总结现有公路隧道、铁路隧道和其他规范的具体监测内容和要求,结合现有隧道施工监测仪器的精度技术指标,参照隧道设计规范规定的预留变形量、隧道施工阶段变形监测统计结果和基坑工程监测规范的精度要求等,建议将公路隧道周边收敛和拱顶下沉监测的精度要求修改为0.5-1.0 mm。0.5-1.0 mm的监测精度要求可以保证公路隧道的施工安全,促进高精度全站仪等非接触量测方法和仪器在公路隧道施工变形监测中的应用和推广,提高公路隧道施工变形的监测效率,避免因达不到JTG F60—2009《公路隧道施工技术规范》规定的监测精度要求而引发的监测数据造假现象。

蒙华铁路隧道施工变形监测数据统计分析

文章依托蒙华铁路工程,对沿线双线黄土隧道和双线一般隧道在施工过程中的拱顶下沉和周边收敛变形监测数据进行统计分析,研究双线黄土隧道在Ⅳ级、V级围岩条件下以及双线一般隧道在Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩条件下的变形最大值和变形速率最大值随埋深、含水量的变化规律。基于监测数据的统计分析,建议Ⅳ级、Ⅴ级围岩条件下双线黄土隧道施工变形预留量的取值分别为70~90 mm、120-150 mm,Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩条件下一般双线隧道施工变形预留量的取值分别为30~50 mm、50~80 mm、80~100 mm。

基于施工安全性的海底隧道断面优化研究

为了控制地层裂缝的产生和贯穿从而防止突涌水事故的发生,把拱顶沉降作为优化设计中的控制指标,通过控制拱顶沉降来达到控制拱顶地层裂缝产生和贯穿的目的.针对全封堵的防排水形式和有限元软件特点提出了通过等效泊松比的方法来施加围岩荷载和水荷载的思路;提出了包括最优化参数获取,设计变量敏感性分析和优化设计效果评价在内的完整的优化设计分析过程;针对青岛胶州湾海底隧道的具体断面形式进行优化分析:优化后拱顶沉降值减小为原设计的44%;以获得的最优设计为参考点,分析了设计变量的改变对拱顶沉降的影响,分析得出的规律性认识可以更好地指导设计;通过比较优化前后衬砌结构受力,可知优化后的衬砌结构在受力方面也得到了改善.

一元非线性回归分析在隧道监控中的应用

根据新奥法原理中岩体开挖的时间效应,对毛栗坡右线隧道的监控量测结果进行一元非线性回归分析,找出岩体变形量与时间的关系,以制定科学的施工方案,保证工程质量和施工的安全性。

复杂地质条件下水底矿山法隧道的围岩位移分析

研究目的:长沙市湘江大道浏阳河隧道为双向四车道隧道,隧道结构形式设计复杂,分别由小净距隧道、分离式隧道和明挖隧道组成。根据暗挖段隧道现场监测成果,结合施工措施和开挖工序进行全面分析,为长沙地区水底隧道工程提供了典型参考案例。研究结论:核心土开挖后布设测点造成的总损失量较大;采用全断面帷幕注浆措施加固围岩对控制隧道拱顶沉降取得较好的效果;临时支护的拆除对拱顶沉降和围岩收敛的影响较小,采用三台阶和CD法施工浅覆土Ⅴ级围岩水底隧道,能有效控制沉降。