砂卵石地层浅埋地铁车站暗挖施工关键技术

研究目的:针对富水砂卵石地层地铁车站明挖法施工面临的道路交通问题,本文依托成都富水砂卵石地层首次采用暗挖法施工地铁车站的成功案例,对暗挖法施工关键工艺开展研究,指明了暗挖导洞设置及其开挖时序、地层超前预加固方式、初期支护类型、永临结合钢管柱以及拱形盖板扣拱等关键工艺,明确了富水砂卵石地层浅埋大跨地铁车站首次采用暗挖法施工的可行性。研究结论:(1)基于“化整为零”的思路,借助大刚度管幕超前支护,明确了导洞设置原则,采用多导洞法实施钢立柱与盖板(顶板)后,可按盖挖法理念完成超浅覆土下的地铁车站暗挖施工;(2)浅覆土管幕打设精度与地层扰动控制是富水砂卵石地层沉降控制的关键,应遵循“精准定位、及时纠偏,欠土顶进、严控超挖,先低速后匀速”的基本原则;(3)基于初期支护主要以被动承载为主,格栅钢架经济性好、施工方便,喷混后抗弯刚度增幅将近8倍,且大于工字钢喷混后等效抗弯刚度,宜采用格栅钢架;(4)顶部预埋倒L形钢板的“蛇形”中立柱,可实现两侧衬砌结构的有效连接与水平向有效传力,液压反循环钻机可满足小净空条件下高精度永临结合钢管柱施作需要;(5)本研究结论可为类似地层暗挖法车站施工提供借鉴与参考。

超浅埋小净距隧道洞口段安全评估及钢栈桥工艺

针对隧道出口段存在超浅埋、小净距与下穿既有公路的特殊性,为了确保上覆既有公路正常通车下隧道出口段安全施工,研发了在既有公路路面上钢栈桥架越隧道拱顶的新工艺及钢栈桥设计参数,首次提出了路面钢栈桥与拱顶保护壳复合式立体式隧道洞口段掘进安全防护体系.采用MidasGTSNX软件,对钢栈桥设置的合理性和有效性进行了仿真模拟,结果显示,路面存在车辆荷载前提下,钢栈桥的设置能有效减小围岩塑性区的分布面积,显著降低拱顶沉降,保持围岩稳定.实践表明:在既有公路路面上设置钢栈桥,能保证既有公路正常通车条件下的超浅埋与小净距下穿隧道的安全掘进,本研究结果对类似隧道工程洞口段安全施工有重要的借鉴意义.

大跨度浅埋暗挖隧道拆撑的数值模拟

采用浅埋暗挖法修建的复合式衬砌隧道结构,初支受力最危险的时期是为修筑二衬而分段拆除初期支护的临时支撑的过程。本文采用结构-荷载模型,利用增量法,研究拆撑过程中结构内力的变化规律。以南京地铁鼓-玄区间渡线隧道为例,通过平面计算,确定合理的断面拆撑顺序;通过三维拆撑计算,确定合理的纵向拆撑长度,为工程实践提供理论指导。

不同开挖步骤引起浅埋隧道地表沉降的数值分析

地铁施工扰动地层,必然造成相应的地层变形。结合沿海地区软土地区浅埋暗挖矩形隧道施工,使用有限元软件对分部开挖进行非线性数值模拟,分析矩形隧道初期支护在开挖过程中的地表沉降变形。分析结果表明,浅埋软土矩形大跨隧道在开挖过程中,群洞效应的作用和施工方案有密切关系,在此基础上提出了控制地层变形的技术措施,在天津地铁1期工程施工中得到了充分的利用并且取得了良好的效果。

下穿高速公路的浅埋大跨隧道开挖力学行为分析

深圳市红棉路隧道具有埋深浅(约6 m)、跨度大(16 m左右)、周围围岩软弱、下穿机荷高速公路的距离长等特点。由于机荷高速公路车流量非常大、动态荷载强,因此该隧道施工难度高、风险极大。为研究该隧道开挖过程的力学行为,文章通过数值计算及现场测试方法,获得了隧道下穿高速公路施工过程中地表沉降、隧道拱顶沉降、掌子面挤出位移,初期支护钢拱架应力以及二次衬砌应力的动态变化规律。研究结果表明,在隧道开挖过程中,掌子面前方先行变形的影响范围为1~1.5倍洞跨。隧道掌子面进行锚喷支护加固措施,对减小隧道掌子面的挤出位移作用效果明显。同时,需合理确定支护时机,适当优化施工工序,加快隧道断面闭合时间,加强监控量测,确保隧道成功穿越机荷高速公路。

城市地铁暗挖施工地层变形机理及控制实践

笔者结合深圳地铁一期工程的某些暗挖标段工程及地质条件 ,在土层性质试验研究的基础上 ,深入分析了地层大变形机理及其主要影响因素 ,由此确定了地层大变形控制的原则和技术措施。在施工中 ,应用地层变形控制原则及相应的综合技术措施后 ,使地层变形大幅度降低 ,满足了地表环境保护的要求 。

新寨隧道进口浅埋偏压隧道施工技术

新寨隧道位于西秦岭褶皱系中,节理裂隙发育,岩体破碎。进口段位于滑坡左侧边缘,洞门左侧发育冲沟一条,最小埋深13～18 m,在此偏压、浅埋、软弱围岩条件下安全进洞施工难度极大。论文以在建新寨隧道为依托,较详细地记录、分析、总结了施工全过程,得出一些处理类似问题的经验,在指导自身施工的同时,还对类似隧道的施工有着借鉴、指导意义,具有很大的经济效益和社会效益。

变位分配原理在隧道穿越建筑物施工中的应用研究

厦门机场路隧道工程在浅埋、大跨及复杂地质等工程条件下穿越地表复杂的建筑物群,为了保证既有结构的安全,制定了以变位分配原理为核心的隧道施工环境安全风险管理程序.以拆迁房104#和105#试验楼为例,论述了建筑物承载能力分析方法和建筑物破坏形式,制定了建筑物安全风险控制标准,数值模拟预测了隧道施工影响下的地层和建筑物变形,并提出了超前预加固,加强支护参数,洞内跟踪注浆以及地表注浆加固建筑物等控制围岩大变形和有效保护建筑物的工程措施.现场实测数据表明,采取相应工程措施后,建筑物最大沉降量减小了30%~40%.

城市浅埋软岩隧道施工沉降分析及对策

浅埋软岩隧道施工沉降变形控制是浅埋地下工程面临的关键难题,其中最基础的内容是对开挖引起的沉降变形规律的掌握。通过对新建龙岩至厦门铁路石桥头隧道地表沉降变形观测分析,将地表沉降变形划分为三个主要阶段:初始沉降阶段、加速沉降阶段和减速沉降阶段;结合隧道拱顶沉降监测结果,得出浅埋软岩隧道地表沉降与拱顶沉降正相关的结论。隧道开挖对掌子面前后纵向地表沉降的主要影响范围分别为1.5D和3D(D为开挖跨度);横向地表沉降影响范围包括隧道中线两侧各4D的范围,地表建(构)筑物受到较大影响包括隧道中线两侧各2D的范围。针对地表和拱顶沉降过大,采取全断面超前预注浆方案进行处理,监测结果显示全断面超前预注浆能有效控制拱顶下沉和地表沉降量,收敛值减小则不显著,说明该方案达到了控制沉降变形的目的。

高速铁路大断面黄土隧道深浅埋分界深度研究

郑州-西安铁路客运专线穿越西部黄土分布的主要地区,该线含大量单洞双线隧道,其开挖面积大于160m2,跨度大于15m,属于超大断面隧道。由于黄土的特殊性质以及开挖跨度与断面的增大,隧道围岩压力随埋深的变化尚不清楚,目前对该类型隧道的深、浅埋分界深度界定认识不统一。通过郑西线12座隧道地表裂缝与埋深关系的现场调查,初步确定了大断面黄土隧道的深、浅埋分界范围,指出小于11m可作为超浅埋,40～60m为浅埋与深埋分界深度,大于60m为深埋;基于裂缝调查,按剪切滑移破坏极限状态理论对以上分界范围进行了理论分析与验证;精心设计现场试验,在浅、深埋等地段布置17个量测断面进行围岩-初期支护间接触压力的量测,发现实测围岩压力与界定的深浅埋计算结果吻合良好,表明所给深、浅埋界定范围正确。

浅埋大跨下穿高速公路隧道施工风险评估及控制措施研究

为评估浅埋大跨下穿高速公路隧道施工风险和优化施工措施,结合深圳市红棉路隧道工程现场监测数据,建立基于功效系数法的隧道施工风险评估模型。计算分析表明,现有的施工措施无法满足下穿高速公路段施工安全要求,施工风险等级极高,需要及时对其调整。经综合分析,采取合理的施工步序、台阶长度、开挖进尺、掌子面封闭加固措施、隧道施工工序优化、及时封闭初支、加快二衬施工等一系列优化控制措施,并采用FLAC3D数值计算软件验证其可行性。同时,通过现场实施效果与监测数据的反馈,并应用提出的风险评估模型计算发现隧道下穿高速公路段施工风险等级已降为低度,证明采取的风险控制措施合理可行,能够保障隧道成功穿越机荷高速公路。

考虑施工过程的浅埋软弱隧道管棚变形预测及参数敏感性分析

目前的隧道管棚计算方法和理论解析存在计算繁杂,计算参数的选择对分析结果的正确性影响较大且无法获得精确的理论解或简化的计算公式等问题。文章基于Winkler弹性地基梁理论,考虑隧道施工过程中围岩扰动特性、支护未封闭不完全承载特性、地层反力系数差异特性及荷载分布不均匀特性,建立了管棚超前预支护变形理论计算模型,并通过求解24阶方程组获得超前管棚预支护理论解析。结果表明:1)解析解与数值解和现场实测值吻合度较高,解析解可用于管棚变形预测;2)管棚直径、开挖进尺、地层反力系数均存在最优参数取值,环向间距与管棚变形呈正比例关系,管棚长度并非越长越好,只需满足管棚远端超前掌子面前方2倍台阶高度即可;3)实际施工过程中,通过调整管棚参数来控制隧道拱顶沉降效果从优到劣的顺序为:开挖进尺、注浆改善地层力学性质、环向间距、直径、长度。

深圳地铁浅埋暗挖隧道地层变形分析

地铁隧道施工扰动地层,必然造成相应的地层变形,并且在不同条件下变形量表现出较大的差异.通过对深圳地铁Ⅰ期工程3A标国老区间隧道砂质地层深部位移的现场实测和分析,得出了深圳富水软弱含砂地层中浅埋暗挖法施工地层运动的基本规律.该类地层具有变形量大的显著特点,并且地表沉陷具有突发性,地层损失率高达9.2％,远大于普通地层.结合地质及工程条件对地层大变形机理及其主要影响因素进行了分析.在此基础上提出了控制地层大变形的技术措施,在Ⅰ期工程的后期施工中得到充分利用且取得较好的指导施工效果.

北京地铁十号线光华路站开挖群洞效应的数值模拟研究

结合北京地铁十号线一期光华路地铁站的工程和地质条件,运用FLAC3D软件对车站主体浅埋暗挖的五种不同施工顺序的方案进行模拟研究.在相同的地表荷载、固定约束和土体参数的情况下,模拟研究得出车站周围土体应力、塑性区和位移的基本变化规律,并确定群洞效应下开挖顺序的推荐方案.研究结果表明:(1)车站开挖过程中和完成后,破坏区主要集中在中洞与两侧洞之间的区域,即群洞之间部位,并从中洞两侧垂线以45°角向外扩散;(2)中洞的跨度对地表的沉降量有着明显的影响,对于群洞而言,先对左右洞室进行开挖可有效地减小开挖中洞的位移变化量;(3)中洞的拱形支撑能有效抑制地表的破坏区,考虑群洞效应时应先保证中洞洞顶部分的强度.

隧道开挖过程中地层变形的统计分析

以70余座浅埋暗挖法修建的隧道的实测数据为基础,对影响地层变形的各种因素进行统计分析,提出浅埋暗挖隧道的最大沉降量计算公式。同时还得到几点地层变形规律,如:最大地表沉降和拱顶下沉值的概率分布近似成正态分布;随着围岩稳定性由好变坏,地表沉降和拱顶下沉值也呈逐渐增大的趋势;隧道跨度为5～10m时,II,III,V类围岩条件下的最大地表沉降值与上覆土层厚度关系呈凸形状,II,III类围岩的最大拱顶沉降值在埋深25m范围内随隧道埋深增大而增大;拱顶沉降与地表沉降比值多为0.5～1.5;在埋深小于20m范围内,沉降槽宽度多为(8～12)R(R为等效半径)。最后对50余座产生塌方隧道的坍落高度和塌方量进行统计,并对影响隧道塌方的主要因素进行分析。该研究成果为隧道进一步的设计、施工提供科学的参考依据,具有重要的实用价值。

超浅埋暗挖隧道穿越名木古树保护方案的研究

以杭州解放路延伸线道路工程穿越名木古树段施工为例,确定了隧道穿越名木古树时保护方案的实施程序,详细论述和分析了隧道施工对古树的影响因素,在此基础上确定了具有针对性的科学合理的施工措施与古树保护方案,最后对现场实用情况进行了分析和总结。

重申隧道设计、施工的基本原则

研究目的:简要地回顾近50年来我国隧道修建技术的飞速发展,论证在隧道工程进入21世纪绿色工程、为人类提供第二空间的新的历史阶段,如何促进地下工程的发展,探讨实现安全、优质、经济、快速建好地下工程所需改进和创新的隧道设计施工的原则、理念、要点。研究结论:提出山岭隧道设计施工的23个基本原则和浅埋暗挖隧道的12个基本原则。

高速公路浅埋隧道施工过程动态监测与三维有限元仿真分析

结合河南某高速公路浅埋隧道实际工程,在现有隧道施工过程动态监测与数值模拟的基本理论方法的基础上,建立三维有限元模型研究了浅埋隧道施工过程中围岩位移变化规律。通过仿真成果与隧道围岩位移实测值的比较,认为数值模拟分析中得到的施工过程中隧道围岩位移场变化规律基本与实际相符合,从而便于更好地开展施工监控和施工指导工作。

大断面黄土隧道深浅埋分界深度研究

为了确定大断面黄土隧道深浅埋分界深度,结合郑州-西安高速铁路客运专线多条黄土隧道实际调查数据,通过对现有隧道深浅埋划分方法的分析,提出基于谢家烋公式的隧道深浅埋划分方法,当谢家烋公式松动压力出现极大值时对应埋深为深浅埋分界深度。通过对隧道实际破裂角β与计算破裂角β的比较,对公式中关键参数取值进行了分析。结果表明:(1)采用现有方法的大断面黄土隧道深浅埋划分深度介于1.2~5.6倍洞跨,分界深度区别较大;(2)谢家烋公式中摩擦角θ应取规范规定范围的下限值,此时隧道实际破裂角β与计算破裂角β较为接近;(3)老黄土隧道分界深度为37~50m,为2.5~3.4倍的洞跨,新黄土隧道分界深度为54~62m,为3.6~4.2倍的洞跨。

城市浅埋暗挖隧道施工诱发地面塌陷的预测模型

以城市浅埋暗挖隧道上覆地层为状态量,隧道埋深、开挖直径、地下水位、上覆地层厚度等为控制量,基于突变理论建立城市浅埋暗挖隧道塌方的突变模型,揭示浅埋暗挖隧道地面塌方与各个影响因素之间的关系(比如随着地下水位的升高,浅埋隧道发生塌方的几率会大大增加)。利用该模型可得到城市浅埋暗挖隧道发生坍塌时,上覆地层地面沉降的临界值。以此上覆地层地面沉降临界值为隧道是否发生塌方的判定依据,结合广东莞惠城际铁路城市浅埋暗挖隧道工程的现场情况以及FLAC3D数值模拟,得出该模型预测沉降临界值与现场实测数据以及数值模拟结果相吻合,验证了该模型的准确性和合理性。