凤凰山特大断面黄土隧道五步单侧壁导坑法研究

为解决特大断面黄土隧道采用双侧壁导坑法施工进度慢、成本高的问题,以G30连霍高速公路清水驿至忠和段扩容改造工程凤凰山隧道为背景,提出五步单侧壁导坑法。通过数值模拟对比分析双侧壁导坑法、五步单侧壁导坑法、传统单侧壁导坑法和台阶法在施工过程中的围岩变形及钢拱架应力,并结合现场试验段监测数据验证特大断面凤凰山隧道采用五步单侧壁导坑法施工的可行性。结果表明:1)五步单侧壁导坑法拱顶沉降和水平收敛比传统单侧壁导坑法分别减小3.59 cm和1.31 cm,比双侧壁导坑法分别增大1.4 cm和0.59 cm;钢拱架应力除拱肩外均小于双侧壁导坑法,最大处减少了70 MPa,钢拱架应力最大值与钢材屈服强度的比值比双侧壁导坑法增大0.04,比单侧壁导坑法减小0.08。2)传统单侧壁导坑法的安全性小于五步单侧壁导坑法,改进后的五步单侧壁导坑法相比双侧壁导坑法能在控制围岩变形的同时加快施工进度,降低施工成本。3)五步单侧壁导坑法中隔壁的最优位置应结合具体工程情况进行单独优化计算,针对本工程而言,其最优位置为45%洞宽。

大断面斋堂隧道爆破近区围岩损伤研究

爆破荷载作用下隧道爆破近区围岩损伤特性研究较少.以斋堂隧道为工程背景,通过现场声波测试和数值模拟的方法,研究了隧道围岩损伤效应及毫秒延期爆破中不同段炮孔对围岩损伤的影响.研究结果表明:隧道围岩损伤范围约为2.4 m,隧道围岩累积损伤由爆炸冲击损伤和爆破振动损伤两部分组成.隧道保留岩体根据损伤分布特征情况可划分为4个不同区域,即严重破坏区、强扰动区、弱扰动区和未扰动区.其中,严重破坏区和强扰动区主要受崩落孔VI和周边孔影响;弱扰动区中的“带状损伤”则是各个段位炮孔综合作用的结果.

高地应力特大断面隧道的适宜施工工法

为探索高地应力特大断面软岩隧道的适宜施工方法,以桐梓隧道为工程背景,通过现场监测和数值模拟,探索不同高地应力下的3种施工工法[三台阶、CD(cross diaphragm)法、双侧壁导坑法]的适宜性,从围岩变形、施工成本以及施工进度等方面评价施工方法的优劣。结果表明:Ⅴ级围岩:当隧道埋深为300、400 m时,适用三台阶法施工;当埋深为500 m时,适用CD法施工;当埋深为600 m时,适用双侧壁导坑法施工。Ⅳ级围岩:当隧道埋深为300~600 m时,都适用三台阶法施工。

3车道瓦斯隧道通风流场及瓦斯运移规律研究

为有效进行大断面公路瓦斯隧道施工期通风降气,以古金高速公路大梁子隧道工程为依托,采用SCDM软件建立2台阶带仰拱的计算模型,使用Fluent软件进行数值模拟,揭示在不同台阶长度、风筒出风口距掌子面距离、双风筒布设形式下,隧道掌子面及附近区域的通风流场特征和瓦斯运移规律,并结合现场监测数据进行验证。研究结果表明:1)流场在通风20 min后基本稳定,上台阶和仰拱段会形成涡流阻碍瓦斯的运移、扩散和稀释,在风筒非对称布设情况下,掌子面风筒对侧的墙角处出现瓦斯积聚现象;2)隧道内通风降气效果的敏感性影响因素排序为双风筒及布设形式>风筒出风口距掌子面距离>台阶长度,建议优先采用双风筒同侧布设送风,其次调整风筒出风口距掌子面距离为20~25 m和台阶长度为15~20 m;3)采用双风筒同侧布设通风时,掌子面及附近区域风速提高、瓦斯体积分数大幅降低,且施工现场开展的送风试验与数值计算结果吻合度高,验证了双风筒同侧送风的可靠性。

高瓦斯长大公路隧道施工通风优化研究

特长大断面瓦斯公路隧道风险大,施工通风是隧道建设的“生命线”。以在建贵州公路第一隧—桐梓隧道为工程背景,综合考虑瓦斯涌出量、爆破炮烟、工作最多人数、作业机械以及最小风速,分别计算压入式通风和巷道式通风需风量、风压及风机功率,分析了风管直径对通风阻力的影响规律,并对2种方案瓦斯浓度和风速进行了数值分析,最后比较2种方案的经济性。结果表明:原设计压入式通风方式未考虑非煤系地层瓦斯涌出而无法满足施工通风要求;风管直径对通风阻力影响显著,结合工程实际选用1.8 m风管直径;数值分析表明,压入式通风断面最大瓦斯浓度始终高于巷道式,巷道式通风的瓦斯浓度比压入式通风提前进入稳定区随后趋向于0,巷道式通风的速度稳定区的值比压入式通风高2~2.5倍;巷道式通风方式相比压入式通风,设备投入和运营费用均较低,经济性更优。研究成果具有典型代表性,可为隧道施工通风提供理论指导和工程参考。

超大埋深软岩隧道超前中导洞合理断面尺寸及应力峰值转移机制

在超大埋深软岩隧道中,通常地应力较高,且围岩软弱破碎,在施工过程中不可避免地会出现大变形现象,造成支护结构失效破坏。采用超前中导洞应力释放技术提前释放地应力,可以改善支护结构的受力状态,减小隧道变形量,保证支护结构的安全。依托丽香线哈巴雪山大变形隧道,采用文献调研、数值模拟及现场监测等手段对超大埋深软岩隧道超前中导洞合理断面大小进行研究,分析了中导洞不同断面大小工况下应力释放效果,最终确定中导洞合理断面大小。研究结果表明,超前中导洞断面为正洞断面面积的0.6倍时,应力释放效果较为理想,相比直接开挖正洞,采用合理超前中导洞断面时,正洞拱顶沉降及上、下台阶水平收敛值分别减小28.2%、27.64%和26.71%,且围岩中切向应力峰值向围岩深部转移了约4 m,同时,应力峰值数值有所减小,减小约5.04%。研究成果可为类似大变形隧道工程提供参考与借鉴。

特大断面山岭隧道出洞口段开挖技术对比分析:以燕山地区汗沟2号隧道为例

为研究不同出洞开挖施工方法对特大断面山岭隧道洞口段围岩变形影响,以燕山地区汗沟2号隧道为依托工程,利用ABAQUS有限元软件建立数值模型,分析了双线隧道洞口段先行右洞采用超前小导洞开挖出洞和后行左洞采用三台阶七步开挖进洞情况下的围岩水平收敛、拱顶沉降、底部上拱、地表沉降、塑性区分布以及衬砌支护应力等影响。结果表明:小导洞开挖过程中围岩变形较小;由洞内向洞外与洞外向洞内扩挖右洞小导洞的围岩变形规律基本一致,前者对于山岭隧道洞口段施工具有优越性;左右洞贯通后,右隧最大水平收敛、拱顶沉降、底部上拱、地表沉降和衬砌最大主应力分别为1.35 mm、3.91 mm、2.88 mm、3.39 mm和0.11 MPa,左隧分别为1.52 mm、5.57 mm、2.67 mm、5.34 mm和0.35 MPa,超前小导洞开挖工法更有利于控制围岩变形,而三台阶进洞开挖下围岩塑性应变以及地表沉降较大。研究结果可为同类工程提供一定理论依据和指导,实现特大断面山岭隧道安全、高效出洞作业。

大直径双孔盾构隧道下穿既有道路沉降预测

盾构隧道掘进会对地层产生一定的扰动,引起地表沉降、隆起变形。为预测双孔隧道下穿既有道路以及穿越粉细砂地层时引起的地表沉降,依托雄安至大兴国际机场快线盾构隧道工程,并结合工程监测数据,建立双孔Peck公式。研究表明:针对左右线先后下穿既有道路的工程,其断面地表沉降呈“W”形,两隧道轴向的沉降量最大;后线掘至相同断面时,会加大先行掘进的地表沉降量;基于Peck公式和实测数据,建立预测双孔下穿既有道路和穿越粉细砂地层时断面地表沉降的双孔Peck公式,为类似地层和工程的隧道工程提供理论依据。

大断面软弱围岩隧道施工方法研究

为了解决大断面软弱围岩隧道的施工技术难题,以G30连霍高速公路某隧道工程实例为依托,通过现场隧道拱顶下沉、周边收敛及支护结构受力的监控量测情况,开展大断面软弱围岩隧道合理施工方法的研究。结果表明:微台阶环形开挖预留核心土法能够保证隧道施工安全、质量、进度要求,满足项目建设需要。

大断面隧道仰拱底鼓破坏模式探析

为了提升隧道的设计水平,分析了大断面隧道仰拱底鼓的影响因素,基于薄板压曲微分方程推导了仰拱底鼓临界平衡公式。随后,依托某高速公路隧道,利用ABAQUS软件建立有限元模型,探讨了大断面隧道底鼓的破坏过程和变形机理,同时提出了大断面隧道在施工和运营期间的仰拱底鼓控制措施。

大断面复合衬砌隧道二衬荷载分担比研究

为深入分析采用复合式衬砌形式的大断面隧道初支与二衬的荷载形成机理及其二衬荷载分担比例,从而为大断面隧道衬砌结构设计提供参考意见,文中以深汕西改扩建项目城仔山隧道工程为例,运用FLAC3D软件建立不同埋深条件下大断面隧道施工计算模型,研究了Va级围岩大断面隧道在双侧壁导坑工法下的荷载分担情况。研究结果表明,大断面隧道二衬荷载分担比通常不超过50%,说明二衬并非主要承载结构。此外,大断面隧道二衬分担比与埋深的关联性不高,但二衬所承担的荷载大小与埋深有关,且埋深越大,初始荷载越高,二衬荷载分担比增长幅度也越明显。二衬在施工后参与荷载承担作用,承受的二衬荷载增长速度较快,并在支护结构稳定后其变化曲线趋于平稳。隧道拱顶竖向荷载均大于边墙横向荷载,且拱顶的二衬荷载分担比也更高。软弱围岩段大断面隧道宜加强初支刚度,以减小二衬分担的荷载。研究成果为大断面隧道支护优化设计提供了参考意见。

超大断面矩形顶管姿态控制关键技术研究

针对深圳某地铁站矩形顶管隧道工程的超大断面、浅覆土、密贴顶进等特点,对顶管姿态控制难点进行分析,并对该工程采用的姿态测量、铰接纠偏、多螺旋机出土、多刀盘模式控制、注浆纠偏等多种技术结合的纠偏控制方案进行介绍。根据该工程实践表明:①顶管姿态偏移主要源于顶管开挖面及隧道两侧水土压力不平衡;②矩形顶管姿态控制重点是水平姿态以及垂直姿态控制;③通过采用铰接油缸控制、注浆纠偏、多螺旋机出土、多刀盘转动模式控制等技术,可有效控制顶管姿态。

大断面隧道“楔形掏槽+高能孔”布设方法研究

在大断面隧道爆破中,由于掏槽孔的位置布置不合理,导致掌子面中间岩体时常出现“鼓肚”现象。为解决大断面隧道爆破“鼓肚”现象,提出了一种“楔形掏槽+高能孔”的炮孔布设新方法。以云南省鲁巧高速共和村隧道为工程背景,采用有限元软件LS-DYNA建立“楔形掏槽+高能孔”的数值模型,研究了炮孔底部有效应力和岩体动态损伤,并与现场隧道掏槽爆破方案进行对比,同时结合现场爆破试验对所提新方法进行验证。研究结果表明:现场实验验证了“楔形掏槽+高能孔”炮孔布设方法可有效消除“鼓肚”现象,减少掏槽孔和数码电子雷管数量,确定了该方法的合理性以及适用性;主掏槽孔底部测点1、2和3产生的应力值较小,当高能孔爆炸后,应力急剧上升至454.9 MPa,可对主掏槽孔爆破后遗留的中间保留岩体进行有效破除;采用改进后的爆破方法,掘进效率提升16.9%,炮孔平均利用率达到91.5%,炸药单耗降低19.7%。提出的大断面隧道“楔形掏槽+高能孔”布设方法在保障施工安全的同时,达到了降低成本提高施工效率的效果,为大断面隧道爆破方案优化设计提供借鉴。

隧道软岩大跨段施工方案优化研究

特大断面软岩隧道施工易引发围岩失稳塌方,为降低施工风险,一般采取短进尺、弱爆破、多步开挖并加强支护的方式,但设计多偏于保守,不经济且延误工期。文中以渝湘高铁张家山隧道为背景,从工程投资和施工工期方面,综合分析了原25 m级大跨段双侧壁导坑法施工方案及其支护体系的优缺点,并结合工程类比,对原方案进行了优化设计,优化后的月进度为原方案的2倍,可节约工期9.3个月,该研究成果可为类似工程提供参考。

乌斯通水库溢洪洞光面爆破参数优化研究

乌斯通水库溢洪洞采用光面爆破技术,经过多次设计调试,调整掏槽方式和爆破设计参数,确定合理的爆破设计方案,有效地解决欠挖问题,在提高光面爆破半孔率的同时,还提供工程进度,缩短工期,增加工程效益。

超大跨度变断面隧道围岩力学动态响应与开挖步序优化数值模拟研究——以苏州七子山隧道为例

保证超大跨度变断面隧道的施工安全,同时兼顾施工便利性及施工效率,具有重要意义。依托苏州长江路南延工程-七子山隧道工程,针对连拱转大跨段开挖过程中拆除或保留临时支撑,以及超大跨度段的是否调整优化开挖步序这两种工况,采用FLAC3D开展数值模拟研究,从围岩位移和围岩应力两方面进行对比分析。研究结果表明:以上两种工况下,围岩位移和围岩应力均存在明显差异;在连拱转大跨段,开挖过程中保留临时支撑围岩所受扰动更小,围岩应力变化较小;在超大跨度段,开挖步序优化方法的拱顶最终沉降值减小了8.60%,仰拱最终隆起值减小了4.01%,左边墙和右边墙最终水平收敛值分别减小了9.42%和16.70%,且优化方法的各测点围岩应力变化相对较小。根据得到的对比分析结果对现场施工提出优化建议:对连拱转大跨段,随开挖过程保留临时支撑,同时为保证施工便利性,采用门式拱架作为临时支护手段;对超大跨度段,采用优化的开挖步序进行施工,可进一步降低围岩扰动,提高施工安全。

曲折斜井大断面公路隧道施工通风方案研究

对于以钻爆法为主要掘进方式的大断面公路隧道,合理的通风系统是保障隧道施工进度、工人作业安全的前提,因此为将爆破产生的污染物在短时间内排出洞室,需选择合理的通风方式及通风设备选型。以梁王山隧道斜井工区为工程依托,基于施工规划与通风设计理论,将通风划分为三阶段,根据不同阶段的施工线路特征,简要阐述通风过程的重难点,最终对各阶段通风方案进行设计,并提出了通风系统优化措施,为类似隧道工程的通风设计提供参考。

大断面偏压黄土隧道变形规律及受力特性分析

为保证隧道施工安全,采用现场实测的方法分析总结了大断面偏压黄土隧道施工变形规律及受力特性。结果表明:大断面偏压黄土隧道采用三台阶法施工过程中隧道变形大致经历了三个变化阶段:开挖初期的急剧变形、开挖中期的持续增长与开挖完成后的缓慢增长。大断面偏压黄土隧道偏压段支护结构受力沿隧道横断面空间的分布不均匀,拱顶、拱腰处的压力值较大。

浅覆土顶管近距离上跨施工对既有运营地铁隧道扰动规律与控制研究

顶管上跨施工会对既有运营地铁隧道产生扰动,开展顶管上跨施工对既有运营地铁隧道扰动规律与控制研究对于确保既有运营地铁隧道的安全与稳定具有重要意义。文章以南宁地铁5号线上跨施工为例,采用Midas-GTS进行三维数值模拟浅覆土顶管近距离上跨既有运营地铁隧道,分析顶管近距离施工引发地面沉降及临近盾构隧道变形与受力特征,探究并提出合理的变形控制措施。通过开展现场监测对比分析,验证变形控制措施的合理性,并及时采取注浆回纠等措施使地面沉降与地铁隧道变形控制在允许范围内。顶管洞通后通过顶管内预留的预应力管道将管节张拉为整体,进一步限制地铁隧道的上浮,且使顶管隧道本身的抗浮设计满足要求。相关研究可为其他类似顶管近距离上跨既有运营地铁工程施工提供参考和借鉴。

超大断面浅埋软弱围岩市政隧道施工分析

随着市政道路工程逐渐完善,隧道断面不断增大,常面临超大断面浅埋软弱围岩的施工工况,对隧道施工提出更高的要求。本文经过对常见施工方法的分析,结合某工程项目对隧道施工方法进行详细阐述,通过建立双侧壁导坑法模型以及交叉中隔壁法模型,对两种工法进行比对,关注围岩位移的监测,控制支护变形以及地面沉降等问题,选择最佳施工工法。