粉煤灰堆积体大断面连拱隧道失稳破坏模式及施工力学研究

国内目前并无在粉煤灰堆积体中采用暗挖法修建大断面连拱隧道的先例,给隧道的设计和施工带来了巨大挑战。依托盐坪坝隧道工程,开展了室内相似模型试验,探讨了该地层下大断面连拱隧道塌落拱演化规律及开挖施工力学行为。研究结果表明:连拱隧道在粉煤灰堆积体中开挖极易发生失稳,将失稳过程划分为4个演化阶段,破坏模式具有突发性、剧烈性、对称性、同步性特征;塌落拱高度约为隧道开挖跨度的40%。采用单侧壁导坑法开挖时粉煤灰堆积体承载力严重不足,根据相似换算关系左、右洞拱顶沉降分别为16.86,14.91cm,需对地层实施注浆加固;地层沉降呈对称“双峰状”,先行洞相较于后行洞受开挖影响较大,中隔墙的承载作用能够有效降低地层位移,单洞压力拱向双洞压力拱转换过程中,中隔墙受到偏压作用容易向先行洞侧偏转,建议在先行洞开挖时中隔墙添加支撑物。

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。

特大断面浅埋偏压隧道双侧壁工法工序优化分析

4车道特大公路隧道因其跨高比大,浅埋偏压状况下如何保证工程施工安全,优化其施工工序和发现隧道围岩变形规律有较高研究价值。以单向4车道前鸥隧道为研究背景,通过现场跟踪监测和有限元计算方法,分析不同施工工序变形规律。分析结果表明:先开挖左、右侧导洞再开挖核心土工序产生地表沉降比先开挖上半部再开挖下半部工序产生地表沉降小;不同工序均呈现深埋侧地表沉降大于浅埋侧地表沉降不对称沉降槽;先开挖深埋侧工序比先开挖浅埋侧工序产生的地表沉降小;一次拆除20m竖向临时支撑引起的地表位移及洞周位移均较大,宜减小竖向临时支撑拆除长度;工作面距离观测断面2D(D为初支形成后隧道跨度)时,开挖对变形影响较小,是施作二衬的合适时机。

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。

下穿既有快速路的不同隧道开挖工法模拟分析

以某新建隧道下穿既有快速路为项目背景,通过有限元数值模拟手段对比分析了CD法和双侧壁导坑法开挖隧道时对既有公路的影响,分析结果表明CD法和双侧壁导坑法开挖造成的路面最大沉降值依次为1.73 cm和1.43 cm,双侧壁导坑法施工过程中的路面沉降及沉降增量均小于CD法。双侧壁导坑法的塑性区分布范围比CD法更大,但均满足隧道开挖时的稳定性要求。

青杠林小净距段隧道施工关键技术研究

文章以四川省青杠林小净距段隧道施工工程为背景,该工程隧道左线标段全长1725 m,右线标段全长1729 m,其中,中夹岩柱厚度小于1倍隧道开挖跨度,属于小净距隧道。隧道主洞净空断面尺寸为15.25 m×5 m。为解决小净距隧道开挖等施工难题,确保施工质量,小净距隧道小净距地段采用钢架、锚杆、钢筋网和湿喷混凝土联合初期支护及φ108 mm大管棚+超前小导管超前支护,进洞采用双侧壁导坑法施工,洞身开挖采用钻爆设计。采取以上关键技术后,小净距隧道开挖至指定深度,实施效果良好,可供参考。

重庆大断面隧道施工工法比选探索

在重庆交通基础设施建设过程中,如轨道交通、市政道路,由于线路纵坡限制,多采用隧道形式下穿山体。以老房子车站为例,对大断面隧道双侧壁导坑法、拱盖法两种施工工法进行工程风险、施工技术难度、投资、工期等方面的综合比选,总结出重庆大断面隧道两种开挖工法的适用条件。

基于有限元数值模拟的单侧壁导坑法隧道施工工艺研究

针对重庆山区隧道工程中大断面软弱围岩的开挖问题,研究分析了现有单侧壁导坑法在施工稳定性和成本控制方面的局限性,优化了单侧壁导坑法,通过移除部分支撑结构并增设钢板来提升结构稳定性,实施了3台阶7步开挖法,有效控制了围岩变形。

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。

基于模型试验的双侧壁导坑法施工过程模拟研究

为了研究双侧壁导坑法施工过程中的围岩力学特性和位移特征,以在建大罗山隧道工程为例,采用相似模型试验进行模拟分析,研究了开挖过程中围岩的应力变化和地表沉降,以及隧道开挖完成后附加荷载作用下围岩的应力特征和衬砌裂缝发展情况。试验结果表明:在隧道开挖阶段,越靠近隧道周边的围岩应力监测点,围岩应力变化越大,且围岩应力变化从大到小依次为拱肩切向应力、拱顶竖向应力、拱腰竖向应力、拱腰切向应力。

连霍高速杏花村1号大跨扁平超大断面隧道开挖方案研究

为研究大跨扁平超大断面隧道围岩和支护结构受力变形影响,以连霍高速杏花村1号隧道为工程背景,采用有限元软件FLAC^(3D)对V级围岩进行数值模拟,对双侧壁导坑法和三台阶四部开挖法在隧道开挖时的位移、塑性区、初期支护应力的影响规律进行了研究,提出适用于大跨扁平超大断面隧道不同地质条件下安全经济的开挖方法。对比分析结果表明:隧道开挖时,采用三台阶四部开挖法的隧道拱顶位移、临时支护结构的应力、隧道岩体周边位移较采用双侧壁导坑法大。双侧壁导坑法安全性更高,对围岩位移的控制效果更好,研究成果为今后此类工程的施工提供经验和理论指导。

特大跨度隧道双侧壁导坑法施工步距优化分析

大型机械在特大跨度隧道施工中易产生导坑施工步距加大等问题。以厦门机场高速公路巷东隧道工程为例,采用数值分析结合现场实测的方法,针对双侧壁导坑法施工中存在的导坑尺寸偏小、无法满足机械化施工操作空间、工效低等问题,通过扩大各导坑上下台阶的步距,增加掌子面与二衬的间距,提高了洞内机械化作业水平。数值分析表明,优化方案中初支轴力只有个别点的压应力增加较多,大部分的轴力及剪力变化幅度在4%以内,初支弯矩极值降低6%;围岩位移及初支结构内力极值变化都不大,处于合理范围内。地表沉降监测表明,最大沉降值为9.1 mm,最大变化速率为0.5 mm/d,均未超过允许范围,且沉降总体上趋于稳定。

轨道交通大断面深埋隧道施工工法——扩大拱脚台阶法

为适应轨道交通建设的新环境、新形势,结合重庆主城区地形地貌、地质条件和轨道交通车站特点,提出一种新的大断面深埋轨道交通车站隧道的施工工法——扩大拱脚台阶法。该工法以新奥法为基本理论依据,充分发挥围岩的自稳能力和开挖面的空间约束作用,通过初支大拱脚的设置,将拱部荷载传递至拱脚围岩,从而提高拱部初期支护的承载能力和稳定性。同时,通过分台阶分步开挖,能够为大断面隧道开挖提供充足的施工作业空间,有效提高隧道的施工工效,节约工程投资、缩短工期。以重庆轨道交通9号线红岩村站为例,对该工法与双侧壁导坑法进行对比分析。通过理论计算分析,可以得出扩大拱脚台阶法对围岩的扰动更小,更有利于对围岩的保护和变形控制,工程风险更加可控。

大断面浅埋段隧道双侧壁导坑法施工数值模拟

以温州某高速公路大断面隧道为依托,采用ANSYS分析软件建立数值模型。通过对隧道洞口浅埋段开挖与支护过程的有限元数值分析,了解围岩和衬砌的位移与应力变化发展规律。分析结果表明:采用双侧壁导坑法和现行支护参数可将变形控制在6 mm以内;隧道开挖后,拉应力主要集中在开挖掌子面底部,施工时应尽早施作左右导坑和主洞的仰拱;临时支撑与初期支护的连接处弯矩较大,导坑上台阶底部临时支撑处后期会出现拉力,应加强对这些部位的安全监控。

隧道工程开挖方法优化设计

随着国家对交通建设投资的不断增加,隧道建设规模也在不断扩大,如何在保证隧道施工安全的基础上,加快施工工期、控制工程成本成为最为关注的问题。该文以德阳市某隧道施工为例,基于现场地质素描、超前地质预报、岩石试验和监控量测结果对原有设计方案进行优化设计,并从施工安全、工程质量、工程进度等方面与原有设计方案进行对比,确定方案合理性,旨在为类似隧道工程开挖方案的优化设计提供参考。

特大跨隧道在双侧壁岛坑法施工下的数值模拟

依托实际项目,运用FLAC3D进行后处理,模拟双侧壁导坑法用于V级围岩的施工,全面展示了暗挖隧洞右洞的分步开挖对左洞初期支护应力、右洞周围围岩变形的变化规律。结果表明:对于开挖洞在既有洞初期支护上产生的支护轴向应力规律,双侧壁导坑法和全断面开挖理论规律基本一致。开挖洞在双侧壁导坑工法下,地表沉降会出现下导坑较上导坑对地表沉降影响更大的规律。在偏压工况下,开挖对于地面沉降量在大偏压侧较小偏压侧更明显。导坑法对地面沉降会产生peck曲线的叠加效应,但最终沉降曲线满足peck沉降理论。

大跨度隧道分部开挖超近距离下穿电力铁塔变形控制技术研究

大跨度隧道以超近距离分部开挖下穿电力铁塔时不可避免的对铁塔桩基产生扰动影响,依托黑白面将军山隧道工程开展了双侧壁导坑法分部开挖下穿电力铁塔数值模拟研究,分析了不同注浆加固方案下地层变形和铁塔桩基稳定性的演化规律。研究结果表明:当不采取注浆加固措施时,中导洞上断面的开挖后围岩最大累计竖向变形为5.3 mm左右,约占最终累计变形的76.8%,是地层变形发展和桩基扰动的关键阶段,电力铁塔随着断面开挖具有向隧道开挖侧偏转的趋势;当采取径向6 m范围注浆加固时,隧道最大拱顶沉降减小了约54%,铁塔桩身倾斜率由0.14‰降低至0.06‰,桩基左右两侧的差异沉降减小,采取注浆加固措施可以实现围岩及铁塔桩基的稳定性控制。

隧道洞口浅埋段开挖双侧壁导坑法施工技术

为避免隧道施工后出现拱顶下沉问题,文中以蓬安县绕城北路建设工程项目为例,引进双侧壁导坑法施工技术,对隧道洞口浅埋段工程的规范化施工方案展开设计与研究。通过隧道洞口浅埋段开挖与超前大管棚支护、二次衬砌施工、施工中的溶洞处理与通风排水布置,完成施工方案的设计。对施工成果进行质量验收,得出结论,设计的施工方案在实际应用中,可以有效控制隧道拱顶下沉量,提高隧道洞口浅埋段的施工质量。

超大断面暗挖车站连接板质量控制

大断面超浅埋隧道的施工技术作为一种相对较新的施工技术,在施工过程中,有必要结合施工现场的实际情况,在大断面合理应用超浅埋隧道的施工技术。提高施工的规范性和安全性,确保施工安全。文章以长沙地铁某车站大断面暗挖隧道施工为例,讨论了大断面暗挖隧道支护导洞连接板质量控制的重点和难点。隧道采用双侧壁6个导洞施工,工作面多,交叉工序多,隧道每榀型钢总长度达186m,型钢安装量大,且确保各导洞之间的型钢连接板连接质量并能有效连接是初支的一个难点和控制点。

特大跨度隧道洞口浅埋段超前支护效果分析与研究

以厦门某特大跨度隧道工程为例,针对洞口浅埋段围岩破碎状况的超前支护问题,采用数值分析结合现场实测的方法,研究采用大管棚及超前小导管的联合支护方法,并通过地表变形及支护结构变形特征,评价其效果。研究表明:采用超前小导管支护,拱顶沉降及两侧收敛位移值,相对未采用超前小导管分别减小29.7%和52.3%,相比未采用超前小导管进行超前支护,初支轴力和剪力分别降低50.0%和47.2%,弯矩变化不大。总的来说,联合支护方法一定程度分担了围岩的荷载,降低初支结构的内力和变形;能较好地控制围岩变形及结构受力,得到的围岩位移及初支结构内力极值都不大,处于合理范围内。