Pressure from surrounding rock of three shallow tunnels with large section and small spacing

With the increasing traffic demand, the closely built three or more tunnels with large section play a significant role in the tunnel construction. However, the interaction among tunnels has important influences on the security and economy of tunnel engineering, and the calculation of pressure from the surrounding rock during the excavation is one of the problems that need to be solved urgently. Based on the practical engineering of three tunnels, the load model of three tunnels was proposed in consideration of the interaction and excavation sequence between tunnels. In comparison with the load model of single tunnel, the construction mechanical characteristics of the three tunnels were analyzed. The results show that the rock pressure of three tunnels calculated by the current tunnel design code is not reliable, and the interaction force increases with the spacing between tunnels.

双洞八车道隧道上穿高铁隧道力学响应分析

深汕特别合作区望鹏大道拟建围仔岭隧道为双洞八车道公路隧道,单洞开挖断面面积约200 m^(2),开挖跨度达20 m,双洞净距31.3 m,属特大跨度近净距隧道。此外,围仔岭隧道中部以约18 m净距斜交上穿既有高铁隧道。为评估围仔岭隧道交叉段开挖施工对既有高铁隧道衬砌结构的附加影响,论证三台阶、CD法等开挖方法对于上穿施工的适用性,应用FLAC3D开展上穿交叉段的施工过程三维数值模拟分析。结果表明:两种开挖方法引发的既有高铁隧道衬砌附加位移均处于规范限值以内,CD法开挖对于隧道衬砌位移控制效果较好,但优势不明显;既有高铁隧道拱顶衬砌竖向位移的增长速度与新建隧道上台阶掌子面位置关联性很强,施作二次衬砌后,既有高铁隧道衬砌隆起位移得到有效控制;综合现状条件,推荐三台阶法作为围仔岭隧道上穿既有高铁隧道的优选施工方法。

软岩小净距公路隧道设计优化及稳定性研究

小净距隧道施工一直是工程建设中的难题,尤其是不良地质条件下的隧道开挖,施工灾害问题尤为突出。为确保软岩隧道的施工安全,以某小净距公路隧道为工程背景,通过计算模拟,基于现场试验,提出地表沉降控制技术,建立优化支护结构方案。现场监测数据分析结果表明:地表沉降变形的发展表现为变形快速发展阶段、变形缓慢发展阶段和变形平稳阶段,隧道开挖对近地表围岩变形的影响范围约为2.5倍洞径。深仰拱和锁脚锚杆技术在现场实施后,测得围岩拱顶沉降和水平收敛分别控制在97.33 mm和44.23 mm,约束围岩变形效果明显,最终结构受力也较为均匀。设计优化的成功实施可为类似隧道工程提供借鉴和参考。

大断面隧道小净距上跨既有隧道施工方案优化

成都市轨道交通17号线二期工程阳公桥站—龙爪堰站区间隧道上跨既有7号线盾构隧道采用交叉中隔壁法施工。通过数值仿真结合现场监测,分析大断面隧道以小净距上跨施工时既有隧道拱顶隆起与地表沉降的变化规律,并通过分析新建隧道初期支护厚度、钢拱架间距、单次拆撑长度对既有隧道拱顶隆起和地表沉降的影响,对原施工方案进行了优化。结果表明:先行开挖的两个导洞施工对既有隧道拱顶隆起与地表沉降影响明显;既有隧道拱顶隆起与地表沉降随钢拱架间距和单次拆撑长度增大而增大,随初期支护厚度增加而减小。建议新建隧道上跨施工时采用初期支护+二次衬砌+三次衬砌的复合衬砌结构,钢拱架间距取0.4 m,单次拆撑长度取6 m。

浅埋大跨小净距隧道断面形态及合理间距的优化研究

对于大跨度小净距隧道而言,合理扁平率及双洞间距的设计对于节约成本,提高隧道线型规划具有至关重要的作用,因此,优化大跨度小净距隧道的扁平率及其间距是隧道设计施工面临的关键问题。利用大型有限元分析软件ABAQUS的标准设计语言Python编程,对某拟建大跨度小净距隧道不同扁平率及其间距进行参数化设计;采用精确罚函数法以及Nelder-Mead优化算法相结合的有限元优化分析计算程序,以隧道开挖面积、围岩塑性区、地表沉降和拱顶下沉等作为优化目标值,对建立的参数化模型进行计算,提出依托工程条件下扁平率及间距的最优组合。研究方法和成果对推动大断面小净距隧道的发展和应用具有重要的现实意义。

大断面小净距公路隧道现场监测分析研究

针对大断面小净距隧道的特点,对福建省鹤上隧道进行地表下沉、围岩内部位移、洞周收敛、拱顶下沉、围岩压力、衬砌内力等项目的监测工作。基于监测结果,分析该隧道围岩和支护系统的变形及受力特点,指出小净距隧道开挖影响的时空范围和隧道衬砌支护的最佳时机,并为支护体系的优化提供依据。研究结论可为类似条件下工程的设计、施工和监测提供借鉴。

平行小净距盾构与CRD法黄土地铁隧道施工力学研究

西安轨道交通工程是目前首例在我国黄土地区修建的地铁隧道,一号线枣园北路站至汉城路站K12+792.744～K12+889.899区间隧道为同时满足双线正常行车和右线停车线扩大断面的功能需要,选取了左线小断面隧道为盾构法与右线大断面隧道为CRD法相结合的施工方案。针对该地铁隧道的施工过程,进行了三维动态数值模拟和施工力学分析,通过分析施工引起的地表变形、中间土体应力和围岩塑性区的特征和规律,从而研究得出CRD法与盾构法隧道先后施工相互影响的规律性成果:先行大断面隧道采取CRD法施工对后行小断面盾构隧道上方地表沉降的影响较后者对前者的影响大;后行隧道的贯通使得先行隧道开挖形成的地表变形轴线向后行隧道侧偏移了约0.5倍净距,并且地表变形的横向影响范围和地表沉降量均有增大,主要表现在靠后行隧道一侧;先行大断面隧道的开挖较后者对中间土体应力影响大,对相邻洞土体的影响在同掌子面处最为显著。结合西安地铁隧道工程实践开展的数值模拟分析研究,可为今后在黄土地区修建地铁隧道提供具有指导意义的研究成果和宝贵的工程实践经验。

高速公路扩建大断面特小净距隧道爆破稳定控制技术研究

以国内罕见的大帽山隧道为工程背景,结合国内现有研究成果和规范,研究新建隧道爆破施工时确保既有运营隧道安全稳定的控制技术。以现代信息化施工理论为依据,充分运用现场监控量测,将既有隧道质点振动速度的临界值确定为20cm/s,对既有隧道爆破质点振动速度进行监测、回归分析和爆破参数的优化;最终现场监测结果表明,优化后的最大装药量等爆破参数设计合理,该爆破设计在现阶段未对既有隧道安全产生较大影响;同时,运用数值模拟的方法,得到中夹岩和既有隧道壁面的质点振动速度随时间的变化规律,所得最大振速符合规范要求,验证该次爆破设计是合理的。通过数据分析得出隧道肩部的振动速度是隧道底部的1.19～3.99倍,隧道腰部的振动速度为隧道底部的1.10～3.11倍,迎爆侧振动速度为背爆侧的5～10倍。该研究成果为今后类似隧道工程的爆破掘进工程在理论上和施工方法上提供参考借鉴。

基于强度折减法小净距隧道合理净距的研究

小净距隧道合理净距的确定是目前研究的热点和难点。影响小净距隧道合理净距的因素很多,解析法虽然可以得到精确解,但是公式烦琐,而数值计算方法可以计算各种情况下围岩的应力、变形、塑性区分布等情况。小净距隧道合理净距的确定也即是隧道稳定性发生突变时两独立隧道最小距离的确定。提出了合理净距确定的原则,并采用强度折减弹塑性有限元方法,针对某工程实例,计算了在不同净距情况下隧道的安全系数,并把安全系数发生突变时的净距作为合理净距,和传统有限元分析的结果相吻合。

浅埋偏压大跨花岗岩残积土小净距隧道合理间距研究

针对花岗岩残积土浅埋偏压大跨小净距隧道合理间距与偏压程度的关系问题,引入偏压率P,通过建立洞口段1:7,1:5和1:3共3种边坡坡度的偏压小净距隧道模型;基于FLAC3D软件,研究花岗岩残积土围岩小净距隧道施工工法优化和不同偏压率P对其最小合理间距的影响。研究结果表明:双侧壁导坑法较适合偏压率为1.13的小净距隧道施工,最小合理间距为24 m,中间岩柱是最薄弱部位;岩柱上方地表沉降最大,靠近岩柱两侧隧道支护锚杆轴力最大,在施工过程中塑性变形较严重,进一步验证了数值模拟结果的合理性,因此,在施工时应优先加固岩柱的上岩盘,同时兼顾加固中岩盘和下方岩盘,确保中间岩柱稳定。

小净距隧道设计荷载的确定

为了提高小净距隧道的设计理论水平，分析了小净距隧道的受力情况．塌落拱的高度一般在3～4m（隧道宽度15m），小净距隧道中夹岩墙宽度只有5～7m，在施工过程中，2个隧道的松动圈会出现重叠，使中夹岩墙产生较大的垂直向下位移，从而增加了塌落拱的跨度，中夹岩墙上部的应力相应增加．基于双塌落拱理论，认为小净距隧道松动压力的计算值应在单个隧道宽度与整个隧道开挖宽度相应的松动压力之间取值，根据中夹岩壁下沉的大小，在双塌落拱压力上乘以0．5～0．8的系数，来确定小净距隧道的荷载，建立了深、浅埋小净距隧道荷载模式．将该方法确定荷载与福州国际机场高速公路鹤上隧道（小净距）的监测数值进行对比，两者有较好的吻合．

小净距新建隧道爆破对运营隧道的影响与控制

大帽山小净距新建四车道隧道扩建施工对邻近运营隧道的安全构成威胁。考虑运营隧道的初期支护作用,利用ANSYS/LS-DYNA软件建立新建隧道爆破效应在邻近运营隧道传播的数值计算模型,分析新建隧道爆破施工对邻近运营隧道的影响规律与药量控制标准。分析表明:小净距新建隧道爆破施工主要对邻近运营隧道迎爆面衬砌的侧墙顶部、中部及墙脚有重要影响,运营隧道的破坏首先是由迎爆面侧墙中部质点振速超过安全允许振速值造成;振速数值模拟结果与实测数据拟合公式计算结果基本一致。通过不同装药量爆破结果的分析,提出了新建隧道爆破的控制药量值。可为隧道扩建及小净距隧道施工提供参考。

鹤上三车道小净距隧道爆破振动测试与分析

结合福州国际机场高速公路鹤上三车道小净距隧道工程实践,对小净距隧道中间岩柱在爆破荷载作用下的振动响应进行相关监测,分析振动波在不同级别围岩、不同监测位置的传播及分布规律。研究结果表明:隧道中间岩柱边墙部位振动速度大于拱脚部位,且随着围岩质量提高,振动速度差别逐渐减小;最大振动速度出现在迎爆侧边墙测点的径向方向,可将其作为爆破振动的控制速度;当隧道净距为6 m左右(约0.35B)时,爆破振动对中间岩柱的影响范围为爆破面前后10～20 m,且随围岩质量提高,影响范围相应减小;爆破面前方中间岩柱受爆破振动影响要大于爆破面后方岩体,施工中宜加强该部位监测;同时,宜严格控制爆破总药量和单段最大药量,且分段爆破时,爆破段差应不小于100 ms。该研究结论可为类似条件下小净距隧道的爆破控制和现场监测提供借鉴与参考。

水下浅埋暗挖小净距隧道安全贯通的力学行为与施工措施

长沙市浏阳河公路隧道是一座水下浅埋暗挖小净距隧道,从河两岸对头施工,四洞在河底两两先后贯通时,不仅要考虑四洞施工的相互影响,还要考虑水渗流的影响,施工风险高。结合数值模拟与现场实测,首先比较了4种贯通方案以选择最优方案,然后研究了关键部位在贯通过程中的力学性状并提出了相应的施工措施,最后分析了贯通效果与贯通后的延续影响。结果表明:应采用两贯通处纵向间隔23 m、先后单向施工到贯通处的贯通方案;贯通处岩柱的最大压应力出现在岩柱底部,贯通处岩柱呈现顶窄底宽的楔形状态有利于岩柱受力;在贯通时,不用施作临时支护,应快速将隧道上台阶贯通处岩柱从上至下一次性全挖掉后施作初衬;应关注河床沉降的变化;隧道贯通力学行为对于围岩应力场与渗流场的影响具有时间效应;隧道安全贯通而且贯通的效果较好。所得结论可为类似高风险水下隧道的安全贯通提供参考。

紫坪埔隧道小净距段现场监测试验研究

为节约工程造价,紫坪铺隧道汶川端设计为渐变小净距隧道与整幅修建的泯江大桥相接。该端隧道洞口段左、右线间距较小,围岩较差。为保证隧道的安全施工和积累经验,对紫坪埔隧道小净距段进行衬砌内力、围岩压力、位移及地表沉降等项目的监测工作。现场监测结果表明:(1)后行洞开挖对中岩墙及先行洞的围岩及结构均产生一定的影响,影响程度视围岩级别不同而不同;(2)采用上下台阶法施工时,上下台阶交界部位是应力集中和初期支护薄弱之处,施工中应加强对上下台阶交界处的监控量测;(3)中岩墙是小净距隧道的薄弱环节,为保证施工过程中的安全,应加强对中岩墙应力、位移的监控量测。

水下浅埋小净距隧道施工相互影响的力学行为研究

为便于连接两岸的既有道路和节约用地,穿越城市江河的水下隧道可考虑采用小净距隧道的型式。在水下小净距隧道施工期间,双孔隧道施工的相互影响是决定隧道稳定性的关键因素之一。依托一采用矿山法施工的水下浅埋小净距公路隧道——长沙市湘江大道浏阳河隧道,对双孔隧道施工的相互影响进行研究。首先,利用三维有限元法计算双孔隧道开挖掌子面间的合理纵向间距;然后,在施工期间,系统测试两相邻隧道的围岩孔隙水压力、围岩压力、钢拱架和二次衬砌内力、锚杆轴力、隧道地表沉降、拱顶下沉、洞周收敛、河水水位等;最后,基于现场监测结果,从双孔隧道施工相互影响的角度,分析隧道围岩和支护系统的变形及受力特点。研究结果可为类似工程的设计、施工和监测提供参考。

双向八车道小净距公路隧道监控量测分析

为保证安全、顺利地进行隧道施工以及便于研究施工期间围岩的稳定情况,对魁岐2#隧道进行大量现场监控量测。通过分析监测数据,研究地表沉降、拱顶下沉及洞周收敛、围岩内部位移、锚杆轴力、围岩与初期支护压力的分布特征及其变化规律。研究结果可为隧道后续施工和设计方案优化调整提供依据,也可为类似条件下隧道工程的设计、施工和监测提供借鉴。

新建公路隧道小净距上跨施工对既有地铁隧道影响分析——以重庆红岩村隧道上跨既有轨道环线隧道工程为例

为分析新建公路隧道近接上跨施工对既有隧道的影响,依托重庆红岩村大断面公路隧道0.33 m小净距上跨既有轨道环线隧道工程建立三维有限元模型,通过计算分析得到轨道环线隧道二次衬砌应力、变形的分布与变化规律。结果表明:红岩村隧道台阶法施工时,上、中台阶开挖对轨道环线隧道影响最大,而下台阶开挖影响较小;轨道环线隧道二次衬砌以竖直向上变形为主,极值位于红岩村隧道正下方4个交叉断面处,且在4个断面附近,轨道环线隧道二次衬砌环向拉应力较大,存在拉裂的可能。轨道环线的受力变形情况依据红岩村隧道开挖过程可划分为3个阶段,并由此得到红岩村隧道开挖核心控制区长度约58 m,以此划分施工控制范围并采用秒雷管控制爆破及机械开挖等不同的施工方案,实现红岩村隧道的顺利上跨施工。

并行隧道顺序开挖围岩及衬砌承载行为分析

双孔大跨度并行马蹄形隧道施工过程中围岩及衬砌的承载行为对施工的安全性有着重要影响。本文通过对不同围岩级别及净距工况下的双孔大跨度并行马蹄形隧道开挖过程进行数值模拟,研究围岩及中间岩柱受力状态和衬砌应力分布规律。研究表明:(1)该类型隧道在开挖过程中,拱脚处最易发生剪切破坏;(2)净距大小对中间岩柱应力状态影响较为明显;(3)后建隧道会造成先建隧道靠近中间岩柱侧上方的衬砌应力增大,在实际施工过程中应当重点监测;(4)Ⅴ级围岩的洞间距宜大于1.5倍洞径,Ⅳ级围岩的洞间距宜大于1.0倍洞径。本文的研究可为类似工程设计提供一个参考。

大帽山小净距隧道群爆破震动安全判据研究

分析认为大部分爆破震动导致的工程事故都是由于没有根据具体的保护对象制定合理的震动安全判据所致,通过大帽山小净距隧道群的工程实践,基于岩体爆炸损伤模型,通过DYNA软件将现场监测的震动速度转化为爆炸压力,再将爆炸压力传递给用UDEC软件实现的各向异性岩体损伤模型,模拟不同峰值震动速度下围岩的损伤范围,得到大帽山小净距隧道群Ⅲ级围岩段的爆破震动安全判据为25cm/s。此工作可为今后类似工程的实施提供参考和借鉴。