小断面土石组合地质条件下TBM施工围岩可掘性分级识别

围岩可掘性分级以及识别研究对隧道掘进机(TBM)高效率施工及智能化控制意义重大。依托南水北调安阳市西部调水工程TBM施工实际数据,利用掘进性能综合指标单位贯入度推力(FPI)、单位贯入度扭矩(TPI)建立了小断面土石组合地质条件下TBM施工围岩可掘性分级标准;提出了PCA-RF模型对围岩可掘性分级进行识别,并与BP、SVR和RF模型进行了比较讨论。结果表明:①建立的小断面土石组合围岩TBM施工可掘性分级标准是适用的,克服了土石组合围岩下传统围岩分类方法的局限性;②小断面土石组合围岩TBM施工可掘性分级PCA-RF识别模型的识别准确率达到了98.3%,高于BP、SVR和RF模型,可以满足工程施工需要。

特大断面小净距公路隧道爆破动力响应研究

依托成都龙泉山一号隧道,运用等效荷载法进行数值模拟计算,对不同开挖步序、不同净距下隧道施工对既有隧道结构的动力响应特性进行了研究,结果表明:(1)由于缺少临空面,后行隧道开挖步序1对衬砌结构影响程度最大,而步序2和步序3对结构的影响较小;(2)不同开挖步序下,后行隧道结构的振速峰值较大处主要出现在迎爆侧的边墙、拱腰和拱脚位置,监测点振速最大值为5.665 cm·s^(-1);(3)先行隧道逆掘进方向的综合振速峰值总体持续衰减,而沿掘进方向,振速峰值上下波动,在一定范围内有升高的趋势;(4)不同步序下后行隧道结构的振速峰值出现在左拱腰、左侧仰拱和右拱肩处,监测点振速最大值为5.387 cm·s^(-1);(5)迎爆侧振速受净距影响敏感,而背爆侧振速峰值随净距变化不明显,变化幅度在2.5%以内;(6)同一净距条件下,先行隧道迎爆侧监测点X向的振动速度峰值最大,Y向次之,Z向最小;(7)隧道右边墙附近的结构固有频率可能处于14.25~18.0 Hz之间,结构对该频段的应力波响应敏感。

强降雨影响下小净距隧道洞口段失稳机理及控制技术研究

强降雨易诱发小净距隧道洞口段出现严重施工灾害。以某高速公路隧道为工程依托,基于现场调查与数值模拟手段,对小净距隧道洞口段围岩失稳特征与影响因素进行分析,提出小净距隧道洞口变形控制技术,并经现场测试验证了其可靠性。研究结果表明:洞口段围岩浅埋松散以及隧道左、右洞开挖错距过短和强降雨是该工程小净距隧道围岩变形过大与塌方的主要诱因;先行洞围岩变形随先行洞与后行洞开挖错距的减小而急剧增大;相较于上下台阶法,七步开挖留核心土法通过减跨作用并及时施作支护措施,在控制围岩变形方面具有显著优势,围岩在浸水劣化后变形大幅度增加,即使增大开挖错距与改变施工工法也无法有效控制其变形;通过回填封闭地表塌陷、增大左、右两洞的开挖错距、采用七步开挖留核心土法施工、缩短开挖进尺、增大支护强度等一系列变形控制技术措施,隧道围岩变形得到了有效控制。

小断面长隧洞针梁台车衬砌混凝土施工成本的管理

四川省向家坝灌区北总干渠一期一步工程内江供水管道工程自贡段石塔村隧洞为圆形小断面隧洞,长度为1227 m,采用针梁台车衬砌混凝土施工。阐述了通过人、机、料、环、法等精细化管理措施的实施,在加快施工进度、降低成本等方面取得了一定的成效,所取得的经验可供类似隧洞衬砌混凝土施工时借鉴。

考虑结构面蠕变特征的隧道围岩长期变形研究

在断层破碎带发育地区,岩石结构面蠕变变形影响着隧道运营安全。首先推导了岩石结构面西原蠕变模型有限差分格式;然后基于FLAC3D的Interface单元,采用自定义本构模型的接口,编写西原蠕变模型的动态链接库,实现了隧道围岩结构面蠕变变形数值模拟;接着开展了岩石单节理面蠕变变形验证模拟;最后结合宜昌成品油管道翻坝项目七里村1号隧道工程,利用新开发模型模拟了运营1、5、10、20 a后的隧道围岩长期变形行为。结果表明:(1)新开发模型预测的隧道围岩蠕变变形与解析解是一致的,最大误差小于2%;(2)隧道围岩蠕变变形数值计算结果与现场监测值之间的偏差较小,证明了蠕变模型的可靠性;(3)隧道开挖后,围岩变形较大,随着时间的推移逐渐减小,1 a后位移趋于稳定;(4)隧道运营1~10 a内无明显破坏,运营20 a后出现了集中于拱脚部位的破坏区,且拱脚处应力集中,因此应加强对拱脚的初期支护;(5)低强度和弱膨胀性特征的泥钙质砾岩使得隧道开挖变形较大,在上方断层长期蠕变作用下,隧道拱顶持续向下变形,造成隧道变形较大。

复杂地质条件下隧洞无爆破掘进技术研究

针对特殊、复杂不良地质条件下小断面隧洞掘进问题,以张掖市甘州区酥油口下库工程引水隧洞为例,对隧洞无爆破掘进技术展开研究。根据工程地质条件确定支护措施,在Ⅲ、Ⅳ、V类围岩变化不确定状态下,采用悬臂式掘进机作为施工坚硬岩层的无爆破破岩方法。研究结果表明,对于Ⅲ、Ⅳ、V类围岩,悬臂式掘进机利用率随着围岩类别降低,净掘进速度明显提高;对V类砂卵砾石围岩,悬臂式掘进机单循环掘进及一衬速率达到约7.0 m/d;施工效果较好。

非对称截面浅埋偏压地形小净距隧道扁平率合理取值:以新疆乌尉高速上新光隧道工程为例

为研究浅埋偏压小净距隧道扁平率的合理取值范围,依托新疆上新光隧道工程,基于围岩变形理论,运用数值模拟的方法分析不同扁平率条件下隧道围岩稳定性,讨论小净距隧道扁平率的取值,结合现场监测数据对扁平率范围的合理性进行验证,最终得出小净距隧道扁平率的合理范围。结果表明:小净距隧道的扁平率对围岩塑性区分布、地表沉降、中夹岩水平位移、拱顶沉降和支护形变量均有影响;以0.432扁平率为基础值,随着隧道扁平率的不断增加,整个隧道围岩稳定性不断降低,0.432~0.654为隧道最佳扁平率范围;隧道模型计算结果与现场实测数据之间平均误差在5%~14%,以此来验证数值模拟的可靠性,证明了该计算方法的可信度;选取优化后隧道截面进行施工,与现场监测数据进行对比,进而验证优化后扁平率取值的正确性。

Ⅳ、Ⅴ级围岩小断面隧洞的围岩压力计算与影响因素分析

小断面隧洞应用于井巷工程、输水泄洪工程、电力工程等,受岩体完整性、掘进工艺、隧洞断面形式影响,围岩压力存在一定差异性。针对某Ⅳ、Ⅴ级围岩小断面泄洪隧洞围岩压力计算问题,开展了围岩压力计算方法和影响因素分析工作。研究表明:公路隧道设计规范综合考虑了岩体基本质量等级、开挖宽度、塌落拱范围等因素,较为适宜Ⅳ、Ⅴ级围岩的压力计算;Ⅴ级围岩段自稳性差,注浆初期支护作用难以发挥,易发生拱顶岩体冒落;圆拱直墙小断面隧洞的矢高大于1.0m后,垂直分布压力、水平分布压力衰减加快,岩体整体性越差(Ⅴ级围岩),衰减越快。

地铁大断面隧道二次衬砌简易台车运用

以北京地铁3号线某区间为例,通过对比双侧壁导坑(6导洞)侧墙、拱顶组合模架体系与简易台车体系的模板支撑体系,主要阐述了区间大断面隧道如何利用小型的简易台车进行二次衬砌施工,解决地铁施工场地紧张大型台车无法拼装以及工期效率问题。

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。

小净距盾构隧道侧穿地铁车站对地表沉降及刀把段结构侧墙变形的影响

为研究小净距盾构隧道侧穿地铁车站对地表沉降及刀把段结构侧墙变形的影响规律,依托长沙轨道7号线云环区间段,对盾构施工引起的地表沉降和刀把段侧墙位移进行持续监测,采用有限元软件,分析在袖阀管注浆加固条件下侧墙的变形和应力特征,研究不同地层损失率条件下地表和侧墙的变形规律及不同侧墙厚度条件下侧墙的应力规律。结果表明,袖阀管注浆加固土体能有效减小由盾构施工引起的侧墙变形和应力;地表沉降和侧墙位移随着地层损失率的增加呈递增的趋势;侧墙厚度设置为800 mm时,侧墙所受拉应力可以控制在C40混凝土抗拉强度标准值之内。

移动道岔在长距离小断面TBM隧洞中的运用

直径3~4 m的小直径TBM长距离隧洞掘进时由于断面狭窄、运距长,渣土及物料多采用单轨轨道运输,利用编组列车水平运输方式。随着洞内运输距离逐渐增加,隧洞内无法错车而编组列车之间只能在洞口道岔上错车,洞内同一时段仅能有1辆编组列车运行,洞内物料运输效率将受到很大的限制,影响TBM的正常掘进。结合南宁抽水蓄能电站自流排水洞洞内移动道岔的成功运用,总结论述长距离小断面TBM隧洞洞内移动道岔施工技术。

极小断面隧洞Ⅳ级围岩支护技术研究与应用

围岩稳定性与隧道支护方法和参数密切相关。文章以夹岩水利枢纽及黔西北供水工程后槽隧Ⅳ级围岩段施工为工程背景,通过数值模拟,对隧洞未支护和喷混支护两种工况进行数值分析。数值分析结果表明,喷混支护后围岩变形明显减小。通过现场监测验证了数值模拟的准确性,最终确定采用喷射素混凝土支护代替钢筋混凝土衬砌的支护方案。

悬臂式掘进机在小断面水工隧洞施工中的应用

笔者以某抽水蓄能电站下水库导流洞施工为例,探讨EBZ260型悬臂式掘进机在小断面水工隧洞施工中的应用,从施工安全、质量、进度、经济性等方面与传统的钻爆法施工进行对比分析。结果表明:相比于传统的钻爆法,悬臂式掘进机施工对围岩扰动较小,可有效控制超欠挖,施工质量易于控制,施工更安全,施工成本低。施工经验可为类似工程施工提供借鉴。

抽水蓄能电站勘探平洞掏槽爆破方法研究

为解决抽水蓄能电站勘探平洞钻爆掘进单循环进尺低问题,加快抽水蓄能电站工程地质勘察施工进度,提出了“大直径空孔环+桶式多阶段”新型掏槽方法,并分析了其参数合理性和破岩机理。工程实例应用表明,掏槽方法可将抽蓄勘探平洞(小断面)单循环平均进尺、月平均进尺分别提高并稳定在3.12 m和280 m水平,在抽蓄勘探平洞(小断面)钻爆法快速施工中具有显著适用性和优越性,同时,在抽蓄勘探平洞、矿山岩巷、抽蓄排水廊道等有快速掘进需求的小断面隧洞中具有极高的推广应用价值。

隧道穿越滑坡体失稳机理及处治技术

针对隧道穿越大偏压、潜在滑坡体而造成隧道局部出现裂缝、变形等工程问题,文中以韶新高速公路寒山口大断面隧道为工程背景,通过现场调查和监控量测,研究隧道洞口及滑坡的变形情况,分析隧道洞口滑坡的诱发因素及形成机理,并提出有效的处治措施及监控技术。研究结果表明,隧道在穿越潜在滑坡体时发生较大的挤压变形(最大变形量为44.4cm,最大变形速率为30mm/d);洞口滑坡是由偏压地形、不利的工程地质、施工扰动、降雨等因素综合导致;通过采取裂缝封堵、洞身加强、坡脚加固的临时紧急措施和预应力锚索框架梁、洞内注浆、超小导管支护等综合处治措施,隧道及滑坡的变形得到有效控制。研究结果可为类似工程提供参考和借鉴。

黄土区大跨度隧道开挖技术探讨

临洮(安家咀)至临夏一级公路百和隧道均为Ⅴ级围岩,主要有黄土浅埋段、岩质地段、黄土深埋段、小净距段以及黄土深埋段等情况,针对不同的围岩情况和地质条件,有针对性的采用CD法、上下台阶留核心土法及三台阶分步法进行开挖。

正交转换通道暗挖隧道群快速施工技术研究

地铁区间共建段道岔区正交转换通道隧道群正交隧道断面多、断面大、隧道之间小净距岩柱薄,地铁隧道埋深一般较浅,地表建筑密集,合理的施工工法能提高施工效率确保施工安全。依托重庆轨道交通10号线兰南区间大里程区间共建段道岔区正交转换通道隧道群施工,进行了隧道群施工工法的优化研究。工程实践表明:隧道群施工需提前做好各作业面施工顺序及施工方法研究,科学合理的施工顺序及施工方法能在确保施工安全的前提下提高施工效率;大断面双侧壁导坑核心土不同拆除工法对施工安全及施工效率影响较大;隧道群小净距采用合理的开挖顺序及开挖方式、优化支护措施能保证施工安全。

鹤上大断面小净距隧道施工方案优化分析

结合福州国际机场高速公路鹤上大断面小净距隧道工程实际,建立了大断面小净距隧道施工动态有限元分析程序,对隧道施工方案的优化进行了数值模拟分析。分析中模拟了双侧壁导坑法、中隔壁法和上下台阶法3种施工方案,对拱顶下沉、地表沉降、中间岩柱应力、围岩稳定性等进行了对比分析,并结合鹤上隧道围岩实际情况,在隧道出口Ⅴ级围岩段,改双侧壁导坑法为中隔壁法,顺利完成了施工,对降低施工成本、加快施工进度均起到了较好的作用,研究结果可为类似条件下大断面小净距隧道的设计、施工提供借鉴与参考。

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。