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。

大拱脚三台阶法开挖浅埋软弱红黏土隧道的力学特性及适用性研究

依托渝黔铁路青冈山隧道工程,针对软弱红黏土自稳能力差、承载能力低的特点,原设计采用CRD法进行开挖,以减小围岩变形。为进一步提高作业效率,在三台阶法的基础上采取增设管棚、大拱脚等改进措施,并通过数值模拟分析2种不同工法下软弱红黏土隧道开挖后的力学特性。研究结果表明:采用改进的大拱脚三台阶法开挖,隧道拱顶沉降比CRD法增大165.90%,与此同时,初期支护第1和第3主应力也分别增大17.99%和24.59%,但是隧道拱顶沉降以及初期支护应力均满足相关要求,施工现场沉降监测数据与数值模拟所得结果较为吻合,验证了软弱红黏土隧道采用大拱脚三台阶法开挖的合理性,同时建议隧道开挖避开雨期施工,以降低围岩失稳风险。

大断面浅埋黄土隧道围岩变形特性分析

以忻州大断面黄土隧道为工程背景,针对三台阶七步开挖法施工条件下的围岩变形特性进行了现场测试分析,采用Midas/GTS三维有限元软件进行施工模拟分析,并结合隧道围岩位移弹塑性解析法进行了验证。分析结果表明:地表沉降、拱顶下沉及洞周水平收敛随上、中、下台阶的开挖变化较大,尤其是下台阶的开挖,其收敛出现突变;仰拱浇筑前,拱顶和地表沉降及洞周水平收敛占总变形比例分别为85%、80%和90%,且仰拱施作完成后变形基本稳定;各部位围岩内部位移与距开挖轮廓线距离成反比,距开挖轮廓线4.5 m处约为1.5 m处的24~50%,且拱顶和拱脚处围岩内部位移较明显,数值计算塑性破坏区分布与实测结果吻合;支护时机与强度对围岩后期变形仍存在一定的影响,拱脚是施工中的薄弱部位,应提高支护强度;拱顶下沉数值计算和弹塑性解析解与实测结果变形规律基本吻合,且较实测值分别大16%和11%。

浅埋大跨度隧道施工过程地表沉降变形特征研究

结合青州至临沭高速公路穆陵关隧道,对浅埋三车道大跨度隧道施工引起的地表沉降变形特征进行现场监测,探讨浅埋大跨度隧道的开挖方式,分析采用三台阶七步平行线流水开挖引起的隧道地表沉降变形特征。通过现场试验研究发现,在浅埋大跨度隧道管棚施过程中和开挖到达掌子面前方时,地表已经发生先行沉降位移。采用三台阶七步开挖法,影响隧道中心附近地表变形的关键步序分别为上、中台阶开挖以及下台阶和仰拱施做,处于左右洞之间的地表变形受到左右洞两次施工干扰,大于左右洞外侧变形。掌子面施工对地表沉降变形影响范围主要集中在掌子面之后的1倍洞径(D)范围内,距掌子面1D距离之后,其变形逐渐变缓,最终地表沉降变形分布呈现整体向优先开挖一侧的偏态性。采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟隧道的施工过程,研究隧道地表沉降变形特征,其结果与现场监测所得结果具有较好的拟合性,所得结论对其他类似工程具有重要的借鉴意义。

软岩隧道施工方法数值分析

以软岩单线铁路隧道为工程背景,采用三维数值手段对常规台阶法、扩大拱脚台阶法和预留核心土台阶法等典型工法的施工空间效应进行动态模拟。计算结果表明:对于软岩隧道,当采用常规台阶法施工时,加强上台阶围岩支护效果对大变形控制至关重要;在台阶法开挖过程中掌子面挤出变形明显,掌子面的稳定性不容忽视,而预留核心土在控制掌子面变形、确保掌子面稳定方面有明显的作用;扩大拱脚支护形式与标准断面相比更有利于控制隧道收敛变形和塑性区的发展。综合分析结果认为:兰渝铁路软岩单线隧道采用扩大拱脚支护形式结合预留核心土的台阶法更有利于控制变形和确保洞室稳定。

浅埋大断面隧道在初期支护下的稳定性数值分析

浅埋大断面隧道由于明显的空间效应以及断面面积、高跨比、跨度、埋深、施工方法等因素的不同,隧道在围岩和支护结构的破坏模式上常出现较大的差别。本文通过对宁波大榭管廊浅埋大断面隧道进行有限元方法,模拟经济简单的中隔墙台阶法和上下台阶法,对拱顶沉降及初次支护的受力状态进行分析,并与实际监测数据进行对比分析,得出较为一致的结果。最后,通过对比分析,得出中隔墙台阶法能有效减少拱顶沉降及初次支护应力,各项变形指标均在规范之内。本研究对此类隧道的施工与设计有一定指导意义。

仰拱步距和台阶长度对软岩大断面隧道稳定性影响分析

在软岩大断面隧道施工过程中,围岩稳定性控制难度很大。依托宝兰客专古城岭隧道的勘察设计资料、施工工艺和监测数据,建立符合工程实际的基本数值模型,分析软岩大断面隧道的变形特点,揭示仰拱步距和台阶长度对初期支护变形的影响规律。根据模拟试验结果指导古城岭隧道大变形区段施工,将初期支护累计变形减小了70%。

郑西客运专线张茅隧道施工技术

黄土的工程性质十分复杂,在地下水异常丰富地区的黄土常伴随湿陷性、大变形、高地压等特性,开挖施工常引起隧道支护开裂,围岩塌陷等。依托郑西铁路客运专线张茅隧道,通过对施工中隧道与围岩结构施工力学行为和施工工艺的研究,分析总结三台阶七步开挖技术,对有效地控制沉降变形提出了施工技术方法和要点,实现快速施工,对保证隧道结构安全起到重要作用。

大断面古土壤隧道围岩压力分布规律及支护结构受力特征分析——以银西高铁早胜3号隧道为例

银西高铁早胜3号隧道位于甘肃省宁县境内,为国内首条穿越古土壤地层的隧道。为研究隧道穿越古土壤地层时围岩压力分布情况及支护结构受力变形特征,通过在隧道相同里程布设压力盒、表面应变计和钢筋应力计等传感器,对围岩压力、初期支护受力变形情况进行长期现场监测,并将监测结果得到的频率值换算为力值或应变,最后对数据进行分析。结果表明:1)对于三台阶七步开挖法,围岩压力大致经历了急剧变化—缓慢变化—平稳变化3个阶段,三台阶七步开挖的施工工法决定了相同里程先开挖一侧围岩压力明显大于后开挖一侧; 2)钢拱架呈现三维受力状态,相邻2榀拱架间轴力以受压为主,支护结构的完整程度以及与混凝土的协作关系直接影响轴力变化情况; 3)拱脚应变的最大值主要集中在上台阶和仰拱底部附近。

大断面隧道三台阶七步开挖法仿真分析

结合实际工程,建立三维数值计算模型,对浅埋花岗岩地段隧道三台阶七步开挖法的施工过程进行了模拟计算。在此基础上,分析了地层的位移、支护结构变形和受力的变化规律以及分步开挖对支护结构受力和变形的影响。研究结果表明,洞周变形、支护结构的受力及变形具有不对称性;在支护结构距掌子面距离大于5~6m时,变形和受力可以达到稳定状态;边墙处锚杆的作用效果比拱顶锚杆显著;不同开挖步造成的洞周变形也有较大区别。分析结果可以为大断面隧道三台阶七步开挖法的设计和施工提供参考。

大阪山隧道三台阶七部开挖法数值模拟与施工监测

以大阪山隧道为依托,采用有限元数值模拟和现场监测数据相结合的方法,对该隧道Ⅳ级围岩的三台阶七步开挖法进行了数值模拟,分析了在不同开挖阶段围岩位移场的变化规律,发现隧道拱顶、拱脚、拱腰、拱底处应力较为集中,且拱顶、拱底处竖向变形均较大,左侧拱脚,右侧拱腰和右侧仰拱脚处也产生了较大水平位移。以此确定了施工现场重点监测和加固区。结合实测监控量测数据,利用加权回归分析方法对监测数据进行处理,得出各监测点实测围岩变形值。通过对数值模拟结果与现场监测数据的对比分析,判定隧道围岩的稳定状态,结果表明,利用有限元对隧道进行数值模拟和加权回归分析对监测数据进行处理,两种方法相结合对判断三台阶七部开挖法的安全性具有很好的效果。

破碎围岩山岭隧道施工稳定监测及数值模拟

以某高速公路破碎围岩隧道大变形为工程背景,并以现场调查、数值模拟和现场监测为手段,提出了三台阶七步开挖仰拱紧跟工法。利用Midas GTS建立了三台阶七步开挖法的两个数值模型,结合地质勘查和室内试验数据进行了隧道大变形分析,并将新工法的模拟结果与监测数据进行了对比分析。研究结果表明,所提工法中的仰拱紧跟技术对变形控制起到了较好的作用,不仅可以有效控制隧道施工中的大变形问题,且能缩短工期,提高施工效率,节省工程造价。

黄土隧道三台阶施工预制临时仰拱技术及应用研究

为解决隧道临时支护结构施作耗时长、拆除后难以利用的难题,提出一种可重复使用的预制临时仰拱设计与施工方案,并在黄土隧道三台阶七步法中进行应用试验。通过对比现场光纤光栅传感器测试数据和数值模拟结果,对预制临时仰拱实施效果进行研究。研究结果表明:1)预制临时仰拱制作简单、拼装快速并可重复应用,可在大断面隧道三台阶临时仰拱七步施工方法中快速形成临时仰拱,使中台阶开挖后初期支护体系临时封闭成环;2)与传统三台阶七步开挖施工方案相比,采用"三台阶七步开挖+预制临时仰拱"方法可以有效改善大断面黄土隧道施工中初期支护结构受力与变形,其中初期支护结构最大主应变降低约72%,拱顶沉降降低约78%;3)设置预制临时仰拱使中台阶封闭成环,可以很好的改善初期支护结构与围岩的相互作用性能,有效减小隧道开挖后围岩塑性变形范围,保证隧道施工安全。

三台阶大拱脚临时仰拱法与微台阶法在砂质黄土隧道中的适用性对比分析

在软弱围岩隧道施工中常采用三台阶大拱脚临时仰拱法和微台阶法。针对蒙华铁路阳城隧道上覆砂质黄土下伏软弱围岩的典型工况,采用MIDAS有限元软件对三台阶大拱脚临时仰拱法和微台阶法的施工过程进行了数值模拟。结果表明:采用大拱脚临时仰拱法施工最大拱顶沉降、最大水平收敛、最大掌子面挤出位移和最大地表累计沉降均小于采用微台阶法施工,三台阶大拱脚临时仰拱法能更好地控制围岩变形,更适合于上覆砂质黄土下伏软弱围岩隧道施工。该工法已在蒙华铁路实际工程中应用,取得了良好效果。

高速铁路大断面隧道浅埋段软弱围岩施工方法优化研究

针对花甲山隧道浅埋段工程地质条件,采用数值计算和现场测试方法,分析了浅埋段软弱围岩采用CRD法和大拱脚台阶法施工时围岩位移变化规律,并将数值分析结果和现场测试数据进行对比。综合比较两种施工方法的施工工效、经济成本和施工安全等因素,提出花甲山隧道浅埋段建议采用大拱脚台阶法施工的结论,为相类似工程提供借鉴。

浅谈大断面黄土隧道三台阶七步开挖法

结合郑西客运专线凤凰岭隧道试验段施工,对大断面(170 m2)黄土隧道三台阶七步开挖技术进行总结,重点阐述了三台阶七步开挖法的适用条件、施工工艺及具体施工要点。该法较好地解决了黄土隧道施工中的诸多技术难题,是目前大断面黄土隧道施工中行之有效的施工方法。

三线大跨铁路隧道四台阶九步开挖法施工技术研究

结合成昆铁路永仁至广通段扩能工程大树村隧道出口三线大跨铁路隧道施工,阐述了"四台阶九步开挖法"在三线大跨铁路隧道白垩系上统江底河组上杂色泥岩地层(k2j3含盐岩)施工中的合理运用,有效控制了施工大变形,确保施工安全;与CD、CRD施工法相比,节省了部分临时支护工程量,提高了工效,降低了施工及管理成本,取得了良好的经济效益。

上软下硬地层大断面铁路隧道施工方案优选研究

为进一步提高复杂围岩条件下隧道开挖的安全稳定性,依托八苏木铁路隧道工程,通过数值模拟的方法研究了上软下硬复合地层下大断面铁路隧道施工方案优选,对比分析台阶法、三台阶临时仰拱法、CRD法和三台阶七步法的初支结构位移及内力.综合结构位移及内力考虑,使用三台阶七步法进行开挖为最优方案.

浅埋大跨度隧道开挖施工工艺分析

以深圳地铁10号线车辆段出入线单洞三线大跨度隧道为例,在开挖过程中采用三台阶“九洞六步”法进行了施工,提高了施工效率,节省了施工成本和工期,保证了施工质量和隧道施工安全,为类似浅埋大跨度隧道开挖施工提供了参考与借鉴。

软弱围岩地质大断面铁路隧道大拱脚台阶法施工工法

为增强铁路专线在复杂地质环境下的运行安全性,确保其穿越围岩破碎带的实际作用效果能够达到行业技术规范的实际要求,需选择可靠的施工技术,优化工程的施工质量,为不同环境下铁路隧道使用寿命的延长提供可靠地保障,完善铁路基础设施使用过程中的服务功能。若实现该建设目标,需深入地总结软弱围岩地质大断面铁路隧道大拱脚台阶法的施工经验,采取必要的措施优化这种施工工艺,从具体的施工流程、适用范围、施工质量等方面进行重点地考虑,保持施工高效性的基础上加强施工成本的有效控制,优化资源配置,实现大断面铁路隧道大拱脚台阶法施工效益最大化的发展目标。