隧道管棚支护承载特性及支护参数试验研究

为探究隧道管棚注浆钢管不同支护参数对管棚支护承载能力的影响,引入Pasternak双参数模型构建出更符合实际情况的管棚支护力学模型,通过多组室内试验,对管棚在不同注浆钢管管径、壁厚、注浆饱满度及加设钢筋笼条件下的承载能力进行定量研究。研究表明:1)管棚注浆钢管支护参数中,对管棚承载能力的影响排序为:管径>注浆饱满度>壁厚>钢筋笼。2)增大管棚注浆钢管管径可大幅提高管棚的承载能力,相比管径为108 mm的管棚,管径为159、219、299 mm时管棚承载能力分别增大183.58%、398.62%、874.86%。3)管棚钢管注浆不饱满会较大程度削弱管棚的承载能力,钢管注浆饱满度由100%降至75%、50%时,管棚承载能力分别降低29.8%、34.5%,注浆饱满度为50%时管棚的承载能力与未注浆时相差不大。4)管棚钢管壁厚和钢筋笼加设与否对管棚的承载能力影响较小。因此,在实际工程中,可通过增大管棚钢管管径提升管棚的承载能力,通过减小管棚钢管壁厚及不加设钢筋笼节约用钢量。

大断面管幕箱涵隧道开挖面极限支护压力研究

【目的】箱涵隧道具有断面大、推进缓慢等特点,开挖面易失稳。【方法】依托合肥市庐州大道浅埋隧道下穿机场跑道实例工程,利用极限平衡理论、摩尔-库伦强度准则、全覆土重理论进行理论推导,并结合大型三维精细化数值模型,对开挖面极限支护压力进行研究。【结果】结果表明:提出了一种简便的管幕作用下大断面箱涵隧道开挖面极限支护压力计算方法。基于此,通过毕肖普条分法计算值与文章提出的极限支护压力计算值相比较,误差极小,证明了该方法的准确性。通过建立管幕箱涵施工三维数值模型,发现地表沉降量和开挖面纵轴线方向位移量随着支护压力的增大而减小,并趋于稳定状态。当支护压力超过静止土压力时,上部土体受强挤压作用,开挖面状态易呈倒S形。【结论】以上结果可为相类似工程提供参考。

断层破碎带暗挖通道超前大管棚施工技术

地处断层破碎带的地下工程通常面临着复杂地质环境带来的安全威胁,给工程施工带来了严峻的挑战。基于济南市轨道交通4号线暗挖通道工程,沿通道纵向拱顶范围打设超前大管棚对进洞前地层进行加固,该技术在复杂地质条件下应用灵活,有效支护了隧道周围土体,降低了地表沉降风险。以实际工程为基础,详细阐述了超前大管棚施工技术的优越性,介绍了关键施工参数和方法。

高速公路偏压浅埋隧道进洞施工工艺

文章根据檀树湾隧道的实际情况,对浅埋偏置隧道的开挖顺序和支护方案进行了研究。主要介绍了洞头仰拱的施工工艺、长管棚、超前小导管、钢拱架的施工工艺。此外,套拱施工措施也是关键,它通过多个钢环形成一个整体拱架来支撑隧道结构,从而提高隧道稳定性和耐久性。工程实践证明,该隧道进洞施工技术取得了较好效果。

下穿既有铁路隧道施工安全技术分析

新建隧道与已有隧道在平面上相交时,通常需要在垂直方向上选择上跨或下穿的施工方案。其中,下穿已有隧道的暗挖施工尤其复杂,对既有隧道的影响较大。如果开挖方法和支护措施选择不当,可能导致已有隧道发生沉降变形,甚至危及运营安全。尤其是在下穿铁路隧道时,对轨道沉降的要求非常严格,不得超过2 mm。因此,控制既有隧道的沉降变形至关重要,这就需要选择适当的开挖工法和有效的超前支护措施,以确保既有铁路隧道的安全。在实际工程中,采用非爆破开挖、双侧壁导坑法和Φ299超前大管棚技术下穿既有铁路隧道,对既有铁路未造成不良影响,同时降低了暗挖作业的风险。这为类似的下穿暗挖工程提供了宝贵的经验和借鉴。

狭小深基坑内暗挖隧道超前支护锁扣管幕顶管施工技术研究——以深圳地铁水贝站D出入口为例

在狭小深基坑工作井内进行暗挖隧道超前锁扣管幕顶管作业时,由于受到既有建筑物、市政管道和顶管设备规模的限制,顶管后背墙不能采用现浇混凝土结构。文章以深圳地铁水贝站D出入口工程为例,对在狭小深基坑内利用既有支护桩作为超前管幕顶管作业后背墙施工进行研究,主要分析顶管作业工况下后背墙支护桩承载力,对采用的支护桩实体质量进行检测验证可靠性,对顶管施工过程进行持续监测。

管幕法连拱隧道下穿高速公路路基段沉降变形规律分析

依托某下穿高速公路匝道路基段隧道工程,简要介绍了管幕法连拱隧道设计施工方案,建立数值模型对管幕法连拱隧道下穿高速公路路基段沉降变形进行动态模拟,得到了路基段沉降变形规律曲线,并与现场监控量测数据对比,分析了下穿高速公路路基段沉降变形规律。结果表明:1)各监测点连成的路基沉降变形规律曲线为“U”型曲线,沉降大值分布在隧道与匝道相交区域内;2)路基沉降变形值随着隧道开挖进尺的增大而增大,位于隧道与匝道相交区域内的匝道沉降变形速率最大,距离隧道越远,匝道沉降变形速率越小;3)隧道与匝道夹角越小,路基沉降相应的影响范围越大;4)根据数值模拟计算结果和实测匝道沉降实测值分析得知,管幕法连拱隧道下穿匝道路基引起沉降数值不超过10 mm,沉降得到有效控制,对高速公路影响较小。

隧道工程不良地质洞口段施工技术研究

外龙背隧道进口段为浅埋,埋深为3.0~23.38 m,且地质情况较为复杂,洞口段所处位置为崩坡积体,孤石分布密集且不明确,下部全风化岩层强度低,呈软塑状,超长双层管棚施工存在不确定因素,文章依托该工程,总结出了不良地质隧道洞口段施工技术,包括洞口加固施工技术和洞口段洞身施工技术,可为类似工程施工提供参考。

地铁隧道超浅埋覆土下穿湖泊方案研究

盾构区间浅覆土下穿湖泊,抗浮是一个无法忽视的问题,区间抗浮措施值得进一步深入研究。本文结合深圳地铁穿越湖泊案例,利用有限元软件模拟盾构区间超浅覆土穿越湖泊采用抗浮压板、抗浮锚杆、管幕3种抗浮方式。通过比较区间在穿越湖泊过程中的竖向位移,得出采用抗浮压板、抗浮锚杆、管幕均能有效限制区间位移,其中抗浮压板是一种效果较好的抗浮方式。目前国内外区间抗浮暂未采用抗浮锚杆、管幕抗浮,本次研究也从理论上证明了这两种抗浮方式的可行性,可为区间抗浮提供不同选择。

管棚力学行为的解析分析与现场测试

管棚超前预支护在隧道上部形成纵向拱效应,从而保证隧道的安全开挖。然而由于模型边界条件的复杂性,目前多局限于从管棚对控制围岩变形和开挖面稳定的整体效果进行研究,无法分析管棚真实的力学行为。对管棚的Winkler弹性地基梁模型进行了改进,并考虑了初期支护的延滞效应,基于Pasternak弹性地基梁理论,推导了管棚的挠度方程和内力计算公式,并提出求解方法。以一隧道开挖为例,通过Pasternak模型和Winkler模型的计算结果与管棚的现场测试数据的对比分析,说明Pasternak模型较Winkler模型与现场测试曲线吻合更好,说明Pasternak模型改进了Winkler模型中地基变形不连续的缺陷,更符合实际受力情况,能较好地反映管棚在隧道开挖过程中的真实力学行为。计算结果表明:管棚起着杠杆作用,能够有效地将开挖面附近的上部荷载向未开挖区传递,从而控制隧道变形,保证开挖面的稳定。

浅埋下穿高速公路黄土隧道管棚变形监测及受力机制分析

依托郑西客运专线阌乡隧道,开展浅埋大跨黄土隧道长大管棚受力机制的研究。对隧道进入下穿高速公路前的管棚纵向变形进行监测,根据实测结果分析长大管棚在隧道开挖过程中的受力特性与作用机制;建立浅埋暗挖黄土隧道管棚受力的双参数地基梁模型,对长大管棚受力机制进行分析。计算结果与实测结果有较好的一致性。研究结果表明:掌子面前方约15 m处管棚开始受力,掌子面过后约15 m处管棚的受力趋于稳定,管棚的纵向变形总体上呈凹槽形分布,掌子面处管棚受力最大;同时,管棚变形与开挖面位置、开挖进尺、管棚及岩体物性指标等因素有密切关系。研究结果为隧道下穿段管棚工法及施工方案的优化设计提供理论依据,并在下穿段沉降监测中得到验证。

浅埋暗挖隧道管棚变形监测及受力机制分析

在土江冲隧道进口段采用应变计对管棚纵向变形进行监测,根据现场测试结果分析管棚在隧道开挖过程中的受力特性,讨论管棚的作用机制。对管棚的刚性固定端Winkler弹性地基梁模型进行改进,建立浅埋暗挖隧道管棚受力的弹性固定端双参数弹性地基梁模型,推导出管棚的扰度方程及应力、应变计算公式,提出求解方法。将弹性固定端双参数弹性地基梁模型应用于土江冲隧道管棚作用机制的分析,计算结果与实测结果吻合较好,说明采用弹性固定端双参数弹性地基梁模型分析管棚受力特征是可行的。

饱和软土地层中管幕法隧道施工风险分析

上海市中环线虹许路—北虹路下立交工程设计采用管幕结合箱涵顶进—有中继间的推进工法施工,是我国第一次引进管幕工法施工,也是世界上在饱和软土地层中施工的最大、最长的管幕法工程,其工程规模大,工艺新颖,工程地质条件差,存在很大的施工风险。运用风险分析方法,分析了饱和软土地层中施工管幕法隧道时在管幕顶进精度、管幕顶进阻力、地表沉降(隆起)、管幕损坏、管幕水密性、管幕锁口连接以及箱涵开挖面稳定、箱涵损坏、箱涵方向控制、管幕下沉、箱涵安全出洞、地面变形控制等方面存在的风险,得出了工程的总体风险水平,并提出了相应的防范措施。

管幕内箱涵顶进中顶部管幕竖向变形预测

上海市中环线虹许路北虹路下立交工程是目前世界上在饱和含水软土地层中施工的横截面最大的管幕法工程。针对实际箱涵顶进施工过程中顶部管幕出现的以隆起为主的竖向变形,根据对箱涵前方滑动土体及箱涵体的力学分析,确定作用于顶部管幕下的附加荷载,进而将顶部中间部分的钢管视为在该附加荷载作用下的倒置于Winkler地基上的弹性地基梁,以此模型预测分析顶部中间部分钢管幕的竖向变形,并同实测结果进行比较,发现二者在规律及大小上都较为接近,说明该预测分析方法具有一定的合理性。

管棚法应用于软土地层的稳定性分析

在软土地区采用管棚法施工浅埋隧道,管棚间以及掌子面土体的稳定是影响"棚架体系"能否发挥的决定性因素。首先分析影响管棚间土体形成微拱的因素,根据莫尔–库仑抗剪强度理论,推导管棚间土体形成微拱的判定方法,即拱顶和拱脚同时处于稳定状态。其次将掌子面稳定假定为上覆荷载作用下的三维边坡稳定问题,推导管棚法隧道掌子面稳定的判定方法。最后以杭州市一过街通道为例,应用上述判定方法,对管棚间土体以及掌子面稳定进行计算分析,并提出合理建议,保证隧道的安全。

浅埋大跨隧道管幕预支护技术试验研究

首都机场T2~T3航站楼联络线大跨隧道下穿不停航飞机跑道,施工风险极大。为了得到合理的管幕预支护参数及开挖方法,本文利用了模型试验,研究了不同管幕布置型式、管径大小及开挖方法对地表、管幕沉降的影响,结果表明:"门"字形管幕比"口"字形管幕形式的地表沉降值大51%左右;直径600mm管幕比直径970mm管幕的地表沉降大24%左右;中间导洞先开挖与最外两侧导洞先开挖所引起的地表沉降值及规律基本一致;飞机动载作用对地表沉降及管幕内力的影响比静载的影响大12%左右。因此,为了安全起见实际工程中采用了直径970mm、"口"字形布置的管幕,开挖方法为先最外两侧导洞、后中间导洞、最后中间两侧导洞。

考虑空间效应的岩堆体隧道管棚力学模型研究

针对现有管棚弹性地基梁模型中基床系数确定方法的不足,研究不同弹性模量、泊松比以及围岩应力释放率下岩堆体隧道洞口段掌子面附近围岩基床系数的分布规律,建立考虑空间效应的岩堆体隧道管棚弹性地基梁模型,进一步结合某岩堆体隧道工程实践,分析了管棚挠度分布的影响因素。结果表明:考虑隧道开挖空间效应的管棚弹性地基梁模型与实测更接近,可以更真实地反映管棚的受力变形行为。管棚变形行为与围岩弹性模量、泊松比等力学参数,开挖进尺、开挖高度、管棚钢管刚度等施工参数,以及应力释放率、隧道埋深等因素密切相关,影响因素多,力学机制较为复杂。对于岩堆体隧道浅埋段,开挖进尺宜取1m左右,开挖高度取3~6m间较合适,宜采用108mm及以上大直径管棚,并采取预加固措施。结论可为岩堆体隧道洞口浅埋段施工参数的合理选择提供理论依据。

浅埋下穿公路隧道管棚预支护机理及监测分析

针对软岩公路隧道施工中的超前管棚施作问题,采用双参数地基梁模型,分析了大断面浅埋软岩隧道超前管棚的受力机制,对比分析了工程中常用的Φ76和Φ108的2种超前管棚的支护效果,研究结果表明:①管棚的受力和变形主要集中在掌子面前4 m范围内,管棚的梁支撑作用效果明显,采用Φ108管棚比采用Φ76管棚的最大挠度减小约36%。②超前管棚将上部荷载传递到已开挖隧道初支结构及掌子面前方围岩,起到梁支撑的作用,从而提高掌子面围岩的稳定性,而采用Φ108管棚能承担更多的上部围岩压力,更好地控制围岩位移。应用上述管棚弹性地基梁模型,成功指导了云南大永高速公路大断面软岩公路隧道下穿既有公路工程,将Φ76管棚方案调整为Φ108管棚方案后,最大拱顶地表沉降值减少了38%,保障了整个下穿施工过程的安全顺利。

下穿道路隧道浅埋暗挖管棚支护参数及优化设计研究

以徐州地铁1号线穿越鲲鹏路至火车东站站段浅埋暗挖工程为背景,在超浅埋和复杂的地质、环境条件下,选用合理计算模型,对管棚预支护下的隧道施工过程进行数值计算,并将计算结果与实测结果进行对比分析,结果表明数值计算结果可靠。而后对管棚预支护结构参数进行分析,研究布置角度、钢管直径、管棚间距、注浆厚度对隧道开挖中地层沉降的影响,旨在为复杂地质条件下浅埋隧道施工及管棚预支护优化设计提供依据。

管棚成孔失水引起地表沉降因素分析

利用Biot固结理论,对管棚成孔和推进过程中因渗水而引起的沉降进行计算分析,研究管棚施工时间、管棚数量、不同的管棚直径和地层不同的渗透系数对地表沉降的影响。分析结果表明,若管棚施工从钻孔到注浆的时间控制在2 h以内,则地表最大沉降量小于5 mm;若该时间为8 h,则对应的地表沉降量可达10mm。随着管棚直径的增加,管棚施工中因失水引起的地表沉降量也随之增加。地层渗透系数的大小对沉降量的影响很大。提出控制管棚成孔和推进时间、尽可能地缩短管棚施工时间、采用小直径管棚、管棚施工中采用间隔施工等控制失水沉降的技术措施。