软土地层浅埋暗挖矩形大断面隧道施工力学响应特征

[目的]为探究在城市软土地层中安全有效地施工浅埋暗挖矩形大断面隧道的技术方法,以实现施工过程的安全性控制。[方法]以某地铁区间隧道工程为例,提出4导洞开挖和“中导洞”先行6导洞两种开挖方案。利用有限差分软件建立三维数值仿真模型,模拟了隧道施工过程并详细分析了隧道施工过程中的地层竖向位移和初期支护内力变化。通过与现场监测数据分析对比,验证了所提工法的合理性与有效性。[结果及结论]在导洞开挖阶段,隧道顶部和底部的地层竖向位移最为显著,且相邻导洞的开挖对位移影响有限。采用6导洞开挖方案,与4导洞开挖方案相比,底部最大位移值显著减少了21.5%,同时在施工过程中,底部的竖向位移速率也降低了6.1%。特别是在中导洞施工期间,地层竖向位移变化速率是侧导洞变化速率的1.2倍左右,这表明中导洞对地层的影响更为显著。6导洞开挖方案在控制施工期间地层变形和结构受力方面更为有效,特别是在中导洞施工阶段,需要特别关注并加强监控和支护措施。

复合地层隧洞中隔离桩对围岩位移的控制效果分析

设置隔离桩作为一种控制城市隧洞开挖引起围岩变形的有效手段,在“上软下硬”复合地层中的作用效果还罕有研究。依托滇中引水工程龙泉隧洞,采用FLAC^(3D)软件,分析隔离桩桩位、桩径、桩长及桩顶埋深等参数对隧洞衬砌及地表建筑物变形控制效果的影响。结果表明:设置隔离桩能够阻隔地层应力的传递,合理的设计参数是充分发挥隔离桩阻隔作用的关键;同等条件下,隔离桩对地层位移的限制作用在水平方向优于竖直方向;隔离桩距离隧洞越近、桩径越大,控制变形效果越好;隔离桩只有穿过地层滑移面并嵌入下层土体时,才能够较好控制由隧洞开挖引起的隧洞衬砌以及地表建筑物位移,建议嵌入下层土体深度为隔离桩长度的1/4;适当设置桩顶埋深能够降低隔离桩对于土体的牵引作用,建议桩顶埋深深度为隔离桩长度的1/5。研究成果可为隔离桩在城市浅埋复合地层隧洞工程中的应用提供参考。

大断面干燥粉细砂地层浅埋地段变形控制及施工技术研究

文章详细阐述了双线高铁大断面隧道在干燥粉细砂地层中采用超前水平旋喷桩超前支护、三台阶临时仰拱+竖撑、直径89 mm大锁脚钢管、径向注浆及初支内侧增加套拱等施工技术的施工方案,攻克了双线高铁大断面隧道干燥粉细砂层这一地层难题,形成了一套适用于该地层的施工技术,旨在为安全、快速、标准化建设该地质类型隧道提供有力的技术支撑,进一步提升铁路隧道工程建造水平,为社会创造更好的社会效益和经济效益。

软弱破碎岩层浅埋隧道地表注浆加固

以于都1号隧道工程项目为依托,在穿越地层断裂带、周边围岩松散、自稳定性能差、埋深约39~58 m、长度155 m软弱围岩段,研究软弱地层中浅埋隧道地表注浆加固技术措施,对注浆前后岩层进行取芯对比、超前钻探及掌子面地层揭示对比、地下水量对比等,表明地层加固效果良好。

淤泥质黏土地层暗挖隧道施工地下管线保护安全技术

结合杭州地铁机场快线沈塘桥站附属换乘通道施工产生的地下管线保护问题,对在淤泥质黏土地层中大跨度超浅埋暗挖隧道施工地下管线保护采取的安全防护措施、施工技术措施进行研究,制定工程监测方案并对监测数据进行统计分析,验证安全技术可行性。

青岛近海古河道断面特征与古地理变迁关系研究

通过对青岛近海1561km的高分辨率浅地层测量剖面解译,在多条剖面中发现研究区存在多期发育的古河道,虽然保存较完整的地层不多,但大部分河流亚相地层被保存。测年资料表明,这些河流多形成在37000～11000a之间,河流床底最大埋深(海底起算)约-32m,一般在-20～-28m,最大单个河面宽约1500m。根据现在所见河道的轮廓形态,可分为六种类型:即发育有滩心洲的河道、平底河道、不对称河道、连续多期发育的河道、窄陡型河道和对称型河道。并对河流的形成机理和古地理特征作了初步分析。

线性与非线性破坏准则下浅埋隧道围岩压力计算

文章基于泰沙基破坏模式,构建了线性与非线性破坏准则下浅埋隧道围岩压力计算方法,并将泰沙基理论扩展到复合地层,推导得到了复合地层条件下隧道竖向围岩压力的递推公式;将隧道边墙破裂区围岩作为隔离体进行静力极限平衡分析,获取了浅埋隧道水平围岩压力的显式表达式,并进行了实例验证;进一步探讨了线性与非线性破坏准则下,上覆地层侧压力系数及非线性系数对围岩压力值的影响。研究结果表明:围岩压力随侧压力系数和非线性系数的增大而分别呈显著减小和缓慢减小的变化趋势;非线性系数对水平围岩压力影响略大。

砂卵石地层浅埋隧道下穿施工时建筑物沉降控制

控制地面建筑物沉降,尤其是不均匀沉降是浅埋隧道下穿建筑物施工的重点和难点。针对砂卵石地层自稳能力差、施工时易出现局部坍塌的特点,通过试验段施工,文章提出了砂卵石地层浅埋隧道下穿施工时建筑物沉降控制标准、合理的地层加固方案和开挖施工方法。监测结果表明建筑物沉降得到了有效控制,保证了建筑物的安全。

沟谷区域浅埋煤层工作面覆岩破断及矿压显现特征

针对串草圪旦煤矿4104工作面过沟谷上坡段时易发生动载矿压显现情况,研究了沟谷区域关键层缺失情况下工作面上坡开采时覆岩关键层的破断特征以及矿压显现特征。研究表明:沟谷关键层的缺失使得上坡段关键层呈非均布载荷作用下的悬臂梁方式存在,关键层岩体可能发生剪断破坏或拉断破坏,其失稳形式相应表现为滑落失稳或回转失稳,并受沟谷坡角的影响;在4104工作面条件下,当沟谷坡角小于57°时,工作面覆岩关键层表现为拉断破坏,其失稳形式为回转失稳,当沟谷坡角大于57°时,覆岩关键层表现为剪断破坏,其失稳形式为滑落失稳。现场实测表明,工作面过沟谷上坡段开采时动压现象明显,并提出了减缓矿压显现程度、提高顶板控制效果的措施。

软土浅埋暗挖矩形隧道地层变形规律研究

文章以厦门嘉禾园湖光路暗挖地下通道为工程背景,采用有限元数值模拟方法,研究了不采取预加固措施条件下软土浅埋暗挖矩形隧道地面和地中变形规律,通过分析地面横(纵)向变形,得出了隧道开挖引起的地面横(纵)向变形规律及曲线形态,并结合变形方向、变形速率及变形量,对地面变形进行了分区;通过分析地中横(纵)向沉降和水平变形,得出了地中横(纵)向沉降及横(纵)向水平位移随不同深度的变化规律及曲线形态。研究成果可为软土浅埋暗挖矩形隧道预加固机理研究、设计参数选定等提供借鉴。

富水粉砂土层超浅埋近距离双洞隧道施工

介绍富水砂质粉土地层中浅埋、近距离双洞大跨隧道分修暗挖法,通过全断面预注浆、结合超前大管棚、降水等辅助措施,运用CRD法进行左右洞开挖,实行信息化施工,成功地解决了富水砂质粉土层的液化与管涌问题。

软土地层浅埋盾构施工的精细化数值模拟

滨海软土地层稳定性受外界施工影响显著,为阐明浅埋盾构隧道工程对地层的扰动机制,基于有限差分平台建立模拟盾构动态开挖的精细化数值模型,分工况研究各施工因素对地层的扰动效果。模型考虑刀盘摩擦力、开挖面支护力、盾尾注浆压力和盾壳摩擦力对周围土层的综合作用,并参考实际工程中注浆层的性态变化,将盾尾注浆时压力消散和浆液凝固间的关系分为3个阶段,分别模拟浆液的流动状态、初凝状态和终凝状态,进而将对应参数分区段赋予计算模型中新建隧道外注浆层,且伴随开挖过程对注浆参数进行实时调整。由此,真实地反映了盾构全过程,实现了对施工的精细化模拟。借助厦门地铁1.0D(D为隧道外径)埋深盾构隧道工程,通过现场监测验证了数值模型的可靠性,计算对比了浅埋开挖过程中以上4类施工因素对软土地层的扰动影响,总结了各因素在扰动变形中的作用效果。结果表明:刀盘顶推作用使前方土体径向扩张;盾尾注浆阶段,在开挖空间两侧各1.0D范围内形成沉降槽,隧道侧面土体水平位移在注浆层凝固期间,出现近场回弹和远场扩张现象。刀盘摩擦力和盾壳摩擦力的增大会进一步加剧地层扰动变形,而开挖面支护力及盾尾注浆压力增大时,地表沉降有所减缓,侧面水平位移显著增加。研究成果对盾构浅埋开挖扰动预测及参数选取具有一定的指导意义。

既有建筑箱基荷载对邻近浅埋隧道开挖效应影响的模型试验研究

建立由试验台架和加载装置、地层—箱基荷载—隧道开挖—隧道支护模型,以及箱基荷载、地层应力、隧道拱顶沉降和支护应变的量测装置所构成的平面(垂直于隧道开挖方向的)应变模型试验系统;通过模型试验,研究不同水平、竖向位置处既有建筑箱基荷载对邻近浅埋隧道开挖效应的影响,分析地层应力重分布、隧道拱顶沉降和隧道支护弯矩等的变化特征。试验结果表明:箱基荷载会明显地改变邻近隧道开挖引起的地层应力重分、隧道的拱顶沉降和支护弯矩;箱基荷载对其正下方地层应力重分布的影响明显大于对其他部位地层应力重分布的影响;地层应力随着箱基埋深的增加而增大;隧道拱顶沉降随着箱基荷载位置与隧道中心线水平距离的减小而增大、随着箱基埋深的增加而增大且增加速率越来越大;箱基荷载对隧道支护弯矩的影响随着箱基荷载位置与隧道拱顶水平距离、竖向距离的增加而减小。

西格二线关角隧道浅埋砂层段施工技术及力学效应研究

关角隧道是西(宁)格(尔木)二线的控制性工程,在隧道入口处存在长约450m的砂层,施工难度较大。由于在3台阶施工中出现了冒顶事故,故提出了4台阶施工的设想,并利用三维数值计算模拟了4台阶开挖支护过程,揭示了隧道的空间变形、地表沉降和初支受力特征。通过与3台阶施工模拟结果对比证实了4台阶方案的优越性;现场施工和变形量测结果表明,采用大拱脚断面形式和超短四台阶施工方案,施作长大水平超前管棚、设置临时钢横撑、缩短仰拱封闭距离等是保证大断面浅埋砂层隧道安全施工的有效方法,对其他类似工程施工提供了宝贵的工程经验。

穿越城区大跨浅埋兰新二线西宁隧道施工技术研究

依托兰新第二双线西宁隧道工程,结合隧道工程地质和水文特征,开展高速铁路大跨度浅埋隧道通过市区富水黄土、砂卵石、泥岩、石膏岩、芒硝等特殊地层施工关键技术研究。针对特殊湿陷性黄土,选取旋喷桩对其进行加固,再采用三台阶七步法和优化双侧壁导坑法进行开挖。通过详细分析施工的技术参数和步骤,并结合现场监控数据,保证了西宁隧道安全、快速施工,该技术对以后同类隧道施工具有借鉴意义。

土岩组合地层暗挖隧道侧穿砌体结构影响研究

位于上土下岩二元地层的地下交通隧道,随土岩组合条件变化土拱效应发挥程度不同,导致土体变形和邻近建筑物地基产生不均匀沉降,地基不均匀沉降易导致砌体房屋开裂。文章以济南地区典型土岩组合地层为研究对象,基于土岩弹塑性本构理论,采用MIDAS/GTS有限元软件,建立隧道—岩土体—砌体结构二维有限元整体模型,分析研究了浅埋暗挖隧道施工对邻近砌体结构的影响,并通过模拟不同土岩界面位置,分析了不同土岩组合条件下隧道施工引起的砌体结构基础沉降、墙体应变及结构破坏等特性。结果表明:土岩组合地层中的土拱效应可以有效地抑制隧道施工产生的变形及对邻近砌体结构的影响,且随土岩界面的上下变化土拱效应发挥程度不同;当土岩交界面位于隧道起拱线以上位置时,更有利于土拱效应的发挥,显著降低暗挖隧道施工对砌体结构的影响。

板背隧道进出口段暗挖施工技术

针对浙赣铁路电气化提速改造工程板背隧道开挖断面大 ,进出口段通过第四纪强风化、浅埋岩层等特点 ,采用中壁法施工 ,挖掘机配合人工风镐开挖 ,以及大管棚、超前小导管、工字钢拱架、工字钢横撑相结合的支护加固地层技术 。

城市隧道施工中的地层预加固技术

较为全面地概括了城市隧道施工中地层预加固技术及其理论研究的现状,指出深入研究上覆地层结构的稳定与失稳是解决地层预加固技术问题的关键。

上软下硬地层浅埋暗挖隧洞侧穿建筑物沉降控制技术研究

隧洞开挖会引起周边地表与建筑物的沉降,影响建筑物的安全与正常使用。为了减小隧洞施工带来的影响,依托昆明滇中引水工程龙泉隧洞出口段,研究了上软下硬地层浅埋暗挖隧洞侧穿建筑物的沉降控制技术。采取FLAC3D数值仿真对洞外地表注浆与隔离桩的控制措施影响规律进行分析,并通过现场监测数据验证其准确性与应用效果。研究结果表明:地表注浆与隔离桩联合加固能显著减少地表与建筑沉降,采用钢套管隔离桩的综合效益最佳,其对建筑物沉降减小的幅度可达到54%;地表注浆宽度存在一定的有效影响范围;隔离桩在入岩1~2 m后就有较好的沉降控制效果;隔离桩与建筑物间应有一个最佳的控制距离,不仅能对建筑物沉降有较好的控制效果,而且其对隧洞周围地表沉降的控制效果也与当大于这个最佳距离时相差不大;在上软下硬地层中隧洞位于软弱地层部分的掌子面开挖产生的地表沉降约占70%~80%;现场采用基于模拟分析得出的最佳洞外加固方案有效控制了建筑物及其周围地表沉降。研究成果对滇中引水工程现场施工与类似工程具有一定指导和借鉴意义。

喀斯特地貌区超浅埋拱盖法暗挖车站主体与附属结构接口优化设计

为降低喀斯特地貌区上软下硬地层超浅埋拱盖法车站主体与附属结构接口处的开挖风险,依托贵阳2号线油榨街暗挖车站,基于土力学及结构设计基本原理,应用有限元法建立地层-结构静力计算模型,分析了接口优化前后红黏土地表沉降规律以及接口处变形和受力,并结合现场监测数据验证优化方案的可行性。结果表明:红黏土地层暗挖接口的地表沉降规律符合Peck公式;采用弧形拱顶+直墙+仰拱+拱盖接口时,初期支护阶段接口变形及地面沉降相较传统接口减少56%~64%,增加拱盖环框梁后最终变形量减小61%~83%,二次衬砌厚度减少50%~54%,配筋减少6%~25%。