浅埋偏压连拱隧道的施工优化及支护受力特征分析

用岩土工程专用分析程序FLAC3D,对铜黄高速公路汤屯段富溪浅埋偏压连拱隧道进口段采用的施工过程进行了三维快速拉格朗日差分方法分析,比较了先开挖浅埋侧主洞与先开挖深埋侧主洞两种开挖施工顺序,获得了浅埋偏压连拱隧道在采用不同开挖顺序施工时各阶段隧道变形、中隔墙及支护结构的应力和位移等变化情况,通过对比、分析,从而使得实际隧道施工顺序得到优化,结果与现场监控量测资料相比较,得出的结论可为富溪浅埋偏压连拱隧道施工提供科学依据与技术指导。     

求水山隧道下穿机荷高速段新奥法施工有限元计算

结合求水山隧道的暗挖法施工方案,对软土地区浅埋隧道下穿高速公路的施工过程进行了有限元模拟,以用于评价按该施工方案施工时对其上部高速公路的影响。由于该段隧道最小埋深仅4 m,且上部还有高速公路车辆荷载,因此,在设计时采用了新奥法结合管棚工法的方案。有限元建模使用平面应变单元,通过引入应力释放分析步和使用追踪单元等方法充分体现了新奥法的特点,并通过设置耦合和弹簧的方法实现了管棚工法的模拟,在计算中还考虑了开挖顺序和支护顺序的影响。研究结果表明：对于上部有荷载的浅埋暗挖隧道,控制衬砌的水平向变形能改善衬砌环的工作状态,因此,可显著减少开挖引起的隧道顶面沉降,新奥法结合管棚工法可较好地控制该类型隧道开挖引起的地表沉降变形。     

偏压、错台小间距隧道施工位移场动态模拟分析

采用三维非线性有限元法,对偏压、错台的浅埋小间距隧道在不同开挖顺序下的动态施工过程进行了模拟。通过对位移场的分析,研究了其施工力学特性。由于两隧洞之间的相互影响,并行小间距隧道对围岩的扰动程度大于两独立隧道作用的叠加;相互影响对中间岩柱的作用最为明显,对洞周、地表影响相对较弱。两洞开挖顺序不同,最终位移场的分布规律相同,但量值上存在一定差异。研究给出了在偏压、错台情况下的两洞开挖的合理顺序。     

CRD法开挖对海底隧道结构内力及安全系数影响

翔安隧道是我国第一条大跨度公路海底隧道,其两端陆域段位于富水的强风化岩层中,地质条件极为复杂,设计采用分部开挖法施工,并在隧道施工期间,利用振弦式钢筋计对隧道初期支护及临时支护的钢支撑进行了应力监控。论文基于现场监测数据,并结合数值方法,分别对CRD1、CRD2部和CRD1、CRD3部超前的两种不同开挖顺序对隧道支护结构内力的影响进行了探讨。研究结果表明,采用CRD1、CRD2部超前开挖时的结构内力要略大于采用CRD1、CRD3部超前开挖时的结果,CRD3部的开挖对结构内力的影响较大,两种开挖顺序的安全系数都满足规范要求,所以结构是安全的。     

偏压连拱隧道施工的动态模拟及最优化分析

建立了偏压连拱隧道的3D有限元模型,对不同施工工况进行了数值模拟,并与现场监测资料进行比较,通过分析拱顶沉降、中隔墙的位移和应力、围岩的塑性区分布、初衬和二衬应力的变化规律,对偏压连拱隧道施工进行最优化设计,以此得出了最优施工步距、开挖顺序、断面开挖形式、左右两洞开挖面的最佳施工间距,对类似连拱偏压隧道的施工有重要的理论和实际指导意义。     

黄土隧道施工方案的数值分析

黄土隧道围岩不同开挖与支护施工方案的数值分析,对了解黄土隧洞变形破坏机理以及黄土隧洞设计施工理论具有重要意义。对黄土隧道围岩采用中壁法和双侧壁导坑法开挖各3种不同支护顺序分别进行了模拟计算,考察了各个施工工序地表最大沉降量、隧洞拱顶最大下沉量、围岩塑性区分布、衬砌单元弯矩以及岩体总应变能变化。计算结果表明,从开挖方法来说,双侧壁导坑法要优于中壁法;从支护顺序来说,滞后支护要优于及时支护。此结果可为黄土隧道工程设计施工提供参考。     

隧道开挖施工的爆破振动监测与控制技术

以万松岭隧道工程开挖为研究对象,对隧道工程开挖施工爆破地震波的振动监测方法及控制技术进行了研究。通过对爆破振动监测结果的回归分析,建立了隧道工程开挖爆破振动传播的数学模型;确立了其传播衰减规律。结合工程实际,提出了修正后的爆破地震波衰减经验数学公式;经对比分析,所得爆破地震波衰减规律公式预测的质点振动速度具有较高的精度。同时,结合该隧道工程开挖爆破施工,从选择合理爆破时差、最大装药量、微差起爆、掘进进尺、预裂爆破等5个方面提出了爆破振动控制技术措施使该隧道开挖施工爆破中的地面振动速度值控制在了安全范围以内,从而确保了施工段地面建筑群的安全和该隧道工程开挖爆破作业的安全。其研究对指导隧道工程开挖爆破施工和保证地面建筑物安全起到了重要作用。     

复杂地质条件下的光面爆破

石笕岭隧道施工时采用光面爆破技术，介绍了爆破参数的选择、断面开挖顺序及提高光面爆破质量的技术措施。     

偏压软弱围岩隧道开挖顺序比较研究

针对偏压软弱围岩隧道预留核心土法不同开挖顺序造成围岩不同变形量的问题,结合洞头山工程实例,运用现场监控量测结合MIDAS数值模拟的方法,分析比较偏压软弱围岩隧道在不同开挖顺序下各阶段围岩位移变形量。研究表明:开挖顺序的改变能够有效减小隧道各部围岩变形量,且减小程度从大到小的岩体位置依次为浅埋拱腰处、浅埋拱脚处、深埋拱腰处、深埋拱脚与拱顶;拱浅埋侧最大主应力明显减小。因此对于偏压软弱围岩隧道先开挖深埋侧比先开挖浅埋侧更为安全合理。研究成果为隧道信息化施工提供依据,也为洞头山及具有类似地质地形情况的隧道施工提供借鉴与指导。     

盾构法隧道施工对邻近摩擦单桩影响的研究

采用对隧道洞室周边及开挖面的土体施加由盾构机引起的各种荷载的方法模拟盾构施工,通过变化隧道埋深、隧道数量及开挖顺序研究盾构法开挖隧道对邻近摩擦单桩的影响。计算结果表明,隧道与桩的水平距离不变时,隧道埋深存在一个临界值,当隧道埋深为此临界值时隧道开挖引起的桩顶沉降、桩身侧移最大;隧道埋深较小时,隧道开挖会使桩产生较小的上移;隧道与桩的水平距离缩小相同值时,隧道埋深越小,开挖引起的桩顶沉降增加量越大;双隧道开挖引起的桩顶最终沉降量大于单隧道开挖引起的桩顶最终沉降量;双隧道同时开挖引起的桩顶沉降量、桩顶最大侧移大于双隧道先后开挖引起的桩顶沉降量、桩顶最大侧移;无论是同时开挖还是先后开挖,垂直双隧道引起的桩顶沉降量明显小于平行双隧道引起的桩顶沉降量。     

基坑开挖对下卧运营地铁既有箱体影响的实测及分析

天津西站交通枢纽西青道下沉隧道工程上跨于已运营天津地铁1号线区间既有箱体,其上跨段隧道底板距既有箱体顶板仅0.3 m,需对其可能引起的既有隧道变形进行严格控制。设计中对运营线路有针对性地提出地基加固、分段开挖、及时堆载回压等施工方案及措施。通过对西青道下沉隧道下邻近既有地铁隧道的抗浮桩、三轴水泥搅拌桩施工和基坑开挖阶段的监测数据进行分析,研究了不同施工阶段的地铁箱体及轨道变形规律及特点。实测结果表明,在邻近既有地铁隧道处施工钻孔灌注桩可引起既有隧道下沉,基坑开挖可引起既有隧道上浮。分块开挖、分段压载并结合信息化施工可有效控制因开挖卸荷引起的既有隧道竖向位移及隧道箱体之间的差异变形。     

广东省某隧道区岩溶塌陷危险性评价

岩溶塌陷的产生会严重影响隧道的安全施工及运营,而隧道的开挖又加剧了岩溶塌陷发生的可能性,并使其发生机制变的更加复杂。本文选择隧道埋深、隧道涌水量及距离隧道的远近3个因素来衡量隧道开挖对岩溶塌陷的影响。并以长基岭隧道为例,运用模糊数学理论结合层次分析法,选择了包括隧道埋深、涌水量等在内的14个因素,建立研究区岩溶塌陷模糊综合评判模型,并通过程序与GIS集成实现了研究区岩溶塌陷危险性分区。评价结果对岩溶地区隧道的施工及运营提供依据。     

复杂地质条件下基坑开挖与回填工程的数值模拟研究

在深港西部通道深圳侧接线工程填海区基坑工程中,开挖与回填过程中的不均匀沉降问题是该工程设计与施工中的关键技术难题之一。在综合考虑复杂地质条件、结构自身的约束条件以及结构与土体之间相互作用的基础上,采用非线性有限元方法对基坑的开挖与回填过程进行数值分析,研究其变形特性与规律,为工程开挖与回填设计提供重要参考的同时,也验证了该数值模拟方法的合理可行性。     

浅埋偏压隧道洞口施工技术及稳定性分析研究

龙潭隧道是沪－蓉高速公路工程的控制性工程。地质条件复杂,集浅埋、偏压、涌水、涌泥、岩爆等地质问题于一身,是典型的复杂条件下的长大公路隧道。隧道洞口段处在浅埋偏压段时,施工难度相当大。从隧道开挖与支护的安全性出发,论述了浅埋偏压隧道的设计与施工情况。以右线出洞口为例,采用三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D),对其施工开挖过程及支护进行了模拟。通过对开挖支护后围岩的应力场、位移场及塑性区特征的分析,得出了一些建设性的结论,对工程的施工具有指导意义。     

Comparison of Two Expanding Excavation Schemes Based on Settlement Control with Field Monitoring Analysis

Two expanding excavation schemes, Bench Expanding excavation Method (BEM) and Double-Straight Wall with 6-parts expanding excavation Method (DSW-6 M), were designed for the expanding excavation project in Loushan Tunnel in the soft surrounding rock section. The 3D finite-difference model was used to analyze the surrounding rock deformation and Ground Surface Settlement (GSS) caused by adopting different excavation schemes. The influence of non-uniform GSS on inclination of the High-Voltage Tower and the surrounding rock stat during expanding excavation were compared and analyzed by adopting different schemes. The results shown that DSW-6 M based on settlement control was better than BEM, and the reasons were analyzed by surrounding rock stat during construction. DSW-6 M was adopted in actual construction. The settlement prediction was in good agreement with the measured results. The rules between increasing rate of vault settlement and surface slope was obtained by analyzing the field monitoring data.

     

Development and validation of a 3D numerical model for TBM–EPB mechanised excavations

A 3D numerical model for mechanised excavations is presented, which is capable of simulating the overall process of excavation and construction of a tunnel when a TBM EPB (Tunnel Boring Machine–Earth Pressure Balance) is used.The main construction aspects of a mechanised excavation are modelled. Their influence on calculated ground displacements are investigated by means of a series of parametric analyses.With the aim of testing the performance of the proposed 3D numerical model, a series of 25 Class C predictions has been carried out. Case Histories related to the construction of the 1995–2003 Madrid Metro Extension Project were considered for this purpose.As a general rule, the results obtained with the Modified Cam–Clay model closely fit in situ measurements. When the Linear-Elastic or the Mohr–Coulomb models are used, it is not as easy to summarise the results obtained, as higher fluctuations are observed around in situ measured data. A good agreement is also shown when the distribution of horizontal displacements along depth is considered.For some sections, the mechanised excavation model is not capable of reproducing the high values of the surface settlements measured in situ. A closer look at the results shows that mixed face conditions are found for these cases, with the TBM excavating through layered soil formations having sharply different mechanical behaviour.     

软岩浅埋隧道施工工法比选

目前在高速公路软岩浅埋隧道施工中均不同程度地出现了围岩坍塌、地表产生大面积沉降等问题。广福隧道某浅埋段,地质条件复杂,断面大、岩性差,受构造影响比较严重,而且顶板厚度比较薄,易发生坍塌、冒顶现象。为确保浅埋段隧道的施工安全,尽量减少隧道开挖引起的地层沉降和围岩变形,采用FLAC3D对4种施工工法全断面法、短台阶法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法进行模拟,分析了4种工法下地表沉降、隧道围岩周边位移和塑性区的变化特点,选出一种技术可行、经济合理的施工工法,得出一些有意义的结论。     

软土地区基坑工程环境影响及其保护实例分析

以基坑工程为背景,针对上海外环隧道浦西暗埋段的大型超深基坑工程的主要环境保护问题,对基坑开挖引起的主要管线和建筑物的沉降、跟踪注浆保护措施及其效果进行了分析.实测数据表明,基坑开挖使周围建筑物和管线会产生较大的沉降速率和沉降量,尤其是降低深层承压水使远处的建筑物产生了不容忽视的均匀下沉.实践证明,采取预注浆与跟踪注浆相结合的保护措施,可以有效地减小基坑开挖对周围环境的影响.     

Investigating the Economic Performance of Tunnel Excavation in Iran: 1998–2013

Nowadays, the world is witnessing the ever increasing need of Tunnel excavation due to their unique features and the kind of human applied plans. This has led to increase in demand of excavating this engineering factor. Tunnel excavation process faces a lot of challenges due to environmental and technological complexities which causes the economic evaluation and investigation of this project to be difficult. It is tried to develop the proposed model with regard to efficiency concept in order to evaluate and investigate the efficiency of relative economic performance of Tunnel excavation projects and turn to its modeling and implementing by data envelopment analysis and Fuzzy DEMATEL techniques. The results in Iran showed that the proposed model can turn to investigation and evaluation of economic efficiency of Tunnel excavation by considering two optimistic (ideal) and pessimistic perspectives such that the Tunnel excavation process of “Karaj water transition” and “Cheshmelangan water transition” among 12 rock Tunnel excavation projects of Iran in the time period of 1998–2013 were respectively introduced as the most efficient and the most inefficient rock Tunnel excavation projects.     

超大断面铁路隧道施工断面综合荷载释放过程研究

隧道开挖扰动会使影响范围内的围岩发生松弛,同时还产生一定的荷载作用于隧道结构。而在隧道开挖面推进时,作用于隧道结构上的荷载在应力调整过程中不断释放,最终在隧道结构及围岩达到稳定状态后荷载释放过程同时结束。通过数值分析及模型试验,对超大断面铁路隧道施时的隧道断面整体荷载释放过程进行了相关研究。研究了台阶法开挖过程中隧道洞壁不同特征点的荷载变化规律,并定义了能够表征隧道施工过程断面整体荷载释放状态的断面综合荷载释放率和荷载释放差异系数的概念,通过两者对隧道开挖断面整体荷载释放状态进行分析总结。在随后进行的隧道施工过程地质力学模型试验中,通过对开挖面推进洞壁不同位置围岩径向压力的变化规律进行监测,证明了数值模拟得到的结论,并进一步说明在隧道开挖的荷载释放过程研究中,应将整个断面作为研究对象,分析断面整体荷载释放状态,才能对隧道施工中的荷载释放过程有一个更加全面的认识。