广昆铁路秀宁隧道下穿水库围岩加固技术研究

以广昆铁路秀宁隧道工程的建设为背景,针对秀宁隧道出口端下穿水库围岩采用注浆加固的效果进行研究。采用Midas/GTS对围岩加固进行基于流固耦合的数值模拟分析,通过计算得到的数据对围岩加固方案进行评价,并给出合理的注浆加固设计方案。采用流固耦合理论对隧道软弱围岩加固的数值模拟研究在国内外学术界并不多见,此项研究对富水极破碎围岩的加固施工有积极的指导意义,研究成果有助于工程界深入了解下穿水库围岩的工程特性,对有丰富地下水渗流的隧道开挖工程提供了有效的前期加固方案。     

新建铁路隧道下穿既有铁路设计方案研究

新建二十里堡隧道下穿既有哈大线路堤工程,受控因素多、风险高。通过对既有线加固原位下穿方案、既有线拨便线明、暗挖三种设计方案进行深入研究、综合比选,最终确定采用风险较低、投资合理、对既有线运营干扰适中的既有哈大线拨便线暗挖方案,可供类似工程参考。     

破碎岩体浅埋大跨公路隧道开挖方案对比研究

三车道高速公路隧道通常跨度较大、高跨比较小属于大跨扁平隧道。这种结构型式对围岩稳定和结构受力均产生不利影响,因此施工中有必要通过开挖方案比选确定合理的开挖方法。江苏省宁波-常州高速公路茅山东隧道为上下行分离式双向6车道浅埋大跨扁平隧道。对于破碎的Ⅳ级围岩,针对设计阶段拟采用CRD法和实际施工采用下断面左右分部台阶法的开挖方案在设计支护条件下的三维数值模拟,从理论上分析了下断面左右分部台阶法是可行的。与实际施工过程的监控量测结果进行对比分析,进一步证实了实际开挖方案的合理性。研究成果可以为同类工程的设计与施工提供理论参考。     

全强风化花岗岩富水地层隧道施工技术

小天都隧道洞身段左线340 m、右线290 m范围内为全强风化花岗岩富水地层,开挖变形大。为在富水地层全强风化花岗岩中控制围岩变形,达到快速安全施工,以小天都隧道为研究对象,采用理论和现场监测等手段对全强风化花岗岩富水地层中的施工技术进行探究。研究结果表明,采用三台阶预留核心土环形开挖并施作超前支护能够有效控制围岩变形、减小隧道拱顶下沉;全强风化花岗岩遇水会显著降低自身强度,采用洞内引排水及洞外井点降水措施可有效降低围岩含水率,进而有效降低其遇水崩塌的危险性,保证施工安全与进度。所得结果可为大断面隧道在类似地质条件下的施工提供参考。     

钢管预加固措施对隧洞围岩变形的影响分析

隧道洞口段埋深浅,围岩松散,自稳能力较差,开挖后洞内及地表均出现多条裂缝。经方案比选,采用钢花管对洞顶及两侧部分的地表和隧道地基与拱脚部位进行注浆加固。在注浆加固施工的过程中,隧洞内也同时开挖,几种工序的施工扰动产生叠加,势必对隧道的稳定及安全产生影响。结合工程实践,对洞内开挖及地表注浆工况并结合隧道监测数据进行分析,得出一些初步结论。     

下穿高速公路浅埋大跨度黄土隧道施工措施研究

依托郑西客运专线阌乡隧道,开展浅埋大跨黄土隧道优化施工研究。对隧道进入下穿高速公路前的地表沉降,拱顶下沉及初支钢架应力进行现场监测,结果表明,土体沉降及初支应力不能得到有效控制,现有的施工方案无法满足下穿段施工安全要求,需要及时对其调整;经综合分析,提出了减小开挖面积、侧导多台阶开挖、预留核心土、快速封闭及加强初期支护等一系列优化措施,并采用数值计算软件FLAC3D验证其安全性和可靠性。通过现场实施及监测结果的反馈,证明优化措施效果明显,保障了阌乡隧道顺利下穿连霍高速公路。研究成果为类似施工中采取相应措施控制土体沉降、保护周边建筑设施的安全使用提供了依据     

北京鹰山特大断面隧道开挖技术

北京鹰山隧道断面特大，埋深特浅，采用正台阶弧形导坑施工法开挖，效率及成本均优。采取的技术措施为：以新奥法施工原则为指导；上台阶开挖留核心土；下台阶实行马口开挖；加宽加高开挖断面；加固拱脚锚杆等。     

浅埋盾构隧道水下岩溶处治与施工控制技术

长沙地铁5号线晚朝区间盾构下穿浏阳河,隧道覆土浅,洞身全风化砾岩及上部砂砾层工程性质较差。隧道底板中风化钙质砾岩中发育岩溶,溶腔最大高度达15.8 m,主要充填物为松散圆砾及砂土。盾构下穿施工前,通过搭建水上作业平台,采用快速可控袖阀管注浆技术,高效处治岩溶。盾构下穿施工过程中,面对浅覆土水下掘进、富水地层、底板发育岩溶及侧穿桥梁桩基的复杂条件下,采取多项关键技术,有效规避风险,工程顺利高效,相关技术经验值得借鉴参考。     

武汉地铁隧道开挖引起地表沉降的数值模拟研究

城市地铁隧道开挖引起过大的地表沉降会对隧道工程本身及地表建筑物造成危害。有效预计并合理控制隧道开挖引起的地表沉降具有重要的实践意义。以武汉地铁虎名区间隧道开挖工程为背景,运用有限元数值模拟软件MIDAS/GTS建立隧道断面开挖的数值模型,计算隧道开挖引起的地表沉降量,与实测沉降量进行拟合; 根据隧道开挖过程中对应地表及临近建筑物的实际情况,优化开挖断面围岩预处理方案,建立优化后的断面开挖模型。模拟结果表明,优化后地表沉降仍在安全范围内,可以为类似工程沉降控制提供参考。     

城市隧道近接施工对既有公路的营运影响研究

针对城市新建地下通道下穿既有公路的工程情况,采用三维数值模拟手段对既有公路路面纵横向影响范围和应力分布特征及洞周的位移、应力随隧道开挖的动态变化规律进行了研究,得到了既有公路在隧道下穿过程中的最危险区域,路面底部很有可能会产生受拉破坏,同时隧道内侧拱顶将产生沉降,拱底将产生隆起等结论性成果,进而提出了保证既有公路正常运营和新建隧道安全施工的方法、监测手段和加固措施。     

平行小净距盾构与CRD法黄土地铁隧道施工力学研究

西安轨道交通工程是目前首例在我国黄土地区修建的地铁隧道,一号线枣园北路站至汉城路站K12+792.744～K12+889.899区间隧道为同时满足双线正常行车和右线停车线扩大断面的功能需要,选取了左线小断面隧道为盾构法与右线大断面隧道为CRD法相结合的施工方案。针对该地铁隧道的施工过程,进行了三维动态数值模拟和施工力学分析,通过分析施工引起的地表变形、中间土体应力和围岩塑性区的特征和规律,从而研究得出CRD法与盾构法隧道先后施工相互影响的规律性成果：先行大断面隧道采取CRD法施工对后行小断面盾构隧道上方地表沉降的影响较后者对前者的影响大;后行隧道的贯通使得先行隧道开挖形成的地表变形轴线向后行隧道侧偏移了约0.5倍净距,并且地表变形的横向影响范围和地表沉降量均有增大,主要表现在靠后行隧道一侧;先行大断面隧道的开挖较后者对中间土体应力影响大,对相邻洞土体的影响在同掌子面处最为显著。结合西安地铁隧道工程实践开展的数值模拟分析研究,可为今后在黄土地区修建地铁隧道提供具有指导意义的研究成果和宝贵的工程实践经验。     

富水断层隧道高位排水工法及其作用效果研究

大相岭隧道富水断层区段极易引起突水、突泥现象,具有很大施工风险,高位排水能够有效降低掌子面前方高水压力积聚程度。基于现场实测和动态流-固耦合数值力学方法,研究不同水位条件下高位排水工法与隧道稳定性之间关系,提出最优高位排水管分布方案。研究得出：大相岭隧道F6断层水压最高达到1.98 MPa,排水后可实现安全施工,衬砌背后水压降低至10 m左右,因此,防涌突水主要集中在掌子面开挖期;拱顶排水管排水量最大,越靠近拱脚的位置排水能力越差,从拱顶到拱脚呈下降趋势,应使拱顶附近排水管密度大于拱脚附近;实际施工中为更快达到均匀降水效果,应先对拱顶部位打设排水管,后对拱脚部位打设排水管;研究了排水管根数、排水量及掌子面挤出变形相互关系,从经济性和疏水加固效果出发,提出了排水管合理布置方法及建议参数,对富水断层隧道掌子面防突与塌方及运营隧道结构设计具有重要参考价值。     

基于支护参数优化的强震区软岩隧道变形控制技术研究

为探明强震区千枚岩地层中长大山岭隧道支护参数变化与衬砌结构变形的相互作用关系,基于新奥法施工理念,结合强震区在建杜家山绢云千枚岩隧道现场试验段的实际施工过程,根据采取的三台阶施工方法,以试验段设置的5种支护方案为依托,对各种情形下隧道变形及主体结构内力进行现场动态跟踪测试,探讨隧道施工过程中随各部开挖不同支护方案下拱顶沉降、周边收敛、地表沉降及结构内力的变化关系,分析初步认定支护强度及刚度大的F5方案更适用于震区千枚岩隧道施工。对5种方案的施工过程进行三维有限元弹塑性模拟,通过对开挖后隧道变形、支护受力与现场监测值的对比分析,对施工过程中隧道结构的安全性和围岩稳定性做出评价。现场试验和数值模拟结果综合分析表明,仅有两种（F4、F5）方案适用于隧道开挖,而F5方案的隧道变形及结构受力较其余4种方案更为合理,该方案的成功运用也验证了这一方案的合理、有效性。在该基础上总结提出的软岩隧道支护参数技术要领及方法可供类似工程参考。     

上下交叉隧道爆破振动控制技术研究

钻爆法是隧道开挖中一种主要的施工方法,爆破开挖不可避免会对围岩产生扰动。以新建走马岗隧道上穿东深供水走马岗引水隧洞工程为背景,开展上下交叉隧道爆破振动控制技术研究。选取与交叉段岩性一致的爆破施工开挖区域进行爆破振动监测,得到了现场爆破施工方案条件下走马岗隧道爆破振动规律。对实测数据进行回归分析,计算得出走马岗地区爆破质点峰值振动速度（PPV）的Sadovsk公式,反演得到控制爆破振动的最大掏槽药量及安全距离,制定出交叉段施工的安全控制范围以及相应的爆破方案。通过数值模拟进行了验证并付于交叉段现场施工。现场监测数据表明,提出的振速控制标准及爆破方案符合安全要求,保证了在建隧道的顺利开挖以及既有隧道的安全运行。研究成果可为类似工程爆破开挖及振动控制提供参考。     

邻近既有隧道的新建大断面隧道施工参数优化分析

结合大帽山隧道Ⅴ级围岩段施工参数优化的试验,通过爆破震动速度、岩体声波波速和围岩内部位移的现场监控量测工作,研究既有隧道旁新建大断面隧道双侧壁导坑法施工时岩体的损伤程度和范围,进而优化导洞的单循环进尺、爆破参数等施工参数。研究表明：推进式往复爆破作业的双侧壁导坑法开挖的隧道必然导致围岩产生一定程度的损伤、破坏,尤其是小净距隧道间的中夹岩岩墙;双侧壁导坑法开挖的大断面隧道,控制岩体的损伤程度和损伤范围是相互矛盾的,通过减少单循环开挖进尺来减少爆破震动速度,只能控制岩体的损伤范围,多次的重复爆破导致损伤岩体的损伤程度更大,极大影响围岩稳定;相反,通过适当加大单循环开挖进尺来控制损伤程度的同时,过大的爆破震动速度导致损伤范围更大,极大影响邻近既有隧道的安全运行。利用现场监测数据,通过在UDEC软件中实现的岩体各向异性爆破损伤模型,计算导洞推进式开挖全过程围岩压力的变化和既有隧道支护结构的状态,综合考虑各种因素,优化得到折中的单循环进尺。     

涔天河工程1号泄洪洞出口边坡与隧洞联合变形分析

涔天河水利枢纽扩建工程1#泄洪洞出口段开挖断面大、坡度较陡、围岩风化程度高、洞口偏压严重。由于受持续强降雨影响,隧洞出口段上半洞开挖完以后,洞口边墙围岩及洞顶仰坡出现了系统性拉裂现象,导致工程停工。为尽快恢复施工,保障水库按时下闸蓄水,在原有支护措施基础上提出了一系列增强加固支护措施,并增加洞室及边坡变形监测。通过建立能反映真实施工过程的大型三维计算模型,利用初期变形监测数据,对围岩的变形参数进行初步估计,并预测了隧洞出口下半洞及出口明渠基础开挖产生的变形情况,初步研究表明,在初设与增强加固支护措施的保护下,洞口及边坡的总体安全性可以得到保障,研究成果促进了工程恢复施工。而后,结合新增的由于隧洞出口下半洞及出口明渠基础开挖产生的变形监测数据,对施工开挖进行了全过程反演分析,获得了更为准确的岩土体变形参数,变形监测数据与数值模拟结果吻合良好,说明了反演分析的可靠性。最后,对工程永久衬砌施工进行模拟,计算了工程完工后永久衬砌新增变形量,并对衬砌应力进行了安全校核。本文研究成果对工程快速恢复施工及水库按时蓄水泄洪产生了较为重要的作用。     

大断面浅埋暗挖隧道施工引起的地表移动及变形预测

运用随机介质法理论,研究开发出了隧道施工引起的地表移动及变形预测系统,实现了隧道开挖引起的地表沉降、倾斜、曲率、水平位移和水平变形预测,并对预测公式进行改进,预测了大断面分部开挖引起的地表移动及变形。工程实例分析表明该方法效果良好,具有一定的实用价值。     

考虑轴向力和渗透力时圆形隧道广义Hoek-Brown解

为了研究渗透水压力和轴向应力共同作用时隧道围岩的应力和位移变化趋势,将圆形隧道简化为轴对称模型,假定渗透场以渗透体积力作用在原应力场,以围岩开挖断面为假定平面,引入垂直于该平面的轴向应力。基于广义Hoek-Brown强度准则和非关联流动法则,推导出考虑轴向应力和渗透场共同作用时弹-脆-塑性围岩的应力和位移非线性解,采用数值算例分析了轴向应力和渗透力共同作用时隧道围岩塑性区应力场和位移场的分布规律。计算结果表明：与无渗透水压力作用下的模型相比,渗透力作用使得围岩塑性区各点位移增大,并且内外水头差越大,位移增大越明显。当轴向应力为中主应力时,围岩塑性区半径和塑性区各点应力增大,轴向应力为大主应力和小主应力时,围岩塑性区半径和塑性区应力变化较小。因此,渗透力的存在不利于隧道围岩的稳定性,并且轴向应力的大小对于富水地区隧道围岩的应力和位移分布具有较大影响。在施工设计时考虑渗透力以及轴向应力的共同影响对于保证隧道围岩稳定性具有重要意义。     

Generalized Hoek-Brown solution of circular tunnel considering effects of axial stress and seepage forceEI北大核心CSCD

This paper studies the joint effect of seepage force and axial stress on the stress and displacement of circular tunnel. The circular tunnel is simplified as an axisymmetric model and the seepage field is simplified as volumetric force in the stress field. The excavation cross-section of surrounding rock is assumed as a plane as well, and an axial stress perpendicular to the plane is further introduced. Nonlinear solutions for the stress and displacement of circular tunnel are deduced considering the joint effect of axial stress and seepage force, based on the generalized Hoek-Brown failure criterion and the non-associated flow rule in elastic-brittle-plastic rock mass. Numerical simulations are also employed to analyze the distribution of stress field and displacement field in plastic zone of a circular tunnel under the joint effect of axial stress and seepage force. The calculated results show that the displacement in plastic zone increases significantly with the gradient increment of the seepage pressure, compared with the situation without seepage force. The radius and stress of surrounding rock in plastic zone increase when axial stress is the intermediate principal stress, while the radius and stress have less change when axial stress is the major or minor principal stress. It can be concluded that the seepage force has negative effects on the stability of circular tunnel, and the axial stress significantly influences the stress and displacement of the circular tunnel, especially in water-rich areas. Therefore, it is necessary to consider the joint effects of axial stress and seepage force to ensure the stability of circular tunnel in water-rich area.