隧道施工方法探讨（上）

从理论和实践对隧道开挖方法进行研究，探讨三种开挖方法，即全断面法、台阶法及导洞法的应用条件及其优点，正确选择开挖方法应考虑的主要因素。对地矿系统在隧道施工中推广新技术、新工艺和加强管理等方面提出了建议。     

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。     

浅埋破碎地层隧道施工方法研究

西藏扎墨公路嘎隆拉隧道所处地域地质条件复杂,受地质构造的影响,隧道口地层节理裂隙特别发育、岩石强度低,围岩自稳能力差,给隧道的施工安全带来很大影响。通过数值仿真研究破碎地层采用全断面、台阶法和CD法施工时围岩和支护结构稳定性,提出适合嘎隆拉隧道破碎围岩地层特点的三台阶开挖法。在此基础上,运用三维数值仿真计算嘎隆拉隧道三台阶法开挖过程中的围岩稳定性,研究隧道开挖时围岩和衬砌的受力变形情况。研究成果为该隧道施工和同类工程建设提供了理论依据和实践经验     

利用ABAQUS模拟NATM隧道施工过程

在分析了NATM(新奥法)施工理念的基础上,详细地说明了隧道施工中的2个关键问题：隧道开挖后洞周应力的计算和隧道的开挖施工过程。然后在此基础上,利用大型非线性有限元软件ABAQUS对隧道的施工过程进行显示模拟,从计算得到的结果可以看出,利用有限元方法可以非常清晰直观地模拟隧道的施工过程,并能计算得到相应的应力、位移等计算结果,为设计隧道和施工提供了比较合理的理论支持。     

城市地下软弱围岩超大断面隧道施工工法

如何保障超大断面隧道的稳定性是当前国内外地下工程亟需解决的技术难题,而超大断面隧道在穿过软弱围岩地带时更容易发生变形失稳破坏等现象.选择合理的开挖工法对隧道施工时的安全性以及围岩的支护控制效果都具有重要意义.以深圳侨城东路北延通道工程东路隧道标准段为研究背景,针对超大断面隧道、地质条件复杂、围岩多为Ⅳ至Ⅴ级的复杂特征,通过原位钻探和室内岩石物理力学实验,获得隧道围岩关键参数,分析隧道围岩大变形机理;利用FLAC3 D数值模拟软件建立隧道模型,模拟全断面法、CRD法、三台阶法和三台阶七步预留核心土法4种不同开挖工法对隧道软弱围岩稳定性的影响;通过揭示其位移应力变化规律,结合室内相似比物理模型试验结果,总结大跨度隧道围岩的应变特征.研究表明:三台阶七步开挖法为侨城东路隧道标准段的最优开挖工法.     

三台阶七步开挖法在大断面隧道施工中的应用

三台阶七步开挖法作为三台阶法的延伸,正越来越多地应用到大断面隧道施工中。以兰渝铁路香木湾隧道工程为例,对三台阶七步开挖法的特点、施工组织、工艺流程、施工要点等进行了详细的介绍。     

穿越公路偏压小净距隧道施工方法探讨

西康高速公路长哨小净距隧道地形复杂特殊,尤其在出口段存在浅埋、偏压现象,且左隧道覆盖层上部为陕西省S102省道,隧道开挖期间,省道正常开通。为研究隧道开挖方式对省道路面沉降及洞室开挖后围岩稳定性的影响,通过建立符合实际地形的三维模型,分别针对上下台阶法、留核心土法、侧壁导坑法3种开挖方法进行了数值模拟,对不同开挖方式隧道不同位置的塑性区、围岩变形及地表沉降进行了分析,提出了符合实际的开挖施工方案,并同实际现场监测数据进行了比较。研究结果表明,采用上下台阶开挖法实现省道下的小净距隧道穿越方式,可保证施工期间省道的正常运行及隧道围岩的稳定性。     

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。     

不同开挖方法偏压大跨隧道围岩稳定性对比分析

偏压地形对大跨隧道的围岩变形和支护结构受力有较大的负面影响,科学选择开挖方法是确保隧道施工安全的重要前提。Hoek-Brown强度准则综合考虑岩体结构面特征、岩块强度和施工扰动对岩体劣化效应的影响,能更好地反映隧道开挖过程中围岩的变形情况。据此,本文以贵阳市环城路七冲村二号隧道为工程依托,通过现场调查及经验查表的方法确定了Hoek-Brown强度参数,采用FLAC3D对三台阶法和双侧壁导洞法的开挖过程进行了模拟计算,结合现场围岩变形和钢拱架轴力监测数据,对两种开挖方法的围岩稳定性进行了对比分析,得出结论:相比于三台阶法,双侧壁导洞法能更有效地控制围岩塑性区发展和围岩变形,可以有效地减少偏压荷载对隧道围岩造成的不利影响,但钢拱架受力不均匀,可能对支护结构稳定产生不利影响;综合考虑施工安全和施工进度,围岩较破碎的隧道出口段和入口段应采用双侧壁导洞法施工,围岩较完整的其他区间段可采用三台阶法施工,以节省工期。     

海底隧道涌水量数值计算的渗透系数确定方法

海底隧道的建设往往伴随着高风险,而水害则是海底隧道建设期间风险最主要的来源之一,隧道涌水对施工安全与建成后的运营成本控制有着重要影响,因此,对海底隧道进行涌水量预测便显得尤为重要。数值计算方法是当前涌水量预测中应用最广的方法之一,而计算涌水量过程中最关键的问题之一是渗透系数的确定。以青岛胶州湾海底隧道工程为背景,通过数值计算、模型试验与现场监测数据分析等手段相结合的方法,对海底隧道建设期涌水量的预测进行了研究。首先进行海底隧道开挖后涌水量现场监测,得到开挖后涌水量变化曲线;再采用数值计算方法对围岩渗透系数的取值进行反分析,对渗透系数进行不断修正,并在数值计算中成功拟合实测涌水量曲线,所得到的渗透系数即为数值计算中应采用的合理渗透系数。在结合试验段地质情况的基础上将合理渗透系数与前期地勘压水试验得到的渗透系数进行比对,得到两者之间的关系。并通过模型试验的手段对以上结论进行验证。将其应用到海底隧道的涌水量预测中,通过正演数值计算预测围岩相似洞段的涌水量,其结果对海底隧道涌水量预测有一定的参考意义。     

超前支护下隧道掌子面稳定性极限上限分析

软弱围岩隧道施工中,常采用超前支护确保隧道施工的安全。为了评价超前支护下隧道稳定性,建立了超前支护作用下截锥体、对数螺旋线共同破坏模型,基于极限分析上限法和综合强度折减法并考虑初期支护未支护段的影响,推导出了隧道稳定安全系数的目标函数,并利用Matlab编制程序求解该函数以此判断隧道稳定性。与模型试验结果和已有理论研究成果对比分析,验证了计算方法的合理性,同时分析了影响隧道稳定安全系数的各个因素。研究结果表明：围岩黏聚力、内摩擦角的增加,掌子面锚杆、拱部超前支护的施作对提高围岩稳定性有显著的作用,而初期支护未支护段长度、开挖高度的增加不利于围岩的稳定;在围岩内摩擦角较小时,分台阶开挖降低开挖高度提高隧道稳定性的效果更好;在围岩内摩擦角较大时,掌子面锚杆加固强度的增加对隧道稳定性提高的作用更显著。最后给出了超前支护的施工设计建议图,可为工程中初步确定超前支护参数和施工方法提供参考。     

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450 m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。     

筐家Ⅰ号隧道洞口偏压段处理技术

筐家I号隧道是六安至岳西（黄尾）高速公路霍山县境内的一座左、右分离式单向行车隧道。从设计、施工方面对隧道洞口段Ⅴ级围岩偏压复合式衬砌、明洞暗进、半明半暗等方案的应用进行了探讨,重点讨论了隧道明洞暗进、半明半暗方案穿越洞口浅埋偏压段的工程经验,为类似隧道的建设提供技术参考。     

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。     

内出进洞方式对浅埋偏压隧道洞口段围岩稳定性影响研究

厦蓉线水都高速平寨隧道左洞洞口受施工条件、浅埋和偏压等因素的影响,采取了中横洞内出的进洞方法。现场监测成果表明施工取得了良好的效果。为研究该进洞方式对洞口浅埋偏压段围岩稳定性的影响,利用FLAC3D程序对平寨隧道施工过程进行三维仿真分析,比较中横洞内出和正面开挖两种进洞方式下左洞洞口围岩变形和应力变化情况,结果表明中横洞内出方案对近洞口约24m范围内围岩影响较小,为较优方案。     

公路隧道围岩亚级开挖及支护设计参数研究

为了建立公路隧道在各围岩亚级条件下的支护体系,指导隧道的安全施工,在亚级分级方法、分级标准、物理力学参数等研究基础上,结合双车道公路隧道特点,通过理论分析、实例统计、数值分析等方法,研究了各亚级围岩下隧道开挖方法、预加固参数、支护类型、结构型式和初期支护参数。结果表明,Ⅲ1级围岩可采用全断面法、轻型承载型支护,Ⅲ2级采用台阶法、中型承载型支护;Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3级采用台阶法、重型承载型支护,但Ⅳ2、Ⅳ3级需通过预加固措施使加固区围岩强度提高到相当于Ⅳ1水平;Ⅴ1级采用台阶法和使加固区围岩强度提高到相当于Ⅳ1水平的预加固措施,Ⅴ2级采用CRD法和使加固区围岩强度提高到相当于Ⅳ3水平的预加固措施,Ⅴ1、Ⅴ2级也都可采用CD法和使加固区围岩强度提高到相当于Ⅳ1水平的预加固措施,且都采用特殊承载型支护;Ⅳ1、Ⅳ2、Ⅳ3、Ⅴ1、Ⅴ2级均需设置仰拱。     

Application of Convergence Confinement Analysis to the study of preceding displacement of a squeezing rock tunnel

Summary This paper deals with a study on the geomechanical behavior of the rock mass around the tunnel. The Convergence Confinement Analysis is one of the most appropriate way to estimate this behavior. Elasto-plastic models proposed by Hoek and Brown, Egger and Kastner were adopted in this study.Measurements of the preceding displacement were performed in a road tunnel in Japan, the geology of which is Neogene squeezing mudstone. The measured data was compared with the results of Convergence Confinement Analysis.The preceding displacement was about 40% against the upper bench face converged displacement and 17% against the final converged displacement. Meanwhile, it increased drastically in lower bench excavation step.Back analysis was also executed to calculate the extension of the plastic zone of the rock mass, which was half of that estimated by Convergence Confinement Analysis in upper bench excavation step. But, in lower bench excavation step, the results of the two analyses were very similar. The support pressure and support stiffness were also calculated.