大跨浅埋黄土隧道中系统锚杆受力机制研究

郑州-西安铁路客运专线穿越西北黄土分布的主要地区,而在黄土地区修建跨度超过15.1 m、开挖面积达170 m2的超大断面大跨度铁路隧道洞群在国内尚属首次,相关的设计理论与经验均较为欠缺,尤其是系统锚杆在黄土隧道中的作用机制及锚固效果尚不清楚,使得设计遇到关键难题。为研究大断面黄土隧道中系统锚杆的作用,通过理论推导,阐明了锚杆的作用机制,指出了浅埋大跨度黄土隧道中锚杆的受力原因。采用理论锚杆单元模型,计算得到与实测数据一致的结果,说明该理论模型能够解释浅埋黄土的锚杆受力情况。综合研究表明,浅埋黄土隧道中拱部系统锚杆的锚固效果较弱,而边墙部锚杆的锚固效果显著。     

大断面浅埋黄土隧道锚杆作用效果的试验研究

黄土隧道系统锚杆的作用效果问题一直是争论的焦点。结合正在修建的郑州-西安铁路客运专线大断面黄土隧道,采用现场对比试验方法对系统锚杆作用效果进行研究。为了使试验结果有可比性,选取试验条件基本相同的贺家庄隧道洞身段作为试验段,分别设置有系统锚杆段40 m和无系统锚杆段40 m。对比试验的内容包括：拱顶下沉、拱脚下沉、水平收敛、围岩压力、初支钢架应力、锚杆轴力等。试验结果表明,有系统锚杆段比无系统锚杆段的拱顶沉降大40 %左右、水平收敛大25 %左右,两者的土压力和钢架应力相差不大;锚杆轴力较小,且拱部受压。经综合分析认为,拱部锚杆的支护效果不明显,取消拱部锚杆可减少施工工序,加快隧道初期支护断面及早封闭,能更好地控制支护沉降与变形,并节约工程投资。     

高速铁路大断面黄土隧道深浅埋分界深度研究

郑州-西安铁路客运专线穿越西部黄土分布的主要地区,该线含大量单洞双线隧道,其开挖面积大于160 m2,跨度大于15 m,属于超大断面隧道。由于黄土的特殊性质以及开挖跨度与断面的增大,隧道围岩压力随埋深的变化尚不清楚,目前对该类型隧道的深、浅埋分界深度界定认识不统一。通过郑西线12座隧道地表裂缝与埋深关系的现场调查,初步确定了大断面黄土隧道的深、浅埋分界范围,指出小于11 m可作为超浅埋,40～60 m为浅埋与深埋分界深度,大于60 m为深埋;基于裂缝调查,按剪切滑移破坏极限状态理论对以上分界范围进行了理论分析与验证;精心设计现场试验,在浅、深埋等地段布置17个量测断面进行围岩-初期支护间接触压力的量测,发现实测围岩压力与界定的深浅埋计算结果吻合良好,表明所给深、浅埋界定范围正确。     

大断面黄土隧道初期支护适应性研究

以兰渝铁路大断面黄土隧道为工程背景,采用三维数值模拟结合现场监测实验对现有初期支护设计参数的适应性进行研究,对大断面黄土隧道初期支护的受力与变形特性进行综合分析。通过三维数值模拟得到黄土隧道开挖扰动后初期支护的受力与变形状态,将数值计算结果与现场监控量测对比获得典型断面围岩的应力和位移发展规律并对初期支护安全性进行评价;通过FLAC3D的FISH语言开发程序分析混凝土硬化特性对初期支护受力与变形的影响;现场跟踪量测与数值模拟的计算结果基本吻合,结论可为黄土地区隧道初期支护的设计和施工提供一定的借鉴和参考,积累有益的经验     

大断面隧道软岩支护

综述了大断面隧道软岩支护的工艺,程序与方法,阐明了按新奥法设计施工的复合支护原理与经济性,总结了隧道软岩支护各部位施作方式与作业要领。     

浅埋黄土隧道三层支护结构力学特性现场测试

为研究浅埋黄土隧道锚喷初支+初衬+二衬构成的3层支护体系力学特性,以某黄土隧道为依托,采用钢弦式传感器对围岩压力、初衬与二衬接触压力、二衬钢筋轴力、二衬混凝土应变、钢拱架应力等进行了系统测试与分析。结果表明：(1) 作用在左拱腰处的围岩压力较大,且稳定值为240 kPa;(2) 浅埋段按不同围岩压力计算公式得到压力值均大于围岩压力实测值,其中采用太沙基公式得到的压力值与实测值相对接近;(3) 该黄土隧道二衬全部受压,其分布形态呈明显的猫耳形,初支、初衬、二衬承受的荷载比例分别为51.34%、37.29%、11.38%;(4) 钢拱架整体以受压为主,在拱顶和拱腰处受力较大,接近屈服状态;(5) 初支发挥了一定的围岩自承能力,其与初衬共同承担了大部分围岩荷载,二衬主要为结构安全储备。     

黄土隧道初期支护性能分析

以定西隧道为背景,利用有限元软件进行模拟。通过监控量测获得典型断面围岩的变化规律,并将数值模拟和现场量测结果进行对比分析,得到隧道在开挖扰动后初期支护的受力状态,给出隧道初期支护的优化参数,研究将对该类地区黄土隧道的初期支护提供建议和方法。     

浅埋大跨小净距隧道断面形态及合理间距的优化研究

对于大跨度小净距隧道而言,合理扁平率及双洞间距的设计对于节约成本,提高隧道线型规划具有至关重要的作用,因此,优化大跨度小净距隧道的扁平率及其间距是隧道设计施工面临的关键问题。利用大型有限元分析软件ABAQUS的标准设计语言Python编程,对某拟建大跨度小净距隧道不同扁平率及其间距进行参数化设计;采用精确罚函数法以及Nelder-Mead优化算法相结合的有限元优化分析计算程序,以隧道开挖面积、围岩塑性区、地表沉降和拱顶下沉等作为优化目标值,对建立的参数化模型进行计算,提出依托工程条件下扁平率及间距的最优组合。研究方法和成果对推动大断面小净距隧道的发展和应用具有重要的现实意义。     

浅埋风积砂质黄土隧道变形综合控制技术研究

在隧道施工前,应用数值模拟分析的方法,分析浅埋砂质黄土隧道施工力学效应和变形特征。根据浅埋砂质风积黄土隧道在施工过程中地表沉降量大和洞内施工安全风险大等特点,结合隧道实际监测数据,反演计算得到侵限段地质力学参数,为迈式管棚超前支护及径向迈式锚杆的全施工过程数值模拟提供计算依据,为控制隧道围岩变形提供数据支撑。计算结果显示,隧道侵限段地表最大沉降11.4 mm、最大拱顶下沉30.4 mm、最大水平收敛48.5 mm,隧道整体变形量减小,迈式管棚超前支护可以有效地提供纵向支撑,承受侵限土体压力、约束围岩变形和控制地表沉降,同时为支护侵限段钢拱架的安全拆换提供保障。研究结果表明:径向迈式锚杆、迈式管棚超前支护、环形支撑钢拱架和锁脚锚杆一起,构成了浅埋风积砂质黄土隧道主被动变形综合控制体系,有效地解决了浅埋风积砂质黄土隧道软弱围岩超前支护的难题。     

双洞小净距大断面市政道路隧道浅埋段的开挖与支护

根据福州某小净距大断面市政道路隧道的工程实践,总结针对浅埋段围岩特性所采用上下台阶开挖法的成功经验,以供类似工程施工参考.     

浅埋大跨隧道施工力学响应模拟与监测分析

以沪－蓉－西庙垭分岔隧道为工程背景,采用三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D)对其浅埋大跨段施工开挖力学响应进行了数值模拟,分析了开挖后围岩的应力场和位移场特征,并结合现场围岩变形和支护结构性态的现场监测,研究了典型地质代表断面的施工力学状态,获得一些有益的结论,对实际工程进行直接指导并为同类工程提供参考。     

翔安海底公路隧道陆域段变形控制措施研究

翔安隧道是我国第一条大跨公路海底隧道,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。隧道施工期间,部分断面发生了较大变形,超过了预留变形量,给二次衬砌的施工造成了影响,而且过大的变形有时还会导致隧道围岩失稳,应寻求一套合理的变形控制措施。基于现场监测数据和施工记录,并结合数值方法,对隧道施工过程中所采取的工程措施的作用效果进行了研究。结果表明,增设锁脚锚管、加强临时支护及管井降水等工程措施都可以在一定程度上减小隧道支护结构的变形,但在地质条件较差的富水强风化岩层中修建大跨公路隧道时,将两种或多种工程措施的组合起来使用效果更佳。例如,在采用降水（连续墙）＋加强临时支护＋锁脚锚管的组合方案后,隧道的拱顶下沉减小了46 %～60 %,水平收敛也减小了约30 %。这些措施可为今后类似工程提供一定的参考。     

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     

浅埋洞口段黄土公路隧道施工变形性状现场测试研究

以某黄土公路隧道工程为依托,借助现场测试方法研究浅埋洞口段黄土公路隧道地表沉降、拱顶下沉和周边收敛时态分布规律,并结合实测数据建立隧道施工变形统计分析预测模型。研究结果表明：（1）黄土隧道施工变形呈现显著的时间和空间效应,其时态分布曲线符合指数函数型发展规律;（2）地表沉降随时间呈增长趋势,约60 d后逐渐趋于稳定,其最大值（wmax）的统计变化范围为（−30.78～−105.20）mm;（3）横向地表沉降曲线分布呈凹槽形,沉降槽宽度约（3～5）倍隧道跨度（B）,且隧道开挖引起的地层损失率为0.74%～3.08%;（4）拱顶下沉与周边收敛时态曲线可分为线性增长、持续变形和平稳发展3个阶段,且线性增长阶段占总变形量的60%以上;（5）vmax的统计值变化范围为（−17.1～−201.1）mm,其95%置信区间为[−51.53,−65.11],umax的统计值变化范围为（−12.1～−122.0）mm,其95%置信区间为[−35.08,−43.39],建议V级围岩黄土隧道预留变形量取值范围为（−100～−150）mm;（6）拱顶下沉与周边收敛速率时态曲线呈先急剧增加后逐渐衰减趋势,最终稳定后的拱顶下沉速率（Δv）和周边收敛速率（Δu）依次为（−0.05～−0.80）mm/d和（−0.02～−0.60）mm/d。     

浅埋大跨隧道施工爆破监测与减震技术

以沪-蓉线庙垭分岔隧道工程为背景,研究了其浅埋大跨段掘进爆破的地表震动效应及大断面开挖减震控制技术,并结合爆破监测数据的回归分析,确立了地震波垂向衰减规律的数学模型。综合分析地表及洞内地震波的震动特性发现,地表质点振动主振频率主要集中在低频段;由于表土的滤波作用,主振频率随距离的增加而减小的趋势并不明显;洞内混凝土衬砌减弱了爆破对围岩的冲击,高频地震波衰减极快;开挖区上部的地表振速通常大于未开挖区的振速,浅埋大跨隧道爆破安全控制应以已开挖区顶部的地表振速为准。     

浅埋大跨度隧道拆撑对初支安全性影响分析

针对浅埋大跨度隧道拆撑对初期支护安全性影响,对厦门东通道（翔安隧道）陆域CRD法施工段采用现场监测和数值模拟两种方法。对比分析表明,两种方法所得结果吻合良好。研究结果表明,在纵向一次性拆撑长度为10 m的情况下,对拱顶下沉的影响在5 %～10 %左右,初期支护安全系数降低约5 %～15 %,初期支护的安全性受临时支护拆除的影响较小,这为实现隧道的信息化施工提供了依据,也为今后的相关工程积累了经验。     

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。