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开挖工法对高地应力场软岩隧道围岩稳定性影响的模型试验研究

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现代隧道技术 2020年第4期57卷 141-149页

作者：代聪何川刘川昆郭文琦四川省交通运输发展战略和规划科学研究院成都610041 西南交通大学土木工程学院成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

不同开挖工法对隧道围岩稳定性通常会产生不同程度的影响。文章依托蓝家岩公路隧道工程开展三维地质力学模型试验,研究三台阶法、上下台阶法、上下台阶预留核心土法对高地应力场软岩隧道围岩稳定性的影响规律。结果表明:(1)三种开挖工... 详细信息

不同开挖工法对隧道围岩稳定性通常会产生不同程度的影响。文章依托蓝家岩公路隧道工程开展三维地质力学模型试验,研究三台阶法、上下台阶法、上下台阶预留核心土法对高地应力场软岩隧道围岩稳定性的影响规律。结果表明:(1)三种开挖工法下隧道拱顶沉降及拱脚收敛随开挖步的变化规律均可以分为超前变形、开挖变形和变形收敛等三个阶段,但在量值上均表现为,三台阶法最小,上下台阶预留核心土法次之,上下台阶法最大;(2)各测点初期支护与围岩之间的径向力均为压力,且围岩压力的分布特征相似,围岩压力的最大、最小值分别出现在墙脚、仰拱处,在量值上同样表现为,三台阶法最小,上下台阶预留核心土法次之,上下台阶法最大;(3)三台阶法在高地应力场软岩隧道施工中最有利于围岩稳定,且在一定程度上能满足施工进度的要求。

关键词：公路隧道高地应力场软岩模型试验开挖工法围岩稳定性

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小净距隧道开挖工法合理性研究

铁道工程学报 2018年第4期35卷 65-69页

作者：陈平中国铁路设计集团有限公司天津300251

研究目的:复杂山区受各种控制因素的影响,小净距隧道邻近施工的情况时有发生,一般多采用保守的CRD等多部开挖工法,但多部开挖存在进度慢、工序繁琐、工程造价高等弊端。针对小净距隧道,为选择适宜的开挖工法,本文以郑家塔隧道与瓦塘2号... 详细信息

研究目的:复杂山区受各种控制因素的影响,小净距隧道邻近施工的情况时有发生,一般多采用保守的CRD等多部开挖工法,但多部开挖存在进度慢、工序繁琐、工程造价高等弊端。针对小净距隧道,为选择适宜的开挖工法,本文以郑家塔隧道与瓦塘2号隧道邻近施工为研究对象,论证小净距隧道采用三台阶临时仰拱法的合理性,以期为类似工程的设计与施工提供参考或借鉴。研究结论:(1)通过有限元分析软件模拟了粗圆砾土地层条件下大断面的郑家塔隧道采用三台阶临时仰拱法施工的全过程,研究分析了围岩的稳定性、新建隧道初期支护结构的安全性以及小断面的瓦塘2号隧道衬砌结构的安全性;(2)目前,兴保铁路已开通运营,从当时施工的实际效果来看,采用三台阶临时仰拱法施工和设计支护措施,确保了施工的安全、顺利进行,小净距隧道根据围岩和间距采用三台阶临时仰拱法也是合理的;(3)该研究成果可应用于小净距隧道的开挖工法设计与施工。

关键词：小净距隧道开挖工法数值模拟

京张高铁八达岭长城站超大跨隧道开挖工法研究

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现代隧道技术 2019年第S02期56卷 578-584页

作者：刘建友吕刚张民庆岳岭罗都颢中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055 中国铁路总公司工程管理中心北京100844 中铁五局集团有限公司长沙410117

开挖步序的选择是超大跨隧道建设的关键技术问题。文章以京张高铁八达岭长城站为工程背景,采用数值模拟方法,对比分析了采用"品"字形开挖工法、双侧壁导坑法和三台阶预留核心土法3种工法时围岩的受力和变形特征。研究结果表明:采用"品"... 详细信息

开挖步序的选择是超大跨隧道建设的关键技术问题。文章以京张高铁八达岭长城站为工程背景,采用数值模拟方法,对比分析了采用"品"字形开挖工法、双侧壁导坑法和三台阶预留核心土法3种工法时围岩的受力和变形特征。研究结果表明:采用"品"字形工法时围岩变形平稳增长,安全风险相对分散;采用双侧壁导坑法开挖中岩墙时,因跨度突然增大,围岩变形迅速增大,存在变形突变阶段,安全风险集中在中岩墙开挖阶段;采用三台阶预留核心土法时围岩变形集中在第一台阶的开挖阶段,安全风险也相对集中在该开挖阶段。采用"品"字形开挖工法时初期支护喷射混凝土的压应力最小,采用双侧壁导坑法在中岩墙开挖时将引起隧道拱顶受力形式的突然转换,导致喷射混凝土应力突然增加。

关键词：京张高铁八达岭长城站超大跨隧道开挖工法

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高地应力软岩隧道开挖工法研究

公路交通科技（应用技术版） 2020年第10期16卷 339-341页

作者：朱剑中铁二十二局集团市政工程有限公司广东广州510000

软岩隧道在高地应力下开挖卸载过程中会经常发生一些因控制释放围岩应力不当造成的隧道塌方事故,给工程造成了很多经济损失同时造成施工安全和工程延期的隐患。论文以某高地应力作用下的软岩隧道为工程背景,通过数值模拟的手段对比分析... 详细信息

软岩隧道在高地应力下开挖卸载过程中会经常发生一些因控制释放围岩应力不当造成的隧道塌方事故,给工程造成了很多经济损失同时造成施工安全和工程延期的隐患。论文以某高地应力作用下的软岩隧道为工程背景,通过数值模拟的手段对比分析全断面开挖、台阶法开挖以及双侧壁导坑法开挖下隧道变形受力情况,为类似高地应力软岩工程的施工提供理论依据。

关键词：铁路隧道高地应力开挖工法

富水砂层条件下隧道掌子面开挖工法与预加固关键技术研究

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公路 2024年第6期69卷 387-393页

作者：张红军许艳仇晓华孙鲁一张太平王强王奎峰张龚刘金秋山东省地质科学研究院济南市250013

为解决富水砂层不良地质条件下隧道掌子面在开挖扰动的影响下极容易发生失稳破坏诱发涌水涌砂等工程灾害的问题,以典型富水砂层隧道——青岛地铁2号线啤-苗区间工程为研究背景,采用FLAC 3D数值模拟软件建立了全断面开挖法、双台阶开挖法... 详细信息

为解决富水砂层不良地质条件下隧道掌子面在开挖扰动的影响下极容易发生失稳破坏诱发涌水涌砂等工程灾害的问题,以典型富水砂层隧道——青岛地铁2号线啤-苗区间工程为研究背景,采用FLAC 3D数值模拟软件建立了全断面开挖法、双台阶开挖法及CD开挖法的数值计算模型,并对3种开挖工法下掌子面塑性区分布特征、挤出变形量与拱顶、拱腰变形量进行了对比分析。数值计算结果表明,全断面开挖时掌子面和围岩变形影响最大,双台阶开挖法次之,CD法开挖下掌子面和围岩变形量最小。并根据试验结果得到了在该不良地质条件下超前预注浆加固圈厚度应大于4.0 m的重要结论。同时,对不同双台阶开挖法的台阶长度下隧道掌子面变形量进行了对比分析,优选开挖台阶长度为4.0 m。为确保注浆效果,对该不良地质条件下超前预注浆堵水加固关键参数进行了研究。

关键词：隧道掌子面富水砂层数值模拟开挖工法注浆加固

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隧道开挖工法对二衬支护时机影响的研究

中外公路 2010年第3期30卷 222-225页

作者：黄水泉方建勤广东省长大公路工程有限公司广东广州510620 广东云梧高速公路有限公司

采用数值模拟方法,分析了不同隧道开挖工法对不同围岩级别二衬合理支护时机的影响。计算结果表明:开挖工法对二衬与掌子面间的允许间距影响比较显著,而对仰拱与掌子面间距的影响很小。随着开挖断面分部的增加,开挖对围岩的扰动减小,因... 详细信息

采用数值模拟方法,分析了不同隧道开挖工法对不同围岩级别二衬合理支护时机的影响。计算结果表明:开挖工法对二衬与掌子面间的允许间距影响比较显著,而对仰拱与掌子面间距的影响很小。随着开挖断面分部的增加,开挖对围岩的扰动减小,因而可以适当延缓构筑二衬。

关键词：隧道围岩开挖工法二衬支护时机数值模拟

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朗镇二号软岩隧道开挖工法对比研究

朗镇二号软岩隧道开挖工法对比研究

作者：傅甜甜西藏大学

学位级别：硕士

CZ铁路是四川省第一条连接西藏自治区的快速铁路,铁路呈东西走向,从四川盆地穿越崇山峻岭,具有划时代的意义。其中拉萨到林芝段的建设尤为关键,拉林铁路拉林铁路的建设对西藏有着十分重要的意义,拉林铁路与青藏铁路接轨,使林芝与我国内... 详细信息

CZ铁路是四川省第一条连接西藏自治区的快速铁路,铁路呈东西走向,从四川盆地穿越崇山峻岭,具有划时代的意义。其中拉萨到林芝段的建设尤为关键,拉林铁路拉林铁路的建设对西藏有着十分重要的意义,拉林铁路与青藏铁路接轨,使林芝与我国内地连接在了一起,为今后建成CZ铁路其他段、滇藏铁路、甘藏铁路作好对接技术和施工准备奠定了扎实基础。拉林铁路中山岭隧道穿越的地层大多地质条件复杂多样,特别是软弱地层围岩整体强度低,容易产生围岩失稳变形问题。隧道开挖过程受施工条件、地质条件、水温环境、隧道断面、埋深等因素的影响,其中选用经济适用的的施工方法特别重要。若隧道开挖方式选择不当,不仅会使围岩失稳变形、掌子面坍塌影响施工安全,还会影响施工速度,加大隧道的造价成本。本文以国家重点CZ铁路中拉萨至林芝段中的朗镇二号隧道为研究对象,通过资料收集及ANSYS有限元数值模拟等手段,对开挖断面穿越千枚岩地层隧道的围岩及初期支护的受力与变形特征进行分析,选取不同的开挖方法进行数值模拟计算,比选出适合此软岩隧道的开挖方法,为类似隧道设计和施工提供一定工程借鉴。以上研究具体工作体现在以下几点:1.分析朗镇二号软岩隧道现场监测数据,研究软弱围岩隧道承担围岩压力及初期衬砌内部内力大小、增长模式及分布情况。分析隧道横断面位置对围岩变形量的影响,预测隧道危险断面的变形部位,确定该隧道数值模拟过程中的隧道断面监测点。2.以朗镇二号软岩隧道为原型,利用ANSYS有限元分析软件,研究上下台阶开挖下朗镇二号隧道围岩及衬砌结构受力特征一般规律,与现场实测值进行对比,分析上下台阶法的围岩及衬砌结构受力模式与实测结果的异同。3.采用数值计算分析方法研究四种隧道开挖工法下围岩变形破坏规律、围岩受力状态及支护结构受力特征,运用比较分析法对比分析上下台阶法、上下台阶预留核心土法、CD法及CRD法的边开挖边支护过程,评价各工法的优越性及局限性,并提出各开挖工法在软弱围岩隧道施工的可行性建议,为日后其他工程的设计与建设提供相应的参考与借鉴。

关键词：软岩隧道现场监测开挖工法数值模拟

大断面Ⅲ级围岩隧道的开挖工法与支护优化数值分析

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大断面Ⅲ级围岩隧道的开挖工法与支护优化数值分析

作者：周永培西南石油大学

学位级别：硕士

随着国家对基础设施建设的大力加强,铁路隧道工程项目也日益增多,但是铁路隧道截面类型、地质条件、环境因素错综复杂,造成的安全事故也层出不穷。因此,确定合理的、安全的、经济的施工工法、开挖尺寸、支护参数是当前铁路隧道工程迫切... 详细信息

随着国家对基础设施建设的大力加强,铁路隧道工程项目也日益增多,但是铁路隧道截面类型、地质条件、环境因素错综复杂,造成的安全事故也层出不穷。因此,确定合理的、安全的、经济的施工工法、开挖尺寸、支护参数是当前铁路隧道工程迫切面临的问题。本文由白杨林三级围岩铁路隧道作为研究对象,运用MIDAS/GTS有限元软件建模分析,计算出不同的设计参数下围岩的应力、应变、位移变化以及支护的应力、应变特征。分析它们的变化特征从而确定合理的开挖工法、合理的开挖步长、合理的支护参数。本文主要工作如下:(1)通过确定三级围岩铁路隧道各项参数建立合理的数值模型,进行隧道开挖不同工法施工模拟,确定理想的三级围岩铁路隧道施工工法。(2)通过建立的隧道模型,对隧道开挖步长进行施工模拟,分析不同的开挖步长对围岩应力应变、位移的影响以及对支护结构的影响,从而确定理想的开挖步长。(3)提出四种支护方案,分析不同的支护方案对围岩应力、应变、位移的影响。(4)比较五种锚杆直径对隧道围岩应力、应变、位移的影响,以及对喷射混凝土和锚杆的力学影响,确定合理的锚杆直径。(5)比较五种锚杆长度对隧道围岩应力、应变、位移的影响,以及对喷射混凝土和锚杆的力学影响,确定合理的锚杆长度。(6)比较四种喷射混凝土厚度对围岩应力、应变、位移的影响,以及对喷射混凝土和锚杆的力学影响,确定合理的喷射混凝土厚度。

关键词：大断面开挖工法开挖尺寸支护参数数值模拟

大断面浅埋偏压黄土隧道开挖工法优化及围岩稳定性分析

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大断面浅埋偏压黄土隧道开挖工法优化及围岩稳定性分析

作者：马宝芬西安科技大学

学位级别：硕士

因砂质黄土特殊的结构性、水敏性,浅埋偏压砂质黄土隧道软弱结构面多,不易成拱、受力不均匀,导致隧道围岩自稳能力差。隧道初期支护及二次衬砌受力不均匀,施工过程中易造成隧道地表大面积沉降和开裂,对隧道安全稳定性产生重要影响。开... 详细信息

因砂质黄土特殊的结构性、水敏性,浅埋偏压砂质黄土隧道软弱结构面多,不易成拱、受力不均匀,导致隧道围岩自稳能力差。隧道初期支护及二次衬砌受力不均匀,施工过程中易造成隧道地表大面积沉降和开裂,对隧道安全稳定性产生重要影响。开展大断面浅埋偏压黄土隧道稳定性分析,进行开挖工法优化研究具有理论价值和实践工程意义。以银西高铁惠安堡浅埋偏压砂质黄土隧道为研究背景,进行了砂质黄土的物理力学特性的室内试验,运用模型实验与数值模拟相结合的方法,对浅埋偏压砂质黄土隧道的开挖过程中围岩力学特性及变形规律进行了研究,提出了拱部环形三台阶法的优化方案。结果表明:(1)通过室内试验获得了惠安堡隧道砂质黄土的基本物理力学特性参数,为建立隧道数值计算提供数据支撑。(2)运用FLAC3D软件对不同工法下隧道的应力、应变及地表沉降的变化规律进行了三维数值计算。(3)根据惠安堡隧道实际情况,运用相似理论,建立了隧道相似模型,完成了三台阶预留核心土法及三台阶临时仰拱法两种开挖工法的隧道施工过程的模型实验,并与数值模拟结果进行了对比分析。通过对比结果比选出惠安堡隧道的最优开挖工法。考虑隧道实际施工过程中的施工难度及施工效率问题,建议惠安堡隧道采用三台阶预留核心土法施工。(4)两种实验结果均表明,隧道应力最大的位置均位于拱顶,拱腰次之。拱顶在两种情况下均受拉,而拱腰均受压。三台阶预留核心土法各关键点的位移均大于三台阶临时仰拱法。(5)提出了适合浅埋偏压隧道的开挖工法。三台阶预留核心土法在开挖时虽预留了核心土保证了施工的安全,但施工时各台阶在开挖时均左右同时进行开挖,对隧道周围土体的影响较大,且成拱效果较三台阶临时仰拱法差。而拱部环形三台阶法能在控制隧道变形的同时减小不利于拱顶稳定的拉应力。(6)隧道上覆土体偏压对围岩变形影响较大,在隧道拱顶埋深较大侧出现应力集中现象,使得地表沉降变形左右不对称,施工中应加强偏压的控制措施。

关键词：浅埋偏压隧道砂质黄土数值模拟模型实验开挖工法