为全面了解黄土隧道深浅埋界限划分的研究进展,从理论研究、数值模拟、模型试验和实测分析4个方面分别阐述黄土隧道深浅埋界限划分的研究现状。结果表明:理论研究多是基于围岩压力与形变压力等随隧道埋深的变化规律进行研究分析,在变化规律中寻找最佳界限值;数值模拟多是研究不同埋深隧道的变形和沉降规律,结果较为直观,对隧道受力和变形情况能够进行直观的分析;模型试验主要是对不同埋深隧道进行重力相似模拟试验,可分析实际工程的受力状态;实测分析基于现场统计结果进行分析,根据经验划定隧道深浅埋的界限值。基于对黄土隧道深浅埋划分的四种方法研究的分析,总结深浅埋界限划分时所考虑的因素,指出现有研究中存在隧道埋深界限划分不精确且所得埋深界限范围较大等问题;结合黄土隧道的工程特点,建议以改进的谢家烋极大值法对黄土隧道的深浅埋界限值进行计算。

对13座黄土隧道28个监测断面复合衬砌间接触压力的实测数据进行统计分析,研究黄土隧道二次衬砌受力的总体分布特征及其与围岩级别、隧道埋深、开挖跨度的关系,并讨论接触压力时程变化的基本规律及空间分布规律。研究结果表明,隧道接触压力随埋深和开挖跨度的增大而增大,其时程发展经历了先增大到峰值再下降一段,而后不断增大并趋于稳定的历程,接触压力沿洞周总体表现出由拱顶→拱肩→拱腰→拱墙脚逐渐增大的空间分布规律。研究方法和成果对分析黄土隧道初期支护与二次衬砌间的接触压力分布规律和完善支护结构设计方法具有一定的参考价值。

以某在建富水黄土公路隧道为依托,对隧道的拱顶下沉和周边收敛进行现场监测。结合现场监测数据对围岩变形的原因进行分析,并提出相应的控制措施。结果表明:深埋富水黄土隧道拱顶沉降比周边收敛量大,围岩变形受降雨的影响较大,且变形稳定时间约为35 d;围岩的变形大致可分为变形快速发展、变形持续发展、变形稳定3个阶段;拱顶下沉及周边水平收敛随上、中、下台阶的开挖变化较大,每个施工步完成后应及时施作锁脚锚杆等支护措施,仰拱闭合可以有效控制围岩变形;围岩变形与指数函数规律吻合,可利用指数函数模型预测;建议在富水黄土隧道施工中采用拱脚钢管桩与帷幕注浆来有效控制渗漏水及围岩大变形。

为研究单侧壁导坑法快速施工技术,以甘肃省兰州市榆中县来子堡乡境内大水洞村公路段的拟建三车道公路岩土混合隧道为依托,该隧址上覆地层为第四系上更新统风积黄土(Q^eol₃),下伏基岩为前寒武系皋兰群角闪片岩(AnC-gla)。采用MIDAS/GTS有限元软件对单侧壁导坑法中隔壁进行半幅施工优化,通过二维数值模拟对比分析原单侧壁导坑法和优化单侧壁导坑法结构受力特征和位移变化规律。结果表明:两种工法下各个阶段的支护结构受力相似,且最终沉降和收敛也相同;施工过程中位移规律相似,且均能够满足施工稳定性要求;采用优化后的单侧壁导坑法在施工进度和经济效益方面更有优势。

针对目前富水大跨度黄土隧道施工中出现大变形、易于塌方等工程难题,结合银西高铁已建成驿马1号隧道富水黄土地段现场帷幕注浆试验和室内试验结果,分析帷幕注浆在富水大跨度黄土隧道围岩加固及改善稳定性方面的应用效果。结果表明:帷幕注浆压力随注浆时间呈“急剧增长—缓慢增长—轻微下降—急剧增长”的四阶段变化趋势,洞内帷幕注浆能够有效填充注浆范围黄土层内孔隙并挤压密实,减缓黄土渗透性,降低围岩含水状态,明显改善注浆范围内围岩的物理力学性质,物理力学参数平均增幅可达10%~35%。帷幕注浆可以有效减小洞内围岩变形量约20%~70%,能够减轻掌子面土体溜滑、拱顶塌方等灾害。通过帷幕注浆,增强了开挖面的自稳性,提高了围岩的可塑性,提升围岩强度与整体稳定性。研究成果不仅指导现场施工,同时对优化黄土隧道的支护体系提供了依据,对同类特征隧道施工具有借鉴意义。

开展新建盾构隧道穿越既有地铁隧道影响机制的理论分析,收集并统计国内15个新建盾构隧道穿越既有地铁工程实例及相应实测数据,表明新建盾构近距离穿越易引起既有地铁隧道发生隆沉变形,最大竖向位移主要集中在±5 mm范围内,且既有地铁隧道变形与两隧道之间净距、加固情况和土质条件密切相关。基于杭州新建盾构地铁2号线近距离下穿地铁1号线工程,对盾构穿越全过程中既有地铁隧道变形规律进行深入探讨。同时,工程所采用的管棚结合水平旋喷加固既有地铁1号线下方土体,可有效减少既有地铁隧道的变形。穿越施工过程中应通过既有地铁实测变形数据对盾构施工参数进行实时调整,保证新建盾构安全穿越。

软土地层中小净距重叠隧道盾构施工是近距离重叠盾构隧道建设中典型的难题。以杭州市地铁5号线五常车辆基地东出入段线重叠盾构隧道为依托工程,通过数值分析和现场测试方法对软土地层小净距重叠隧道盾构施工相互扰动影响进行研究。研究结果表明:软土地层小净距重叠隧道采用“先下后上”施工顺序,在地表沉降、地层位移和结构变形等产生的影响均小于采用“先上后下”施工顺序;二次注浆加固及移动支撑台车措施,可有效控制重叠隧道结构变形及地表沉降;采用“先下后上”的施工顺序进行重叠段隧道的施工,施工难度相对较小,施工质量更容易控制。

针对带平行导洞的公路隧道3种可能的通风排烟方案,采用火灾模拟软件FDS建立隧道局部模型,分析着火后主隧道及平行导洞内的火灾烟气蔓延状况。结果表明:对于对向通行隧道,在火灾发生的第一时间内,应首先关闭射流风机,使烟气向两边自由扩散,借助烟气浮力产生的层化现象(烟气聚集在隧道拱顶),便于两侧司乘人员在2.5 m高度空间内逃生疏散,确认人员撤离至平行导洞之后,再以临界风速将烟气吹赶至一侧,便于消防人员从烟气上游进入、灭火,而且建议排烟方向应与原通风方向一致。研究结论可为类似工程的火灾应急方案编制提供借鉴。

为研究长距离小间距管廊基坑开挖对盾构隧道的变形影响,依托深圳地铁12号线管廊共建工程,利用数值模拟软件模拟综合管廊开挖,研究管廊开挖宽度为10.5 m,开挖深度为6.5 m的工况下,不同管廊开挖长度对盾构隧道的影响。研究不同的分仓开挖步距、钻孔灌注桩嵌固深度、注浆层厚度对隧道变形的影响。结果表明:综合管廊开挖引起下方隧道的变形随着开挖长度的增加而增大,当开挖长度大于3倍开挖宽度时,可以忽略开挖长度对隧道的影响;分仓开挖步距越小,管廊开挖完成后隧道变形越小;存在最优注浆层厚度和灌注桩嵌固深度,超过最优值时,隧道变形基本不受影响。

根据青岛硬岩地层地铁车站实际开挖情况,采用预应力锚杆代替传统中空注浆锚杆,对暗挖车站拱部及侧墙进行主动支护设计,优化格栅间距及喷砼厚度,实现Ⅳ级围岩段大跨暗挖车站的全程台阶法开挖。数值分析及现场施工监测结果表明,本支护方案安全可行。将暗挖车站与风道接口段施工方法进行对比分析,结合主动支护理念,优化风道进主体施工方法,通过外扩风道上半断面,预留型钢拱架支撑条件,实现台阶法挑高进洞施工,其受力转换明确,施工安全高效便捷。