高速铁路隧道不良地质条件风险防控理论及关键技术
发布时间：2021-11-03T02:31:39.795Z 来源：《城镇建设》2021年第18期 作者： 龙小海
[导读] 在高速铁路隧道施工中，经常遇到地质条件复杂、构造活动剧烈、施工工艺精湛
龙小海
渝万铁路有限责任公司 重庆 渝中区400010
摘 要： 在高速铁路隧道施工中，经常遇到地质条件复杂、构造活动剧烈、施工工艺精湛、风险不可预见等问题。随着大型山岭隧道的快速发展，其施工技术和管理水平难以跟上。此外，由于地下工程施工风险评价不客观、风险管理不科学、风险管理投入不足，隧道塌方
(包括大变形)、涌水(涌泥、涌水)等灾害频繁发生。在山岭隧道施工过程中，塌方、涌水等危险事故不仅造成施工延误、设备损坏、投资增加，而且对施工人员的安全构成严重威胁。因此，通过风险评估和风险管理，对隧道塌方和涌水的机理以及控制风险水平在可接受范围内
的对策进行了大量的研究，本文的研究成果可以提高隧道安全风险评价的理论水平和可靠性，为隧道施工提供参考。
关键词：高速铁路 隧道不良地质条件 风险防控 关键技术分析 引言
目前，我国已成为世界上最大、发展最快的隧道建设国。在中西部交通建设中，隧道工程有着前所未有的巨大发展机遇。隧道工程规模大、技术复杂、影响范围广、风险大，给隧道工程建设带来了巨大的挑战。同时，隧道的勘察、设计和施工过程处于一定程度的分离状
态，导致施工信息无法及时获取、传递和反应，从而增加了施工风险和成本。测量信息、预报信息、监测测量数据的信息水平不足，导致
各种施工信息无法及时、有效地交流、分析和反馈。因此，隧道信息的全面、高效集成和即时反馈对于隧道建设的高效、安全、经济具有
重要意义，在不同的发展时期，隧道建设具有不同的内涵和外延。
一．铁路隧道不良地质条件概述
隧道掘进机(TBM)的选型是隧道工程设计的一个重要组成部分。这是因为这个决定几乎是不可逆转的，一旦机器被放置在地面上，几乎没有办法把它拉出来，任何重大的修改和改装都是非常耗时和昂贵的，如果不是不可能的话。同时，如果机型不适合地面条件，可能会
１３４ 西部探矿工程 ２００７年第６期
不同净距下小净距公路隧道的数值模拟研究
黎冬林 ，胡居义 ，何青云。，刁建钟。 （１．四川省煤田地质工程勘察设计研究院，四川成都６１００７２；２．重庆大学土木工程学院，重庆４０００４５； ３．四川省泸州市一三五岩土工程有限公司，四川泸州６４６ＯＯＯ） 摘要：小净距隧道是目前公路隧道中最常见的一种型式，在我国还处于研究和发展阶段。采用有限 元法和强度折减有限元法对不同净距下的小净距隧道进行了弹塑性数值模拟研究，对比分析了隧道 围岩位移、应力、塑性区分布以及隧道安全系数随净距的变化规律。结果表明，小净距隧道围岩的各 项指标与隧道的净距存在突变关系，最后提出了把围岩各项指标出现突变时的净距作为小净距隧道 的合理净距。 关键词：小净距隧道；有限元；强度折减法；合理净距 中图分类号：Ｕ４５９．２文献标识码：Ａ文章编号：１００４－－５７１６（２００７）０６—０１３４—０４ 《公路隧道设计规范》（ＪＴＧ Ｄ７０－－２００４）４．３．２条 的规定，高速公路、一级公路的隧道应设计为上、下行分 离的独立双洞，分离式独立双洞的最小净距，一般情况 可按表１确定。一座分离式双洞隧道，可按其围岩代表 级别确定两｝同最小净距。 表１ 分离式独立双洞问的最小净距［ 围岩级别 Ｉ Ⅱ Ⅲ Ⅳ Ｖ Ⅵ 最小净距（ｍ）１．０Ｂ １．５Ｂ ２、０Ｂ ２．５Ｂ ３．５Ｂ ４ ０Ｂ 注：ｌ 隧道开挖断面的宽度（ｍ）。 如果完全按照规范规定的隧道间的最小净距来设 计，那么由于受地质地貌条件的限制和公路路线的制 约，隧道设计与所带来的隧道选线、土地征用、环境保护 等多方面的矛盾就会日益突出，因此两隧道间的净距小 于规范规定最小净距的小净距隧道就成为目前公路隧 道中最常用的一种型式。 在我国，小净距隧道出现的历史不久，还处于研究 和发展阶段。目前已经修建的小净距公路隧道有宁波 镇海的招宝山隧道； 、督汶高速公路上的董家山隧 道【引、京福高速公路上的金旗山隧道¨４Ｉ、京福国道上的 里洋隧道 ］、厦门市仙岳山隧道ｌ。 等等，这些都是成功 的小净距公路隧道的代表。虽然人们从这些实际工程 中总结了大量的工程经验，但仍然存在很多问题尚待解 决。 主要针对某一实际工程，采用数值方法计算在不同 净距下小净距隧道围岩的位移、应力、塑性区分布以及 安全系数，从而分析围岩各项指标随净距的变化规律， 并根据计算结果探讨如何确定小净距公路隧道的合理 净距。 ｌ 计算基本理论 １．１岩体弹塑性破坏准则 目前，在岩土工程中应用较广泛的的是德鲁克一普 拉格（Ｄｒｕｃｋｅｒ－－Ｐｒａｇｅｒ）屈服准则，该准则一方面克服 了库仑准则在角点处导数不连续的问题，另一方面也很 容易与库仑准则结合起来确定计算参数。 ＤＰ屈服准则： Ｆ＝ａＩ ＋ 一ｋ 式中：Ｉ 、Ｊ。——应力张量的第一不变量和应力偏张量 的第二不变量。 由于该准则在ＡＮＳＹＳ程序中采用的是摩尔一库 仑（Ｍｏｒｈ－－Ｃｏｕｌｏｍｂ）不等角外接圆，使得计算结果偏 于不安全，因此本文采用摩尔～库仑等面积圆ＤＰ屈服 准则 ］。摩尔库仑等面积圆ＤＰ屈服准则是与摩尔一 库仑屈服准则近似匹配的屈服准则，该准则的计算结果 更能反映出围岩的实际变形情况。 其中：ａ一 一 （２） √２√３（９一ｓｉｎ ） ｋ一— （３） Ａ—— 一 ＼Ｖ， 、／２√３（９一ｓｉｎ （ｐ） １．２强度折减法的基本原理Ｗｔ３］ 强度折减法是利用公式（４）、（５）不断增大折减系数 Ｆ ，使得岩土体的材料参数不断降低，然后进行有限元 分析，
技术协作信息数值模拟也叫计算机模拟，是以计算机软件进行数值分析的一种方法。借助计算机、数学、力学等学科的知识，结合有限元或有限容积的概念，通过数值计算和图像显示的方法，为工程分析、设计和科学研究服务，达到对工程问题和物理问题乃至自然界各类问题研究的目的，已广泛应用到土木工程和科学研究的众多领域。近年来，地下铁道施工技术不断发展提高，地铁施工方法不断创新进步，从单一的明挖法发展到明挖法、暗挖法、盾构法、浅埋深挖法多方法并存，同时从各种施工方法中衍生适用方法，浅埋暗挖洞桩法就是在传统浅埋暗挖分部法的基础上吸收了盖挖法的特点，具有适用范围广、施工效率高、灵活应变强的特点。FLAC（FastLagrangianAnalysisofContinua）是由Itasca公司研制推出的连续介质力力学分析软件，其模拟能力应用广泛，计算能力准确强大，可基于显式差分法求解运动方程和动力学方程。FLAC通过对已确定几何形状的研究区域进行离散化处理，将研究区域划分为以节点连接的若干网格单元，当某个节点受到荷载作用后，由节点的应力和外力变化以及时间步长△t利用虚功原理求得节点的不平衡力，然后将不平衡力重新作用在节点上，进行下一步迭代过程，直到失衡力足够小或节点位移趋于平衡为止。一、工程概况某浅埋暗挖法隧道采用洞桩法施工区段位于崇文门西大街地下呈东西走向，隧道紧邻既有地铁2号线，为单洞双线铁路隧道，总长480m。中洞宽11m，小导洞宽4m，高度4.5m。具体标准横断面如图1。
图1洞桩法隧道标准横断面二、施工过程2D模拟及分析对比试验段现场量测的实际监测数据，重点研究了洞桩法各步序施工所引起的沉降变形，对其大小、分布状态作出规律性的探讨，为下一步针对性地进行三维动态施工数值模拟作筛选性分析。1.施工过程模拟。开挖施作过程平面模拟如下：（a）左侧小导洞开挖支护完成（b）右侧小导洞开挖支护完成（c）正洞开挖支护完成图2洞桩法施工过程模拟技术探讨与推广洞桩法施工数值模拟◎邵轶琦1陈敬2廖俊海3针对浅埋段洞桩法施工工艺的特点，对某隧道进行了数值模拟，定性地分析了洞桩法施工力学行为。研究表明，在开挖初期，临时拱架、台车以及核心土共同作用形成一个承载整体，能有效地减少地表沉降变形；上部核心土开挖后，临时拱架与初衬连接处出现应力集中现象，在开挖过程中应引起重视。
ＢＲＩＤＧＥ ＡＮＤ ＴＵＮＮＥＬ ＣＯＮＳＴＲＵＣＴＩＯＮ ＡＮＤ ＭＡＣＨＩＮＥＲＹ
文章编号：１０００—０３３Ｘ（２０１３）０８—００８９—０４
大跨度黄土隧道施工方法的对比分析与数值模拟
杨海峰
（陕西省交通建设集团公司蓝商分公司，陕西蓝田 ７１０５００）
摘 要：以神府高速墩梁大跨度黄土隧道工程为依托，总结了三台阶七步开挖法和双侧壁导坑法的
施工工序，并结合有限元数值模拟分析，对两种方法进行研究。结果表明：双侧壁导坑法可有效控
制围岩变形和沉降，但工序繁杂，施工进度慢；三台阶七步开挖法可有效提高施工效率，加快施工进 度，但不能有效控制沉降。
关键词：黄土隧道；数值模拟；沉降；变形
中图分类号：Ｕ４５５．４ 文献标志码：Ｂ
Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ａｎｄ Ｎｕｍｅｒｉｃ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ
Ｌｏｎｇ—ｓｐａｎ Ｌｏｅｓｓ Ｔｕｎｎｅｌ
ＹＡＮＧ Ｈａｉ—ｆｅｎｇ （Ｌａｎｓｈａｎｇ Ｂｒａｎｃｈ ｏｆ Ｓｈａａｎｘｉ Ｐｒｏｖｉｎｃｉａｌ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ Ｇｒｏｕｐ，Ｌａｎｔｉａｎ ７１０５００，Ｓｈａａｎｘｉ，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｐｒｏｊ ｅｃｔ ｏｆ ｌｏｎｇ—ｓｐａｎ ｌｏｅｓｓ ｔｕｎｎｅｌ ｏｎ Ｓｈｅｎｍｕ—Ｆｕｇｕ Ｅｘｐｒｅｓｓｗａｙ，ｔｈｅ
ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓ ｏｆ ｔｈｒｅｅ——ｓｔａｉｒ ｓｅｖｅｎ——ｓｔｅｐ ｍｅｔｈｏｄ ａｎｄ ｔｗｏ ｓｉｄｅ——ｗａｌｌ ｐｉｌｏｔ ｔｕｎｎｅｌ ｍｅｔｈｏｄ
ｗｅｒｅ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ａｎｄ ｓｔｕｄｉｅｄ ｗｉｔｈ ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅ ｔｈａｔ ｔｗｏ ｓｉｄｅ—ｗａｌｌ
ｐｉｌｏｔ ｔｕｎｎｅｌ ｍｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｔｈｅ ｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇ ｒｏｃｋｓ ａｎｄ ｓｅｔｔｌｅｍｅｎｔ，
