确定小净距隧道合理净距的数值模拟研究

小净距隧道合理净距的选择对其稳定性及工程造价具有重要的影响。影响小净距隧道合理净距的因素很多，有围岩级别、断面型式、施工方法等。解析法虽然可以得到规则情况下围岩应力、位移的精确解，但是对复杂情况下却很困难。而数值方法可以计算各种复杂情况下围岩的应力、变形、塑性区分布等情况，从而可以根据结果合理确定其合理净距。采用传统有限元法和强度折减弹塑性有限元方法，针对某工程实例，计算了不同净距情况下隧道的应力、位移、塑性区分布及安全系数，并把强度折减法计算的安全系数发生突变时的净距作为合理净距，和传统有限元计算分析的结果相吻合。     

小净距隧道稳定性影响因素的数值模拟

运用ANSYS数值模拟手段,对不同埋深、净距、围岩等级的小净距隧道进行三因素四水平的正交试验,通过对不同因素组合下隧道帮部、顶底板应力及位移的综合分析,结果表明:埋深对隧道围岩的应力影响最大;围岩等级对隧道顶底板的位移影响最大;埋深对远离中夹岩柱的帮部位移影响最大,而围岩等级对靠近中夹岩柱处的帮部位移影响最大.     

浅埋小净距隧道合理净距及围岩稳定性分析

以贵州盘兴高速公路司家寨小净距隧道工程为例,采用有限差分法对不同净距下的小净距隧道进行了数值模拟研究,对比分析其拱顶沉降、拱底竖向位移、中夹岩竖向位移及剪应变增量的变化规律,探讨Ⅴ级围岩下的隧道合理净距以及围岩稳定性。结果表明:净距较小时隧道左右洞开挖的应力叠加效应明显,随着净距的减小,计算的各数值明显增大,围岩特别是中夹岩极有可能发生屈服破坏甚至失稳;小净距隧道选择净矩D为10 m较为合适。隧道的最大变形出现在拱顶、拱底靠近中夹岩柱方向约20°左右位置,而中夹岩的最大变形主要出现在中岩体靠近开挖断面位置且处于上下分布。     

小净距偏压公路隧道开挖顺序优化

小净距偏压隧道合理开挖顺序对隧道围岩稳定和支护措施优化有很大的影响。结合净距4.0m、偏压25°公路隧道工程实践,通过二维、三维弹塑性有限元数值仿真模拟,分析了隧道开挖顺序对围岩破坏接近度、围岩变形位移以及对空间围岩体塑性破坏和位移的影响,得到了先开挖浅埋侧隧道优于先开挖深埋侧隧道的结论,为小净距偏压隧道优化设计和施工提供了科学依据。     

小净距隧道洞周变形特征数值分析

采用二维弹塑性数值计算方法,对小净距隧道拱顶位移、水平收敛进行数值模拟计算,研究围岩级别、净距、开挖方法对隧道变形的影响,揭示小净距隧道洞周变形特征。研究结论可为小净距隧道的设计、施工提供一定的指导。     

大跨度小净距隧道施工过程力学行为研究

对于软岩大跨度小净距隧道,由于软岩工程性质差,且隧道施工工序较多,隧道围岩稳定性受施工扰动的影响更为显著,隧道净距对围岩稳定性的影响更为直接;分析软岩大跨度小净距隧道的净距对隧道施工力学行为的影响,确定最小净距有着重要的现实意义.以二广高速公路西岸大跨度小净距隧道为实例,以隧道V级围岩为研究对象,在模型概化、参数综合选取的基础上,通过ANSYS数值模拟分析了隧道不同净距对隧道围岩应力、变形及塑性区分布的影响,并确定此类隧道的最小净距不宜小于0.45倍的单洞跨度,该结论对软弱围岩大跨度小净距隧道的净距选择有一定的指导意义.     

小净距隧道围岩整体稳定性的下限分析

小净距隧道围岩的整体稳定性分析,目前分析研究比较少。运用边坡稳定性分析适用的强度折减原理进行评价小净距隧道围岩整体稳定性,以围岩塑性区贯通、位移突变或位移超过规范值与计算不收敛3种方法综合作为围岩失稳破坏的判据。通过计算分析可知在不同的折减系数下塑性区贯通基本与位移突变同步,且早于位移超过规范值及计算不收敛。塑性区贯通为围岩破坏失稳的必要非充分条件,故采用塑性区贯通作为强度折减法判据所得为围岩整体稳定性系数的下限解。利用塑性区贯通作为判据,得到戴峪岭2号小净距隧道围岩整体稳定系数下限值约为2．7,表明该隧道具有足够安全储能。     

小净距偏压公路隧道围岩应力分析

以京福高速公路三明—福州段某小净距偏压隧道为例，采用数值模拟分析方法，对隧道净距、进口斜坡坡度、埋深对围岩的应力的影响进行分析，总结隧道围岩的应力变化特征，对小净距偏压隧道的设计与施工有一定的参考价值。     

岩溶隧道结构受力变形特性分析及处置技术研究

该文结合都安至巴马高速公路弄莫岩溶隧道施工过程,利用Midas-GTS有限元计算软件对侧部含有溶洞的隧道围岩及处置结构的稳定性进行数值模拟研究,分析隧道开挖对围岩和支护结构受力变形特性的影响,探究偏压墙和树根桩方式处理岩溶隧道的处置效果。结果表明:隧道开挖过程中,隧道底部围岩、复合地基顶部、桩基顶部均出现隆起;偏压墙靠近溶洞附近部位的水平位移变化速率较大,偏压墙最大压应力出现在左上角位置,隧道开挖时应对该部位的稳定性给予特别重视;隧道开挖完成之后,处置结构和周边围岩的位移和应力都趋于稳定,偏压墙和树根桩处置方案具有良好的效果。     

软岩小净距隧道贯通错距选择研究

软弱围岩小净距隧道在双向开挖贯通时,隧道双幅相隔较近且相互扰动大,容易引起围岩大变形甚至导致贯通段失稳,合理选择左、右幅贯通错距具有相当重要的现实意义。针对云南省某软岩小净距大断面隧道贯通时的贯通错距选择问题,对隧道贯通段进行受力分析和数值分析,分析不同贯通错距下引起的围岩位移和应力的变化情况,经综合对比认为错距在(3～5) D时围岩拱顶沉降和周边收敛值均小于围岩允许的预留变形量,围岩的受力较小,有利于岩体稳定;隧道断面大时取小值,断面小时取大值。选取3D为贯通错距并在实际施工中得到了较好的验证,可为类似软岩小净距隧道贯通错距选择提供参考。     

隐覆溶洞对地铁盾构隧道稳定性影响的数值分析

为研究岩溶区隐覆溶洞对盾构地铁隧道区间稳定性的影响，依托位于高原岩溶发育区昆明轨道交通4号线联大街站—吴家营站区间盾构地铁隧道工程，应用物探钻孔法和电磁波CT法勘探盾构地铁隧道区间的溶洞分布； 采用三维有限元数值分析方法，分别研究盾构隧道不同埋深时隧道下侧溶洞对隧道稳定性的影响，以及隧道周边溶洞半径、溶洞填充状态、溶洞位置、溶洞隧道间距对盾构隧道开挖稳定性的影响，分析岩溶发育区盾构法地铁隧道施工过程中隧道结构的稳定性。研究结果表明： 1）综合应用钻孔法和电磁波CT法，可较好地判断岩溶强发育区内的溶洞分布； 2）当隧道周边溶洞尺寸和位置不变时，盾构隧道围岩塑性区和变形量随溶洞埋深的增大而增大； 3）当隧道周边溶洞半径增大时，溶洞与隧道围岩间的应力集中区域变得分散，盾构隧道围岩变形量减小； 4）隧道周边溶洞内填充物及数量对盾构隧道围岩的变形量基本没有影响； 5）隧道周边溶洞位置对盾构隧道围岩变形的影响程度分别为盾构隧道围岩左、右侧的溶洞大于盾构隧道围岩下侧的溶洞，盾构隧道围岩下侧的溶洞大于盾构隧道围岩上侧的溶洞； 6）隧道周边溶洞仅在距隧道一定范围内才对盾构隧道施工稳定性有较大影响。     

不同位置充水溶洞对隧道开挖临界拱圈影响的数值分析

为揭示不同空间位置溶洞对隧道开挖拱圈的受力情况及危险程度,采用数值模拟方法,建立了分布于隧道拱顶、拱腰、边墙、拱脚及拱底的5种充水溶洞模型,在渗流模式下进行耦合收敛计算。在每一种工况下,采用全断面法模拟隧道开挖,随着开挖步的推进,溶洞与隧道间围岩逐渐达到塑性区贯通,以此时的隧道开挖拱圈为临界拱圈,并在临界拱圈均匀设置孔隙水压力监测点,分别提取各监测点在模型渗流平衡状态与开挖至临界拱圈时的孔隙水压力,计算两者孔隙水压力相对变化率。根据风险等级,将孔隙水压力相对变化率划分为红、橙、黄三级范围,最终基于数值计算结果可确定各工况的临界拱圈危险分区。该研究成果可用以指导隧道在不同空间溶洞下的合理施工和安全措施布控。     

引水洞爆破施工对既有隧道衬砌的影响分析

某铁路隧道建成运营后,受溶洞区域水压大的影响,岩溶核心段出现衬砌渗漏水现象。为了解决衬砌渗漏水问题,通过在正洞顶部施作引水洞,截取岩溶水,减小作用在隧道衬砌周围的荷载。本文结合某铁路隧道引水洞爆破施工,通过从爆破震动、结构变形等动态监控和土压力、型钢应力、混凝土应变等静态监控,分析引水洞施工期间正洞衬砌结构受力和变形情况,得出爆破震动速度和结构受力都控制在允许标准以内,并且隧道结构变形很小、结构受力相对稳定,说明引水洞施工对正洞衬砌结构影响小,保证了运营线的安全。     

多溶洞隧道围岩应力解析解研究

基于复变函数,推导了双溶洞隧道之间相互影响的应力解析解。研究表明：当溶洞距隧道位置不变的情况下,溶洞洞径越大,隧道围岩应力越大;当溶洞洞径以及溶洞距离隧道位置不变的情况下,溶洞离隧道越远,隧道围岩应力越小;当溶洞洞径以及溶洞与隧道距离不变的情况下,溶洞的位置分布不同,隧道围岩应力的分布会改变。     

地铁隧道盾构下穿既有隧道的数值模拟

随着城市轨道交通的快速发展，新建隧道施工临近既有已运营隧道的情况越来越多。以某工程中新建盾构隧道下穿既有已运营隧道为背景，运用大型有限元软件ABAQUS对盾构下穿施工过程进行了模拟，分析了既有隧道的应力和位移以及不同地层损失、不同覆土厚度和隧道间距对既有隧道的影响。结果表明:新建隧道盾构下穿施工使既有隧道的应力分布发生变化，并使既有隧道产生向着新建隧道的位移，最大位移发生在新建隧道下穿位置；地层损失、覆土厚度、隧道间距对既有隧道沉降的影响较大，在设计、施工过程中应引起足够的重视。     

岩溶发育位置对近接高铁隧道施工影响分析

为研究岩溶发育位置对三台阶七步开挖法隧道施工稳定性的影响规律,建立隧道施工力学数值模型,分析四种工况下隧道围岩应力场、隧道变形和支撑结构应力的变化情况。结果表明:岩溶发育位置在隧道侧边时,比岩溶发育在顶部、底部,对隧道施工稳定性的影响更大。     

现浇混凝土综合管廊变形缝设置间距优化研究

为科学合理地确定综合管廊变形缝的间距,以合肥市高新区明珠大道段现浇混凝土综合管廊为工程背景,分标准段管廊和双标准段管廊2 种情况,变形缝设置间距分别为20、30、40 m,管廊上部覆土厚度分别为2. 5、3. 5、5 m,运用有限元软件Midas GTS NX 建立三维数值模型,计算得到现浇混凝土综合管廊正常使用阶段的应力和变形,分析综合管廊变形缝间距变化对结构受力变形的影响。通过理论分析和数值计算结果得出以下结论: 1)交通荷载对管廊结构受力和变形有显著影响; 2)综合管廊变形缝间距小于30 m 时,管廊结构变形变化不大,变形缝间距大于30 m 后,随着标准段长度的增加,管廊的变形有较明显的增大; 3)合肥典型地质条件下现浇混凝土综合管廊变形缝间距设置为30 m 时,管廊的应力和变形均远小于规范允许值,因此可以经过科学计算将变形缝间距设置为40 m。     

岩溶地区隧道衬砌受力及变形特征的有限元分析

运用ABAQUS有限元分析软件,结合岩溶地区山岭隧道的工程实例,建立隧道施工过程的三维有限元模型,研究了岩溶地层对隧道围岩和初期支护结构受力和变形的影响。结果表明:在岩溶地区开挖隧道,衬砌拱顶承受较大的应力而边墙部分承受较小的应力;边墙及拱顶均存在下沉现象,且位移呈直线增长趋势,隧道围岩底部存在一定程度的反拱现象。     

岩溶隧道瞬变电磁三维超前探测技术研究

针对岩溶发育地区隧道开挖时现有地质预报技术对岩溶突水较难做出准确预测的问题,设计出大断面三维多匝小回线瞬变电磁探测技术。依据岩溶发育特点,采用数值模拟方法对隧道掌子面前方25 m和50 m处不同体积富水溶洞进行模拟,研究掌子面前方不同距离和规模的低阻异常体瞬变电磁响应特征。基于数值模拟结果,在张吉怀铁路古丈隧道岩溶发育段进行探测验证,结果表明： 1）溶洞模型在二维视电阻率等值线断面图上25 m和50 m处形成闭合、视电阻值小于60 Ω·m的低阻区,低阻区与设计的模拟体的位置和范围一致; 2）大断面三维多匝小回线瞬变电磁探测三维显示结果与现场实际揭露情况基本吻合,采用该技术能够准确预报掌子面前方17~30 m、隧道两侧20 m到隧道中轴线的充泥含水溶洞。     

隧底溶洞处理后衬砌的受力分析

隧道底部溶洞处理时,存在填充物弹性模量大于围岩弹性模量现象,影响衬砌受力状态,可能导致裂缝的产生。针对这一问题,以温克尔弹性地基梁理论为基础,对溶洞处理后衬砌的内力和位移进行计算,并结合数值模拟结果进行对比分析。主要研究结论如下： 1）溶洞填充物对衬砌起支撑作用,引起溶洞与围岩交界处附近出现较大剪力和弯矩; 2）溶洞段衬砌拉应力增大较快,应加强此段衬砌结构的配筋,加设抗弯和抗剪钢筋,提高结构抗拉及抗剪能力,达到抑制裂缝产生的目的; 3）确保溶洞填充物尽量与围岩弹性模量相近,交界处介质的弹性模量连续递变,以改善溶洞段衬砌的不利受力状态。