孔隙水作用下浅埋圆形隧道支护反力上限计算

浅埋隧道的支护反力的确定是控制隧道围岩稳定性的关键,针对浅埋圆形隧道,基于极限分析上限定理和一定的假设,考虑了孔隙水压力作用,计算了内能耗散和外力功率,得到了孔隙水压力作用下浅埋圆形隧道的支护反力的上限解,将浅埋圆形隧道的支护反力求解转化成一个数学优化问题,并利用MATLAB编制相应计算程序。计算结果表明：埋深H、内摩擦角φ、洞径h、孔隙水压力系数λ都对浅埋圆形隧道的支护力有很大的影响。     

基于极限分析的复合地层浅埋隧道掌子面上限支护压力研究

合理确定掌子面支护压力是保证隧道正常施工及周边环境安全的关键。为探究浅埋隧道中不同复合程度下复杂地层支护力上限值变化规律,基于三维有限单元极限分析软件Optum G3,建立一种考虑不同泥岩比例的浅埋隧道掌子面极限支护压力上限解模型,并通过案例对比分析验证模型的有效性。基于此,进一步探讨不同泥岩复合比例下掌子面支护压力上限解及对应失稳模式,并进行参数敏感性分析,拟合得到对应的简化计算公式。结果表明:1)复合地层盾构隧道开挖过程中,泥岩比例低于50%时,掌子面支护力上限值增长平缓,大于该值后支护压力迅速上升; 2)复合地层掌子面破坏模式显著区别于均质土层,泥岩比例小于50%时,易失稳点出现在砂层与泥岩交界处,位置随泥岩比例的增加而上升,大于该值后出现在隧道中心位置并保持恒定; 3)极限支护压力上限解与隧道埋深比C/D、覆土内摩擦角φ及黏聚力c值呈正相关,且埋深比C/D越大,增长的幅度越大,当泥岩比例大于75%后,不同黏聚力下的极限支护力趋于接近。     

基于椭球体失稳坍落理论的隧道掌子面失稳计算研究

为研究维持软弱围岩隧道掌子面稳定所需的掌子面支护力,以筒仓理论和太沙基压力理论为基础,借鉴运用椭球体失稳坍落理论,建立隧道掌子面失稳理论计算模型,推导隧道掌子面失稳计算公式,求出维持掌子面稳定的最小支护力和完整失稳坍落椭球体的临界埋深值。通过分析隧道埋深与坍落椭球体高度的4种位置关系对计算参数的影响,给出不同位置关系情况下竖向深度z和作用于椭圆台台面的土压力q0的求解方法,并将推导公式与经典公式进行对比,验证推导公式的合理性。最后,运用推导出的隧道掌子面失稳计算公式对实例进行分析,求得维持掌子面稳定的掌子面最小支护比,并用数值模拟方法进行验证。验证结果表明： 推导公式与数值模拟结果具有较好的一致性。     

地震荷载作用下浅埋隧道稳定性极限分析上限解

为揭示地震荷载作用下浅埋隧道的稳定性,基于极限分析上限法,结合拟静力法,构建了浅埋隧道刚性块体破坏模式,并推导了隧道顶部支护反力q的理论表达式。基于理论公式,编制了Matlab计算程序,计算分析了不同地震水平方向峰值加速度a_h时浅埋隧道的稳定性。研究结果表明:隧道顶(底)板与侧墙支护反力随着地震水平方向峰值加速度增大而增大,且地震水平方向峰值加速度越大,变化趋势愈显著;隧道顶(底)板支护反力随着侧压力系数K增大而减小,而隧道侧墙支护反力随着侧压力系数K增大而增大。研究结果可为指导浅埋隧道极限抗震能力设计提供新的思路。     

不同埋深比下浅埋隧道稳定性的上限分析

在线性破坏准则下,采用极限分析上限法对浅埋隧道的围岩压力和稳定系数进行理论推导,并且采用序列二次迭代算法进行优化求解.研究表明:对于浅埋隧道,埋深较大的地段其支护反力会较大,在施工过程中应注意和加强支护,但由于围岩的自稳能力也较强,故隧道的稳定性会较好.     

土质地层圆形隧道均布支护反力上限有限元分析

应用适宜于岩土稳定性分析的六节点三角形单元极限分析上限有限元程序,详细分析了土质地层圆形隧道均布极限支护反力和失稳破坏问题,获得了不同埋深C、土体重度γ、内摩擦角φ、黏聚力c等综合因素影响下极限支护反力系数上限解图表及以塑性乘子表达的地层失稳破坏形态。研究结果表明:支护反力系数Nγ、Nc上限解与太沙基土压力理论解参数影响规律基本一致,且内摩擦角φ和隧道埋深C与直径D之比(C/D)对于隧道极限支护反力系数Nγ、Nc及地层破坏模式影响较明显。当φ较小时,隧道地层失稳破坏模式与太沙基土压力理论假定的破坏形态吻合较好;当φ较大时,上限有限元法获得破坏模式局限于隧道周边一定范围且呈现出明显"拱效应"现象。     

基于变分法原理的浅埋隧道围岩压力上限研究

浅埋段隧道上覆岩土厚度随埋深发生变化,且受地形条件影响,有必要考虑埋深对隧道支护结构设计的影响。为得到变化埋深条件下洞口浅埋段的围岩压力分布和影响长度,基于Hoek-Brown 破坏准则,采用极限分析上限理论,得到浅埋段隧道上方塌落体的构成曲线,并基于变分法原理获得浅埋段隧道极限支护力(反力为围岩压力)沿隧道轴向的变化规律曲线。通过分析,得到以下结论: 1)围岩压力随上覆土厚度增加而呈曲线增加; 2)依据围岩压力随距离(埋深)的变化关系可以得到浅埋段的有效影响范围,超过影响范围的围岩压力几乎不随埋深变化,可以视为深埋段; 3)围岩压力和浅埋段临界范围不仅与岩土材料参数有关,也受到隧道断面宽度和地表坡度的影响。     

浅埋软岩隧道拱顶下沉预测及二衬合理支护时机

考虑浅埋软岩隧道随掌子面推进距离及围岩弹塑性、流变特性引起的拱顶下沉,再加上掌子面开挖前的拱顶下沉量,推算出拱顶下沉函数的经验计算公式.利用非线性最小二乘拟合对现场数据进行计算,得到拱顶下沉预测总量,依据规范得出浅埋软岩隧道二衬的合理支护时间.     

浅埋段软岩隧道施工工法优化模拟应用分析

隧道洞口浅埋段施工易受地表水及不良地质条件影响,隧道大变形或掌子面溜塌事故频发,施工安全风险极高。为解决洞口浅埋段软岩隧道变形控制难题,建立三维数值模型,对不同施工工法的围岩变形及其优缺点进行对比分析,确定采用三台阶临时仰拱法,并通过现场应用验证了优化工法的可行性。结果表明:该工法可在中、下台阶增设临时仰拱,隧道初期支护及时封闭成环,支护结构受力得到改善,对变形控制效果较好。虽相比CRD法在控制隧道变形方面略有不足,但综合各方面因素,优先考虑选择该工法,并采取了分阶段支护参数加强措施。经现场施工实践验证,采用该工法配合分阶段补强支护措施,初期支护变形增长速率很快减小并趋于稳定,可有效控制隧道初支大变形,保证施工安全和进度。     

浅埋砂卵石土层隧道掌子面主动稳定性上限分析

依托成都地铁17号线明光站—九江北站盾构法施工区间,通过极限分析上限法及PLAXIS有限元分析方法探究影响浅埋盾构隧道掌子面的影响因素,分析内摩擦角、隧道埋深、隧道断面直径及土体容重对掌子面主动稳定性的影响。研究表明:掌子面支护力随隧道埋深C、隧道断面直径D及土体容重γ的增大而增大,而随内摩擦角φ的增大而非线性减小,且内摩擦角对支护力的影响最为显著。     

基于新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法

依据模型试验和数值模拟结果,总结浅埋隧道围岩渐进破坏特征,以此为依据,建立适用于新奥法浅埋隧道的围岩压力计算模型;经过理论推导,得到围岩压力表达式;算例经Matlab优化得到最优上限解,并与传统理论计算方法作对比分析。结果表明:该文方法计算结果合理,且更适用于新奥法浅埋隧道;适当提高隧道边墙支护刚度或尽早施作仰拱使支护结构闭合成环,有助于减小隧道顶板压力。     

浅埋大跨隧道下穿既有公路施工技术

基于环境保护和充分利用围岩自承能力的原则,在隧道洞口区段广泛采用浅埋暗挖法施工。介绍了某浅埋三车道隧道下穿既有公路的施工方法及相应的支护措施。工程实践表明,对于下穿既有公路的浅埋大跨度软岩隧道施工,采用双侧壁导坑法开挖,以超前管棚、小导管注浆、加强掌子面临时支护、控制弱爆破、临时封闭仰拱为主要措施,能够有效地控制围岩变形,保证施工期间公路车辆的通行。     

回龙山浅埋偏压3车道公路隧道施工大变形分析

在3车道公路隧道施工中,当地质条件较差时,如浅埋偏压的软弱围岩中,隧道时常会发生围岩变形过大,而出现围岩失稳的情况。对于广东曲(江)南(雄)高速公路的回龙山隧道,其出口段在施工中出现了围岩变形大而失稳的事故。本文采用MIDAS-GTS有限元分析软件,对该隧道出口浅埋段的施工进行了数值摸拟,从位移、应力角度分析了围岩破坏的原因,并根据分析结果提出了围岩支护措施,从而为保证隧道顺利通过此段提供了理论依据。     

基于中条山隧道的台阶法几何参数优化分析

为提高台阶法在软岩条件下施工时的安全性,充分发挥其施工高效的固有优势,以中条山隧道为工程依托对该法施工时几何参数的选取进行优化分析。分析采取数值模拟结合现场监测数据的方法,以初期支护结构安全性、掌子面稳定性以及施工便利性作为优化选择的依据。根据研究成果可知:在软岩条件下隧道采用台阶法施工时,上台阶长度控制在4~5 m时隧道初期支护结构受力合理,施工机械操作便利;上台阶高度取值为0.6H(H为隧道高度)时能较好地兼顾隧道的施工效率以及掌子面的稳定性,但是在围岩条件较差如Ⅴ级围岩掌子面出水或浅埋情况下,其取值应适当提高但也不宜超过0.7H。     

非均匀收敛条件下浅埋隧道围岩的弹性解

隧道稳定性分析主要考虑隧道开挖中围岩的应力及位移,对于浅埋隧道,由于上下边界的不对称,稳定性分析存在较大困难。目前众多隧道稳定性计算方法都基于隧道深埋假设,针对一般浅埋隧道的分析多停留在经验总结及数值模拟等方法上或未深入分析浅埋隧道失稳破坏机制。文中开展浅埋隧道围岩弹性研究,基于隧道在无限空间下的弹性解,运用镜像法,考虑隧道周边非均匀收敛情况,得到非均匀收敛条件下浅埋隧道的弹性解。     

大跨径隧道浅埋段施工监测研究

通过对大跨径隧道浅埋段的围岩变形进行现场监测与分析,获得了各施工阶段隧道围岩的地表沉降、拱顶下沉和水平收敛情况,有效地控制了浅埋段隧道围岩变形,为隧道的支护体系设计优化提供了依据,指导了隧道现场施工.     

岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算与分析——以云南麻昭高速公路赵家屋隧道为例

为了解决岩堆体隧道施工经验缺乏和开挖进尺选择随意性的问题,结合云南麻昭高速公路赵家屋岩堆体隧道工程实例,基于筒仓理论,提出了岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算公式,分析了核心土留设长度和不同岩堆体力学参数条件下的合理开挖进尺。结果表明:岩堆体隧道施工中,若不采取预支护或预加固措施,各开挖进尺下隧道掌子面安全系数均较小,掌子面存在失稳风险;留设核心土能明显提高隧道掌子面的稳定性;开挖进尺对围岩黏聚力敏感,这对岩堆体隧道稳定性不利。     

超浅埋下穿高速公路暗挖隧道变形控制施工技术研究

深圳求水山隧道下穿机荷高速公路收费站,地面车流量大,隧道超浅埋并穿越回填土富水地层,结构松软,施工沉降难以控制,施工不当会引起隧道变形坍塌和路面沉陷,危及地面行车安全。为找出控制沉降的关键步序,运用FLAC3D软件对施工过程进行沉降分析,先确定超浅埋隧道在下穿富水软土地层条件下产生变形的原因,再对隧道施工各工序的时间和步距数据进行调研与分析。提出优化后隧道施工工法(双侧壁导坑微台阶工法)及拱脚加固、掌子面封闭、地下水处治、开挖及支护工序卡控、监控量测等控制变形技术措施,成功解决变形沉降难题,将拱顶下沉控制在45.6 mm左右,地面沉降控制在184 mm左右,化解了工程安全风险,确保了隧道施工和地面行车安全。     

砂土围岩隧道掌子面破坏模式及影响因素研究

通过16组模型试验,研究砂土围岩隧道开挖中掌子面的变形破坏形态,分析掌子面破坏的模式和影响因素,最后总结出未支护段破坏、掌子面破坏、掌子面和未支护段均破坏等三种破坏模式。文中指出围岩物理力学参数是影响掌子面稳定性的首要因素,并与掌子面稳定性成正相关关系。埋深比、进尺与掌子面稳定性成负相关关系,但对砂土掌子面破坏规律还需进一步研究。     

隧道掌子面稳定性分析的一种简化方法

为提出一种快速、准确评估软弱围岩隧道浅埋段掌子面稳定性的计算方法,在基于楔形块体理论对掌子面稳定性进行分析的基础上,得到一种分析隧道掌子面稳定性的简化方法;采用该方法对黑山南北高速KOSMAN隧道项目的掌子面稳定性进行计算分析。现场实际情况和计算结果表明,该方法具有快速、简便、实用等优点,能够及时、有效地为现场施工提供技术指导,可为今后类似项目提供参考。