隧道全长粘结式锚杆有限元模拟分析研究

锚杆尤其是全长粘结式砂浆锚杆是隧道工程广泛应用的支护型式,但由于目前对全长粘结式砂浆锚杆支护作用力学机理认识不足,使其设计方法存在一定的局限性.针对某隧道工程,基于新型复合砂浆锚杆有限单元模型,采用非线性有限元分析了全长粘结式砂浆锚杆设计参数对支护效果的影响,并对隧道变形与塑性区分布规律进行探讨,从而为隧道支护设计提供了参考依据,完善了隧道全长粘结式砂浆锚杆支护的理论与方法.     

支护结构对千枚板岩隧道围岩稳定性的影响研究

隧道支护结构对控制围岩变形、保障施工安全至关重要。为研究支护结构参数对围岩稳定性的影响,文中以九绵高速桂溪隧道为依托,使用midas GTS建立隧道模型,针对支护结构参数对千枚板岩隧道围岩稳定性影响进行研究,研究初期支护喷射混凝土厚度、锚杆尺寸、排距和环形间距,以及管棚支护布设范围和注浆厚度等支护参数。结果表明,在一定范围内,增加喷射混凝土厚度、提高锚杆长度、减小锚杆布设排距、减小锚杆环形间距、增大管棚支护施作范围,以及合理选择注浆厚度均能提高隧道围岩稳定性。     

复合式衬砌隧道总安全系数设计法修正与应用研究

为评价复合式衬砌这一整体结构的安全性，对以往所建立的复合式衬砌隧道总安全系数设计法的不合理之处进行修正，并再次分析不同铁路隧道的安全性，同时与挪威Q法支护参数进行对比，最后结合案例说明该方法在断面形式比选方面的应用。结果表明： 1）所建立的总安全系数设计法可以为初期支护和复合式衬砌的支护构件选择、量化设计和整体优化设计提供一定的理论基础。2）采用总安全系数设计法对不同铁路隧道安全系数计算的结果与现场实际施工情况、既有隧道病害情况基本相符。3）挪威Q法提出的支护参数如果用于我国时速350 km的高速铁路双线隧道，Ⅲ、Ⅳ级围岩总安全系数满足要求且较为经济，但Ⅴ级围岩安全系数偏低；采用耐久性锚杆有利于充分发挥锚杆-围岩承载拱的支护作用，从而可以减少喷层和二次衬砌的强度，提高经济性。4）总安全系数设计法可以用于隧道断面形式与支护参数的精细比选。     

裂隙岩体隧道支护受力变形分析及锚杆参数设计建议

隧道穿越节理裂隙发育岩体时,支护形式、参数与节理发育产状密切相关,宜针对性设计,而不是简单的套用规范推荐参数。依托贵州独平高速公路在建隧道工程,通过数值计算分析了不同节理发育程度下结构受力变形特性,结合现场试验及监测提出了锚杆支护参数的设计建议。研究表明,对于独平高度公路控制性隧道工程,Ⅲ、Ⅳ级围岩可采取局部锚杆,V级围岩可取消系统锚杆,但必须施作超前小导管和锁脚锚杆。     

喷射机械手智能控制系统与喷射路径规划设计研究

为提高隧道施工中混凝土喷射的效率与质量,减轻劳动强度并使作业人员远离喷射区域,在机械化操作的基础上,研发喷射机械手智能化控制系统,对智能化控制系统的构成、各子系统的原理与作用进行介绍。喷射机械手智能化控制系统采用全站仪作为测量仪器,采用定位算法计算隧道大地坐标系与湿喷机基坐标系之间的转换关系; 采用三维激光扫描仪获取待喷面的点云空间坐标,计算待喷面的超欠挖信息; 利用机器人学建立喷射机械手运动学模型,设计正解算法与逆解算法计算喷射机械手的空间位姿,并根据目标空间位姿反算喷射机械手各关节运动值的路径规划系统。工程实践结果表明： 智能化喷射控制系统可以对周边环境进行识别,根据识别结果规划喷射路径,并根据不同区域的超欠挖情况动态控制喷射参量。     

4线车站浅埋隧道施工过程中锚杆受力特性研究

针对大跨大断面隧道,若按传统设计,锚杆长度及环、纵向间距等参数沿拱墙范围不变,势必产生浪费,增加成本。为了解特大跨大断面浅埋隧道分部开挖施工过程中锚杆的受力变化特征及各部位最终受力状态,以六(盘水)沾(益)铁路乌蒙山2号4线车站隧道工程为背景,采用数值模拟和现场测试方法,开展分部开挖系统锚杆轴力分布特点研究。研究结果表明:1)锚杆受力大小与部位相关,不同部位的锚杆轴力差异显著,边墙部位锚杆轴力拱肩部位锚杆轴力拱顶部位锚杆轴力。2)基于锚杆受力特征可知,系统锚杆可采用不等参支护。3)大跨大断面隧道采用系统锚杆不等参支护,既经济又可节省工程建设时间。     

地铁隧道新型初期支护结构支护参数敏感性正交数值模拟试验

为研究喷混等级、波纹钢板厚度、砂浆锚杆长度和间距4 种主要因素对隧道围岩稳定性的影响程度,以广州市轨道交通22 号线横沥站至番禺广场站暗挖区间隧道工程为研究背景,把正交试验法与地下工程有限元法结合应用于隧道支护参数的优化,并设计了9 种试验工况,通过极差分析优化锚喷支护参数和波纹钢板厚度,利用结构内力验算安全系数确保其满足设计要求。研究结果表明: 针对广州地区典型的上软下硬地层,分析了不同支护参数组合下的围岩及支护结构受力变形规律,得出了优化后的支护参数;通过极差分析得到混凝土等级为重要影响因素,在很大程度上影响了围岩的稳定性,而波纹钢板、锚杆长度和间距为次要影响因素。     

湿喷技术在长大扁平公路隧道施工中的应用

为探索长大扁平公路隧道快速湿喷技术应用,以多种混凝土喷射机械手型号在京沪高速济南连接线浆水泉隧道中实践应用为例,从机械手的选型,初期支护混凝土的配合比设计、原材料控制、湿喷操作技术、机械手优缺点分析、事故注意事项等方面对喷射机械手应用进行阐述和分析,并进行了总结,以期为其他同类型公路隧道的初期支护施工提供一定的借鉴。同时实践证明了大型混凝土机械手具有很好的发展前景。     

基于仿真模拟的公路隧道照明设计优化

我国公路隧道建设里程飞速增长，隧道内照明环境因灯具布设参数不合理，内饰环境单一所带来的安全与能耗问题日益凸显。根据照明灯具布设参数优化流程，以浙江省铜关隧道为例，利用照明仿真软件对灯具纵向间隔、安装高度、横向间隔、安装夹角以及灯具布置形式进行了系统地优化与选用说明，得到了最佳的灯具布置形式与布设参数，充分发挥灯具最大光效，避免了光照环境的设计冗余；并在此基础上提出了7种新的隧道内饰组合方案，为隧道照明环境设计优化提供了借鉴与参考。     

基于Revit的新奥法隧道初期支护构件参数化建模研究

为推动BIM技术在新奥法隧道设计与施工中的应用，开展隧道初期支护构件的参数化建模研究。通过研究锚杆、小导管、格栅钢架等初期支护构件在隧道设计与施工过程中的特点，利用Revit进行二次开发，研究隧道构件的参数化建模方法，通过改进算法开发一种能够实现初期支护模型快速创建与自动布设的插件。研究结果表明： 通过对Revit进行二次开发，能够显著提高新奥法隧道初期支护构件的建模效率，在实际建模过程中具有很好的应用效果。     

浅埋偏压隧道双侧壁导坑法开挖数值模拟研究

以柞山高速段小岭隧道为依托,建立数值分析模型对隧道洞口浅埋偏压段开挖与支护过程进行数值分析,探讨了围岩与衬砌材料的变形与应力变化规律。研究结果表明:偏压导致隧道洞口两侧出现超过18mm的变形差,通过锚喷支护可将该变形差控制在7mm以内;偏压隧道稳定性最不利位置出现在拱顶与底部处,在拱顶右侧与拱底左侧出现应力集中现象;双侧壁导坑法相对于预留核心土开挖法可以更好地控制拱顶处竖向变形;设计中应合理设计衬砌参数,防止锚杆等材料处于屈服状态,保证隧道施工安全。     

浅埋偏压隧道初期支护参数影响分析及优化设计建议

依托吉林省鹤大高速公路回头沟隧道工程,运用有限元数值模拟,从锚杆长度、环向间距、喷混凝土厚度等方面分析隧道初期支护结构参数对围岩稳定性的影响规律。在对称和非对称设计时,综合考虑锚杆轴力、洞周位移以及衬砌的结构安全系数等方面对回头沟隧道浅埋偏压段Ⅴ级围岩的支护结构给出优化设计建议。     

将军山隧道节理特征对围岩稳定性的影响及锚杆支护机理研究

节理岩体隧道破坏与节理属性密切相关。文中依托将军山大跨隧道,分析节理特征对隧道围岩稳定性的影响,阐述节理岩体隧道围岩失稳机理和锚杆支护机理,提出节理岩体隧道锚杆支护设计建议。结果表明,块体塌落区分布在两组节理与隧道相切形成的三角区,为围岩失稳关键区域;节理张开区、剪切滑移区由拱腰延伸到拱脚、拱肩,向围岩深部发展,呈蝶形分布,为围岩失稳潜在区域;节理岩体失稳机理为开挖应力平衡打破—应力降低区出现—节理面剪切滑移—节理面张开—块体塌落;节理岩体锚杆作用机制为对节理面施加法向应力以增加节理面摩擦阻力、锚杆轴力提供抗滑力、锚杆抗剪能力限制节理面相互错动。     

木寨岭隧道炭质板岩段大变形控制技术

为解决高地应力炭质板岩隧道大变形的控制问题,以木寨岭隧道为例,从地质原因、设计原因、施工原因方面进行了大变形原因分析,通过选择合理的支护参数、采取保护围岩的施工理念,长锚杆、锁脚锚杆进行加强、优化断面形状、预留合理变形量并确定变形控制标准,适时进行支护加强、短台阶或超短台阶快开挖、快支护、快封闭和衬砌适时施作等综合施工技术,有效抑制了隧道大变形的发生。     

木寨岭隧道变形分析及初期支护参数优化研究

为经济有效地控制高地应力软岩隧道施工大变形,以木寨岭铁路隧道施工为例,通过建立数值分析模型,对不同初期支护厚度、锚杆长度及钢架间距的变形控制效果进行对比分析,得出了木寨岭隧道开挖变形规律,并对初期支护参数进行了优化,可为类似地质及施工环境下的隧道施工提供技术参考。     

隧道埋深对隧道结构的影响

以九岭隧道为背景,利用数值方法建立了在Ⅳ级围岩下不同埋深的隧道仿真分析模型,研究了各埋深中拱顶位移、锚杆最大内力、一期支护最大弯矩、一期支护最大轴力等位移、内力参数随埋深改变的变化规律。     

大跨度隧道初级支护中锚杆的受力特性研究

由新奥法隧道设计理论可知,锚杆是通过其轴向拉力来实现对围岩的加固作用的,也就是说锚杆发挥其锚固作用是利用其抗拉特性。为了深入了解高速公路大跨度隧道锚杆的实际受力特征,以邢汾高速公路邢台段某隧道为例,对其Ⅳ级围岩深埋段选定一处典型监测断面,采用现场监测的手段对锚杆的受力状态进行监测。监测结果显示:3根测力锚杆在其内部的大部分测点均承受压力。这一监测结果与理论上锚杆受拉完全相反,锚杆承受压力是不能发挥支护作用的;其余少数测点承受拉力,最大实测拉力约为7 k N,该值仅占到锚杆可承受最大设计拉力92k N的7.6%。可以认为,某隧道在该监测断面处系统锚杆发挥的抗拉性能极其有限,几乎起不到应有的支护作用,这对修改现有隧道围岩支护设计规范提供了数据支持。     

高速铁路隧道支护参数的计算研究

为探索隧道初期支护安全系数的计算问题,并为高速铁路隧道支护参数优化提供理论依据,根据喷锚支护的性能与特点以及现代隧道力学的基本理论,建立初期支护荷载结构模型和对应的安全系数计算方法; 针对时速350 km高速铁路双线隧道提出的3种不同的初期支护方案（无系统锚杆支护、喷锚结合支护和以锚为主的支护方案）展开适应性研究,计算分析不同埋深（400 m和800 m）条件下初期支护的优化参数以及优化后的二次衬砌承载能力,在此基础上提出优化后的高铁隧道支护参数建议值,并对优化前后的安全系数进行计算与对比。主要结论如下： 1）提出了采用围岩压力代表值作为荷载结构模型设计荷载的方法,为解决设计中围岩压力不确定的问题提供了思路,且所推荐的围岩压力代表值计算方法具有安全性与经济性; 2）提出了3种初期支护计算模型,可以为初期支护构件的选择与量化设计提供一定的理论基础; 3）提出了时速350 km高速铁路双线隧道初期支护方案及优化后的复合式衬砌设计参数,并明确了不同围岩级别、不同埋深时的承载主体; 4）提出了按照不同埋深进行支护结构参数设计的建议。     

水平砂泥岩隧道锚杆支护变形和受力特性研究

为了分析水平砂泥岩隧道锚杆支护效果,以段家坪隧道为例,通过数值模拟和现场监测,对隧道拱顶沉降、锚杆轴力和初期支护与围岩接触压力进行研究。结果表明:锚杆长度达到3 m,锚杆间距达到1.5 m后,继续增加锚杆长度和减少锚杆间距对于隧道拱顶沉降的控制作用不再明显;隧道拱部锚杆轴力较大,隧道拱腰和拱脚处锚杆受力较小;随着水平砂泥岩隧道围岩强度的降低,拱部锚杆轴力不断增大。围岩强度越低,锚杆能够更好发挥控制围岩变形的作用。     

预应力中空注浆锚杆在苍岭隧道防岩爆设计中的应用

以苍岭特长公路隧道为依托,通过对锚杆作用机理的深入分析,得出了岩爆段预应力锚杆的作用机制,在此基础上,以苍岭隧道中等岩爆段为研究对象,结合设计中选取的预应力中空注浆锚杆的技术性能,研究了不同预应力及间距下的锚杆防岩爆效果,提出了该地段的锚杆设计防岩爆原则,得出了合理的锚杆防岩爆预应力初始值和间距,有力地指导了设计和施工...