大断面隧道双侧壁导坑法数值建模及力学特性分析

依托广西百色达康隧道实际工程,简化隧道施工模型,通过FLAC 3D数值模拟软件构建了隧道施工动态三维模型,模拟了大断面隧道采用双侧壁导坑法施工流程,得到在不同施工步骤时隧道围岩应力、变形,以及隧道衬砌的轴力、弯矩变化情况,探究动态施工过程中围岩变形规律和支护结构受力变化规律,并且分析了隧道向前掘进时距掌子面不同距离的断面拱顶、拱底的变形量,分析了其变化规律,对双侧壁导坑法施工时超前支护与施工量测具有参考作用。数值分析结果表明,隧道开挖过程中隧道拱顶底达到竖直位移极值,左、右拱腰处产生水平位移极值;隧道开挖对前方围岩影响范围大约为隧道跨度;隧道衬砌轴力与弯矩最大值均出现在左侧导洞初期支护中期支护中部偏上,二衬拱脚两侧和隧道洞室顶部和仰拱处,所受内力较大。     

公路隧道施工扰动分析方法探讨

为了量化研究施工扰动对隧道工程稳定性的影响,采用了理论分析、数值计算的方法,分析了与施工扰动影响密切相关的各类因素,构建了最小施工扰动分析方法及其与隧道工程稳定性的关系。利用拱顶下沉和周边收敛指标建立了反映施工扰动影响的隧道位移评判指标,并依据规范给出了拱顶下沉指标和周边收敛指标取值范围。提出了考虑围岩对原岩应力力学状态的继承能力和围岩安全状态的围岩自承载能力评判方法与表达式,给出了围岩自承载能力评判区域。修正了既有隧道衬砌安全系数,提出了反映施工扰动影响的隧道衬砌安全度评判指标。构建了由隧道位移评判指标、围岩自承载能力评判指标和衬砌安全度评判指标确定的隧道施工最小扰动综合评判公式,并给出了隧道施工扰动程度与隧道稳定状态对应关系及等级划分标准。采用提出的最小扰动分析方法对福州机场二期高速公路工程中金鸡山隧道的两种施工方法进行对比分析,结果表明:采用双侧壁导坑法和CRD法施工,隧道稳定性均属于良好级别,双侧壁导坑法对隧道扰动程度小于CRD法,隧道施工采用双侧壁导坑比CRD法更有利于隧道稳定性。     

基于安全度的大断面黄土隧道施工方法对比分析

为研究大断面黄土隧道围岩和支护结构的安全与稳定,采用有限元软件ANSYS对弧形导坑法(AHM)和核心土加临时仰拱法(CSTIM)的施工过程进行了数值模拟,对比分析了2种施工方法引起的隧道周边围岩位移场、应变场以及初支和二衬的安全性。结果表明:1)采用CSTIM法施工可减小拱顶沉降40%左右,且沉降区域仅在隧道开挖跨度范围内;2)临时仰拱左右两侧安全系数最小仅为0.12,拱顶和左右拱腰安全系数均大于4.0,永久仰拱安全系数处于0.5~2.5之间;3)二次衬砌受力普遍较小,具有足够的安全储备;4)采用AHM法施工围岩竖向位移较大、支护安全系数分布不均、衬砌局部处于受拉状态。因此,从对围岩扰动大小、支护和衬砌安全性以及施工工序等方面综合考虑,CSTIM法均优于AHM法。研究成果可供黄土地区大断面隧道变形控制和施工方法的选择参考。     

大跨度岩溶隧道施工工法比选

随着我国高速公路的发展,在岩溶地区修建隧道工程日益增多,选择合理施工工法是隧道施工安全稳定的重要一环。根据大跨度岩溶隧道中溶腔的发育程度、发育位置以及溶腔内充填物性质的不同,隧道需采用不同施工工法。以乐昌至广州高速公路段某大跨度岩溶隧道为例,采用有限元软件对其进行了三台阶法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法等3种施工工法的比选。最后得出结论：双侧壁导坑法在岩溶隧道施工中能有效的控制围岩塑性区的发展和洞周位移,并且能够有效改善围岩的受力状态,适当提高衬砌的应力水平,是较为合理的施工工法。可为岩溶地区高速公路隧道设计施工提供一定的参考。     

超浅埋大跨双连拱隧道三导洞+洞盖法施工变形特性分析

以厦门第二西通道(海沧隧道)超浅埋下穿兴湖路段双连拱隧道为依托,提出三导洞十洞盖法施工工法;采用数值模拟,研究施工工序对双连拱隧道中隔墙、边墙、初支及衬砌的变形影响规律.结果 表明:中隔墙及侧墙竖向位移在左右洞上台阶贯通后达最大值,当开挖预留核心土及中、下台阶时,中隔墙及侧墙均产生向上的隆起;开挖对中隔墙水平位移影响较...     

考虑渗流影响的深埋隧道围岩-衬砌相互作用研究

山岭地区深埋隧道经常处于高水压工况,渗流对于隧道围岩及衬砌结构安全有较大影响。基于Mohr-Coulomb准则,推导在渗流力作用下围岩和衬砌结构相互作用的弹塑性解析解,得到围岩塑性区半径、围岩应力、位移以及衬砌径向变形等与支护反力间的解析关系。进一步地,引入围岩收敛曲线(GRC)和支护特性曲线(SCC),分析隧道围岩和衬砌的非线性力学特性,采用收敛约束法求得洞周径向位移。依托牛和岭隧道深埋段工程,验证本文基于Mohr-Coulomb准则的理论解析方法的准确性,并针对富水山区隧道支护反力、塑性半径和洞周径向位移关系进行参数分析。研究结果表明:1)增加支护反力可以有效地限制塑性区的发展和洞周的径向位移,初始阶段限制效果明显,后续增加支护反力的效果逐渐减小;2)围岩塑性半径和洞周径向位移随渗流水压力的增大呈非线性增长;3)塑性区半径不变,低渗透性衬砌可以减小所需的支护反力以及洞周的径向位移。     

基于三维数值模拟的软岩超大断面隧道施工技术优化研究

为研究超大断面隧道在软岩地层中开挖施工引起的变形情况,基于铁路设计规范和围岩分级标准对王岗山隧道穿越岩层进行围岩亚分级,通过考虑开挖方向、复杂围岩条件及断层破碎带的影响,利用ABAQUS有限元软件开展三维施工过程模拟,获得三台阶法开挖后的隧道衬砌及围岩受力及变形特征。在此基础上,提出采用更适宜控制变形的双侧壁导坑开挖法,并对其控制效果进行验证。最后,分析影响隧道衬砌和围岩变形的相关因素,得到利于控制变形过大问题的最优进尺设置参数及初期/临时支护形式。数值计算结果表明:1)双侧壁导坑法能够有效降低隧道开挖引起的衬砌及围岩变形;2)锚杆在复杂地层中能够发挥重要作用;3)循环进尺和初期支护强度均对施工引起的变形存在影响,使用新型复合管片临时支护有利于控制隧道衬砌及围岩变形;4)断层破碎带是王岗山隧道施工必须重视的关键部位,除采用合理的开挖工法外,还应辅以其他降低围岩扰动进而控制开挖变形的有效措施。     

双连拱隧道水平收敛位移控制基准研究

本文结合宜（宾）水（富）高速公路鞋底坡双连拱隧道实际工程，利用数理统计和曲线回归分析的方法对隧道（Ⅲ类围岩）水平收敛位移的量测数据进行分析研究，得出对双连拱隧道的水平收敛位移时态曲线易采用双曲线函数或boltzman函数进行回归分析；在埋深小于65m，开挖宽度小于25m的条件下，建立了双连拱隧道水平收敛位移变化的控制基准；首次建立了双连拱隧道水平收敛位移的特征方程。围岩变形控制基准建立，为隧道的安全顺利施工提供了有力保障。     

大跨隧道软弱围岩高效施工工艺

以对桐梓隧道出口段软弱围岩为研究对象,分别模拟双侧壁导坑法、CD法、台阶法3种开挖施工方法下围岩变形的不同特征及衬砌结构的工作状态,分析不同施工过程对围岩及支护的影响。结果表明:3种施工方法初期支护轴力从大到小分别为台阶法、CD法、双侧壁导坑法,弯矩最大值三者相当;台阶法施工隧道二次衬砌的最大主应力比CD法、双侧壁导坑法略小。     

双洞八车道公路隧道施工方案研究

双洞八车道公路隧道最大跨度在23m左右,扁平率小于0．5,为超大断面隧道。通过对某双洞八车道公路隧道在几种围岩条件下多种施工开挖方案的有限元计算分析,得出双洞八车道公路隧道宜采用三心圆拱型断面和复合式支护衬砌,软弱围岩段宜采用双侧壁导坑法开挖,并通过相似模型实验研究,得到隧道围岩在施工中的位移发展,遵循台阶式发展过程并符合Hill函数变化规律,可对类似工程设计施工提供类比和指导。     

双连拱隧道结构在地铁折返段应用与计算分析

通过ANSYS程序采用弹塑性有限元模型及合理的计算参数,模拟分析地铁站前或站后折返线区间双连拱隧道分步施工过程中围岩体应力场和位移变形状况,以及支护衬砌结构的受力与变形规律.重点介绍了双连拱隧道结构设计与施工优化措施.     

Ⅴ类围岩的隧道开挖和衬砌适宜性研究

对莆炎高速公路黄岌、孟坪和沙溪阳3座隧道中Ⅴ类围岩采用双侧壁导坑法、CRD法、CD法和小步距情况下的开挖方式及对应不同类型衬砌展开阐述和评价,并针对典型断面拱顶沉降、断面收敛等工程实测数据进行对比分析,以探讨各施工方法和衬砌形式的适宜性及变形规律性,由分析结果可知:(1)各种施工方案中测点变形速率稳定,累计变化值均在正...     

滇中红层地质大断面浅埋隧道的工法适应性研究

大断面公路隧道浅埋段地质条件多变,结构受力复杂;加之处于层间结合力差的滇中红层地区,在隧道开挖过程中极易发生围岩坍塌、失稳,支护变形、开裂等灾害影响。考虑隧道施工过程及运营期间的安全性和结构耐久性,应根据隧道所处地质环境选择合适的施工工法;本文工程背景为宜石公路昆明段山冲箐隧道,借助Midas GTS/NX有限元软件研究V级围岩条件下不同开挖工法对隧道稳定性的影响。结果表明CRD工法在V级围岩段施工时,隧道右拱腰处水平位移值最小;采用双侧壁导坑法开挖时,隧道左拱腰位移、拱顶沉降以及围岩塑性区分布范围较小;基于不同工法结果对比,建议在类似工况中采用双侧壁导坑法。     

珠海长湾隧道不同工法穿越岩层模拟分析

本文以长湾隧道工程为背景,采用有限元软件ABAQUS对CD法、CRD法和双侧壁导坑法3种工法穿越岩层进行了模拟,得到了3种工法施工过程中围岩位移场、应力场和塑性区规律。结果表明,CRD法对于隧道变形的控制明显好于双侧壁导坑法和CD法,开挖引起的全局最大应力值从大到小排序依次为CD法、双侧壁导坑法、CRD法,双侧壁导坑法引起的塑性区范围最小,CRD法次之,CD法最大。从位移场、应力场和塑性区范围可以看出,CRD法优于双侧壁导坑法优于CD法,故建议本工程中Ⅴ级围岩区选用CRD法,Ⅲ级围岩区选用CD法,Ⅳ级围岩区可以根据现场情况灵活选取3种方法中任意一种方法。     

浅析单侧壁导坑法在大跨径黄土隧道施工中的应用

单侧壁导坑施工法的原理是通过中隔壁(临时支撑)将大断面隧道分割成跨径较小的导坑施工,施工时采用"短进尺、强支护,早封闭、勤量测"的施工原则,使大跨径黄土隧道安全、稳步的向前施工。主要应用与跨径大、围岩破碎Ⅴ级围岩(黄土)隧道。结合工程实例,介绍单侧壁导坑法在黄延高速公路扩能工程王村隧道施工中的应用。     

高原浅埋隧道不同施工方法力学行为分析

为了分析不同施工方法对高原浅埋隧道施工过程中稳定性的影响规律,以某隧道工程实例为背景,采用有限差分软件FLAC3D对双侧壁导坑法和三台阶预留核心土法进行数值模拟,并分析对比高原浅埋隧道在2种施工方法中的围岩变形、支护应力和围岩塑性区分布规律。数值模拟结果表明:双侧壁导坑法在控制围岩变形和地表沉降方面优于三台阶预留核心土法;支护拉压应力更小,围岩塑性区分布范围也更加均匀合理。因此,对于高原浅埋隧道,采用双侧壁导坑法施工具有更大优势。     

浅埋大跨度隧道微台阶法进洞力学响应与工程运用

结合某大跨隧道,针对浅埋大跨度隧道进洞的两种典型施工工法微台阶法(也称微台阶法)与双侧壁导坑法进行空间三维数值分析,研究了隧道围岩与结构位移、应力、应变等的分布与发展规律,得到了两种浅埋大跨隧道进洞施工工法的动态施工力学特征,提出在三车道大跨度隧道采用微台阶法进洞施工方案的可行性,并通过实际工程中成功运用经验,为大跨度隧道浅埋段采用微台阶法提供了工程借鉴。     

公路隧道复合式衬砌结构数值计算及分析

针对榆树沟隧道工程实际情况,选取了3种不同的复合式衬砌结构类型进行数值计算,对初期支护和二次衬砌的内力、安全系数及洞周位移、拱顶下沉、围岩塑性区的分布等进行了分析,评价了衬砌结构的安全性。结果表明:对于Ⅱ、Ⅲ类围岩,上台阶及下台阶中央区的开挖为施工的关键工序;对Ⅳ类围岩,上台阶开挖为施工的关键工序;在Ⅱ类围岩浅埋条件下,拱顶下沉主要是由上台阶的开挖及下台阶中央区的开挖所引起;在Ⅲ类以上围岩条件下,拱顶下沉绝大部分是由上台阶的开挖所引起;洞周位移较小,最大值为18 mm,发生在Ⅱ类围岩浅埋拱脚处;围岩塑性区发展深度最大者,连通到地表,属于Ⅱ类围岩浅埋;Ⅲ类围岩墙脚处塑性区较大;Ⅳ类围岩塑性区较小。     

既有连拱隧道旁新建大跨度连拱隧道开挖有限元分析

在既有隧道旁施工新建隧道时,开挖过程中需考虑对既有隧道支护安全性的影响。分析邻近既有隧道的双连拱隧道施工方法,新建隧道与既有隧道的相互影响因素,并以福建省长安连拱隧道为计算模型,详细分析新建双连拱隧道开挖过程中对围岩影响范围、塑性区、既有隧道衬砌位移及内部应力的影响,为类似隧道工程的设计、施工提供参考。     

弱节理小净距隧道合理净距及围岩稳定性研究

为了研究弱节理小净距隧道的合理净距及围岩的稳定性,以大荒沟小净距隧道工程为研究背景,基于量化GSI围岩评级系统,确定了弱节理隧道围岩力学参数;基于Hoek-Brown强度准则的应变软化模型,采用FLAC~(3D)软件模拟得到0.9B～1.7B净距条件下隧道中夹岩柱塑性区分布,分析了中夹岩柱的稳定性,确定了弱节理小净距隧道的最小合理净距。通过理论方法计算了小净距隧道围岩压力,进行支护结构设计。通过FLAC~(3D)软件分别对支护条件下小净距隧道采用二台阶法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法、CD法、CRD法、环形开挖预留核心土法进行数值模拟,分析不同工况下围岩拱顶位移及水平位移的分布特征,选择合理的施工方法,优化隧道开挖支护方案。研究结果表明:采用FLAC~(3D)数值模拟得到不同净距条件下中夹岩柱塑性区分布情况,能够确定隧道最小合理净距;采用FLAC~(3D)数值模拟分析不同开挖工况条件下围岩的变形规律,确定了环形开挖法为理想的施工方法;通过现场监测分析可知,选择1.5B净距及环形开挖预留核心土法施工较为合理,锚喷支护与中夹岩柱长锚杆共同作用,能对约束小净距隧道双洞开挖后中夹岩柱松动圈的发展起到重要作用。