基于模型试验的双侧壁导坑法施工过程模拟研究

为了研究双侧壁导坑法施工过程中的围岩力学特性和位移特征,以在建大罗山隧道工程为例,采用相似模型试验进行模拟分析,研究了开挖过程中围岩的应力变化和地表沉降,以及隧道开挖完成后附加荷载作用下围岩的应力特征和衬砌裂缝发展情况。试验结果表明：在隧道开挖阶段,越靠近隧道周边的围岩应力监测点,围岩应力变化越大,且围岩应力变化从大到小依次为拱肩切向应力、拱顶竖向应力、拱腰竖向应力、拱腰切向应力。     

隧道进洞口围岩稳定性的数值模拟分析

隧道进洞口围岩稳定性问题和施工工法的选择，对于浅埋式隧道在偏压条件下采用了有限元方法，在中隔墙法和双侧壁导坑法施工方法下进行了数值模拟研究。研究基于赤竹坪隧道，采用ABAQUS建模分析了施工方法对围岩和知乎结构在应力和应变两个方面。其结果发现，在洞口近端选择中隔墙法和双侧壁导坑法进行施工作业能够使得隧道的稳定性得到保证。隧道施工结束后，中隔墙法对拱顶和地表具有较好的控制表现，而双侧壁导坑法在拱腰处的表现更好。综合来看，中隔墙法造价更为低廉，生产效率更高。中隔墙法支护所承受的荷载主要集中在左拱肩和拱顶，双侧壁导坑法支护所承受的荷载主要集中在左右拱肩。在隧道入口处掘进步距不易过大，应选用不超过2 m的步距进行掘进。     

双侧壁导坑法施工的大断面隧道的稳定性分析

以沙湾大断面隧道为研究背景,应用ANSYS有限元软件,采用释放荷载法,研究支护封闭的快慢对双侧壁导坑法施工的隧道稳定性的影响。通过对拱顶沉降、边墙中点水平位移、围岩塑形区及初衬应力的分析,得到了支护封闭时间对隧道受力和位移状态的影响,施工中应尽量缩短各开挖面的距离,使支护尽快封闭,有利于隧道稳定。为了进一步改善隧道的受力状态,模拟分析了加固部分围岩后的状态。结果表明加固侧壁导坑临时支护与初衬接触处的围岩能较好的改善隧道的受力条件。在临时钢架支护下端与初衬的接触点附近出现了应力集中现象,受到了很大的拉应力,在设计施工中应引起重视。     

双侧壁导坑法施工的大断面隧道的稳定性分析

以沙湾大断面隧道为研究背景,应用ANSYS有限元软件,采用释放荷载法,研究支护封闭的快慢对双侧壁导坑法施工的隧道稳定性的影响。通过对拱顶沉降、边墙中点水平位移、围岩塑形区及初衬应力的分析,得到了支护封闭时间对隧道受力和位移状态的影响,施工中应尽量缩短各开挖面的距离,使支护尽快封闭,有利于隧道稳定。为了进一步改善隧道的受力状态,模拟分析了加固部分围岩后的状态。结果表明加固侧壁导坑临时支护与初衬接触处的围岩能较好的改善隧道的受力条件。在临时钢架支护下端与初衬的接触点附近出现了应力集中现象,受到了很大的拉应力,在设计施工中应引起重视。     

锚杆支护对土质隧道围岩位移影响的数值分析

采用离散元法模拟了锚杆支护对土质隧道围岩位移的影响，分析了锚杆不同长度、不同间距时隧道上方围岩竖向位移的变化情况。结果表明：固定锚杆间距，锚杆越长在其加固范围内的隧道上方围岩竖向位移越小，但其加固范围以外的隧道上方围岩竖向位移反而略有增大；固定锚杆长度，随其间距的增大隧道上方围岩竖向位移始终有增大的趋势，且拱顶围岩竖向位移大体呈对数曲线增大的趋势；锚杆最优间距随其总长度的增加而减小。     

隧道开挖引起的围岩变形特征数值分析

以乐雅高速公路光华山隧道三台阶法开挖工程为例,利用有限元软件ABAQUS研究隧道开挖对围岩变形和关键点位移的变化规律,并将现场实测结果与数值结果进行对比分析。结果表明,隧道开挖过程中围岩水平位移小于竖向位移,且变化较小;与拱顶沉降相比,隧道开挖过程使拱腰水平收敛所需稳定时间更长;隧道开挖会导致拱顶发生沉降且仰拱出现隆起;左右侧拱脚和拱腰均向隧道中心移动,且与拱脚相比,隧道开挖对拱腰的水平位移影响更大。实测结果证明数值模拟规律的正确性,可为隧道支护设计及开挖方法选定提供依据。     

超大跨度公路隧道进洞方案研究

超大跨度公路隧道在进洞阶段工序转换频繁,支护结构受力复杂,确定合理的进洞方案是整个工程的难点。依托连霍高速公路(编号G30)小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程中的杏花村1 号隧道项目,通过数值模拟手段并利用现场监控量测数据,对Ⅳ级和Ⅴ级围岩超大跨度公路隧道进洞方案进行分析研究。结果表明:Ⅳ级围岩采用双侧壁导坑法施工,辅以超前锚杆进洞,拱部沉降最大值为17.38mm,周边收敛最大值为14.68mm;Ⅴ级围岩采用双侧壁导坑法施工,辅以超前大管棚和超前小导管进洞,拱部沉降最大值为21.13mm,周边收敛最大值为15.99mm;Ⅳ级围岩洞口断面的累计变形量远小于设计预留变形量的100mm,Ⅴ级围岩洞口断面的累计变形量远小于设计预留变形量的150mm;根据现场实测值,S5a和S5b段采用双层初期支护,能够较好地控制拱部沉降和周边收敛,增强进洞施工的安全性;随着时间的推移,拱顶沉降和周边位移能够较快趋于稳定状态。实践证明采用双侧壁导坑法和超前支护措施能够较好提高超大跨度公路隧道的进洞施工安全性,可为今后类似工程提供参考。     

近水平软硬互层围岩公路隧道初期支护内力分析

将近水平软硬互层围岩等效为横观各向同性岩层,推导其密度、弹性模量、泊松比等材料参数。以广南高速公路文家垭隧道为分析对象,根据横观各向同性围岩参数建立平面应变有限元模型,结合现场测试数据分析近水平软弱围岩台阶法施工过程中初期支护的受力状态。研究表明:上台阶开挖后初期支护受轴向压力,拱顶和拱墙腰向内弯,而拱腰向外弯;下台阶开挖后,初期支护继续受轴向压力,拱顶和仰拱向内弯,拱腰和拱墙腰向外弯。研究结论与拱顶沉降和拱底隆起现象相符合。     

近水平软硬互层围岩公路隧道初期支护内力分析

将近水平软硬互层围岩等效为横观各向同性岩层,推导其密度、弹性模量、泊松比等材料参数。以广南高速公路文家垭隧道为分析对象,根据横观各向同性围岩参数建立平面应变有限元模型,结合现场测试数据分析近水平软弱围岩台阶法施工过程中初期支护的受力状态。研究表明:上台阶开挖后初期支护受轴向压力,拱顶和拱墙腰向内弯,而拱腰向外弯;下台阶开挖后,初期支护继续受轴向压力,拱顶和仰拱向内弯,拱腰和拱墙腰向外弯。研究结论与拱顶沉降和拱底隆起现象相符合。     

含孤石软弱围岩隧道施工技术研究

以某含孤石Ⅵ级围岩单线铁路隧道为例,通过现场实测和数值计算对孤石对初期支护影响的基本规律进行了研究,并以此为基础提出针对此类地层的隧道施工方法。研究表明:软弱地层中距隧道较近的孤石会引起初期支护局部应力集中和围岩压力分布不均;就含孤石Ⅵ级围岩单线铁路隧道而言,半径超过0.5m、至隧道距离小于1.5m的拱顶、拱腰孤石会使与孤石临近部位的初期支护的弯矩、剪力明显增大;含孤石软弱围岩隧道宜选用交叉中隔壁等临时支撑较强的工法施工。     

隧道开挖三维有限元数值模拟分析

围岩及支护结构的位移、应力分布变化规律是隧道开挖是否安全的评价标准。针对隧道开挖计算的复杂性,采用有限元对其建立三维数值模拟。利用ANSYS对隧道开挖过程进行模拟,得到支护结构的位移、应力分布变化规律。数值计算结果表明,竖向最大位移发生在拱顶处,而支护最大压应力出现在拱腰。     

基于有限元的隧道围岩位移场分析

结合东马各庄隧道隧道Ⅴ级围岩浅埋段工程实际,利用ANSYS有限元软件模拟分析了围岩位移场变化过程及初期支护结构的轴力和弯矩,确定了双侧壁导坑法的合理性,为工程实际提高了理论依据。     

黄土软弱围岩下隧道开挖支护技术分析

采用超前小导管进行隧道支护,并分析了超前支护对隧道拱顶沉降、周边收敛和应力分布的影响。结果表明：超前小导管能有效减小拱顶沉降,尤其在支护时效果更显著,沉降值呈台阶状上升;超前小导管对拱底位移控制效果不明显;超前小导管对周边收敛变形的控制效果主要体现在拱腰位置,其次是边墙,最后是拱肩;超前小导管对应力分布的影响不大,水平应力最大值集中在拱腰,竖向应力最大值集中在拱顶和拱底,在黄土隧道开挖过程中应注意拱底、拱顶和拱腰位置处的应力变化。     

浅埋偏压、软弱围岩双线隧道大变形施工控制技术

结合浅埋偏压、软弱围岩高枧槽隧道实体工程,介绍了开挖断面大、岩溶发育、地质复杂的隧道产生大变形的情况及分析产生的原因,提出了地表打入钢管桩预加固提高承载力、中台阶钢架间增设纵向托梁与地表钢管桩焊接提高整体受力、设置临时仰拱或横撑、双层拱架支护等措施。通过及时分析围岩和支护变形情况,最终洞内初期支护变形、拱顶下沉、地表开裂等现象得到有效控制。     

黄土连拱公路隧道围岩变形监测和数值分析

以离军高速公路黄土连拱隧道为工程背景,对地表沉降、地质和支护状况、拱顶下沉和水平收敛进行了现场监测,并采用有限元方法分析了隧道围岩拱顶下沉和水平收敛的变化规律,进而研究了黄土连拱隧道三导洞法施工的围岩变形规律和影响因素．结果表明：黄土隧道Ⅳ类围岩比Ⅴ类围岩变形小,围岩稳定较快;三导洞施工法开挖中、左、右导洞和断面开挖时,围岩应力一直处于重新调整中,变形也在不断变化,且施工中开挖顺序对围岩变形有很大影响,在洞室开挖施工中,要密切注意拱腰及拱顶的变形情况,加强Ⅴ类围岩监测,及时进行临时支护,尽早完成右洞初期支护,以防变形过大而围岩失稳;影响黄土隧道围岩变形的主要因素是黄土的工程特性和地质工程环境．     

富水全风化花岗岩隧道变形规律与力学特性

用地质钻机在隧道中心线上方钻取原状土进行土工试验,采用电子水准仪量测地表和拱顶沉降,采用JSS30A数显收敛仪进行隧道水平收敛监测,采用JTM-V2000D型振弦式土压计量测围岩与初期支护间压力、初期支护与二次衬砌间压力,通过对寨子岗隧道围岩变形及压力进行量测,得到了富水全风化花岗岩地区隧道围岩变形规律与力学特性.分析结果表明:深浅埋隧道的划分界限为2倍洞径;隧道洞口段洞顶土体同时存在竖向位移和水平位移;围岩的水平收敛稳定时间及拱顶沉降的稳定时间和隧道埋深关系不大;浅埋隧道的埋深越大,水平收敛值及拱顶沉降值越大,深埋隧道的水平收敛值及拱顶沉降值和隧道埋深关系不大;围岩与初期支护间压力分布比较均匀,浅埋隧道各量测点压力值差异较小,压力随着隧道埋深的增加逐渐增加;深埋隧道各点压力分布的不均匀程度有所增加,各点压力值随着隧道埋深的增加变化很小;围岩与初期支护间压力均大于初期支护与二次衬砌间压力,初期支护与二次衬砌间的最大压力均不大于100 kPa.     

斜穿过砂卵石层地质构造隧道开挖的三维数值模拟分析

以某地铁隧道浅埋暗挖法为研究对象,建立了斜穿过砂卵石地质构造隧道开挖的三维有限模型.通过模拟隧道开挖,分析了隧道在不同支护工况下的围岩应力、位移、塑性区.分析结果表明,在第一步开挖后围岩位移较小,第二步开挖后在砂卵石层最厚处的围岩位移急剧增大并在后续开挖过程中趋于稳定;开挖过程中砂卵石结构本身的性质使其承载力小,因此在其地质层处出现了塑性区;锚杆的支护作用提高了围岩的整体性能,减小了拱顶上部围岩的内应力;隧道开挖后的卸载作用使钢拱架承受上部围岩荷载且主要承受压应力.为防止隧道产生塌方开挖后应及时施做初期支护和二期衬砌.     

浅埋偏压大断面隧道掘进工艺的改进及应用

在浅埋偏压特大断面隧道施工进洞过程中,对双侧壁导坑法进行优化改进,利用临时斜撑,对拉锚杆加固核心土。结合隧道施工监控量测,视围岩的变形稳定情况,确定开挖进尺,适时拆除临时支撑。随着该隧道施工进洞安全有序推进,改进后的双侧壁导坑法在龙头山特大断面隧道施工进洞过程中得到成功实践应用。     

爆破振动下双洞隧道衬砌动力响应分析

以浙江省金华市里岩垄坑2号隧道为工程背景,研究Ⅲ级围岩隧道爆破时衬砌动力响应.本文采用MinimateProTM振动监测仪对开挖洞与邻洞进行了爆破振动测量,并利用Midas GTS NX对双洞隧道进行数值模拟分析.研究结果表明:本洞初衬振动速度和位移的最大值发生在拱顶处,横向上的大小远小于纵向和竖向.对于纵向,拱顶及拱肩处的质点振动峰值速度远大于其他关键位置的,各关键位置的竖向位移和速度变化趋势相同,但仍是拱顶处最大;本洞初衬应力最大值位于拱腰处,先行洞应力最大值在左拱腰处;其速度与位移的最大值位于左拱肩;先行洞二衬与后行洞掌子面的纵向间距应为15～20 m.本文研究结果可为双洞隧道的爆破施工提供指导.     

爆破振动下双洞隧道衬砌动力响应分析

以浙江省金华市里岩垄坑2号隧道为工程背景,研究Ⅲ级围岩隧道爆破时衬砌动力响应.本文采用MinimateProTM振动监测仪对开挖洞与邻洞进行了爆破振动测量,并利用Midas GTS NX对双洞隧道进行数值模拟分析.研究结果表明:本洞初衬振动速度和位移的最大值发生在拱顶处,横向上的大小远小于纵向和竖向.对于纵向,拱顶及拱肩处的质点振动峰值速度远大于其他关键位置的,各关键位置的竖向位移和速度变化趋势相同,但仍是拱顶处最大;本洞初衬应力最大值位于拱腰处,先行洞应力最大值在左拱腰处;其速度与位移的最大值位于左拱肩;先行洞二衬与后行洞掌子面的纵向间距应为15～20 m.本文研究结果可为双洞隧道的爆破施工提供指导.