大断面隧道开挖稳定性数值模拟分析

为了确保大断面隧道开挖的稳定性,采用数值模拟方法,以某大断面隧道开挖支护为例,通过介绍隧道地表沉降和塑性区来判断隧道的稳定性。隧道开挖支护后正上方沉降最大,向两侧沉降逐渐减小,地表沉降基本沿隧道中心左右对称,且呈现出抛物线形状;初次开挖时隧道外环周围出现小范围剪拉,随着与掌子面距离增大,塑性区范围不断扩大,且扩大位置主要发生在拱肩和拱脚部位;从塑性区分布可以看到,拱顶和拱底主要为剪拉屈服,其他部位主要为剪切屈服。     

大跨小净距隧道合理开挖方法与支护参数对比研究

结合魁岐大跨小净距隧道工程实践,建立了大跨小净距隧道施工动态有限元分析程序,对不同围岩条件下隧道施工方案进行了数值模拟分析.分析中模拟了CRD法、双侧壁导坑法、弧形导坑预留核心土法、台阶法4种开挖方案,对拱顶下沉、水平收敛、地表沉降、中间岩柱应力和围岩稳定性等进行了对比分析,比选确定出不同围岩等级条件下大跨小净距隧道合...     

侧部既有溶洞隧道围岩稳定性分析

318国道利川绕城段毛坝沟隧道,围岩节理裂隙较为发育,部分区段出现溶洞、溶腔等不利于围岩稳定的不良地质。本文以该工程为依托,通过FLAC3D建立数值计算的三维模型,同时结合现场监测数据,对比分析隧道开挖过程中的围岩稳定性。结果表明:靠近溶洞断面洞周围岩变形相对较大(拱顶沉降值为6. 3mm),随着监测断面远离溶洞区,变形值逐渐减小(拱顶沉降值为3. 3mm),整体上围岩变形均处在安全合理的变形区间内且与监测结果较为吻合。靠近溶洞断面的拱顶、拱底受力表现为受拉并出现小范围拉伸塑性区,施工中应加强该位置的支护和监测。     

基于正交设计的大断面隧道分部开挖步距敏感性研究

为了研究大断面分部开挖法隧道分部开挖步距敏感性,基于正交设计原理,通过AQAQUS有限元软件建立三维动态开挖支护数值模型,对三种大断面隧道分部开挖法:中隔壁台阶法、CRD法及CD法进行了不同开挖步距下的计算,对比研究各工况下大断面隧道施工过程中拱顶沉降、地表位移及支护结构应力变化规律,揭示不同开挖步距对大断面隧道围岩与支护结构的变形及受力状态影响规律,同时对大断面隧道分部开挖步距的选择提出参考意见。     

流固耦合下的软弱围岩隧道施工工法优化研究

CRD法和双侧壁导坑法在无水条件下对隧道围岩稳定性有很好的控制效果,但是在流固耦合条件下的软弱围岩环境,两种工法对围岩稳定性的影响不同。以内蒙古金盆湾公路隧道为依托,采用差分软件FLAC3D,在流固耦合效应情况下,对深埋隧道进行两种工法开挖模拟,对隧道关键点进行监测,分析开挖过程中的渗流变化、拱顶沉降、地表沉降、应力分布和塑性区。计算结果表明:两种工法开挖后软弱围岩呈现大面积的X形剪切带。双侧壁导坑法对渗流场影响较小,拱顶位移和地表沉降为CRD法的63%左右,且在开挖过程中拱顶最大最小主应力较小,但在导坑钢架与初期支护连接处易出现较大拉应力集中,塑性区面积小于CRD法,综合表明更有利于围岩稳定性。     

岩层倾角与隧道走向间关系对大断面隧道围岩稳定性的影响

针对大断面隧道拱顶围岩的稳定性,运用普氏理论确定大断面隧道拱顶围岩平衡拱高度,获得支护结构拱顶荷栽计算依据,通过分析隧道不同走向条件下岩层节理倾角护对顶平衡拱内层状围岩应力状态的影响,研究θ对隧道拱顶围岩稳定性的影响。结果显示,岩层呈水平产状时,隧道内拱顶围岩易发生掉块,隧道不同走向对隧道内应力重分布无差异性影响;岩层倾斜、隧道走向与岩层走向相同时,拱顶围岩的稳定性随口增大而减小;隧道走向与岩层走向垂直时,拱顸围岩的稳定性随口增大而增大;上三角组合节理条件下开挖隧道,拱顶裂隙呈闭合状态,褶曲轴面下固岩需加强支护;倒三角组合节理情况下,拱顶裂隙呈张开状态,拱顶易发生小型掉块。     

上加山深埋软岩隧道开挖大变形控制技术研究

针对深埋软岩隧道在施工期间易发生拱顶失稳进而引发围岩大变形问题，以上加山隧道为依托工程，采用FLAC 3D数值模拟技术，主要对比分析了环形开挖留核心土法、上下台阶挖掘法和全截面挖掘法等3种施工方式下的隧道拱顶沉降变形规律、拱底隆起变形规律、地表沉降变形规律、应力场分布规律，阐明了3种开挖方式对深埋软岩隧道围岩稳定性影响。研究结果表明：洞顶沉降主要发生在距离隧道左右两侧大约0.5倍洞径处，地表沉降主要发生在距隧道轴线0～35 m范围内。3种不同开挖方式主要影响了隧道拱顶沉降与拱底隆起变形程度，其中环形开挖留核心土法>上下台阶挖掘法>全截面挖掘法。结合地质雷达检测与现场监测结果表明，采用环形开挖留核心土法施工相对比其他两种开挖方式可有效控制深埋软岩隧道拱顶下沉变形与拱底隆起变形。     

特大断面隧道开挖中拱顶沉降的BP神经网络预测

特大断面隧道开挖会大范围解除围岩表面应力,在上部岩体自重应力及附加应力的共同作用下,隧道拱顶会发生明暕沉降,在某些软岩隧道中已观察到了超过100 mm的沉降量。拱顶沉降量持续增大,隧道就有可能发生坍塌破坏。在隧道开挖工程中,受条件限制,常会出现支护无法及时施工的情况,需要对隧道稳定性进行分析预测。现以牛寨山隧道开挖工程南线出口段的监测结果为例,采用BP神经网络方法预测其沉降量的时程变化。假设隧道相向开挖过程中,在贯通前对拱顶沉降互不影响,且两条隧道之间互不影响。分析过程中输入层参数选择了围岩级别、埋深、距离掌子面和二衬的长度等,隐含层设置为1层,节点数为9,隐层传递函数选择tansig,输入输出层传递函数选择purelin。在采用该模型进行预测分析前,首先已开挖监测点数据作为训练样本,采用后开挖点的值作为样本,验证了模型的可靠性。最终分析结果表明,采用文中方法能够较为可靠地预测拱顶沉降。其结果可以作为隧道安全预测的依据。     

基于正交试验的软岩隧道围岩稳定性影响因素敏感度分析

基于某供水专用软岩隧道,采用正交试验法对其围岩稳定性影响因素进行敏感度分析,确定影响拱顶沉降、仰拱隆起和水平位移的主要因素,分析各因素对软岩隧道围岩稳定性的影响。结果表明：提高支护结构混凝土等级和厚度可减小拱顶沉降量,支护施工距离的增加会导致拱顶沉降量、仰拱隆起量逐渐增加,采用全断面法开挖可使拱顶沉降和仰拱隆起最小化;混凝土等级是影响水平位移结果的最显著因素,支护施工距离和开挖方案的影响次之,混凝土厚度是影响水平位移结果的较弱因素。提出优化施工方案,建模分析并通过现场监测进行验证。     

CRD法与上下台阶法在隧道开挖中的效果对比及数值分析

由于Ⅳ级以上围岩软弱破碎,岩土体强度低,围岩开挖后容易松动变形,掌子面挤出,引发拱顶坍塌,地表下沉过大等病害.采用不同的隧道开挖方法,会对此类围岩的稳定性产生不同影响.该文以工程实例为依托,利用FLAC3D分别模拟湖南某高速公路某隧道在CRD法与上下台阶法开挖条件下的施工过程,分析隧道开挖过程中围岩的应力、位移及塑性区...     

上下台阶法和CRD法施工下超大断面隧道围岩控制机制数值试验研究

为明确超大断面隧道软弱围岩破坏及控制机制,系统开展上下台阶法和CRD法开挖方式下超大断面隧道软弱围岩控制机制数值试验,对比分析不同强度等级围岩下隧道拱顶位移、最大塑性应变、支护构件受力变化规律,得出结论:不同开挖方式对隧道拱顶位移、最大塑性应变、支护构件应力影响显著;CRD法对隧道的拱顶位移、最大塑性应变、支护构件应力的控制效果比上下台阶法要好,且随围岩强度等级越低、隧道拱顶沉降越大,塑性区范围越大,支护构件应力越大,围岩稳定性越差。     

大断面公路隧道CRD法施工影响下围岩变形规律研究

以山东滨莱高速双向8车道公路大断面乐疃隧道为依托工程,采用ABAQUS软件对CRD法施工过程中围岩变形规律进行了研究,并结合现场监测结果进行对比分析。研究结果表明:1)CRD法施工过程中,地表沉降呈现出阶梯状增大规律;2)随着开挖的进行,地表沉降最大值点不断移动,全断面开挖完成后,最终地表沉降曲线呈正态分布;3)隧道开挖对地表的影响范围在隧道中心线两侧40 m左右,约为2倍隧道跨度,在该影响范围内,应加强监测;4)通过统计53个实测断面监测数据,得到浅埋段地表下沉及拱顶下沉监测值分布具有一定相似性,在类似的工程条件下,建议拱顶沉降值宜控制在30 mm、周边收敛控制在20 mm。     

大断面公路隧道临近溶洞开挖稳定性模型试验研究

为探明三台阶开挖中半揭露溶洞对大断面公路隧道稳定性的影响，以李洞隧道为研究对象，通过模型试验和理论分析，研究不同位置、不同尺寸溶洞对隧道围岩变形及初期支护结构受力特征的影响。结果表明： 1）不同位置、不同尺寸溶洞存在下隧道拱顶沉降及周边收敛时程曲线均呈“S”形变化，大致分为初期缓慢增长-突变-增长减缓-稳定4个阶段。2）掌子面挤出随溶洞内压变化呈现“指数型”增长，具有明显的内压突变点，仰拱位置处溶洞突变内压最低、边墙位置处溶洞突变内压最高，直径越小的溶洞对应的突变内压越高。3）溶洞位置对近侧的支护结构影响较大，对于远侧的支护结构影响偏小。改变溶洞位置，隧道钢拱架左侧的轴力呈现一定的波动，而右侧的轴力趋于稳定。     

基于应力释放率的大跨径回填土隧道的围岩稳定性研究

以重庆轨道交通环线单洞双线区间隧道某标段为例,采用有限元软件Midas/GTS进行数值分析,研究回填土隧道围岩应力应变随施工过程的变化规律,并探讨了应力释放率以及注浆不同尺寸对围岩稳定性的影响。研究表明:大跨径回填土隧道开挖完毕,拱顶沉降最大值出现在隧道开挖起始端,水平净空收敛最大值出现在开挖末端;隧道应力释放率增大,拱顶沉降和水平净空收敛增幅剧烈;管棚注浆起始厚度为0.4m时,隧道拱顶沉降、水平净空收敛值、路面沉降分别减少36.5%、47.0%和18.6%,注浆厚度由0.4m增加到1.6m,隧道拱顶沉降和水平净空收敛值分别减少14.2%和14%。     

不同地表倾角下台阶法施工对大断面隧道变形的影响分析

依托简浦高速公路长秋山大断面隧道工程,运用有限差分软件FLAC3D对该隧道采用三台阶工法的动态开挖进行了模拟,分析了不同地表倾角下台阶长度对隧道洞周位移的影响规律。结果表明:浅埋大断面公路隧道三台阶法施工,隧道洞周位移大小顺序为:仰拱隆起 拱顶沉降 水平收敛;不同地表倾角下,隧道拱顶沉降及仰拱隆起变化主要发生在台阶长度为4~6 m之间,说明短台阶或超短台阶法能够较好地控制隧道的洞周变形,更为适合软弱围岩大断面隧道的施工;台阶长度从10 m开始,隧道洞周位移逐渐收敛,可作为浅埋大断面隧道台阶法施工下洞周位移的"起始收敛点";隧道地表倾角对隧道洞周位移的变化影响较大,因此,实际施工中应根据地表的不同倾角,选择更为合理的台阶长度进行施工,确保软弱围岩大断面隧道的安全施工。     

复杂偏压大跨连拱隧道开挖围岩稳定性研究

连拱隧道作为一种特殊的隧道形式广泛应用于公路隧道建设中,文中以南京乌龙山隧道为背景,通过分析现场检测数据和数值模拟结果,研究不同偏压程度下,浅埋偏压大跨连拱隧道开挖力学响应特征。结果表明,地表坡度对偏压隧道开挖引起的拱顶沉降和拱腰侧向位移有显著影响,且浅埋侧拱腰侧向位移大于深埋侧;中隔墙对连拱隧洞开挖过程中限制围岩变形和边坡稳定性影响显著,这是因为初支和中隔墙形成的整体结构限制了围岩变形并增强了坡体的稳定性。     

内蒙古半干旱地区隧道工程性质分析

内蒙古地区具有半干旱气候和复杂的地质地貌环境,给隧道工程的修建带来诸多问题。通过搜集和分析资料,首先阐述半干旱地区隧道主要工程技术,包括工法、排水措施、防冻措施等,总结出自治区半干旱气候下的隧道工程特性,分析得到弱质围岩和集中降水是对隧道工程危害最大的两大因素。结合内蒙古某高速公路大断面隧道实例,分析弱质围岩隧道开挖过程中的支护结构变形、塌方、地表开裂等现象,并通过数值模拟技术,研究施工中CRD法开挖受力位移特性,对比隧道在无水和有水条件下的开挖结果得到岩土体在饱水状态下,会使隧道拱顶位移和地表沉降大幅度增长的结论。通过分析得到的工程性质,对半干旱地区隧道建设提出指导建议。     

地铁盾构隧道施工引起地表沉降的数值模拟

以昆明轨道交通某区间盾构隧道施工过程中地表沉降的现场监测数据为基础,运用FLAC3D有限差分软件建立模型,对盾构施工开挖过程进行模拟,计算隧道开挖引起的地表沉降量。讨论了不同围岩应力释放条件下地表变形规律,以及隧道围岩在相同应力释放条件下在掌子面施加支护力前、后地表变形间的联系,同时将模拟计算得到的变形数据与工程实测数据进行比较分析。     

昔格达组地层大断面隧道变形特征分析

为掌握昔格达组地层大断面隧道变形特征,确保大断面隧道施工期间围岩的稳定性,以改建铁路成都至昆明线米易至攀枝花段桐梓林隧道为依托,采用数值模拟与现场多断面监测相结合的方法,研究在三台阶临时仰拱法施工中昔格达组地层大断面隧道变形的时空效应。研究结果表明： 昔格达组地层大断面隧道洞周围岩变形以竖向沉降为主;拱顶先行沉降与上台阶开挖引起的拱顶沉降之和占总沉降的41.3%,超前影响范围为1.3D;隧道开挖期间拱顶沉降和拱脚水平收敛主要受中台阶开挖的影响;隧道拱顶沉降随时间变化的预测公式为U=102.105·exp(-5.33/X);隧道拱脚水平收敛随时间变化的预测公式为L1=19.552·exp(-7.49/X);隧道墙腰水平收敛随时间变化的预测公式为L2=17.862·exp(-23.26/X)。     

黄土塬区浅埋大断面隧道施工变形分析与控制技术

针对黄土塬区浅埋大断面隧道开挖过程中，地表水沿着裂隙、黄土节理下渗导致地表沉陷、纵横向地表裂缝及初期支护结构破坏等问题，基于三维地质仿真模型方法，进行初期支护受力特征和变形规律分析，并模拟分析地层改良效果。结果表明： 1）隧道拱部为支护结构受力最薄弱区，表现为拱顶衬砌下表面拉应力和剪应力值大，当埋深为10～15 m时下台阶至仰拱开挖阶段随含水率增加拱顶沉降变形量剧增，且累计沉降量＞250 mm时隧道结构最不安全，易产生环向张拉裂缝； 2）地表注浆能有效改善黄土的结构性能，有效控制地表沉降和围岩变形。