大断面浅埋黄土隧道施工参数研究

针对大西客专某大断面浅埋黄土隧道,基于有限元Plaxis-3D分析软件,采用莫尔-库伦模型,对隧道三台阶七步开挖工法进行了施工参数数值模拟。研究了隧道开挖中不同开挖循环进尺、不同台阶长度、不同分块大小施工对隧道变形及稳定性影响。研究结果显示：开挖循环进尺为1 m时,开挖步最大累积变形为30 mm;台阶长度为5 m时,隧道相对收敛为74 mm;上台阶高度为3 m时,隧道相对收敛为76 mm。此开挖参数可以有效地控制隧道变形,保证隧道围岩稳定。     

基于有限元的三台阶仰拱初支技术

为了解决大断面软岩隧道的软弱破碎围岩径向位移增速快,开挖后初期支护结构不能尽早发挥作用,极大可能导致围岩失稳、发生安全事故等问题,以新建蒙西—华中煤运通道马湾隧道为依托工程,以优化改进后的三台阶仰拱初支开挖法进行施工,并借助有限元软件建立隧道模型,对三台阶仰拱初支开挖法进行数值模拟分析。最终结果表明:按优化改进后的三台阶仰拱初支开挖法能实现仰拱初支紧跟、隧道初期支护整体尽早封闭成环,做到了开挖、支护工序衔接紧凑;隧道最大竖向变形为33. 2mm,拱顶沉降及周边收敛随开挖步的变化均处于施工安全范围内;拱腰初支最大拉应力为1. 08MPa,拱顶最大压应力为13. 8MPa,均符合施工要求,为大断面软岩隧道施工提供一种更安全的新方案。     

某软岩大断面隧道微台阶法开挖围岩变形特性研究

为了提高大断面隧道施工安全性,以某软岩大断面隧道开挖支护为对象,利用FLAC 3D有限元分析软件,模拟分析了某大断面隧道在微台阶开挖法下隧道围岩变形特性,研究得到上台阶开挖完成后围岩塑性区分布情况、掌子面位移分布情况,对比下一进尺完成后得到围岩等效塑性区大小及位置变化情况;并通过在模型中布设相应监测点,分析开挖过程中的围岩位移变化情况,得到拱顶沉降、拱腰水平位移变化规律以及最大变形值,分析结果表明微台阶法在该软岩大断面隧道开挖过程对围岩变形的控制效果较好。     

基于数值模拟的两种隧道开挖工法对比研究

根据某隧道的地质资料与施工条件,建立了包含开挖步骤的隧道三维有限元数值模型,开展了相应的施工参数优化分析。施工工法方面,对比了三台阶法与CD法,两种工法的最终沉降与应力差异不大,但三台阶法的沉降增长速率与应力释放速度明显较高,对开挖后的支护工序有更严格的时间要求;开挖进度方面,对比了1.6m、2. 4m、3. 2m开挖进尺下的围岩沉降变化,发现开挖进度对最终沉降影响不大,但对沉降速率影响明显,建议断面开挖进度不宜超过3. 2m/次。     

侵入岩蚀变带软岩隧道大变形规律与稳定性研究

以安定隧道为工程背景,采用三维离散元方法对侵入蚀变岩破碎软弱围岩段隧道开挖大变形进行了数值模拟计算,分析了开挖进尺、台阶长度、台阶高度、裂隙密度等对隧道变形的影响规律,确定了台阶法施工时开挖参数的合理范围：开挖进尺为0.5～1.0 m、台阶长度为4～6 m、台阶高度为0.3H～0.4H。通过芬纳公式和卡斯特耐方程对隧道极限容许位移公式进行了修正,实践证明改进后的方法对隧道围岩稳定性判别更合理。     

浅埋连拱隧道的施工工序比选及优化研究

针对省某浅埋偏压公路连拱隧道,采用数值模拟的手段,研究对比在不同施工工序下,连拱隧道的支护结构最大压应力、隧道拱顶沉降以及围岩最大压力,从而比选出该隧道的最优施工工序。研究表明:分台阶法要优于全断面法,其围岩压力、支护内力等都较小,并且效率更高、造价更低;采用先开挖浅埋侧隧道的施工顺序跟采用先开挖深埋侧的施工顺序相比,前者的支护应力及围岩应力都较后者小,先开挖浅埋侧隧道更优。采用比选出的最优施工工序,隧道实际施工中无异常情况,施工效果较好。研究对于浅埋偏压连拱隧道的施工工序比选及优化具有参考作用。     

基于ADINA的隧道开挖变形分析

采用大型非线性有限元分析软件AD INA对隧道开挖变形进行数值模拟,建立二维有限元分析模型;采用AD INA自带的单元生死功能动态模拟开挖支护过程,对比全断面开挖法与上下台阶法开挖两种施工方法,分析两种方法对隧道围岩变形的影响,结论是两种方法产生的变形均向洞内收缩,拱顶Z向位移变化较为接近,两邦Y向位移是全断面法大于上下台阶法;此外,对锚杆的位移变化进行了分析,进一步说明两种施工方法对洞周围岩变形的影响,此时锚杆均受拉,起悬吊作用。     

双侧壁导坑法隧道围岩受力变形研究

以昌景黄高铁瑶里隧道暗挖段DK90+550～DK90+610作为研究断面，建立三维数值模型，研究隧道双侧壁导坑法施工过程中隧道的变形和支护结构的内力，深入分析了双侧壁导坑法临时竖撑曲率半径和初期支护钢拱架间距的影响。研究表明，隧道施工过程中隧道拱顶处围岩竖向位移较大，隧道拱腰处围岩水平位移较大。当开挖左侧导坑中间土体和拆除临时支撑时，拱腰水平位移会显著增大。随着双侧壁导坑法临时竖撑曲率半径的增大，围岩的竖向位移逐渐减小，水平位移逐渐增大，初期支护钢拱架的应力逐渐减小，且临时竖撑曲率半径对围岩竖向位移的影响更加显著。围岩竖向位移和水平位移均随着初期支护钢拱架间距的增大而增大，且钢拱架的变化对拱顶围岩竖向位移的影响更为显著。     

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。     

不同围岩和埋深条件下隧道围岩位移和应力变化规律分析

采用FLAC3D计算了II～V级围岩在30 m、100 m、200 m、300 m、400 m和500 m埋深下的拱顶沉降和塑性压力,II和III级围岩拱顶沉降(包括开挖面拱顶沉降和最终拱顶沉降)随埋深呈线性增大,IV和V级围岩拱顶沉降随埋深呈非线性快速增大;开挖面拱顶沉降收敛比(开挖面拱顶沉降占最终拱顶沉降的百分比)随埋深增大而减小,随围岩等级降低而减小,表明深埋弱围岩中隧道要趁早支护。围岩塑性压力随埋深增加而增加、随围岩等级降低而增加,表明深埋弱围岩隧道支护结构受到的围岩压力大。最后对围岩应力集中及其影响因素进行了分析。     

四川桃巴高速公路南江3号隧道施工方法数值仿真比选

考虑四川桃巴高速公路南江3号隧道不同施工方法的围岩和隧道支护结构的力学问题,基于Ansys数值软件建立三维模型并动态模拟全断面法和台阶法的开挖过程,通过地表沉降、拱顶下沉、围岩应力、初期支护应力和围岩强度发挥系数等参数的对比分析,得出全断面法为较优方案,可供隧道施工参考.     

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。     

浅埋软弱围岩隧道变形与受力现场监测研究

通过对韶山一号工程尖卜洞隧道进行研究发现:尖卜洞隧道围岩总体处于稳定状态,但在上下台阶的开挖施工中,由于受到施工振动的影响,地表会出现一定程度的沉降问题,但在二次衬砌,混凝土强度达到设计要求之后,其沉降会逐渐趋于稳定。而钢支撑的应力值随时间变化曲线经历急剧增大~缓慢增大~趋于平缓这三个阶段,在拱部承受较大的土压力,为钢支撑的最不利部位;拱顶的压力比拱腰两测点的压力值明显偏大,在浅埋情况下拱顶部位为最不利位置。     

临近高层建筑群桩基础隧道开挖围岩变形特性

依托某市地铁工程实例,借助ABAQUS建立数值模型,对临近高层建筑群桩基础隧道开挖围岩变形特性进行研究。研究结果表明:围岩变形随隧道开挖面应力释放逐渐增大,具体表现为"快速-缓慢-稳定"3种类型;相比未考虑临近高层建筑群桩基础荷载时,考虑建筑群桩基础附加荷载后隧道拱顶位移、围岩收敛和地表沉降分别增加了6.8%、8.6%和9.8%;最终稳定时拱顶位移和围岩收敛控制在5 mm以内,地表沉降控制在7 mm以内,距离群桩基础一侧横向地表沉降主要影响区域约为3.5倍隧道开挖洞口直径。围岩变形整体较小说明群桩基础荷载对其影响相对较小,同时亦可反向推断隧道施工对高层建筑影响较弱。研究成果能够为类似工程实践及进一步探究围岩变形特性提供重要理论参考。     

高地应力软岩隧道仰拱施作方法研究

为研究不同的仰拱施作方法对高地应力软岩隧道稳定性的影响,根据时速为200 km/h的双线铁路隧道的标准设计图建立有限元模型,基于三台阶七步开挖法研究了四种不同的仰拱施作方法.分析了不同仰拱施作方法下隧道的拱顶、边墙及仰拱的变形和应力,进一步讨论了初期支护的安全稳定性.研究结果表明:高地应力软岩隧道三台阶七步开挖法中下台阶核心土带仰拱一次开挖,仰拱先填充碎石土后换填混凝土的施作方法最优,该方法能有效控制围岩变形,建议高地应力软岩隧道施工中采用该法;传统的仰拱施作法因初期支护封闭滞后等问题,围岩变形较大;下台阶核心土带仰拱一次开挖,仰拱中部填充碎石土的施作方法不可行,左、右边墙安全系数小于2,不满足规范要求.     

超大断面扁平结构隧道开挖方法数值模拟及优化研究

超大断面扁平结构隧道的受力特性和围岩应力分布情况复杂,施工难度大、安全隐患多,寻找一种合适的开挖方法尤为重要.结合某超大断面扁平结构公路隧道工程,提出3种不同开挖方法(三台阶七步法、双侧壁导坑法和双侧壁结合台阶法);运用MIDAS/GTS软件对各开挖方法进行了数值模拟,分别获得了3种方法开挖过程中隧道围岩位移、受力特点...     

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.     

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．     

大跨径地铁车站交叉口数值分析

以在建的重庆.西部国际会展中心配套市政交通工程高义口车站为研究对象,采用有限元数值软件ANSYS三维数值模拟大跨径地铁车站与出入口通道交叉部位,在有出入口与无出入口情况下,对车站交叉口附近围岩和初期支护力学行为进行对比分析。同时,在隧道施工过程中对围岩位移进行监测,分析围岩的位移状态随时间的变化规律,验证数值分析可靠性。分析结果显示,出入口开挖对交叉口区域内围岩的位移和应力都产生显著影响,交叉口拱顶和底部位移影响较大,应力在拱顶、拱腰和底部都变化明显。     

流固耦合作用下隧道开挖模拟研究

根据渗流力学、弹塑性力学以及多场耦合理论,构建隧道开挖流固耦合模型。以湖南省湘西州古丈县张吉怀铁路毛坪村隧道施工为例,选取典型断面,采用COMSOL 模拟耦合作用下隧道开挖引起的围岩渗流场及塑性区变化规律,并将拱顶沉降值与现场实际观测结果进行对比。结果表明:隧道开挖扰动原岩发生应力重分布,使拱腰和拱底附近塑性区范围发生显著变化;对比不考虑流固耦合作用和考虑流固耦合作用下的模拟结果可知,流固耦合作用下隧道拱腰和拱底处围岩的应力值相对较高,高出的应力值最大可达0． 2 MPa,且流固耦合作用下隧道围岩变形稳定后,拱顶沉降值可达55 mm。采取喷砼支护措施后,隧道拱腰和拱底处的应力集中区范围显著减小,隧道拱顶沉降值可降低至26 mm。由此可见,流固耦合作用增加了围岩的应力和位移,支护措施减小了拱腰和拱脚处应力集中区范围和拱顶沉降值。