收敛约束原理在隧道位移稳定性判据中的应用

收敛约束原理是解释围岩和支护相互动态作用过程的一种理论和方法。根据施工监测的位移数据 ,应用该原理判别隧道稳定性 ,其关键在于稳定性判据即极限位移值的确定。得出的极限位移计算结果已被铁路隧道相关规范采纳。     

隧道稳定性位移判别准则

本文明确了隧道稳定性及其多极限状态的概念，提出了隧道稳定性可通过隧道位移来体现和判别。以隧道位移为判据的隧道稳定性分析的关键和难点是围岩及支护结构的位移极限值的确定。根据隧道的变形动态信息反推围岩参数和支护结构实际所受荷载为输入参数，进行隧道极限位移的计算模拟，辅以室内模拟试验验证和现场资料调查整理的综合手段来确定，更能反映隧道的现场实际。本文还介绍了实测位移的时间序列组合模型分析，位移随机分析，位移随机插值的方法。以隧道周边位移为依据，建立隧道稳定性判别准则以及设计体系。它可以直观地与现场量测联系起来，建立反馈系统实施控制，真正体现隧道施工中的反馈信息，指导施工，修正设计的动态设计特点。     

隧道施工围岩稳定与适时支护

通过对隧道开挖后工程围岩发生位移变形 ,采用支护加固以阻止围岩强度进一步恶化 ,确保隧道围岩稳定的定性和定量分析 ,证明适时支护对隧道围岩稳定的重要性 ;同时 ,阐述实际施工过程中如何界定适时支护的一般性原则 ,用于指导今后工程施工。     

不等跨小净距隧道施工力学分析与应用

为研究不等跨小净距隧道施工时两隧道相互影响关系,基于大横琴山隧道,建立有限元模型,对各开挖步与不同围岩条件以及开挖顺序引起围岩位移、应力及支护结构轴力、弯矩变化进行分析,得到地表及特征线沉降位移、围岩主应力、支护结构特征点轴力及弯矩。结果表明:施工时大跨度断面隧道上部位移较大,同时其地表沉降极值位于隧道中间偏向大跨度隧道处;中夹岩柱在小跨度隧道侧的水平位移较大,因此在支护时,需要对小跨度隧道侧的中夹岩柱进行水平支护,以防止失稳;对比不同围岩条件变形受力特性,较弱围岩条件下施工时,需要进行不对称支护,同时先施工小跨度隧道较优。     

隧道开挖过程的数值模拟与分析

结合安徽六潜某高速公路隧道,应用有限元软件ANSYS建立了隧道计算模型,采用弹塑性方法及Mohr-Coulomb屈服准则,对该隧道某断面分步开挖和支护进行模拟,得到了各个开挖阶段的位移、应力图、支护结构内力图以及开挖前和开挖后隧道围岩与支护结构的位移、应力变化规律。     

考虑流变特性的隧道围岩变形效应分析

为了探讨考虑流变效应情况下隧道围岩和衬砌的变形情况,从而进一步确定隧道的合理衬砌时机。首先,分析围岩的流变特性对隧道变形和衬砌抗力的影响,通过理论推导得到了同时考虑黏弹塑性的隧道围岩变形计算公式,该公式包含时间参数,可确定达到不同衬砌位移及围岩位移所需要的时间。然后,以南龙铁路隧道工程为背景,针对隧道拱顶下沉、周边收敛、围岩压力和初衬内力,开展隧道二衬合理支护时机的监测分析,得到围岩变形计算公式中的待定系数,并确定隧道衬砌的合理支护时机。将得到的结果与现场监测的结果进行对比,发现二者得到的二衬支护时机基本相同,从而验证计算结果的正确性。     

新近系泥岩隧道初期支护受力特性研究

富水区泥岩隧道开挖后经常出现支护结构大变形乃至开裂现象,影响隧道的施工和长期运营安全。为掌握新近系泥岩隧道支护结构和围岩的变形动态,开展相应的室内试验与现场监控量测以及数值模拟。采用室内试验方法获得泥岩的物理力学参数;通过现场监测方法得到围岩压力、钢拱架应变;采用数值模拟的方法获得泥岩软化前、后拱顶及拱脚沉降量、围岩压力、径向位移值的大小。研究结果表明:泥岩呈弱崩解性,且具有一定膨胀性,是导致围岩变形持续时间较长的主要原因;多数测点钢拱架弯曲,导致初期支护承载力不足,进而引起初衬混凝土掉块脱落;泥岩软化后,隧道同一位置处拱顶、拱脚沉降量、围岩压力、径向位移值均远大于泥岩软化前的数值,泥岩遇水软化是导致隧道支护结构产生大变形的原因之一。研究方法和结论对新近系泥岩隧道的设计和施工有一定的参考价值。     

软弱围岩隧道变形特性及控制措施

为研究隧道软弱围岩变形特性及控制方法,基于FLAC 3D有限差分方法,采用基于HoekBrown屈服准则的应变软化模型,分析银瓶山隧道掌子面预加固及超前支护对软岩隧道大变形的影响。研究结果表明:采用Hoek-Brown应变软化模型计算所得的围岩变形量大于采用理想弹塑性模型计算结果;针对隧道软弱围岩的大变形特性,提出掌子面预加固与超前锚杆相结合的支护方案。经实施和现场监测,该支护方案不仅能控制掌子面挤出位移,而且能有效控制软弱围岩的纵向位移。     

共和隧道Ⅲ级特殊围岩施工设计

根据共和隧道工程实例,阐述特殊围岩隧道大变形的特点,为保证隧道施工及结构安全,需采用合理的施工方法和支护形式。通过对比测试几种试验段支护形式,对施作长锚杆及型钢钢架支护的试验段与没有施作的进行围岩松动圈、应力以及位移比较。全断面开挖、长锚杆及HW 175型钢钢架支护对于整治共和隧道围岩大变形起到重要作用,为以后隧道施工设计提供经验。     

客运专线单双线过渡段分岔隧道施工效应三维数值分析

石太客专太行山南梁隧道从一条双线隧道(线间距4.6 m)过渡为两条单线隧道(线间距35 m),它是由大拱段、连拱段和小净距隧道组成,为典型客运专线标准断面分岔隧道工程。为研究此隧道设计与施工方案的合理性,采用FLAC3D快速拉格朗日差分方法分析软件,对此单双线过渡段分岔隧道施工开挖过程进行三维数值模拟计算。通过分析隧道开挖过程中围岩和支护结构的二次应力场、变形场和塑性破坏区的变化特征,总结了分岔隧道围岩和支护的应力、变形和破坏区的分布特征和变化规律。结论有:连拱段中墙上部的岩体要重点支护,特别是中隔墙上部和底部以及上部要加强配筋;左洞开挖关键控制步序是开始的两个进尺,对衔接处影响右洞开挖极限长度为8 m,对衔接处影响左洞开挖极限长度为12 m;隧道两侧边墙位移不对称,右洞位移为施工过程中监测重点。为推荐施工方法的安全性及关键控制施工步骤提供理论依据。