底部隐伏溶洞隧道施工阶段围岩稳定性分析

结合实际隧道工程施工案例,运用有限元软件分析了底部隐伏溶洞对隧道围岩稳定性的影响,并将计算结果与监控量测数据进行对比。结果表明,随着隧道开挖面逐渐进入岩溶区,仰拱处围岩位移急剧增长,且由于底部岩体整体性变弱及仰拱与溶洞间的岩体变形刚度减小,仰拱位移逐渐大于拱顶位移;在距离岩溶区大约1D范围内,仰拱底处围岩竖向位移显著上升,拱顶、仰拱底处围岩最大主应力逐渐减小,拱肩处围岩最大主应力逐渐增大。     

浅埋隧道施工地层位移控制的数值计算研究

以数值计算作为分析手段,模拟研究了浅埋隧道全断面开挖引起地层损失的主要因素。理论分析结果表明:即使在软弱围岩条件下,调节或改善核心围岩的力学行为及其强度,可以维护掌子面的稳定性和控制掌子面及其前方地层发生的绝大部分地层损失;超前加固隧道拱部、边墙和仰拱围岩,主要是减小掌子面后方地层损失,在相同的加固条件下在地层位移控制方面,仰拱超前加固最好,其次为边墙超前加固,最后为拱部超前加固。影响隧道拱部、边墙和仰拱超前加固效应的主要因素有加固层的厚度和加固后加固层的力学行为。     

不同结构形式下公路隧道的稳定性数值分析

主要对平底隧道和仰拱隧道二者的围岩受力和隧道周围位移进行对比分析,得到以下结论:开挖过程中两种隧道模型最大压应力值存在差别,且上台阶开挖要比下台阶开挖时最大压应力值要大;开挖过程中仰拱隧道的最大拉应力一直略小于平底隧道,说明施加仰拱对围岩整体受力较好;随着隧道开挖步的进行,两种隧道模型均呈现出拱顶沉降和拱底隆起位移增长的趋势,且仰拱隧道拱顶沉降值一直略大于平底隧道,而仰拱隧道拱底隆起值一直略小于平底隧道;两种隧道模型上拱墙竖向沉降基本一致,而仰拱隧道底部隆起位移均小于平底隧道,且仰拱隧道隆起位移最大值要比平底隧道小6. 78%,这与仰拱隧道底部围岩和衬砌的"拱作用"有关。实际工程中应综合考虑各方面进行方案选取。     

黄土公路隧道衬砌受力特性测试研究

通过对浅埋黄土公路隧道衬砌受力现场测试,研究了隧道衬砌围岩压力、钢花拱轴力和二次衬砌混凝土应变随时间变化以及不同位置分布情况。结果表明:拱部和边墙围岩压力先是增大后减小然后趋于稳定,隧道周围土体有局部坍塌的可能,按实测值推算的竖向围岩压力小于按已有公式计算的值,钢花拱轴力稳定较快且以受压为主,二次衬砌和仰拱的承载作用并不明显。     

红砂岩隧道开挖稳定性的三维数值分析

以湖南西部某红砂岩浅埋隧道为例,建立了三维有限差分数值模型并模拟了隧道不同开挖步过程中掌子面附近围岩应力和地表沉降的变形规律,最后利用数值计算结果与实测数据进行了对比分析。结果表明:隧道开挖对掌子面前方影响范围约为2D,在掌子面后方1D范围内围岩应力发生明显变化,随掌子面向前推进逐步趋于稳定;地表沉降量主要发生在上台阶开挖时,当仰拱施作完成形成稳定的闭合环结构后,沉降变形很快趋于稳定。主应力最大值位于拱腰,其次是拱脚,而塑性区主要出现在拱肩和拱脚。实测数据与计算结果基本吻合。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

藻溪隧道反压护拱施工和优化分析

为了研究反压护拱施工对浅埋偏压小净距隧道稳定性的影响,首先介绍了藻溪隧道反压护拱的施工过程,并以此为工程背景,利用FLAC3D有限差分软件模拟了在不同厚度反压护拱下的隧道开挖过程。通过分析围岩位移、应力和塑性区的变化情况,得到了反压护拱厚度对浅埋偏压小净距隧道稳定性的影响规律。结果表明:随着反压护拱厚度的增加,浅埋侧左洞拱顶向上隆起值减小,周边位移减小,仰拱隆起加剧;深埋侧右洞拱顶下沉减小,周边位移增加,仰拱隆起稍有增加;反压护拱厚度增加能显著缓解隧道浅埋侧左洞和中夹岩柱的偏压程度,而对缓解深埋侧右洞的偏压不明显。根据围岩塑性区体积随反压护拱厚度的变化情况,建议在地表注浆加固后,Ⅴ级围岩宜施作5m厚的反压护拱。     

软岩隧道初期支护沉降机理及其工程措施研究

为解决软岩隧道开挖过程中初期支护整体下沉普遍较大的工程难题,依托郑州至西安高速铁路大断面黄土隧道及成昆铁路第三系昔格达地层软弱围岩隧道工程,通过理论计算及现场实测,对软弱围岩隧道初期支护普遍沉降较大的原因以及采取的工程措施的可靠性进行分析,得到以下成果： 1）软弱围岩隧道下沉量往往超过20 cm,现场实测的拱脚承受最大荷载为897.4 kN,初期支护整体下沉大的主要原因是拱脚压力较承载力大一个数量级; 2）锁脚锚杆靠近钢架位置的轴力最大,为55 kN。大拱脚的承压特性显著,其压力极值达到0.9～1.7 MPa; 3）增设锁脚锚杆（管）、扩大拱脚和及时闭合仰拱是控制软岩隧道初期支护沉降的关键措施。     

基于数值模拟的隧道仰拱优化分析

为了确定在III2级围岩隧道中是否可以取消仰拱的设置,采用FLAC3D有限差分软件,对III2级围岩情况下的平底隧道(模型1)和仰拱隧道(模型2)这2种隧道底部支护形式进行了数值模拟和研究,通过对隧道开挖支护过程结束后目标断面的围岩竖向位移、围岩竖向应力特点、二次衬砌变形这3个方面进行分析比较,结果表明,III2级围岩隧道取消仰拱,采用平底结构,隧道二次砌衬能够保持稳定性,也满足隧道对二次砌衬安全储备的要求。     

台阶法开挖隧道仰拱封闭距离效应研究

以张涿高速公路张家口段朱家峪Ⅱ号隧道为工程背景,采用FLAC3D软件,讨论不同仰拱封闭距离对台阶法开挖隧道稳定性的影响,并与现场监测数据进行对比分析.研究结果表明:仰拱与上台阶设置的初次支护形成封闭的承载环,使围岩的受力状态由不利于稳定的双向受力状态转变为有利的三向受力状态,从而使围岩保持稳定,仰拱跟进速度越快,围岩稳定性越好,考虑到让压因素,仰拱封闭距离宜确定为2～3倍洞径.仰拱封闭距离对于类似隧道的仰拱支护优化及现场施工具有参考意义.     

水下浅埋公路隧道施作仰拱力学效应的现场试验研究

密切跟踪浏阳河隧道的仰拱施工状态,开展现场测试,基于大量的实测数据研究水下浅埋公路隧道施作仰拱产生的力学效应.研究结果表明:仰拱开挖使上拱部不同部位的围岩与初衬接触压力发生不同的变化,有的部位接触压力增大,而有的部位接触压力却减小;整个初衬层闭合能制约上拱部初衬拱顶沉降和水平收敛的发展;挖掉仰拱初衬上的临时填土会使型钢...     

单跨5车道公路隧道工法优化及施工力学特性研究

为解决超大断面公路隧道传统工法工序繁杂、效率低等问题,依托厦门芦澳路—海沧疏港通道2#分岔隧道大跨段(国内在建最大断面公路隧道),利用"以索代撑"的思想,并结合围岩强度高的特点,提出主动支护的钢架岩墙组合支撑法并对其进行工法优化。通过岩石三轴压缩试验和Hoek-Brown估算方法获得围岩力学参数,并采用数值计算的方法验证该工法的合理性,确定预应力锚索长度为10m,预应力值为1000k N,同时对其施工力学特性进行研究。结果表明:围岩变形主要发生在岩墙((5)分部)开挖前,且以竖向变形为主,上台阶开挖是引起隧道拱部沉降和仰拱隆起的主要原因;在预应力锚索的作用下,隧道岩墙((5)分部)的开挖和中隔壁的拆除对围岩变形和初期支护内力影响较小;初期支护拱脚处压应力集中,拱顶和仰拱处受到较大的拉应力;隧道围岩变形及初期支护承载力均满足公路隧道施工安全要求。     

堆积体隧道围岩及支衬体系空间力学特性

为研究堆积体隧道围岩和支衬体系受力空间变化规律,采用三维弹塑性有限元法模拟隧道施工过程,得到了洞室周边围岩和支护结构应力随掌子面开挖的变化过程。结果表明,隧道开挖对不同部位围岩扰动大小存在较大差异,扰动后拱部围岩应力强度较小,拱脚和边墙围岩应力强度最大,仰拱围岩应力波动较大但量值总体偏小;管棚在隧道开挖前后受力状态发生明显改变,支护和衬砌过程中有微小波动;拱部系统锚杆对于维持围岩临时稳定发挥了一定作用,但其作为永久支护对围岩长期稳定作用不大,锁脚锚杆在下台阶开挖以及隧道长期稳定方面均发挥了重要作用;初支拱部受拉、边墙和拱脚受压显著,其中拱腰、拱脚分别为拉、压控制性截面;与钢筋混凝土强度相比,二衬受力较小,具有较大的强度储备。     

小净距隧道施工的平面数值模拟

结合九岭隧道的设计及施工实践,建立小净距隧道的平面计算模型,对小净距隧道进行开挖支护数值模拟计算,并着重对其位移场、应力场、喷射混凝土初期支护、锚杆轴力进行数值分析,结果表明:由于围岩较好,开挖后整体稳定性较好,变形主要集中在拱顶与仰拱底部,应力主要集中在隧道的拱脚处,喷射混凝土的最大弯矩值以及支护锚杆的最大轴力值都出现在隧道拱脚处,塑性区较少,主要分布在中间围岩部位,因此要重点加固此部位.     

单洞双线铁路隧道仰拱施工质量控制技术研究

为有效解决和控制仰拱厚度不够、强度不足、施工缝翻浆冒泥及上拱等施工质量问题,保障隧道工程建设和运营安全,依托渝昆高铁昭通隧道工程,采用隧道扫描系统检测仰拱开挖断面,确保仰拱厚度满足设计要求;采用液压自行式整体仰拱栈桥,优化仰拱弧形模板,实现分段分层浇筑和振捣工艺,提高混凝土施工质量;采用分离式仰拱端头钢模板,预铺仰拱端头弧形带并安装橡胶背贴和中埋止水带,提高了施工缝质量,减少了施工缝翻浆冒泥现象;设置隧底纵向排水管及逆向导水管等优化隧底排水设计措施,解决了水害造成的仰拱上拱问题;制定并落实隧道仰拱施工质量管理措施。通过在渝昆高铁昭通隧道施工中采取以上措施,实现了仰拱零欠厚,仰拱混凝土强度满足设计要求,施工缝质量零缺陷。     

不同应力场软弱围岩隧道施工力学特征的数值分析

岩体内部的初始应力及隧道开挖后的围岩应力是隧道工程的关键影响因素,为了更全面地了解不同应力场软弱围岩公路隧道施工的力学特征,建立有效的有限元模型,采用不同加载方式,模拟不同应力场,对软弱围岩公路隧道施工过程中隧道围岩位移和应力变化特征及其影响范围进行了详细分析,并对衬砌结构的受力特征进行深入研究.结果表明:不同应力场决定了隧道施工过程中围岩塑性区的大小和位置,这也就决定了隧道施工中重点监控的位置;在不同应力场隧道开挖完成后,拱上20 m水平面围岩竖向位移、拱上中心线围岩竖向位移及仰拱底围岩竖向位移随着侧压力系数的减小而明显增大,拱腰处围岩水平位移则随着侧压力系数的减小而明显减小;应力场对衬砌结构的内力影响很大.     

三车道连拱隧道施工引起围岩位移变化分析

采用有限差分法对某高速公路三车道连拱隧道施工进行实态建模,分析其施工过程对围岩位移的影响,得到了大跨度三车道连拱隧道开挖过程中周围地层位移的发展规律,结果表明:隧道拱顶、仰拱中部位移和上部地层沉降均主要发生在主洞上部开挖阶段.     

层状岩体隧道变形特征及非对称支护研究

层状岩体隧道开挖后,围岩的变形破坏具有明显的非对称特征。文中以郑万(郑州—万州)高速铁路罗家山隧道为工程背景,对比分析台阶法和全断面法开挖时,有无支护条件下隧道拱顶沉降、仰拱隆起及水平收敛的变化规律;提出3种锚杆非对称支护方案并对其支护效果进行分析,得出最优方案。结果表明,不同工况下围岩的变形特征具有一致性,拱顶与仰拱变形较大处的连线与层理面接近于垂直,且拱顶变形呈现左大右小、仰拱变形呈现左小右大的非对称特征;将左侧拱部以上锚杆垂直于层理面布置能较好地控制围岩变形。     

下台阶含仰拱一次开挖工法仰拱早期受力研究

为明确下台阶含仰拱一次开挖工法仰拱早期的受力状态并制定相应的强度控制标准,以中条山隧道为依托工程,利用数值分析、位移-荷载反演等方法对仰拱早期在外荷载作用下的受力进行分析。下台阶含仰拱一次开挖工法中,仰拱随下台阶同步开挖,由于工法的特殊性,仰拱施作约2 h后会承受来自围岩变形、挖机及覆土自重产生的荷载。分析发现： 3个部分荷载中围岩变形压力对仰拱早期受力影响最大,围岩变形作用下最大压应力产生于仰拱拱脚位置,上填覆土及扒碴机械重力作用会减小拱脚压应力,增大拱底压应力。多种外荷载共同作用时,仰拱压应力分布形态为“W”型,最大压应力产生于拱底,为0.14 MPa。考虑预留一定安全储备的情况下,该工法仰拱施作2 h时的抗压强度控制标准可按0.2 MPa进行设计。与传统台阶法仰拱早期受力特性对比,结果证明了一次开挖工法仰拱施作采用早高强混凝土的必要性。     

仰拱型式对隧道结构的影响

结合工程需要，采用ANSYS5．7大型有限元分析软件，计算分析了拱形仰拱与梳形仰拱对隧道结构内力与围岩变形的影响，计算结果表明梳形仰拱对隧道结构受力是有利的，因此。梳形仰拱是可以采用的。