开挖与回填过程中隧道受力和承载拱效应研究

为研究开挖和回填过程中既有隧道受力变化及其与承载拱之间的联系,设计模型试验,通过考察开挖与回填过程中既有隧道的位移、内力及围岩压力,得到隧道受力变化规律,并对隧道受力与承载拱之间的联系进行分析。结果表明: 1)既有隧道上方开挖过程中由于承载拱的存在,会使隧道经历无影响、弱影响、强影响3 个阶段,但既有隧道上方回填过程中不会产生承载拱,填方对隧道的影响基本呈线性增加,隧道处于持续受影响状态; 2)回填后的结构受力普遍大于相同覆土高度下开挖后的结构受力,且拱顶和仰拱相对其他部位受影响较大,易因内侧受拉出现裂纹; 3)承载拱的产生与否主要取决于一定埋深隧道围岩应力状态是否经历三向应力-二向应力转变的历程,隧洞开挖时围岩应力的转移和重分布导致了承载拱的产生。     

软质岩体双连拱隧道施工力学行为研究

在软质岩体环境下,针对大跨度双连拱隧道施工过程中衬砌、中隔墙及围岩等结构受力状态复杂、变化频繁等特点,以某大跨径双连拱隧道为实例,对隧道施工开挖全过程进行了数值模拟计算,系统分析了隧道围岩、中隔墙随隧道的开挖和支护过程的应力及塑性区的发展、变化规律,得到了采用双侧壁导洞法施工时,隧道施工力学行为的变化规律,对同类隧道设计及施工具有参考意义。     

中隔墙应力-应变监测在双联拱隧道的应用研究

根据双联拱隧道结构型式特点和新奥法监控量测原理,利用钢弦式土压力盒与DKY-51-2型振弦式传感器记录仪对襄十高速公路3条双联拱隧道中隔墙顶部围岩和支护层间的压力进行量测,并采用光弹性单向应变计对隧道边墙和中隔墙混凝土的应力与应变进行量测。结果表明:中隔墙顶部的压力随时间增加而增大,最大可达到7MPa,且受施工爆破的影响会产生较大的突变;中隔墙混凝土墙身段的应力值普遍小于3MPa,且不同方向、不同深度处应力值有一定的差异。利用2D-σ有限元软件对隧道施工过程中的结构受力状态进行模拟,模拟结果与监测结果吻合较好,说明上述监测手段很好地反应了中隔墙的应力-应变状态,为隧道施工及其稳定性评价提供了指导依据。     

基于三维有限元模型的小净距隧道施工力学分析

针对Ⅲ级围岩,利用弹塑性三维有限元模型分析了小净距隧道在不同净距下隧道围岩、中隔墙、锚杆及初衬的受力性状。结果表明,两洞围岩应力终值不同,后行洞施工会造成中隔墙应力集中,其应力集中系数随净距减小而增大,应力峰值点位由拱腰与墙脚趋于起拱线;后行洞开挖使先行洞侧围岩松动区扩大,引起中隔墙内锚杆轴向应力增加,对其他部位锚杆受力影响很小;后行洞施工增加先行洞衬砌环向压力,但不会增加衬砌环向负弯矩。对于Ⅲ级围岩,隧道的最小净距取0.5B是合适的,在此净距下,两洞掌子面间的最小间距约为0.5B。     

非对称连拱隧道非对称中隔墙施工力学行为研究

为研究非对称连拱隧道中非对称中隔墙在施工过程中的力学特性,以湖南省塞子界隧道为工程背景,基于普氏平衡理论,分析了中隔墙的受力特点和偏转机制;建立MIDAS/GTS三维数值模型,模拟分析不同形式的中隔墙在施工过程中位移和应力的变化规律,对比分析了隧道施工监测数据与数值模拟数据。研究结果表明：在非对称连拱隧道(左侧大洞径隧道、右侧小洞径隧道)中,中隔墙会向大洞径隧道发生偏移,且发生逆时针偏转;以中导洞中心线对称,减小小洞径隧道侧中隔墙厚度,使小洞径隧道侧中隔墙厚度小于大洞径隧道侧中隔墙厚度时,左右隧道拱顶沉降均减少,中隔墙下墙角处竖向位移、中隔墙中心线顶点和中隔墙墙底中点水平位移均减小,中隔墙上墙角受力情况更良好,整体偏转幅度更小,稳定性更高,但非对称中隔墙整体厚度减小量应适量。     

双连拱隧道的中隔墙防排水方法和措施

双连拱隧道中隔墙漏渗水是常见的问题,本文对中隔墙漏渗水的产生原因进行分析,并对凸顶式中隔墙提出了防排水的改进结构和施工中可以采取的措施;在此基础上提出了凹顶式中隔墙结构形式,很好地解决了中隔墙漏渗水问题.     

双连拱隧道的中隔墙防排水方法和措施

双连拱隧道中隔墙漏渗水是常见的问题，本文对中隔墙漏渗水的产生原因进行分析，并对凸顶式中隔墙提出了防排水的改进结构和施工中可以采取的措施；在此基础上提出了凹顶式中隔墙结构形式，很好地解决了中隔墙漏渗水问题。     

不对称连拱隧道施工工序优化数值模拟分析

为了研究不对称连拱隧道的施工与受力情况,以兰海高速孟家磨不对称连拱隧道为工程背景,通过对隧道施工过程进行数值模拟,以及对两种不同施工工序下围岩和支护结构的受力及变形情况进行对比分析,结果表明,先施工小断面隧道时的拱顶沉降、初期支护应力、中墙水平位移及应力、二次衬砌的应力基本都小于先施工大断面隧道时产生的位移及应力值,并且大断面隧道一侧的中隔墙与拱脚相接处的压应力比较大,先施工小断面隧道较为安全可靠,可为今后类似工程设计及施工提供参考和借鉴。     

当家湾双连拱隧道施工中隔墙数值模拟分析

在连拱隧道施工中,中隔墙至关重要。中隔墙上方作用荷载大小,不仅关系着连拱隧道在施工期间结构的安全,还直接影响工程造价以及隧道建成后衬砌结构的长期安全性。文中以十漫高速公路当家湾双连拱隧道为工程背景,采用有限差分软件FLAC^3D,对双连拱隧道三导洞法各主要施工阶段中隔墙的应力和变形进行分析,研究中隔墙的稳定性。     

连拱隧道整体式中墙凿薄安全性分析

某高速公路连拱隧道将已施工的整体式中隔墙凿薄改为分层施工中隔墙,采用有限元方法对两侧凿薄25 cm、30 cm和35 cm三种工况进行了数值模拟,分析不同工况下的主应力、位移及地表下沉量。研究认为:凿薄在结构安全上是可行的;为改善二次衬砌受力,可取较大值;凿薄过程中中隔墙顶与正洞初期支护交接处是薄弱环节,应加强监测。     

双连拱隧道中隔墙结构优化研究

针对双连拱隧道中隔墙结构没计与防排水存在的问题,应用有限元数值模拟方法对双连拱隧道中隔墙的结构进行了优化研究。曲中墙顶部支撑是最为合理的对称中隔墙结构形式。中隔墙的厚度宜定在1.5m～1．8m之间。建议中隔墙的高度取4．25m。     

分岔隧道浅埋连拱段的爆破振动效应分析

分岔隧道洞口连拱段具有浅埋、受力结构复杂等特征。爆破开挖诱发的振动效应对围岩及受力结构产生破坏,直接影响隧道施工期和运营期的安全。为此,以六月田公路隧道工程浅埋分岔段为研究背景,采用现场振动监测和数值模拟手段,分析了后行隧道爆破地震波作用下覆盖层围岩、支护及受力结构的力学机制和破坏特征,得到了连拱段隧道中隔墙径向、切向和垂直向振动速度的衰减规律。在此基础上,建立了未开挖洞段长度与放大倍数的近似函数关系,通过曲线拟合方程得到了径向、垂直向和切向振动速度拟合公式,并揭示了爆破地震波的传播衰减规律。利用成洞区和未开挖区的相互关系,推导了成洞区振动速度的传播衰减公式。研究结果表明:先行隧道侧中隔墙的径向和切向振动速度较大,成洞区的爆破振动速度具有放大效应;后行隧道爆破产生的振动对中隔墙成洞段12 m至未开挖段8 m范围内的影响较大;采用曲线拟合方程得到了覆盖层厚度与振动速度的函数关系,基于Von Mises屈服准则确定了洞顶围岩的损伤范围;根据最大拉应力和最大振动速度之间的关系,得到了喷射混凝土纵轴线方向的拉裂破坏长度,确定了后行隧道喷射混凝土的爆破振动安全控制标准。该研究结论可为类似隧道工程的爆破开挖设计、施工提供参考借鉴。     

双连拱隧道中隔墙力学分析

众所周知,双连拱隧道施工工序繁多,施工工艺复杂,施工过程中中隔墙的受力体系不断变化,如何确保中隔墙设计的合理性以及施工过程中中隔墙受力的安全性,是设计和施工过程中每位工程师都普遍关注的重点和难点问题。为此,结合工程实践从设计施工和监控等方面对双连拱隧道中隔墙的受力演变过程进行了充分论证,提出了自己独到的见解,对指导以后类似环境条件下双连拱隧道的设计施工将具有重要的理论意义和经济价值。     

明挖超大跨度叠层隧道结构受力分析及断面优化设计

为探索明挖超大跨度叠层隧道合理断面形式及优化思路，依托望海路快速化改造工程，借助数值模拟手段，分析超大跨度叠层隧道结构受力特点，并对超大跨度叠层隧道断面形式选择、跨度优化及覆土影响进行了研究。结果表明：超大跨度叠层隧道存在顶底板弯矩过大、中板承受拉应力的问题，中板处于偏心受拉的原因为跨度过大及侧向土体对结构约束不足；大跨度明挖隧道微拱形断面受力性能最优，直墙平顶断面劣于直墙折板断面，综合考虑结构受力性能、断面利用率、经济性，对于明挖大跨度叠层隧道推荐采用直墙折板断面；对超大跨度叠层隧道结构而言，跨度的大小贡献了结构内力较大的比重，减小结构跨度对结构受力改善明显，尤其可大幅减轻中板轴力和弯矩，断面一在受力性能及工程用量方面综合优势最大；浅埋条件下，推荐顶板上覆土采用换填泡沫混凝土的方式减少上覆土容重，从而降低隧道结构顶板截面内力，改善顶板受力条件。     

偏压连拱隧道施工顺序优化研究

以某隧道为例,从满应力设计的基本思想出发,考虑隧道本身结构及洞周围岩的受力和稳定性．提出了一个反映中墙和支护结构及围岩在施工过程中的受力的综合优化模型,对偏压连拱隧道的施工顺序进行了优化。并通过工程实例分析,验证了所提出优化方法的可行性,对类似的偏压连拱隧道工程的施工具有指导意义和参考价值。     

浅埋明挖小间距隧道回填施工方案及力学性能研究

为研究浅埋明挖小间距隧道回填施工方案以及回填过程中对衬砌结构变形和应力的影响,依托重庆市渝北区金洲大道与星光大道延伸段节点改造工程,采用有限元分析方法对比土石混合料、泡沫轻质土两种材料回填方案,并结合现场监测数据对衬砌结构变形、应力进行分析。结果表明：与土石混合料回填相比,采用泡沫轻质土回填的结构变形、应力均满足承载力要求;顶板、墙角、底板位移分别减少约24%、29%、11%且未超出位移容许值,拉应力分别减少约41%、39%、27%;当衬砌结构回填深度为0、2、4、6 m时,结构各部位拉应力变化趋势较缓,且变形、应力基本呈对称分布,可以有效避免结构拉剪破坏。综合考虑施工便利性、结构安全性、回填土压实度,对该隧道回填采用特殊部位以泡沫轻质土分层回填,两侧及顶部以土石混合料分层回填的回填方案;现场以此方案进行回填施工后,结构位移、应力均未超过容许值,因土拱效应,现场实测值小于模拟值。     

将军沟隧道支护结构断面形式优化分析

近年来,大量已建运营公路隧道发生漏水等多种形式的恶化现象已经引起了隧道工程界的关注,大量的研究表明,隧道结构的恶化现象在一定程度上是由于作用在隧道衬砌上的力或者是由衬砌混凝土的损坏引起的。因此,在隧道和地下工程的轴线选定以后,通过优化设计,不断地调整隧道和地下工程断面的几何形态,以改善支护结构的受力状态是隧道设计优化的最终目标。针对将军沟隧道工程,选取设计参数不同的4个支护结构断面,采用ANSYS有限元程序,对不同支护结构条件下隧道的受力、变形进行了数值模拟试验。数值模拟试验表明:选定4种支护结构断面形式,初次衬砌和二次衬砌的压应力都非常小;但考虑到拉应力对素混凝土的受力的不利影响,建议采用优化的结构形式,以减小拉应力。同时,考虑到隧道衬砌结构受力的最不利部位出现在隧道拱脚处,建议施工中加强对拱脚的支护,增加锁脚锚杆,以确保施工的安全。     

基于无网格算法对隧道围岩弹塑性分析

通过引入广义粒子动力学数值法模拟隧道围岩的弹塑性变形特征,应用于隧道围岩模型结构分析中,确定隧道围岩不同侧压系数下的塑性区和应力场。研究结果表明:随水平应力的提高,隧道围岩塑性区从两帮朝顶部和底部方向转移。当λ2.0时,随水平应力提高,顶部和底部塑性区宽度开始增加,当λ2.0时,塑性区从顶底部向两肩和底角区域扩展,导致隧道稳定性突降;随洞壁距离的增加,隧道切向应力表现出一个先递增后下降的变化趋势,径向应力呈现出逐级递增,并在不同洞壁距离处获得原岩应力状态;隧道顶板和边墙水平位移随着λ的增大而不断增大,在λ1.0情况下,顶底板总位移相较于隧道围岩边墙位移要大;当λ1.0时,边墙总位移较围岩顶底板位移大;在剪胀角增加的过程中,塑性变形区也在不断的增加,围岩承载力也获得了一定幅度的增加。     

兰渝铁路木寨岭隧道岭脊核心段扩拆技术

为解决极高地应力作用下兰渝铁路木寨岭隧道岭脊核心地段大变形的问题,分析岭脊核心地段围岩流变和衬砌开裂的原因,提出岭脊核心段衬砌开裂扩拆技术： 设置套拱加固、围岩径向加固、加强支护刚度、优化隧道断面结构、严格控制各工序施工步距、调整隧道变形预留量。对台架法和洞碴回填机械开挖法2种扩拆方法进行比选,选取洞碴回填机械开挖法进行扩拆。重点介绍洞碴回填机械开挖法施工技术和施工组织,并对支护结构变形和受力进行监测,结果表明： 采用洞碴回填机械开挖法扩拆施工安全,支护结构变形在预计范围、无侵限,二次衬砌结构稳定、无开裂。     

双侧壁导坑法施工大断面地铁车站中隔墙岩柱开挖稳定性分析及施工关键技术

为了便于盾构过站施工连续,保证施工安全,以重庆轨道交通环线上桥车站工程为依托,对双侧导洞先行贯通、中隔墙后续开挖的双侧壁导坑工法进行分析,并研究临时中隔墙岩柱开挖的稳定性和加固措施,形成临时中隔墙岩柱开挖的施工关键技术。分析结果表明,在双侧导洞贯通后、中隔墙岩柱开挖前,隧道已经发生较大的拱顶沉降和收敛变形。为保证中隔墙岩柱开挖的稳定性和控制隧道变形,先对隧道及中隔墙进行加固,然后采用分台阶开挖施工。中隔墙拱部采用锁脚锚杆和增加中隔墙临时支撑体系刚度有助于改善初期支护的受力模式和控制隧道的收敛变形。