千枚岩隧道施工变形与稳定性分析

以某高速公路千枚岩隧道为研究对象，采用数值模拟分析和现场监测两种方法研究了千枚岩隧道施工过程中初期支护的变形规律和二次衬砌的受力状态，并与现场实测数据进行对比分析。在开挖过程中隧道衬砌支护结构变形量大，完工后逐步趋于稳定；二次衬砌主要承受压应力，局部承受拉应力，但均小于极限应力值，衬砌结构稳定，相关研究结论对指导类似隧道施工具有工程实践意义。     

地铁盾构双线隧道施工地层变形及衬砌结构应力数值分析

为预测盾构双隧道施工周围土体的变形及衬砌结构管片应力规律,以石家庄地铁1号线07标段北宋—谈固站区间双线隧道为工程背景,在考虑各土层材料性质及盾构施工工艺的基础上,利用FLAC3D建立了盾构双隧道的三维精细数值模型,研究了盾构双隧道衬砌管片的应力规律,并与现场实际监测数据进行了对比分析.结果表明:盾构隧道开挖造成的地层沉降大致沿隧道轴线与水平线夹角45°向地表扩散.横向地表沉降的影响距离距隧道中心约为30m.随着隧道埋深增加,对应地表监测点位累计沉降值变小,与隧道埋深成反比对应关系.隧道附近土体的第一主应力存在应力集中现象,应力集中系数约为1.3.衬砌管片应力分布存在差异性,靠近双隧道共同扰动的管片侧的拉应力和剪切应力集中现象较为明显.衬砌管片横断面形变以"椭圆化"变形为主,兼有断面收缩变形.     

隧道进洞与边坡相互作用机理及控制

隧道进口开挖后,隧道结构与边坡工程相互作用。受上覆自然边坡地形及地质结构因素影响,对内(隧道衬砌)产生偏压作用,导致衬砌受力不均而裂缝;因内部开挖卸荷和应力松弛,上部边坡不同程度开裂或变形超限。研究针对某隧道进口段工程实际需求,基于围岩压力和隧道开挖后松动圈、塑性区及变形计算理论,分析了初期支护裂缝和坡体变形超限发生机理;从机理特征出发,通过支护结构特征曲线与围岩支护需求曲线相结合,针对性地提出了非均匀控制措施和相应的支护参数。现场监测验证表明,基于支护结构刚度思想建立的非均匀支护控制措施是合理的,可供类似工程参考借鉴。     

某二级路上跨既有隧道的衬砌结构稳定性探讨

某二级路上跨既有高速公路白山隧道,上跨区域内隧道埋深浅且围岩较差,隧道顶部二级路车辆荷载对隧道结构不利。分别采用地层结构法、荷载结构法对隧道衬砌进行计算,得出隧道衬砌的应力、安全系数,结果表明隧道衬砌应力在安全范围之内,衬砌安全系数也比规范值大,说明隧道衬砌结构是稳定的,对类似工程有一定的借鉴意义。     

衬砌背后空洞对隧道结构安全影响的模型试验研究

隧道衬砌背后空洞现象是隧道建设与运营中主要病害之一,这会改变隧道衬砌与围岩的相互作用关系,引起隧道结构应力集中而破坏。采用物理模型试验方法,模拟了隧道衬砌背后无空洞、单空洞、多空洞等3种工况。通过对比分析这3种工况在上覆荷载的作用下围岩压力、衬砌轴力及弯矩变化规律,获得了以下主要结论:①隧道无空洞时,衬砌与围岩接触良好,围岩压力、衬砌轴力及弯矩均随上覆荷载的增加而增大;②隧道衬砌背后存在空洞时,空洞范围内围岩压力无法传递到衬砌结构上,导致围岩压力、衬砌轴力及弯矩均随上覆荷载增加而减小,但衬砌结构因偏心距增大容易发生开裂破坏;③衬砌背后空洞对衬砌拱顶安全系数的影响最大,空洞数量越多安全系数降低越明显,但未改变安全系数在隧道横断面内的分布规律。     

傍山陡崖隧道洞口施工工序模拟与设计优化

主要对隧道陡崖洞口开挖及支护方案进行优化,利用FLAC3D建立洞口三维模型,对比分析大开挖方案和微开挖方案的安全性与经济性.大开挖方案有较高的安全系数,但破坏了原边坡的自然景观,且造成了较大的工程浪费.通过对微开挖方案的模拟分析,发现该方案不仅能保持边坡稳定,且能使隧道工程更加合理地与陡崖边坡结合,实现绿色工程目标并避...     

浅析大断面隧道穿越滑坡体处治技术

某隧道进口段穿越滑坡体,围岩稳定性差,且隧道为大断面隧道,隧道开挖进洞容易导致山体下滑和衬砌产生较大的变形。根据本工程的特点,对大断面隧道衬砌进行了设计,且采用反压回填+抗滑桩的方式对滑坡体进行处治,同时隧道采用CD法进行开挖,并通过数值计算得出山体稳定性系数、隧道衬砌的位移及应力,并对计算结果进行评价,得出处治效果良好。对类似工程有一定的借鉴意义。     

不同水位下隧道排水管结晶堵塞引起的衬砌应力分析

为研究不同水位下隧道排水管结晶堵塞引起的衬砌应力变化规律,通过"以板代孔"法对排水管堵塞进行模拟,研究了5种堵塞工况与4种地下水位工况下隧道衬砌应力变化规律。结果表明:不同堵塞工况与不同水位工况下隧道衬砌应力变化规律是一致的;在同一堵塞程度下,随着原始地下水位的升高,隧道衬砌应力随之增加,隧道左右拱脚处衬砌最大主应力差值随之增加,最小主应力差值随之减小;在同一水位工况下,堵塞程度75%是隧道衬砌受力变化的转折点。由此可见,由于排水管的堵塞,衬砌应力明显增加,当地下水位由于排水系统堵塞升高时,衬砌受力更为不利。因而在隧道建设过程中应重视排水系统有效排水,保障衬砌结构安全。     

边坡开挖支护时序有限元分析

为研究公路改扩建工程边坡稳定性的影响因素, 寻求科学的支护方法, 以柳州至南宁高速K1456+800处左侧改扩建边坡为研究对象, 利用ANSYS建立了有限元数值模型, 选择未及时支护和及时支护2种支护方式, 模拟计算了改扩建工程中6级边坡开挖过程中坡体的剪应变增量及水平、竖向位移增量; 为定量分析2种支护条件下边坡开挖过程中位移及应力的变化趋势, 选取了6个特殊节点进行监测, 主要监测内容包括测点的位移(包括水平位移和竖向位移)以及主应力(包括最大主应力和最小主应力)随开挖时步的变化情况。分析结果表明: 无论是否及时支护, 每步剪应变增量最大值均位于坡脚, 但及时支护时, 分布面积及数值较未及时支护时小, 边坡发生失稳的可能性较低; 随着开挖推进, 水平位移增量先减小后小幅增大, 竖向位移增量先急剧增大后缓慢减小, 及时支护下各测点最终位移较未及时支护情况要小; 未及时支护时最终开挖安全系数接近1.0, 及时支护后每步安全系数均大幅提高, 基本大于1.35。综上所述, 及时支护能够有效减小边坡剪切应力, 限制水平与竖向位移, 降低整体应力水平, 提高边坡安全系数, 显著改善坡体稳定性。      

主应力方向对软岩隧道稳定性影响的试验研究

为探明高地应力场主应力方向对软岩隧道围岩稳定性的影响规律,采用自主研发的"隧道三维应力场模拟试验系统"开展了大型三维地质力学模型试验,研究了最大水平主应力与隧道轴线平行和垂直两种工况下软岩隧道的围岩稳定性.研究结果表明:最大水平主应力与隧道轴线平行时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.221 m和-0.454 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.478、0.361、0.416 MPa和0.261 MPa;最大水平主应力与隧道轴线垂直时,拱顶沉降和拱脚收敛的最终值分别为-0.309 m和-0.548 m,拱顶、左拱脚、右拱脚和仰拱处的围岩压力分别为0.579、0.652、0.593 MPa和0.327 MPa;两种工况下,围岩压力的最小值均出现在仰拱处、最大值均出现在墙脚处,围岩的径向应变增量均为拉应变增量,切向应变增量均为压应变增量,说明隧道开挖导致洞周围岩径向应力减小、切向应力集中.      

岩溶隧道开挖围岩力学及渗流三维数值模拟

依托贵州省在建的新寨隧道,用 ABAQUS 有限元软件建立计算模型,模拟隧道施工过程中围岩及衬砌结构的变形和受力特征。考虑地下水的作用,计算了围岩的孔隙水压力和分布规律。分析结果表明：隧道开挖过程中,围岩存在一定程度的应力释放,隧道拱顶和仰拱底部局部会出现较小的拉应力,而在隧道边墙部分则出现应力集中的现象。隧道开挖应力影响范围约为2倍洞径,在1倍洞径范围内影响较大,不宜在不作处理的情况下修筑其他地下空间结构。隧道围岩塑性区沿隧道径向影响范围约为4 m。     

考虑隧道围岩蠕变的复合式衬砌受力规律

将锚杆作用力视为体力作用于围岩内, 将初期支护与锚杆锚固范围内的围岩视为围岩加固体, 建立了围岩力学模型, 基于统一强度理论分析了隧道蠕变条件下的围岩应力与变形规律, 推导了复合衬砌应力与变形表达式, 分析了隧道围岩蠕变过程中支护结构受力特点及不同初期支护强度下二次衬砌受力变化规律。分析结果表明: 当初期支护按照“初期支护应与围岩共同受力且能保证施工阶段安全”的原则进行设计时, 在围岩蠕变作用下, 锚杆与喷射混凝土最大受力分别为48、286kPa, 与开挖阶段相比分别增大了57.5%、13.7%, 且超过支护结构最大承载力, 说明在进行初期支护设计时, 仅满足隧道开挖过程中围岩稳定而不考虑蠕变产生的附加应力影响, 可能造成隧道运营过程中初期支护结构破坏, 不利于隧道稳定; 当二次衬砌厚度由300mm增大至500mm时, 二次衬砌最大受力增大了40.5%, 荷载分担比由25.2%增大至36.2%, 而增大初期支护强度后, 二次衬砌受力减小了14.5%, 荷载分担比由25.2%减小至22.3%, 说明二次衬砌荷载随初期支护强度增大而减小, 而随自身强度增大而增大, 应重视初期支护与二次衬砌支护强度的协调配置, 实现围岩压力的合理分配; 在软岩地质条件下, 应保证隧道施工过程中围岩稳定并避免围岩蠕变过程中发生结构破坏, 以实现初期支护与二次衬砌共同承担蠕变引起的附加应力。      

高速公路开挖对龙王渠隧道的影响分析

通过建立地层-结构模型,利用FLAC3D软件对前龙高速公路路基开挖及公路运营期对大准铁路龙王渠隧道的影响进行了模拟计算,计算了公路施工前、施工期以及运营期三个阶段共计四种工况隧道衬砌结构的应力和变形状态,表明铁路隧道衬砌结构在四种荷载工况下的强度和变形满足规范要求。     

高岩温隧道初期支护应力场及安全性研究

为评价高岩温隧道施工过程中初期支护的安全性,研究了高岩温隧道初期支护温度场、应力场的施工期特征和演变规律. 首先通过热-应力耦合三维数值模拟和现场测试,研究了不同原始围岩温度场中,高岩温隧道开挖过程中初期支护温度场的变化规律;其次考虑围岩荷载和温度荷载共同作用,分析了高岩温隧道开挖过程中初期支护应力场的变化规律;最后基于初期支护应力值,评价了高岩温隧道初期支护的安全性. 研究结果表明:受施工通风影响,初期支护温度在隧道开挖后急剧降低,约5 d后基本与洞内气温一致;受施工工序影响,初期支护最大拉应力先增后减,最大压应力持续增加;随着围岩初始温度增大,在不同施工步序中,初期支护的最大拉应力和最大压应力均增大;初期支护安全性由喷射混凝土抗拉强度控制,当围岩初始温度大于60℃时,C25喷射混凝土将发生拉裂破坏.      

施工通道门型转换法进入地铁车站施工力学研究

以重庆市轨道交通10号线红土地车站为依托,采用有限元数值模拟和监控量测相结合的方法,分析门型转换爬坡法施工对施工通道和地铁车站交叉段围岩及支护结构稳定性的影响。分析结果表明:门型转换法的施工对转换段隧道围岩的位移和应力有较大影响;交叉段围岩竖向位移为8.3~10.7 mm;围岩最大主应力为7.92 MPa(压应力),最小主应力为0.64 MPa(拉应力);支护结构最大主应力为21.40 MPa(压应力),最小主应力为6.30 MPa(拉应力),最小主应力超过混凝土的抗拉强度,在施工过程中应该给予足够的重视。     

金佛山水利工程左岸岩质高边坡稳定性分析

结合工程地质条件、边坡形态规模和变形破坏机理,考虑岩质边坡天然和饱和两种含水状态,采用有限元强度折减法对重庆市金佛山水利工程坝址区左岸岩质高边坡进行分析,研究了岩质高边坡在天然状态、开挖和加固时等不同工况下的稳定安全系数。结果表明:各种工况下安全系数满足规范要求,边坡是一个下部为顺层牵引-塑流性质、上部为压致拉裂推移式潜在滑坡。开挖部分岩体风化层有利于边坡稳定,采用锚喷加固后岩质高边坡安全系数明显提高,边坡现状整体稳定,发生大规模破坏的可能性极小。     

高地应力软岩隧道支护时机及预留变形量研究

隧道的合理支护时机与预留变形量是制约施工工期和工程造价的重要因素。以湖北省宜巴高速公路峡口隧道为例,采用数值模拟方法,对隧道围岩的时空变形规律进行分析,研究高地应力软岩隧道的合理支护时机与预留变形量。结果表明:高地应力软岩隧道开挖过程中,围岩变形以与时间相关的蠕变变形为主,拱顶下沉蠕变变形量占总变形量的78%,水平收敛蠕变变形量占总变形量的71%。拱顶下沉量在15 d 后即可达到其总变形量的90%,水平收敛量在12 d 后达到其总变形量的90%。按照极限位移准则,二次衬砌的支护时间为隧道开挖15 d 后;按照变形速率准则,二次衬砌的支护时间为隧道开挖25 d 后;合理的支护时机应在隧道开挖后15 ~25 d。基于研究结果,峡口隧道设置的预留变形量设计为35 cm,通过对二次衬砌进行长期稳定性分析,验证了该预留变形量是合理的。     

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。     

基于复变函数理论的非圆形隧道解析解

为了得到考虑衬砌支护的非圆形隧道衬砌和围岩应力及变形的解析解，基于复变函数理论提出了一种求解考虑衬砌的非圆形隧道衬砌和围岩应力及变形的方法. 首先，为了克服非圆形隧道断面几何形状和考虑衬砌支护造成的计算困难问题，引入了保角变换，通过采取最优化解法确定映射函数中的各项系数，得到映射函数；其次，采用幂级数复变函数法克服隧道衬砌带来的多连通域问题，确定应力函数中的各项系数，建立方程求解；最后，通过Flac有限差分软件进行数值模拟证明解析解的正确性. 研究发现:弹性范围内解析解与Flac有限差分软件计算得到的应力、位移解有较好的吻合性，表明弹性解析法的结果是可靠、合理的；深埋条件下，弹性解析法无需根据埋深、工况建立计算模型，只需明确边界条件和映射函数就可计算非圆形隧道应力、位移，弹性解析法克服了计算软件在计算中由于网格划分尺寸等问题造成计算结果不精确、计算慢等问题，为非圆形隧道开挖问题提出了一种快速、准确的弹性计算方法.      

公路隧道衬砌病害力学模拟研究

基于荷载-结构法隧道计算理论,建立了公路隧道衬砌的裂缝、材料劣化、空洞、附加荷载等病害的力学评价模型,研制了公路隧道衬砌病害力学模拟分析软件,以便量化评价衬砌病害对结构承载力的影响。工程算例分析表明:衬砌裂缝和空洞的存在均会降低结构的安全系数,且空洞区域内的结构安全系数影响比较平稳,随着与病害位置距离的增加,其影响能力亦逐渐减弱。