偏压及非均质性地层对小净距隧道安全稳定性的影响

采用大比例(1:20)物理相似模型试验和数值计算,模拟了在Ⅳ、Ⅴ级围岩中净距6 m、坡率为1:1的小净距隧道开挖过程,研究了初期支护状态下偏压小净距隧道的地中位移、洞周位移增量、围岩压力规律,对比分析了不同围岩组合对小净距隧道安全稳定性的影响;得出了不同围岩情况下偏压隧道的基本力学特性,优化了隧道开挖顺序,为小净距偏压隧道优化设计和施工提供了科学依据.     

大跨地铁隧道斜井进洞垂直挑顶施工关键技术

针对软弱围岩三线大跨地铁隧道斜井进正洞施工变形不易控制的难题,文章以深圳轨道交通工程新莲区间隧道斜井进正洞段挑顶施工为例,提出了适用于城市地铁隧道工程垂直挑顶进洞的施工方法,阐述了垂直挑顶进洞施工方案、施工流程和施工要点。文章采用数值模拟方法对所提出工法的合理性进行了研究,结果表明:(1)在交叉口处加强支护,采用小导洞爬坡挑顶进正洞是一种有效可行的方法;(2)在斜井与正洞交叉口处设置加强支护可解决因斜井及正洞断面尺寸差距大造成的施工难题;(3)小导洞爬坡挑顶施工为正洞拱架初期支护安装提供了条件,有利于正洞施工快速转换为双侧壁施工工艺;(4)交叉段拱顶围岩存在应力松弛区,通过采取加强支护等措施,该工法对围岩位移控制较优。     

超大断面隧道大倾角层状围岩力学特性研究

文章以重庆轨道交通环线莲花村车站隧道工程为依托,采用有限元数值模拟对超大断面隧道开挖时大倾角层状围岩的力学特性进行研究。通过建立大倾角岩层数值模型,对隧道进行不同工况的分步开挖计算,分析得到大倾角层状围岩的塑性区、应力和位移变化规律。结果表明:大倾角层状岩体塑性区位于层面内,层面塑性变形最大;围岩最大拉应力发生在上部中导洞围岩开挖支护过程中,上部左导洞以及中导洞外壁围岩产生最大拉应力;最大压应力发生在上部中导洞开挖支护过程中,大倾角岩层上部右导洞以及中部右导洞在各工况中产生最大压应力;隧道中、下部右导洞水平位移在二衬施加后达到最大,围岩最大下沉量位于上部左导洞处。     

粉煤灰地层大断面连拱隧道超前支护研究

在粉煤灰地层中修建隧道往往会因其承载力低、受压沉降大等特点产生施工安全隐患,为防止拱顶产生过大沉降,在实际施工之前往往进行可靠的超前支护.本文以穿越粉煤灰地带的盐坪坝大断面双连拱隧道为工程背景,通过数值模拟分析不同超前支护方式下围岩的变形特征,研究各种超前支护方式对围岩的变形控制效果,最终比选出粉煤灰地层条件下大断面双连拱隧道最合理的超前支护方式.研究结果表明,在超前锚杆或者超前小导管作用下,隧道洞周水平位移呈现拱腰>拱肩>拱脚的变形规律,隧道竖向位移呈现拱顶>拱肩>拱底的变形规律,同时隧道变形主要以竖向变形为主.同时在4.5 m长、120°范围下的超前小导管支护下,左洞隧道拱顶沉降仅为8.73 mm,拱腰收敛仅为1.01 mm,相对来说支护效果最好.     

锚杆长度对散岩堆积体中隧道洞口段稳定性的影响研究

针对松散堆积体地层,隧道施工出现大量的安全事故,大变形和塌方事故不可避免,因此有必要进一步针对此类地层条件下的隧道施工技术开展深入的研究,从而为高速公路隧道的安全、快速施工提供重要保障。为此,文章开展数值模拟,研究了锚杆长度对维持散岩堆积体中隧道洞口段稳定性的影响。结果表明:隧道在开挖过程中,左线隧道的竖向位移表现出拱肩拱顶拱底的分布规律,右线位移表现出拱底拱顶拱肩的分布规律;锚杆越长,锚杆的轴力就越大,对围岩的锚固效果就越好,对初支应力有一定的改善;拱顶受拉锚杆对拱顶的沉降有小幅的改善,但是边墙处受压,锚杆则对洞周水平收敛没有帮助。     

节理岩体隧道围岩稳定性判定指标合理性研究

隧道围岩失稳模式和稳定性判据一直是工程界争论的焦点,迄今没有科学合理的标准,常以洞周位移或塑性区经验值作为稳定性判定指标。洞周位移受围岩弹模、隧道形状等因素影响,而且不同部位变形值差异很大,很难找到统一标准;以塑性区作为稳定性判据优于以位移作为判据,围岩塑性化反映连续介质宏观塑性流动力学动态,而不能用于量化判定由优势结构面控制节理岩体破坏的隧道稳定性。文章结合细观节理形态和变化,通过UDEC离散元程序,研究节理岩体隧道失稳模式及量化的稳定性判定指标,探讨了细观结构机制和宏观力学行为关系。结果表明:(1)结构面极大地削弱岩体力学性质及其稳定性,结构面变形与强度性质对于隧道稳定性起着关键控制性作用;(2)节理岩体隧道扰动区可划分为脱落区、张开区和剪切滑移区,其中脱落区表征围岩失稳模式,张开区围岩处于脱落临界状态,即塌方潜在区域;(3)剪切滑移区是诱发围岩发生渐进性破坏主因,提出将剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标具有严格力学依据,可以定量化评价围岩稳定程度。最后,以在建兰渝铁路木寨岭隧道为例,对比了锚杆支护前后力学效应,验证了以剪切滑移区作为节理岩体隧道稳定性判定指标的可靠性、合理性和现实性。     

采用三台阶工法开挖的原位扩建隧道现场监测及分析

为研究三台阶法施工对原位扩建隧道结构及邻近既有隧道扰动的影响规律,文章依托福建厦蓉高速公路后祠隧道原位扩建工程,分别对隧道围岩及支护结构应力、松动圈及应力场和邻近既有隧道爆破振动进行了现场监测。结果表明,断面各部位围岩及支护结构应力随时间推移而缓慢增加,最终趋于平稳,且每级台阶开挖均会对其产生扰动,表现为应力的突增;扩建后隧道围岩松动圈拱顶位于6~9 m深处,左右边墙均位于0~6 m深处,拱顶沉降位移大于两帮收敛位移。左边墙围岩应力大于右边墙围岩应力,洞周3 m深处围岩应力小于6 m深处围岩应力,开挖造成的围岩塑性区为3 m左右;施工中实际爆破振速大多小于设防标准,爆破对既有隧道的支护结构体系未造成重大破坏,最大爆破振速出现在监测断面前10 m左右的位置,与掌子面相比振速增长2.9%~4.5%,且围岩质量越好,峰值振速越大,最大峰值振速断面前方振速衰减速度远远小于后方振速衰减速度。     

卵石地层地铁隧道近接施工位移特征研究

以北京地铁9号线某区间隧道近接既有铁路桥梁施工为背景,文章基于Hardening-soiJ本构模型采用三维数值计算与现场实测结果相对比的方式,研究卵石地层地铁隧道近接既有铁路桥施工的位移特征。研究得出的结论为:(1)卵石地层岩体较为松散,胶结性较差,围岩稳定性较低,可引入Hardening-soil模型模拟其应力-应变关系;(2)区间隧道开挖引发的竖向位移主要集中在隧道拱顶部位,并随着向地层深部的发展逐渐衰减;(3)地铁区间隧道施工引发的地表沉降可认为是两条单洞隧道地表沉降曲线的叠加,现场实测与数值计算得出的规律一致;(4)既有铁路桥结构最大位移值小于《铁路线路修理规则》的容许位移,现有开挖方式和支护参数满足既有结构安全运营条件;(5)地铁区间隧道开挖引发的地层、既有桥梁结构水平位移整体较小;(6)区间隧道开挖引起的土体扰动主要集中在隧道洞周5.4 m范围内。     

有限元强度折减法在隧道施工稳定分析与控制中的应用

有限元强度折减法广泛应用于边坡等工程的稳定分析中,而在隧道工程稳定分析中的应用相对较少。文章将有限元强度折减法用于隧道施工稳定分析与控制中,提出基于围岩安全系数进行施工阶段围岩稳定性全过程的动态评价,并通过隧道洞周围岩变形规律的研究,建立施工阶段隧道监控量测的动态控制指标。通过算例分析可以看出,基于围岩安全系数可以定量、直观地掌握整个施工阶段围岩稳定性的动态演化规律;在满足初期支护施作后围岩稳定性要求的前提下,可以针对各个施工阶段建立相应的变形控制指标,从而克服以围岩容许位移作为隧道稳定性判断依据的局限性。通过有限元强度折减法在隧道施工稳定分析与控制中的应用,将为解决隧道施工安全问题提供新的途径。     

不同地质条件浅埋偏压小净距隧道施工力学效应研究

在不同地质条件下浅埋偏压小净距隧道的施工力学效应会有很大不同,尤其在半软半硬岩层中,隧道开挖会破坏软硬岩层交界处软弱围岩的稳定性,其施工力学效应更为特殊。文章采用有限差分软件FLAC3D对15种工况下隧道开挖进行了模拟,对均质硬岩、均质软岩和竖向半软半硬岩中不同净距隧道的拱顶沉降、中岩墙的水平位移、中岩墙最大主应力和围岩塑性区进行了分析。结果表明,均质硬岩隧道拱顶沉降最小,竖向半软半硬岩隧道拱顶沉降和硬岩比较接近,软弱围岩隧道拱顶沉降最大;竖向半软半硬岩隧道中岩柱上部围岩稳定性较差,中部水平位移最大;隧道开挖引起软岩侧洞室上覆盖层围岩稳定性变差,可能引起隧道坍塌。     

浅埋隧道开挖引起围岩及地表变形和应力释放特性浅析

通过数值仿真分析试验,分析了浅埋隧道开挖施工引起的隧洞围岩及地表的沉降变形和应力释放特性规律.试验结果表明,开挖后拱顶围岩沉降变形明显,为施工支护重点控制部位；隧道底部将发生隆起,并随着距离隧道中心线越远,隆起趋于平缓；开挖将引起地表沉降变形,随距离隧道中心线越远沉降越小；开挖引起围岩应力释放大约在3倍洞径左右.     

马蹄形隧道初期支护内力反演分析的理论研究

隧道开挖过程中,混凝土支护结构的内力分布表现出特有的动态变化特征,对施工环境下隧道支护结构的内力分布特征进行研究并对其薄弱部位进行预判是保障隧道施工安全的重要手段之一。文章将隧道弧段和边墙段初期支护分别视为弹性地基曲梁和直梁,基于初参数法和围岩压力量测,从理论上推导了马蹄形断面隧道初期支护内力计算的反演表达式;结合某隧道围岩压力的实测数据,反演了初期支护的内力分布。初期支护内力实测数据和反演分析结果对比分析表明,所提出的马蹄形隧道初期支护内力的理论反分析方法切实可行,可为隧道初期支护设计和施工工艺的优化提供理论依据。     

极高地应力层状围岩隧道偏压演化规律及围岩控制

以大峡谷隧道缓倾层状围岩为工程背景，采用3DEC离散元分析方法并结合现场监测的手段，深入研究高地应力不同岩层倾角下围岩偏压演化规律，揭示偏压与现场支护结构破坏关系，根据锚杆支护参数对偏压控制的影响，提出支护最优参数。研究表明，在高地应力缓倾岩层条件下支护结构的变形及破坏呈现明显的非对称性，随着岩层倾角的增大，初期支护最大主应力峰值位置由拱顶向右拱肩转移，反倾侧弯曲变形大于顺倾侧滑动变形；随着锚杆长度的增加，围岩剪切滑移区、初期支护位移、初期支护最大主应力均逐渐减小，锚杆最优长度约为3.5～4.5 m，锚杆沿层理面垂直方向打设，初期支护结构的偏压现象得到明显改善；现场优化支护后，左右拱肩呈对称变形，位移量基本相同，偏压得到明显改善。     

V级围岩隧道不同施工阶段拱顶极限位移研究

现有的极限位移及其管理基准主要是针对普速铁路隧道断面在支护封闭后的工况,大多没有考虑隧道施工的阶段性。文章以现有V级围岩高速铁路隧道采用三台阶法施工为例,采用FLAC3D软件模拟不同施工阶段拱顶位移,通过尖点突变理论得到不同施工阶段的拱顶极限位移。结果表明,V级围岩隧道采用三台阶法施工时,上台阶开挖对隧道最终拱顶极限位移贡献率最大,中台阶次之,下台阶及仰拱段开挖几乎无影响;在50～300 m计算埋深条件下,V级围岩隧道同一施工阶段的拱顶极限位移与埋深都呈线性关系。同时采用灰关联分析了不同围岩参数对极限位移的敏感性,得到对拱顶极限位移影响程度由大到小的顺序为:围岩密度ρ、弹性模量E、粘聚力c、泊松比μ、内摩擦角φ。     

偏压作用下小间距隧道的施工方法研究

针对长哨小间距隧道建造中存在山体偏压情况.选择有一定代表性的V级围岩区段小间距隧道LK108 800断面,利用有限元数值模拟方法,对6种施工方案下的偏压隧道支护结构受力及围岩屈服破坏进行了细致地仿真模拟分析.结果表明,山体偏压作用下,先施工深埋一侧的隧道,可有效减少中隔墙围岩的偏向及侧移,明显降低围岩塑性区面积,并有益于支护结构的稳定性.     

偏压连拱隧道施工方法研究

文章采川三维有限元数值模拟研究了偏压连拱隧道不同施工顺序下拱顶下沉、中墙稳定性及初期支护受力特征.研究结果表明,先开挖浅埋侧时,拱顶沉降较小,中墙在施工中的稳定安全系数较大、弯矩较小,初期支护受力较大；对于浅埋偏压连拱隧道,围岩变形及中墙在施工中的稳定性控制更为重要.所以,从有利于围岩变形、中墙稳定性控制以及中墙受力的角度出发,宜采用先开挖浅埋侧的施工方法.     

岩溶、节理发育地段隧道进洞三维数值模拟分析

文章以崇水高速陇禁隧道为工程背景,综合考虑节理、岩溶等不良地质因素,采用有限元软件FLAC3D建立三维数值模型,分析隧道进洞施工过程中围岩的受力特性及变形情况。结果表明:模型计算结果与现场实测数据吻合,采用FLAC3D有限元软件建模具有一定的可靠性;隧道穿越节理、岩溶地段,隧道拱顶围岩沉降变形达8.8mm,拱脚出现应力集中现象,且整个开挖面塑性区面积较大;喷锚初期支护可有效抑制隧道围岩竖向位移,考虑岩体蠕变特性,建议施工过程应及时施作初期支护。     

不同因素对立体交叉隧道施工的影响规律分析

针对围岩级别、交叉角度和岩柱高度3个影响因素,设计100个试验工况进行数值建模计算,分别从新建隧道施工引起的既有隧道拱顶沉降和初期支护内力变化两方面探讨了该3种因素对立体交叉隧道施工的影响规律。研究结果表明:受新建隧道下穿施工的影响,既有隧道拱顶沉降和喷混凝土轴力均有增大的趋势,且随交叉角度的增大,增幅更为显著;当立体交叉隧道岩柱高度增加、围岩变差时,引起的既有隧道拱顶沉降变化加大,而喷混凝土轴力的增大比率反而逐渐减小。可见对于立体交叉隧道而言,既有隧道结构变形为较敏感的物理量,可作为施工设计的重点考察指标。     

大断面黄土隧道变形规律及预留变形量研究

文章统计分析了大断面黄土隧道初期支护变形量,研究了大断面黄土隧道变形规律及预留变形量合理取值范围.大断面黄土隧道变形规律表现为:隧道拱顶、拱脚下沉差异小,隧道开挖后拱部将产生一定程度的整体下沉;隧道拱顶下沉量均大于水平收敛;初期支护封闭后,隧道周边位移基本上不再发展;当隧道埋深小于40m时,隧道变形量较大且规律不明显;当隧道埋深大于40 m时,隧道变形量分布相对集中.经过对现场量测数据的统计分析可知:在Ⅳ级围岩条件下,大断面黄土隧道预留变形量可取10～15 cm;在Ⅴ级围岩条件下,大断面黄土隧道预留变形量可取25～28 cm.     

基于FLAC~(3D)的隧道断面形状优化与支护技术研究

合理的隧道断面形状和尺寸是保证隧道围岩稳定性的关键。文章以某山地隧道为工程背景,用FLAC3D软件分析了马蹄形、圆拱形和椭圆形等三种不同断面隧道的应力场、位移场和塑性区的分布特征。研究表明:马蹄形隧道围岩位移、剪应力、塑性区,均较圆拱形和椭圆形断面要小,且变化较为稳定。针对马蹄形隧道,提出"衬砌+锚杆"联合支护方案,数值模拟结果表明该支护方案能够有效地减小隧道围岩变形和塑性区扩展,达到了控制围岩变形的目的。