交错近接新建隧道围岩变形三维模型试验研究

为了分析新建隧道开挖过程中,既有隧道的存在及交错间距变化对新建近接隧道围岩形变量的影响,文章以重庆两江隧道交错近接段为依托工程,开展了交错近接隧道相似模型试验和相应的数值模拟研究。研究表明:交错隧道近接距离与新建隧道的拱顶沉降量及左、右拱腰收敛值成反比;新建隧道开挖过程中的拱顶沉降量及左、右拱腰收敛值的变化趋势一致,可归纳为迅速上升、缓慢上升和稳定三个阶段;隧道拱顶沉降量最大且大于拱腰收敛值之和,对于该类隧道,隧道围岩变形设计上限应以拱顶沉降量为主。通过数据拟合,建立了隧道变形量H(mm)及隧道交错间距L(m)的关系式,相关系数均大于0.995,可为类似隧道预留变形量的设计和施工提供参考。     

富水砂层影响下隧道开挖失稳破坏机理研究

为研究富水砂层影响下隧道开挖失稳破坏机理,文章依托某隧道实际工程,通过FLAC 3D软件进行建模与计算,考虑富水砂层厚度、隔水层厚度、粘聚力和内摩擦角等因素影响,分析各因素对围岩变形破坏的影响规律。结果表明:隧道拱顶对应位置的地表沉降值明显大于其他位置的地表沉降值,拱顶正上方的围岩内部位移随着深度的增加而逐渐增大,隧道拱顶位置的沉降达到最大值;随着富水砂层厚度的逐渐减小以及隔水层厚度的逐渐增大,地表沉降值和拱顶正上方的围岩内部位移不断减小;富水砂层和隔水层的厚度对隧道围岩变形存在较大影响,在隧道的选线过程中,应保证隧道拱顶与富水砂层之间存在足够的安全距离;随着隔水层粘聚力和内摩擦角的逐渐增大,地表沉降值和拱顶正上方的围岩内部位移不断减小:在隧道施工过程中,可考虑通过超前加固措施或者向隔水层进行注浆加固以提高隔水层粘聚力和内摩擦角,降低隔水层的渗透性。     

地铁下穿既有线和扩大基础桥梁施工方案研究

北京地铁六号线朝阳门—东大桥区间隧道下穿既有地铁二号线朝阳门站和二环主路朝阳门桥施工,工程难度极大,施工安全控制极为重要。为研究新建隧道施工过程对围岩与既有结构的影响,保证施工期间既有结构的安全使用、有效控制地表沉降,针对本工程拟定了不同施工方案并采用有限元计算软件MIDAS-GTS进行三维仿真模拟,分析其对围岩与下穿建筑物的变形控制效果。依据既有结构沉降控制标准,最终提出采用新建隧道与既有车站零距离刚对刚接触、自隧道两侧同时开挖、在既有车站两侧同时施做水平旋喷桩的方案。该方案将为六号线下穿既有车站和扩大基础桥梁的设计与施工提供理论依据。     

上穿双线隧道开挖对既有隧道变形规律研究

在上穿隧道修建过程中因不同的施工顺序既有隧道围岩将受到三次、四次扰动。为研究新建上穿隧道施工造成的既有隧道围岩变形规律,以重庆市9号线某区间隧道为研究背景,对上穿隧道开挖过程进行模拟计算和分析,运用数值模拟手段对比研究了3组不同开挖顺序工况下既有隧道的围岩变形。结果表明:上穿双线隧道施工会造成既有隧道拱顶产生隆起变形,既有隧道最终变形整体呈“M”形。相较于两洞同时开挖,先贯通单洞的工况下既有隧道拱顶围岩会因另一洞的开挖而再次产生变形。     

软土地层小半径盾构隧道下穿在建高铁地基加固效果研究

以福州地铁5号线盾构下穿在建福厦高铁为工程背景,针对软土地层小半径曲线盾构隧道下穿高铁高填方路基交叉施工工程的特殊性,利用现场监测数据对交叉施工全过程展开分析,研究该类工程地基加固效果及施工变形规律。结果表明,该工程若采用预应力混凝土管桩进行地基加固,后期地铁盾构施工不具备施工条件,需施作桩板结构进行地基处理;采用桩板结构对软土区域进行加固处理后,实测数据中最大地表沉降量为5.6 mm,为地表沉降控制值的18.67%,在可控范围内;提前进行地基加固后,当盾构隧道下穿施工时,路基不同位置处仅发生微小沉降,说明桩板结构加固对交叉施工变形有很好的控制效果;随着路基填筑高度增大,各层土压力值整体呈增大趋势,各层土压力变化速率呈“双峰曲线”,路基中间位置的土压力值比靠近两侧的土压力值大;盾构隧道下穿前,桩板结构混凝土支撑轴力的变化大致可分为“线性增长—过渡—再增长—稳定”4个阶段,当盾构下穿后,混凝土支撑轴力有小幅增大,后期逐渐趋于稳定。从监测数据分析可以看出,桩板结构的加固效果显著。     

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。     

暗挖区间隧道近接既有地铁隧道施工变形影响及控制措施研究

针对新建隧道近接既有隧道施工引起的结构及地表沉降变形问题,文章以成都地铁8号线新建暗挖区间隧道近接交叉下穿既有7号线地铁盾构区间隧道施工为背景,提出了既有线注浆加固土体、新建暗挖段施作超前支护、严格控制施工工艺、以监测预警手段反馈施工的综合控制措施,并详细阐述了施工降排水、管棚及小导管注浆施工要点。研究表明,监测数据表现出强烈的施工过程相关性,其中地表沉降量值最大达9～10 mm,而采用综合控制措施区域内的地表最大沉降则小于7 mm,既有地铁隧道结构最大沉降小于6 mm,均符合设计和规范要求。     

近邻隧道爆破施工相互动力影响研究

当两隧道距离较近时,新建隧道爆破施工可能导致既有隧道围岩与衬砌结构的变形甚至损坏。文章以某典型大跨公路隧道近接一小型既有隧道工程为背景,采用LS-DYNA显式动力数值模拟方法,开展近距离隧道爆破施工的相互影响研究。结果表明:新建隧道内振速分量均出现在垂直隧道轮廓线方向,既有隧道迎爆侧振速水平分量最大;围岩类型对爆破振动速度的影响主要在新建隧道近既有隧道侧,对既有隧道内振速影响较小;药量和跨度对新建隧道爆源近区底板影响较大,净距对新建隧道近既有隧道侧影响较大;药量增大、净距减小、跨度减小均会在一定程度上引起既有隧道内振速的增大;相对位置不同,新建隧道最大振速均出现在近既有隧道侧,既有隧道均出现在迎爆侧,爆破掌子面从既有隧道上方穿越时引起的振动大于远离时;既有隧道对新建隧道内的振速具有一定的放大效应。     

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.     

软岩公路隧道系统锚杆概率可靠度及灵敏度分析

为了解锚喷支护中系统锚杆受力情况,判断隧道衬砌结构稳定性,确保施工安全,避免支护结构失稳带来的损失,结合工点工程地质条件,选择围岩弹性模量、衬砌厚度等作为主要随机变量,计算得到锚杆概率可靠度.利用Spearman秩相关系数对锚杆概率灵敏度进行分析,认为围岩物性参数和喷混凝土厚度是影响锚杆可靠性的主要因素.要提高锚喷支护的安全和稳定性,除保证系统锚杆施工质量外,应确保喷混凝土厚度及其施工质量.在研究段落选择任意断面埋设预制测试锚杆,对隧道周边围岩不同点位锚杆锚固力进行连续监测,获得了大量实测数据;通过绘制时态曲线和锚杆轴力图,分析得到锚杆轴力大小、横向分布及时态变化情况,从承载力角度验证了锚杆的可靠度,现场测试与概率可靠度计算结果吻合.     

公路隧道超欠挖对围岩及支护结构稳定性的影响研究

为确保崇爱高速公路观音山隧道施工安全,文章基于Plaxis 3D有限元数值模拟方法.通过对比不同超欠挖位置、深度、角度的八种超欠挖工况,模拟研究了观音山隧道施工过程中存在的围岩超欠挖及其对支护结构和围岩稳定性的影响,探究了超欠挖状态下隧道围岩变形规律及结构应力变化规律。结果表明:拱顶位置的超欠挖对隧道沉降最小值的影响较大,在拱脚处超欠挖对隧道沉降最大值的影响较大;围岩超欠挖对拱顶部位欠挖的影响大于超挖,而在拱脚处超挖的影响要大于欠挖;拱脚处的围岩超欠挖影响大于拱顶。总的来说,隧道超欠挖会对围岩稳定性造成一定程度的影响,但在深度与范围可控的前提下影响是有限的。     

不同净距双洞隧道上下台阶法同时开挖数值模拟分析

为研究不同净距双洞隧道在上下台阶法同时开挖下的围岩变形、受力及支护受力情况,文章基于Midas/GTS软件平台对10m、14m、18m、22m净距双洞隧道进行了数值模拟分析。结果表明:(1)隧道中岩墙一侧拱腰水平位移相比左侧拱腰大,拱顶处、仰拱处水平位移较小,且随着净距变化其值基本保持不变;(2)隧道拱顶及仰拱位置处围岩竖向位移较大,拱腰处较小,随着隧道净距增大各部位竖向位移均减小;(3)随着隧道净距的增大拱顶及仰拱处的水平应力及竖向应力逐渐减小,但减小幅度较小,同时拱腰处水平应力及竖向应力变化较大,且减小幅度不断扩大;(4)随着净距的增大,锚杆轴力最大值及喷混结构最大拉应力发生了减小,减小幅度逐渐扩大。     

铁路黄土隧道变形规律及建设管理要点研究

黄土隧道施工过程中,常出现支护破坏和隧道塌方等事故。文章基于黄土隧道工程的监控量测数据,采用统计分析方法对不同围岩级别、埋深和含水率下的黄土隧道变形规律进行了研究。结果表明:(1)Ⅳ级围岩黄土隧道拱顶下沉、周边收敛的量值分别集中在50 mm和35 mm以内,Ⅴ级围岩黄土隧道拱顶下沉、周边收敛则集中在60 mm和40 mm以内;(2)Ⅳ级、Ⅴ级围岩双线黄土隧道拱顶下沉和周边收敛变形值与含水率呈正相关关系,变形速率则先增大后减小,在含水量超过16%时变形增大明显;(3)基于拱顶沉降统计,提出Ⅳ级、Ⅴ级围岩黄土隧道设计预留变形量值范围可分别取7～9 cm和12～15 cm;(4)黄土隧道工程建设管理要点是提前梳理重难点工程,施工前严格方案审核,加强地表处理,施工时强化地质预报和监控量测,严格变更设计管理,重点做好工艺管理和施工质量控制。     

双线盾构隧道近接下穿既有隧道结构沉降变形与施工节点控制分析

城市新建地铁隧道穿越引起既有隧道变形的规律是工程领域研究的热点。文章依托某新建盾构隧道近接下穿既有盾构隧道工程,对施工全过程的实测数据进行整理,结合数值模型计算结果,重点分析了新建左、右线依次穿越过程中既有双线隧道沉降变形规律,进一步对阶段受扰动土体稳定性进行分析。结果表明:(1)时间维度上,穿越过程中既有结构竖向变形趋势与施工阶段具有一一对应关系;(2)距离维度上,隧道结构变形随着距穿越中心距离减小而增大,规律与模拟结果一致;(3)根据既有隧道变形量及变形速率,穿越开始阶段可作为沉降控制的关键节点;(4)既有隧道穿越中心区域沉降量远小于模拟值,实际沉降变形实现重新分布,验证了施工关键节点控制的有效性和结论的准确性。     

相邻隧道扩挖施工影响分析

采用现场实测和数值计算方法,对乌鞘岭志留系地层板岩夹千枚岩地段左线隧道扩挖施工引起右线隧道的围岩状况和既有支护结构的受力变化进行分析。结果表明,两相邻隧道在不同施工阶段进行导洞开挖和扩挖前后存在一定程度的群洞效应作用,扩挖施工引起右线隧道向左线隧道产生了较小的侧移;在左线隧道扩挖后,右线隧道既有衬砌的接触压力、结构轴力和弯矩均有明显增大,但衬砌结构的安全系数均满足规范要求,处于安全状态。     

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。     

埋深和坡度对浅埋隧道围岩稳定影响的敏感性分析

埋深和坡度对围岩稳定影响的敏感性分析是浅埋隧道选线及施工方案确定的一项重要研究内容。文献[1]应用自行开发的程序分析了浅埋隧道不同偏压角及埋深下围岩的变形规律。在此研究基础上,文章提出了一种敏感性分析方法,研究隧道埋深和坡度对围岩稳定影响(地表沉降、拱顶沉降、围岩塑性区分布)的敏感性。研究结果表明:地表和拱顶沉降对隧道埋深比较敏感,对偏压角的敏感性相对较小;而围岩塑性区面积对偏压角的敏感度要大于隧道埋深。研究结果对浅埋隧道的设计和施工具有一定的指导价值。     

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。     

寒冷地区隧道衬砌壁后冻融及其影响分析

文章在考虑围岩冻结渐进性和围岩渗水开放性的基础上,研究分析了冻胀过程以及伴随的融冻过程对隧道衬砌结构、初期支护喷混凝土和围岩自身强度等的影响.分析结果表明,对于按现行规范修建的隧道,发生在衬砌壁后的积水冻胀和围岩冻胀对衬砌结构施加的压力不大,设计时可不予考虑;发生在混凝土内部的反复冻融对初期支护的喷混凝土损伤显著、设计施工应予注意;寒区隧道宜重视对常见的因渗漏水引起的冻害的设防.     

富水砂层影响下隧道围岩变形破坏机制的数值模拟研究

为研究富水砂层影响下隧道围岩的变形破坏机制,文章以某城市地铁M2号线某区间隧道为研究背景,考虑了流砂层厚度、隔水层厚度、地下水位、隔水层粘聚力和内摩擦角五大类因素影响,设计了25种对比方案,开展了数值模拟对比研究,得到了不同因素对围岩变形破坏机制的影响规律及各因素影响敏感程度,给出了相应工程建议措施。结果表明:对于上覆富水砂层隧道,拱顶是围岩变形破坏的关键部位;随隔水层厚度、粘聚力及内摩擦角增大,顶部围岩变形量及塑性区面积不断减小,而随流砂层厚度增大或地下水位上升,顶部围岩变形量及塑性区面积则不断增大;隔水层厚度及粘聚力是影响此类地层条件隧道围岩变形破坏的显著性因素,一方面在隧道线路设计中应保证拱顶留设足够的隔水层安全厚度,另一方面可通过对隔水层进行注浆加固的方式,提高此类地层条件隧道围岩的稳定性。