珠海长湾隧道不同工法穿越岩层模拟分析

本文以长湾隧道工程为背景,采用有限元软件ABAQUS对CD法、CRD法和双侧壁导坑法3种工法穿越岩层进行了模拟,得到了3种工法施工过程中围岩位移场、应力场和塑性区规律。结果表明,CRD法对于隧道变形的控制明显好于双侧壁导坑法和CD法,开挖引起的全局最大应力值从大到小排序依次为CD法、双侧壁导坑法、CRD法,双侧壁导坑法引起的塑性区范围最小,CRD法次之,CD法最大。从位移场、应力场和塑性区范围可以看出,CRD法优于双侧壁导坑法优于CD法,故建议本工程中Ⅴ级围岩区选用CRD法,Ⅲ级围岩区选用CD法,Ⅳ级围岩区可以根据现场情况灵活选取3种方法中任意一种方法。     

基于三维数值模拟的软岩超大断面隧道施工技术优化研究

为研究超大断面隧道在软岩地层中开挖施工引起的变形情况,基于铁路设计规范和围岩分级标准对王岗山隧道穿越岩层进行围岩亚分级,通过考虑开挖方向、复杂围岩条件及断层破碎带的影响,利用ABAQUS有限元软件开展三维施工过程模拟,获得三台阶法开挖后的隧道衬砌及围岩受力及变形特征。在此基础上,提出采用更适宜控制变形的双侧壁导坑开挖法,并对其控制效果进行验证。最后,分析影响隧道衬砌和围岩变形的相关因素,得到利于控制变形过大问题的最优进尺设置参数及初期/临时支护形式。数值计算结果表明:1)双侧壁导坑法能够有效降低隧道开挖引起的衬砌及围岩变形;2)锚杆在复杂地层中能够发挥重要作用;3)循环进尺和初期支护强度均对施工引起的变形存在影响,使用新型复合管片临时支护有利于控制隧道衬砌及围岩变形;4)断层破碎带是王岗山隧道施工必须重视的关键部位,除采用合理的开挖工法外,还应辅以其他降低围岩扰动进而控制开挖变形的有效措施。     

滇中红层地质大断面浅埋隧道的工法适应性研究

大断面公路隧道浅埋段地质条件多变,结构受力复杂;加之处于层间结合力差的滇中红层地区,在隧道开挖过程中极易发生围岩坍塌、失稳,支护变形、开裂等灾害影响。考虑隧道施工过程及运营期间的安全性和结构耐久性,应根据隧道所处地质环境选择合适的施工工法;本文工程背景为宜石公路昆明段山冲箐隧道,借助Midas GTS/NX有限元软件研究V级围岩条件下不同开挖工法对隧道稳定性的影响。结果表明CRD工法在V级围岩段施工时,隧道右拱腰处水平位移值最小;采用双侧壁导坑法开挖时,隧道左拱腰位移、拱顶沉降以及围岩塑性区分布范围较小;基于不同工法结果对比,建议在类似工况中采用双侧壁导坑法。     

断层破碎围岩台阶法施工数值模拟研究

隧道穿越断层破碎带等软弱围岩时,往往会采用CD、CRD等复杂工法,减小隧道的一次性开挖断面,因此保证隧道的安全施工。为了提高隧道开挖的机械化程度,降低隧道施工工法的复杂程度,论文通过数值模拟计算,研究在断层破碎带围岩条件下台阶法施工的适用性。计算结果表明:在采用两台阶法穿越断层破碎带时,隧道拱顶沉降和周边收敛均可得到有效控制,同时,超前支护和锁脚锚管对隧道围岩的变形有一定的控制作用,施工过程中应予以重视。文章通过数值模拟,可为此类型的隧道施工提供一种可行方案。     

预留核心土法施工穿越断层破碎带隧道的围岩变形分析

以某穿越断层破碎带隧道工程施工为依托,借助FLAC 3D有限元分析软件,数值模拟分析穿越断层破碎带隧道在预留核心土法施工时隧道围岩变形情况,并通过布设相应监测点,分析开挖过程中监测点的位移变化情况,得到拱顶沉降、拱腰水平位移、仰拱隆起位移以及对应最大变形量变化规律。分析发现在开挖至破碎带临近区域围岩位移发生突变,在相应部位支护施工需采取必要的加强措施;使用预留核心土法施工该断层破碎带隧道,围岩整体变形不大,施工安全可控。     

大断面黄土隧道施工工法研究

以墩梁隧道为背景,采用高精度全站仪和反光膜片进行隧道施工现场监控量测。通过量测数据分析,比较了双侧壁导坑、单侧壁导坑和三台阶开挖施工工法在大断面黄土隧道中的适用性及优缺点,得出： 双侧壁导坑法操作安全系数高,适应性较强,控制围岩松弛效果明显,但造价高;单侧壁导坑法对围岩扰动小,但施工进度较慢;三台阶法施工进度快,但在地质较差地段变形难以控制;采取及时闭合成环的方法、重视及优化锁脚锚杆施工、控制仰拱与掌子面间的距离可有效地控制施工变形。     

大跨度岩溶隧道施工工法比选

随着我国高速公路的发展,在岩溶地区修建隧道工程日益增多,选择合理施工工法是隧道施工安全稳定的重要一环。根据大跨度岩溶隧道中溶腔的发育程度、发育位置以及溶腔内充填物性质的不同,隧道需采用不同施工工法。以乐昌至广州高速公路段某大跨度岩溶隧道为例,采用有限元软件对其进行了三台阶法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法等3种施工工法的比选。最后得出结论：双侧壁导坑法在岩溶隧道施工中能有效的控制围岩塑性区的发展和洞周位移,并且能够有效改善围岩的受力状态,适当提高衬砌的应力水平,是较为合理的施工工法。可为岩溶地区高速公路隧道设计施工提供一定的参考。     

八达岭长城站超大断面过渡段暗挖施工新技术

京张高速铁路八达岭长城站为地下暗挖车站,过渡段设计为单跨形式,最大开挖跨度32.7 m,最大开挖面积497 m2。为了解决超大断面隧道开挖过程中围岩变形大、容易失稳,多导坑法开挖无法采用大型机械施工、进度慢,隧道内预应力锚索施工难度大等难题,文章采用顶洞超前、分层下挖、核心预留、重点锁定的开挖工法（简称“DFHZ工法”）,并对该工法的优点和施工流程进行了介绍,该工法既能保证隧道开挖过程中的安全、减少围岩的沉降和变形,又方便机械化施工。采用预应力锚杆和预应力锚索结合使用,以发挥围岩的自承载能力,保证围岩稳定,预应力锚索施工中采用增设锚固结、硫铝酸盐水泥配置浆液、先自由段后锚固段的注浆顺序、高压注浆等措施,可以大大加快锚索施工进度,保证锚索质量。通过对张家口端进行监控量测,发现拱顶下沉和水平收敛值都很小,说明采用的支护措施可行,并对北京段过渡段进行了优化设计。     

某公路隧道浅埋大跨段施工工序优化分析

随着浅埋暗挖施工技术的日趋成熟及城市交通的愈发拥堵,连接各城区之间新建公路隧道工程多采用大跨暗挖方案,因此隧道浅埋段施工对围岩扰动控制影响分析至关重要。本文结合烟台五卒山隧道,采用FLAC3D选取两种适用的施工方法对该隧道浅埋段开展施工工序优化分析,分析不同施工方法对隧道围岩的扰动影响。分析表明双侧壁导坑法引起隧道的最大沉降位移比CRD工法增大约13.7%;双侧壁导坑法的最大水平收敛约为CRD工法的3.08倍;底部隆起值CRD工法略小;说明采用CRD工法对工程围岩扰动影响较小。研究结果可为相似地层条件下的类似隧道工程施工提供一定的指导。     

浅埋大跨度隧道微台阶法进洞力学响应与工程运用

结合某大跨隧道,针对浅埋大跨度隧道进洞的两种典型施工工法微台阶法（也称微台阶法）与双侧壁导坑法进行空间三维数值分析,研究了隧道围岩与结构位移、应力、应变等的分布与发展规律,得到了两种浅埋大跨隧道进洞施工工法的动态施工力学特征,提出在三车道大跨度隧道采用微台阶法进洞施工方案的可行性,并通过实际工程中成功运用经验,为大跨度隧道浅埋段采用微台阶法提供了工程借鉴。     

流固耦合下的软弱围岩隧道施工工法优化研究

CRD法和双侧壁导坑法在无水条件下对隧道围岩稳定性有很好的控制效果,但是在流固耦合条件下的软弱围岩环境,两种工法对围岩稳定性的影响不同。以内蒙古金盆湾公路隧道为依托,采用差分软件FLAC3D,在流固耦合效应情况下,对深埋隧道进行两种工法开挖模拟,对隧道关键点进行监测,分析开挖过程中的渗流变化、拱顶沉降、地表沉降、应力分布和塑性区。计算结果表明:两种工法开挖后软弱围岩呈现大面积的X形剪切带。双侧壁导坑法对渗流场影响较小,拱顶位移和地表沉降为CRD法的63%左右,且在开挖过程中拱顶最大最小主应力较小,但在导坑钢架与初期支护连接处易出现较大拉应力集中,塑性区面积小于CRD法,综合表明更有利于围岩稳定性。     

软岩隧道不同开挖方法对围岩变形的影响

为分析软岩隧道的不同开挖方法对围岩的稳定性及变形规律的影响,以贵广铁路大岐山隧道为工程背景,利用MIDAS/GTS进行数值模拟,对围岩在使用台阶法和双侧壁导坑法开挖时的位移和应力变化进行分析。结果表明:采用双侧壁导坑法进行开挖的围岩变形及应力均小于台阶法,利用双侧壁导坑法进行软岩隧道的开挖较为安全。     

兰州地铁富水大断面黄土隧道流固耦合作用机理研究

兰州地铁一号线一期工程东岗站后配线段大断面隧道施工过程中黄土状土层含水率达26.81%,饱和度较高。结合室内土工试验与施工监测,建立三维有限元数值模型,对比分析了大断面黄土隧道双侧壁导坑法和CRD法施工在考虑流固耦合效应下的初支受力特点及围岩变形机理。结果表明,在考虑流固耦合作用下CRD六部开挖法控制围岩变形效果要优于双侧壁导坑法;双侧壁导坑法最大弯矩值152.6kN·m,位于左拱肩与中隔墙连接处,外侧受拉,CRD六部开挖法最大弯矩值159.0kN·m,位于右拱肩处,内侧受拉;两种工法拱腰和拱脚处初支环向轴力相对较大,处于受压状态;孔隙水压力场以隧道开挖面为中心,在周围形成明显的低水压区域并呈漏斗状分布,边墙和仰拱处水力梯度较大,易发生渗漏,与现场情况一致。     

浅析单侧壁导坑法在大跨径黄土隧道施工中的应用

单侧壁导坑施工法的原理是通过中隔壁(临时支撑)将大断面隧道分割成跨径较小的导坑施工,施工时采用"短进尺、强支护,早封闭、勤量测"的施工原则,使大跨径黄土隧道安全、稳步的向前施工。主要应用与跨径大、围岩破碎Ⅴ级围岩(黄土)隧道。结合工程实例,介绍单侧壁导坑法在黄延高速公路扩能工程王村隧道施工中的应用。     

一种改进的位移释放率计算方法及其在Ⅴ级围岩中的应用

为了探究高地应力作用下Ⅴ级围岩的开挖卸载效应，针对隧道开挖过程中实时位移释放率难以计算这一问题，提出一种改进的位移释放率计算方法，对不同工法作用下Ⅴ级围岩的变形规律进行数值分析和模型试验研究。首先基于正交试验原理，以黄土、砂、石膏、水泥、水为原材料配置得到Ⅴ级围岩相似材料；然后以自行设计的模型试验箱为载体，对配制出的相似材料进行平行试验，以保证每组材料在改变一种原材料基础上其余材料均不变，从而得到各组材料的应变-时间变化曲线；最后利用改进的位移释放率计算方法，结合模型试验过程实时监测数据，得到Ⅴ级围岩不同开挖工法下的位移释放率变化曲线，并与数值分析结果进行对比验证。研究结果表明：配制出的围岩相似材料在物理力学性能上均能很好地满足试验需要且具有经济环保等优点；平行试验下，各组材料均对开挖卸载产生影响且石膏产生的影响最大；模型试验结果表明，开挖前期台阶法位移释放率最大，随着开挖的进行双侧壁导坑法位移释放率逐渐增大直至最大，模型试验所得位移释放率在数值上虽与数值模拟结果略有区别但整体趋势保持一致，两者均显示隧道开挖过程中CRD法的位移释放率最小且开挖后期位移释放率逐渐趋于平稳，故建议在该高地应力Ⅴ级围岩段隧道施工时全程采用CRD法。     

山岭隧道断层破碎带富水段开挖方法的对比分析

以小北山1号隧道为研究对象,采用FLAC3D有限元模拟分部开挖的几种工法,对隧道穿越F3断层破碎带处的开挖过程进行了模拟。针对4种不同施工工法情况下竖向位移、围岩应力以及塑性区进行了对比分析,结果表明,采用预留核心土法时得到的底部隆起、拱顶沉降量和拱脚最大主应力是四种工法中最小的;尽量减小对围岩体的扰动可以对隧道顶部的沉降控制起到一定的作用;拱肩处出现的受拉塑性区在施工过程中容易造成洞室的整体失稳,需及时支护。     

上软下硬大跨隧道变形数值分析与规律研究

如何保证上软下硬岩质大跨隧道拱顶围岩的稳定,进而控制上覆地层的变形是浅埋暗挖大跨隧道研究热点。依托大连地铁一期工程203标段兴工街站,利用三维数值模拟,分析在不进行注浆加固和不施加任何支护措施的情况下隧道与围岩的变形规律,详细分析总结了围岩位移场、地层沉降、地表沉降、水平位移等方面的相关结论,揭示隧道与围岩变形的主要影响因素和关键工序。研究成果可以为此类隧道修建积累实践经验,为控制措施的制订提供科学依据。     

穿越断层破碎带隧道支护结构受力特性分析

依托雅康高速公路紫石隧道,建立三维数值模型,运用有限差分软件分析围岩施工期的应力和变形特征,研究穿越断层破碎带隧道的支护结构受力特性。结果表明:断层破碎带处围岩和衬砌的变形相对普通断面均较大;在断层破碎带与普通岩体交界处会产生非均匀变形,导致衬砌结构出现压应力集中现象;隧道二衬达到受力稳定状态需要较长时间,且安全系数较低。     

浅埋大跨度隧道微台阶法进洞力学响应与工程运用

结合某大跨隧道,针对浅埋大跨度隧道进洞的两种典型施工工法微台阶法(也称微台阶法)与双侧壁导坑法进行空间三维数值分析,研究了隧道围岩与结构位移、应力、应变等的分布与发展规律,得到了两种浅埋大跨隧道进洞施工工法的动态施工力学特征,提出在三车道大跨度隧道采用微台阶法进洞施工方案的可行性,并通过实际工程中成功运用经验,为大跨度隧道浅埋段采用微台阶法提供了工程借鉴。     

深埋穿越破碎带隧道衬砌变形规律研究

为解决隧道穿越破碎带、断层等不良地质体时导致的隧道结构变形过大，甚至引起垮塌等事故的难题，通过对西南某深埋穿越破碎带隧道衬砌现场监测数据的分析，结合数值模拟试验，研究了该隧道衬砌拱顶下沉、周边收敛变形规律，并对二者进行了对比。结果表明： 该隧道工程Ⅳ级至Ⅴ级围岩过渡区发生不均匀沉降，Ⅴ级围岩相对Ⅳ级围岩沉降值大15 mm左右；隧道拱顶沉降量是周边收敛位移的1.25~1.75倍，即拱顶对不均匀沉降的敏感度大于周边，属于隧道结构薄弱部位。基于自主研发的双向滑移式物理模型箱，研究了不均匀沉降条件下衬砌结构变形特征，衬砌轴向变形过程大致可分为5个阶段： 弹性应变、土体压密—姿态调整、塑性应变、土体再压密—姿态再调整、断裂破坏，且拱顶轴向变形为拱腰轴向变形的1.75~2.45倍，说明拱顶沉降对围岩完整性的敏感度大于周边收敛，应重点做好拱顶的监测与防护。