高地应力大变形隧道台阶法开挖过程中围岩变形分析

在施工过程中围岩变形规律对高地应力隧道施工控制大变形非常关键,也是选择隧道开挖方式、支护型式、支护参数、支护时机的技术依据。采用有限元数值模拟分析对高地应力大变形隧道采用台阶法开挖过程中的围岩变形规律进行数值模拟分析,并针对其开挖过程中的预留核心土长度对变形的影响进行了探讨,提出了合理的台阶长度和核心土长度,其结果对高地应力大变形隧道的设计与施工具有指导作用。     

基于MIDAS/GTS的某公路隧道入口段软弱岩石力学及变形特性研究

为了探索软弱围岩中公路隧道入口段的岩石力学和变形特性,本文选取某采取环形开挖预留核心土法施工的公路隧道入口段为例,借助于MIDAS/GTS有限元软件对围岩的力学和变形特性进行了研究,得到主要结论如下;首先,随着隧道开挖和支护的进行,洞口围岩竖向和水平向应力均持续增大,周围岩体的受开挖影响范围也逐渐增大,但对受影响最大的隧道拱脚位置围岩应力分析可见,开挖上半断面留核心土对围岩的干扰最大;其次,施工过程中围岩受力在其可承受范围内,但隧道拱脚和隧道左侧拱腰上部位置出现明显的应力集中现象;最后,隧道开挖破坏了原有围岩的稳定性,使得隧道两侧拱腰向隧道方向产生对称的的位移,拱顶产生向下的位移。     

公路隧道浅埋暗挖段施工方法的数值分析

针对张桑(张家界—桑植)高速公路麻栗垭隧道左线ZK34+910变形剧烈段,利用有限元数值软件MIDAS-GTS NX建立二维数值模型,分别采用上下台阶法、三台阶法、三台阶预留核心土法模拟公路隧道浅埋暗挖段的开挖过程,分析公路隧道浅埋段埋深10m处围岩衬砌的应力变化、位移及塑性区分布,确定三台阶预留核心土法为该工程较合理的开挖方式。     

预留核心土环向刻槽对隧道开挖的稳定性影响

软弱破碎围岩隧道开挖后,在初始应力作用下,围岩松动变形、掌子面失稳,易产生较大内空位移,导致拱顶坍塌、地表下沉等病害.针对软弱破碎固岩的力学特性,提出预留核心土环向刻槽开挖法,并结合工程实例,以散值分析的方法研究核心土对较岩隧道开挖的稳定性影响.利用FLAC3D软件模拟隧道在不同长度及半径核心土条件下的开挖过程,分析掌子面附件围岩的位移、应力及塑性区变化情况.研究表明,预留核心土能减少隧道开挖对软弱破碎围岩的扰动,极大改善掌子面的受力情况,约束掌子面及附件围岩位移,控制塑性变形;核心土的长度及半径影响其对围岩稳定性的作用效果,它们存在一个最合理值.     

TBM导洞扩挖法在高地应力软岩隧道施工中的应用效果分析

运用MIDASGTS有限元软件,分析了TBM导洞扩挖法在高地应力软岩环境中隧道开挖的应用价值。通过对某公路隧道分别采用TBM导洞扩挖法、预留核心土环形开挖法和两台阶法三种施工方法进行数值模拟,主要以拱顶沉降、拱腰水平收敛和拱底隆起等围岩变形指标进行对比分析,得出TBM导洞扩挖法高地应力软岩隧道施工时的围岩变形控制效果最好的结论。同时分析了在富水等复杂地质情况下,TBM导洞扩挖法在排水、探明前方地质情况等方面更具有优势。     

弱膨胀土地区隧道施工工法及塌方原因研究

为探求适合弱膨胀土浅埋隧道的施工工法,基于在建三淅高速公路李家坪隧道工程,借助三维有限元软件分别模拟了弱膨胀土地区隧道环形开挖预留核心土法及CD法开挖过程中的围岩稳定性,对比研究了围岩的受力与变形情况。有限元计算结果表明:环形开挖预留核心土法施工对软弱围岩掌子面的变形能起到有效控制,但对于控制浅埋段隧道整体沉降效果不大;相对于环形开挖预留法,CD法开挖工作面小,且各工作面封闭成环时间短,各工作面支护有效限制了塑性区发展,尤其是在隧道拱顶处,CD法开挖比环形开挖预留法开挖扰动引起的塑性区范围小很多,CD法更适用于弱膨胀土地区隧道施工。此外,根据收敛约束法的理念,推导了膨胀土隧道围岩特征曲线,结果表明:膨胀性围岩对含水率变化非常敏感,尤其是围岩变形较小时,膨胀压力可以达到塑性形变压力的数倍。综合理论推导、数值模拟和现场监测数据,分析了李家坪隧道施工时产生塌方冒顶的原因。由于雨季施工使隧址区的弱膨胀土围岩含水量增大,吸水膨胀后释放应力,隧道自稳能力下降,加上薄弱的支护体系,是造成隧道塌方的主要原因。研究成果可为弱膨胀土地区隧道施工提供一定的参考依据和实践经验。     

基于卸载效应的软岩隧道开挖方案优化分析

为了得到软岩隧道较为合理的开挖施工方案,以某公路隧道软岩隧段为研究对象,借助FLAC3D,对该隧段在不同卸载条件下的开挖方案进行了数值模拟,研究了在不同卸载条件下该隧道软岩段围岩的应力应变特征,并与现场监测结果进行了对比验证。结果表明:开挖卸载过程中,卸载顺序对围岩的受力变形具有明显的影响,开挖卸载面附近形成一个应力降低区,最大挤出位移集中在掌子面或核心土的中心区域,三台阶预留核心土开挖方法最大竖向位移和最大围岩压力均较其它四种开挖卸载方法要小。综合考虑围岩应力、竖向位移、掌子面挤出位移对围岩稳定性的影响以及施工便利,较为合理的开挖方案为三台阶开挖方法。现场监测验证了数值分析的可靠性和三台阶开挖方法的合理性。     

基于非对称建筑荷载作用的小净距离隧道施工方案研究

为确定非对称建筑荷载作用下的小净距离隧道的合理施工方法,以某城市非对称建筑荷载作用下的公路隧道为基础,考虑预留核心土弧性导坑法、CRD法两种施工方案,通过有限元分析软件ANSYS,构建二维弹塑性模型,重点分析了隧道开挖对围岩的扰动效应,包括围岩位移以及水平应力两方面。     

不同开挖方法对软弱围岩隧道影响模拟研究

软岩隧道施工过程中,围岩变形较大,造成工程安全隐患。依托五峰隧道工程,通过有限元软件模拟台阶法、CD法和环形开挖预留核心土法在开挖软弱围岩隧道时的变形规律,结果表明,CD法开挖完成后产生最大竖向位移最小,初支受弯矩更均匀,最大竖向位移最小。因此,在软弱围岩进行隧道开挖时优先选用CD法,条件不满足时可选择环形开挖预留核心土法。     

山岭隧道浅埋段不同施工方法对软弱围岩变形的影响

隧道开挖会不可避免地破坏土体的原有平衡,使土体应力释放,土体颗粒位置重新排列,导致围岩变形,特别是在软弱围岩等复杂地质条件下,围岩变形过大,工程事故发生的概率也会随之增大,选用合适的开挖方式对于特殊地段隧道的安全施工意义重大。文中结合龙永(龙山—永顺)高速公路大干溪Ⅰ号隧道,分析了山岭隧道浅埋段采用三台阶法和预留核心土法施工对软弱围岩变形的影响,为施工方法选择提供参考。     

长哨浅埋偏压隧道施工顺序与支护力学行为分析

从隧道不同开挖顺序出发,对浅埋偏压隧道采用预留核心土开挖方法施工过程进行了数值模拟研究,给出了不同开挖顺序下围岩和支护结构的变形及应力分布规律。结合分布规律,从而确定偏压作用对隧道围岩的影响,制定合理的施工顺序,并指出对隧道重点监控与关注部位。所得结论,可作为浅埋偏压隧道类似工程施工设计的理论依据。     

不同开挖方法对公路隧道围岩稳定影响分析

位于我国西部的某公路隧道处于软弱地质围岩中,为了研究该公路隧道最优的开挖方法,基于有限元仿真软件MIDAS/GTS模拟隔壁法、环形留核心土法和台阶法3种不同的开挖方式对隧道围岩稳定性影响进行分析。有限元计算结果表明,3种不同的开挖方法不仅对隧道围岩卸荷的顺序存在较大差异,而且不同开挖方法对应的应力集中程度、应力应变大小及变化规律也不尽相同。通过分析3种开挖方式的应力和位移云图,详细对比了各开挖方式对应的各特征点X方向和Z方向应力值和位移值,综合考虑该公路隧道的围岩地质条件、施工进度、施工成本及施工安全,确定该隧道最优的开挖方式为台阶法开挖。     

基于Midas/GTS的隧道变形控制措施和开挖方法研究

为了保证位于我国西北的某高地应力软岩隧道的安全施工,基于有限元软件Midas/GTS对隧道的变形控制措施和开挖方法进行了研究。通过分析掌子面挤出位移、围岩塑性区、支护结构受力以及围岩变形等指标对比了环形开挖预留核心土法和三台阶七步预留核心土法的两种隧道开挖工法。通过围岩塑性区分布、支护结构受力和围岩变形等指标对比分析了不同的喷射混凝土厚度(21、28、35 cm)和掌子面加固范围(90°、127°、180°)。根据研究结果提出最适合本隧道的施工方法:采用三台阶七步预留核心土法进行隧道开挖,喷射混凝土厚度为28 cm,预加固范围为180°。     

非对称建筑荷载作用下小净距隧道施工模拟分析

在非对称建筑荷载作用下,采用CRD法和预留核心土弧形导坑法两种施工开挖方案,对小净距隧道的施工过程进行了数值模拟研究.对两种施工方案的洞室周边竖向变形、地中围岩变形和洞室周边的围岩应力进行了对比分析,揭示了非对称建筑荷载作用下两种方案的洞室周边竖向变形规律和变形规律的相似性,获得了地中围岩变形的变化规律,对信息化反馈施工,指出了必须重点监控与关注的位置.     

挤压性破碎围岩变形控制技术研究

本文依托雁门关铁路隧道开挖项目为背景,针对雁门关隧道施工过程中会发生围岩挤压大变形的情况,研究了预留核心土、超前支护、优化设置系统锚杆、双层支护等各项变形控制技术的控制效果,利用数值计算方法评价采用各种变形控制技术下隧道结构的安全性,形成了雁门关隧道挤压性破碎围岩综合变形控制技术。该高地应力破碎围岩变形综合控制技术适用于在高地应力或深埋条件下大断面软弱破碎围压隧道及地下工程的修建进行推广。     

软岩隧道施工方法数值分析

以软岩单线铁路隧道为工程背景,采用三维数值手段对常规台阶法、扩大拱脚台阶法和预留核心土台阶法等典型工法的施工空间效应进行动态模拟。计算结果表明：对于软岩隧道,当采用常规台阶法施工时,加强上台阶围岩支护效果对大变形控制至关重要;在台阶法开挖过程中掌子面挤出变形明显,掌子面的稳定性不容忽视,而预留核心土在控制掌子面变形、确保掌子面稳定方面有明显的作用;扩大拱脚支护形式与标准断面相比更有利于控制隧道收敛变形和塑性区的发展。综合分析结果认为：兰渝铁路软岩单线隧道采用扩大拱脚支护形式结合预留核心土的台阶法更有利于控制变形和确保洞室稳定。     

基于特征曲线法考虑围岩刚度弱化隧道开挖变形分析

基于特征曲线法,建立考虑围岩刚度劣化本构模型开展不同开挖方式下隧道开挖空间变形特性研究,并与工程实际监测数据进行对比分析。结果表明:考虑刚度弱化后,三种开挖方式拱顶位移数值均增大;隧道开挖只对工作面前方20 m范围内围岩结构产生影响,对20 m范围以外影响甚微;在开挖工程中,距开挖工作面±10 m范围内拱顶围岩位移变化最大;为了有效控制围岩变形,开挖方式的优先顺序依次是中隔壁方式、预留核心土和台阶法;与未考虑刚度弱化的经典本构模型相比,采用刚度弱化本构模型计算得到的围岩压力释放过程更符合实际情况,拱顶位移计算结果与工程现场实际监测数据更为接近。     

土质地层公路隧道大断面快速施工技术研究

随着交通工程建设的快速发展，公路长大隧道越来越多，常规施工方法效率较低，无法满足工期要求，这对公路隧道快速施工技术提出了新的挑战。以东天山特长公路隧道为背景，提出土质地层隧道大断面开挖工法，通过力学分析及现场对比试验，分析论证了该工法的可行性。结果表明：土质隧道大断面开挖时，采用超长小导管能够减少上部围岩压力对掌子面滑动土体的荷载作用，预留核心土则能够为掌子面滑动土体提供支撑反力，通过这2种控制措施能够实现土质围岩隧道掌子面稳定；相比台阶法，大断面开挖时围岩应力释放速率较快，变形快速发展，拱架和喷混凝土受力快速增长，支护封闭成环后可得到有效控制，但需进一步提高初期支护早期承载性能，即提高喷混凝土早期强度；采用大断面工法能够提升机械作业空间，简化工序，实现多组设备同时作业，相比两台阶施工，隧道施工效率提升约22%。综合评价，土质地层隧道采用大断面快速施工工法能够实现掌子面稳定，支护结构安全，且相比台阶法施工效率可得到显著提高。     

开挖技术在麻栗垭隧道施工中的应用

依托张桑高速公路第5合同段麻栗垭隧道,根据现场监测和数值模拟计算,研究了浅埋偏压隧道开挖工法对隧道稳定性影响。运用有限元软件ABAQUS,模拟全断面法、上下台阶法以及环形预留核心土法三种不同开挖方式,比较不同开挖方式下的围岩应力、应变规律,确定一种适合麻栗垭隧道的施工工法。     

浅埋偏压隧道双侧壁导坑法开挖数值模拟研究

以柞山高速段小岭隧道为依托,建立数值分析模型对隧道洞口浅埋偏压段开挖与支护过程进行数值分析,探讨了围岩与衬砌材料的变形与应力变化规律。研究结果表明:偏压导致隧道洞口两侧出现超过18mm的变形差,通过锚喷支护可将该变形差控制在7mm以内;偏压隧道稳定性最不利位置出现在拱顶与底部处,在拱顶右侧与拱底左侧出现应力集中现象;双侧壁导坑法相对于预留核心土开挖法可以更好地控制拱顶处竖向变形;设计中应合理设计衬砌参数,防止锚杆等材料处于屈服状态,保证隧道施工安全。