CD和CRD法施工下超大断面隧道围岩变形控制数值计算研究

为研究超大断面隧道围岩变形控制机制,系统开展CD及CRD开挖工法下不同支护方式的数值计算,研究了不同支护方案随围岩强度等级变化对隧道拱顶位移、围岩塑性区应变的影响规律,明确了CRD开挖工法下不同临时支护拆除顺序对隧道围岩稳定性影响规律。通过对结果进行对比分析可知:采用CRD开挖方法比CD法、I22b型钢拱架支护比I18拱架都具有更好的围岩控制效果,且围岩等级越差,控制效果差异越大;考虑到拱顶沉降安全值,采用I18型钢拱架在经济性和施工安全性及便捷性方面具有良好的可行性;采用先临时仰拱,后临时支撑拆除顺序对整个隧道围岩稳定性效果最好。     

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。     

穿过滑坡的隧道变形与受力数值模拟分析

通过对某下穿滑坡隧道的开挖施工进行三维数值模拟,分析研究了隧道围岩位移、应力及初次衬砌应力的变化规律,并分析了采用中壁交叉法(CRD)进洞对控制开挖施工中围岩位移、应力变化的有效性.结果表明,受滑坡体的影响,隧道围岩纵向应力偏大,初期支护承受很大的纵向拉应力,拱顶和拱底处拉应力高度集中,而采用CRD法进洞能及时对开挖部...     

超大断面小净距隧道应力场演化研究

近年,对于超大断面小净距隧道应力场演化过程问题,国内外学者都进行了深入研究,并取得了实质性成果。该文综合考虑济南市东南二环绕城高速公路大岭隧道进口净距较小、埋深较浅等特点,选取大岭隧道进口段作为研究对象,借助Ansys、Auto CAD等软件,基于有限差分软件FLAC3D,构建了大岭隧道进口段的三维模型,开展了超大断面小净距隧道全工序施工数值模拟工作,对比分析了超大断面小净距隧道分别采用CD法及台阶法施工过程中隧道围岩变形规律,探究了CD法施工过程中隧道围岩塑性区分布及应力演化情况。模拟结果表明:采用CD法和台阶法施工时,隧道开挖破坏了隧道原有应力分布状态,导致拱顶围岩均出现较大速率的位移沉降量。其中,采用CD法施工时隧道围岩整体变形相对较小,但是横撑的拆除引起隧道围岩变形、应力的突变,易出现塌方等事故,需加强支护。此外,综合考虑超大断面小净距隧道采用CD法施工过程中先行洞与后行洞之间的相互影响作用,研究了隧道围岩塑性区时空效应及其应力演变过程,研究结果可为超大断面小净距隧道施工及隧道围岩力学稳定性评价提供参考。     

基于有限差分方法的石林隧道施工方案比选

针对永宁高速公路石林隧道软岩大变形段在不同施工方法下围岩和隧道支护结构的力学问题,运用有限差分方法对CD法和三台阶开挖法进行了动态数值模拟,通过对比不同施工方法下围岩的应力场和位移场情况,为隧道开挖施工方法提供依据。     

围岩性状非对称公路隧道施工方案优化研究

针对新疆天山玉希莫勒盖隧道一段围岩性状左右侧相差较大的实际情况,为确保施工安全,优化施工方案,采用大型通用有限元分析软件,对上下台阶法、先开挖围岩条件较好一侧CD法及先开挖围岩条件较差一侧CD法等不同施工方案进行数值模拟计算。从围岩竖向位移、应力及初期支护力学行为等方面进行了系统的比较分析,得出了先开挖围岩条件较差一侧CD法为较优施工方案。该结论不仅直接指导了工程的施工,而且可为其他类似工程的施工技术比选和施工安全保障提供有益的参考。     

软弱地层中浅埋隧道不同工法开挖的力学特性研究

为确定软弱地层中浅埋隧道开挖时围岩的力学特性,以穿越饱和砂土地层的某城际高铁隧道为依托,采用数值模拟和现场试验手段,研究不同工法下围岩位移、地表沉降、初期支护受力情况的变化规律,并通过现场测试数据进行验证。结果表明:由于开挖过程中设置了中隔壁等临时支护,CD法能更有效控制变形的发展,因此洞内围岩位移、地表沉降、初支结构的应力、内力均比台阶预留核心土法小;现场监控量测成果与CD法数值模拟数据在规律上较为符合,CD法应用于饱和砂层中,引起的围岩位移、地表沉降、支护结构内力等均在安全值范围内,能保证浅埋隧道的施工安全。     

区间隧道暗挖施工对近距离既有铁路隧道的影响

以重庆轨道交通4号线一期工程民安大道站—重庆北站(北广场)区间隧道下穿渝怀铁路隧道施工为背景,采用数值模拟的方法对岩质地层隧道常见的全断面法和台阶法2种施工方法近距离下穿既有隧道的影响进行有限元数值模拟分析,以研究不同施工方法对既有隧道应力、位移的影响。计算结果表明:2种隧道开挖方式在未穿越上部既有铁路隧道时,对围岩的影响无明显区别,而在穿越既有隧道及开挖完成后,对既有隧道产生的不均匀沉降全断面法较大,但全断面法在施工速度上较台阶法开挖更快。     

胶州湾海底隧道右线与匝道交汇洞段施工技术

以胶州湾海底隧道右线与匝道交汇洞段为背景,采用工程类比和数值模拟分析,对小净距隧道的施工顺序,超大断面隧道的开挖方法及支护参数进行了研究,结果表明:小净距隧道采用匝道先行,衬砌跟进,主隧采用CD法开挖可最大限度控制围岩塑性区;大断面洞段在进行超前注浆加固后,加强支护可实现台阶分部开挖。     

某地铁上下线平行隧道施工关键技术研究

该文以某地铁线路为研究对象,针对该线路存在上下平行式隧道,通过建立隧道的有限元模型,对隧道开挖后围岩周边的应力分布、应变特征及位移情况进行了分析,对可能产生环境影响的拱顶沉降进行了全面监控。数值分析表明:先行隧道采用全断面法可以控制围岩变形并使围岩变形处在允许范围内,综合考虑施工便利性、投资等多种因素,先行隧道采用全断面法施工。从监测结果可知:该断面在开挖后的沉降和水平变形速率始终平稳、正常,沉降残差均未超过2mm,且随时间下降,趋势平缓,说明了围岩已基本稳定,隧道施工过程安全。     

小净距偏压公路隧道开挖顺序优化

小净距偏压隧道合理开挖顺序对隧道围岩稳定和支护措施优化有很大的影响。结合净距4.0m、偏压25°公路隧道工程实践,通过二维、三维弹塑性有限元数值仿真模拟,分析了隧道开挖顺序对围岩破坏接近度、围岩变形位移以及对空间围岩体塑性破坏和位移的影响,得到了先开挖浅埋侧隧道优于先开挖深埋侧隧道的结论,为小净距偏压隧道优化设计和施工提供了科学依据。     

公路隧道施工方法的仿真与比选

针对湖北鸦来公路沙子垭隧道在不同施工方法下围岩和隧道支护结构的力学问题,运用有限元的方法对双侧壁导洞开挖法和台阶开挖法进行了动态数值模拟,建立了在不同施工工序下围岩的应力场、位移场,并对这2种施工方法进行了比较,得出采用台阶法开挖的方案较优。     

隧道围岩与初衬间的相互作用研究

对隧道围岩与初衬之间的相互作用进行了研究,并对二次衬砌前的围岩和初衬中应力与位移及其释放进行了计算分析.首先利用线性黏弹性理论,导出了隧道开挖后围岩和初衬中的应力与位移;然后选取Maxwell和Poyting-Thomson三参数固体流变模型模拟围岩,研究了隧道围岩与初衬之间的相互作用;最后结合公路隧道施工,计算了二次...     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

基于爆破损伤隧道初支与掌子面合理距离研究

基于钻爆法,研究在围岩损伤条件下初期支护滞后掌子面不同距离时隧道稳定性。利用声波检测隧道爆破开挖后围岩的扰动损伤,将隧道支护时机与施工时初期支护滞后掌子面距离相结合,通过FLAC3D数值模拟分析不同初支滞后距离下围岩的位移量、应力大小,得到在该工程地质条件下,随着距离的增加,围岩位移量略有增加,围岩应力降低,并最终趋于稳定,根据其变化规律分析可得初期支护滞后掌子面12 m的情况下围岩能够自稳。实践证明,不仅取得了良好的光面爆破效果,而且有效地控制住围岩超欠挖,从而取得较大的经济效益。     

基于损伤扩容理论的圆形隧洞围岩松动圈位移计算方法

为解决传统弹塑性力学理论在计算时未考虑实际围岩卸载时的扩容效应导致的位移设计值预测误差较大的问题，通过考虑不同应力状态下围岩损伤扩容系数的不同，建立圆形隧洞开挖松弛位移的分层总和法理论计算方法，提出以洞壁处围岩损伤扩容状态为控制值的围岩开挖位移预警值计算方法。结合分水江引水隧洞工程实例，对不同围岩级别、不同埋深、洞壁围岩的不同扩容效应（即不同支护状态）时圆形隧洞开挖后洞壁围岩位移变化规律进行分析，提出以圆形隧洞为基础的围岩预警值理论计算经验公式。由实际应用结果表明： 考虑扩容效应的围压位移分层总和法计算值比弹塑性理论计算值大3倍以上，计算结果更符合实际情况。     

漳龙高速公路扩建隧道围岩力学特性三维有限元分析

为分析隧道扩建过程中围岩的力学特性,确保施工期间围岩的稳定性,以漳龙高速公路后祠隧道扩建工程为依托,建立了反映实际地形的三维有限元模型,对后祠扩建隧道施工期间地表沉降、拱顶下沉、周边位移的特征以及拱脚和拱顶的应力变化规律进行计算分析。计算结果表明： 原位扩建隧道位移变化规律不同于普通新建隧道位移变化规律,隧道原位扩建施工过程中,地表沉降曲线表现出了明显的非对称性; 隧道掌子面前方12 m及掌子面后方24 m范围内变形较为迅速,为非稳定变形段; 根据隧道拱顶位移曲线,提出了针对扩建隧道位移空间变化规律的公式,该公式能预测后祠隧道的变形,从而为施工提供建议和指导; 隧道拱脚表现为压应力集中区,随着开挖的进行,拱脚主应力逐渐增大,而拱顶主应力逐渐减小并向拉应力过渡,最终拱顶呈现出较小的拉应力。     

隧道软弱围岩的卸荷特征与大变形控制研究

隧道软弱围岩大变形往往表现出时效性的流变变形特征,对此特征提出了一种环状间隔式衬砌与主动性卸载相结合的永久性支护理念。在合理的简化下建立了隧道衬砌段与非衬砌段的隧道力学分析模型,并在围岩常用蠕变模型、Mohr-Coulomb强度准则和非关联塑性流动法则基础上,对支护段围岩进行黏弹塑性求解,得到了围岩的黏弹塑性变形位移解。在参考现有围岩应力释放模型并确定无支护段围岩应力释放系数之后,对无支护隧道段围岩进行求解,得到了围岩的黏弹塑性变形位移表达式,建立了未支护洞段围岩位移与支护洞段围岩压力的关系。算例分析表明,理论分析与实际工程中围岩的应力和位移的变化是相吻合的。     

基于位移释放系数的深埋圆形压力隧道力学行为的解析解

为解决含有孔隙水的可渗透岩层中隧道围岩的力学行为，采用复变函数法与Biot孔隙弹性理论相结合的方法，建立了一个基于位移释放系数的可渗透深埋圆形压力隧道的应力和位移的解析模型。根据应力应变本构方程及平面应变协调方程导出了应力函数的非齐次双调和方程。选取计算参数进行算例计算，并将计算结果与商业有限元软件的计算结果进行对比，两者基本一致。通过选取不同的隧道参数及远场应力比进行敏感性分析，发现隧道在软衬砌和硬衬砌条件下会产生较大差异的力学行为。位移释放系数和孔隙压力对围岩中的环向应力和径向应力有显著的影响。     

基于ANSYS模拟分析合理确定隧道开挖支护方案

本文运用有限元分析软件ANSYS模拟隧道围岩开挖支护受力状态,对隧道围岩开挖支护结构的位移、弯矩、应力等进行计算分析,合理确定隧道开挖、支护施工技术方案,优化隧道支护结构设计,降低其建设成本。