基于有限元分析的高地应力软岩隧道蠕变特性研究

高地应力软岩隧道变形量大,变形时间长,蠕变效应显著,给隧道的设计、施工和运营带来巨大的挑战,运用数值模拟的方法,深入研究了拟建川藏铁路康定至林芝段二郎山隧道蠕变特性。结果表明:隧道的埋深越大,围岩初期的变形速率越大,隧道围岩在开挖完成后2～3个月变形趋于稳定,在埋深为1 500 m和2 000 m时,开挖完成后180天,隧道围岩有加速蠕变的趋势。     

高水位下软弱破碎带围岩开挖变形分析

针对某隧道破碎带的水文地质情况,运用midas GTS NX软件,采用参数弱化法对隧道软弱破碎带段施工过程进行数值模拟,分析了破碎带、开挖渗流和注浆加固等对围岩开挖变形的影响。结合现场监测数据,对比该隧道中高水位下软弱破碎带围岩开挖变形的规律和注浆加固的效果。结果表明:当围岩中存在破碎带,尤其是斜向破碎带时,破碎带影响范围大于其存在范围,应适当扩大注浆范围。在渗流影响高水位下破碎带处围岩开挖变形急剧增大,对比注浆前,破碎带注浆后围岩变形得到明显改善。破碎带注浆加固后实际监测变形比数值模拟变形大很多,模拟时应弱化破碎带加固后的围岩参数,要注重围岩的流变效应。     

围岩蠕变对运营隧道衬砌安全性的影响

为探究在软弱围岩隧道运营期间围岩蠕变效应对二次衬砌安全性的影响,以九景高速公路隧道为依托,以Ⅳ级围岩区段二次衬砌支护结构为研究对象,采用室内试验和数值模拟手段,首先对该围岩区段泥质粉砂岩在不同应力水平下的单轴蠕变特性进行了室内试验分析,并采用Cvisc模型对蠕变试验数据进行了非线性拟合,获得了Cvisc模型的蠕变参数。然后,利用FLAC3D软件建立了两车道公路隧道三维数值模型,研究了单考虑围岩蠕变作用和同时考虑隧道埋深对运营隧道衬砌结构安全性的影响。结果表明:非线性拟合相关性系数在0.92～0.96之间,可认为Cvisc模型能够很好地描述泥质粉砂岩的衰减蠕变和稳定蠕变关系;单考虑围岩蠕变作用,在同一支护时间,二次衬砌安全系数较高的位置支护结构承受的围岩压力相对较小,围岩的蠕变变形量较大,但过小的支护承载又会导致围岩蠕变变形而增加围岩压力,进而不利于运营隧道衬砌结构的长期安全;同时考虑隧道埋深的影响,二次衬砌支护结构的承载随着隧道埋深的增加而减小,即围岩自身能够承担较大部分的因蠕变变形而增加的围岩压力,从而对运营隧道衬砌结构的长期安全有利。     

考虑围岩蠕变效应的隧道开挖变形分析

软弱隧道围岩无论在室内试验研究还是在实际工程中都表明其变形具有蠕变特性,容易造成围岩较大变形而使围岩失稳。本文依托张涿高速东马各庄隧道,对隧道开挖后围岩变形进行现场监测及分析,利用有限元软件采用西原正夫蠕变模型对隧道开挖过程进行数值模拟分析,并将现场实际量测值与数值计算数据进行比较,为隧道二衬设计时间的确定和施工过程的安全可靠性提供科学依据。     

水平岩层公路隧道围岩稳定性的物理模拟研究

本文采用底摩擦试验方法,再现了不同条件下水平岩层隧道围岩变形破坏的发展演变过程,对层厚与水平岩层隧道围岩变形破坏的关系进行了研究。研究结果表明:水平岩层隧道围岩变形破坏模式是拱顶和拱肩在重力作用下的离层变形破坏,隧道围岩的整体破坏不是瞬时发生的,层厚对于水平岩层隧道围岩的稳定性有很大影响,岩层越厚,围岩越稳定,岩层越薄,越容易变形、破坏,根据研究成果提出了水平层状隧道围岩的加固措施建议,可为相似工程的设计与施工提供参考。     

大断面公路隧道穿越接触带段施工方案优化研究

以兰海高速马林隧道工程穿越不整合接触带段为背景,采用数值模拟手段,对比分析不同的导洞开挖顺序、掌子面间距及循环进尺对围岩变形的影响,结果表明,选用合适的开挖顺序可以明显减小围岩变形量,而缩短掌子面间距与减小循环进尺的措施对提升围岩变形控制效果不明显。综合研究成果,确定了马林隧道穿越不整合接触带段的施工优化方案,研究成果可为类似工程提供设计依据与借鉴。     

Singh-Mitchell蠕变模型在炭质岩隧道围岩变形分析中的应用

炭质岩是一种易崩解、软化、膨胀以及环境敏感的特殊性岩土,属于软弱岩,同时炭质岩隧道围岩的开挖变形、长期稳定性问题是炭质岩隧道建设所面临的共性问题。据此,对广西西北部山区某高速公路炭质岩隧道围岩位移、温度、渗压等指标进行监控量测,基于获得数据采用Singh-Mitchell模型研究围岩的蠕变机制,随后预测隧道通车前的围岩变形。结果表明:不考虑温度和渗压的条件下,Singh-Mitchell蠕变模型能有效计算分析及预测隧道围岩变形发展规律,可为炭质岩隧道建设以及采取防治加固措施提供参考与借鉴。     

考虑蠕变特性的软岩隧道支护体系研究

由于软岩蠕变效应的特点,软岩隧道施工中往往会出现大变形的地质灾害,其严重威胁着隧道工程的施工安全和运营管理。以龙镇高速公路软岩隧道为背景,采用三维有限差分软件FLAC3D对4种支护体系进行数值模拟,根据数值模拟计算结果,深入分析在不同支护条件下隧道周边围岩的位移场、应力场分布,并探讨各种支护体系的支护效果。研究结果表明:超前支护是一种辅助支撑,在隧道开挖过程中对掌子面后的围岩稳定具有良好的控制作用,隧道开挖后可作为辅助支撑来控制拱顶沉降;锚杆区围岩注浆加固能够提高隧道周边围岩的整体性能,改善围岩受力状态,从而提高围岩的自稳能力,且对水平收敛也有较好的控制作用。     

泥砂岩互层隧道围岩蠕变变形的有限元分析

随着我国高速公路隧道建设事业的迅速发展,越来越来的隧道开挖需要面临泥砂岩互层围岩蠕变变形过大的安全问题。基于贵州省望安高速公路河边隧道的工程概况,采用ABAQUS有限元分析软件,建立了泥砂岩互层隧道围岩蠕变计算模型,得到了围岩蠕变30 d后的水平位移和竖向位移分布云图,给出了监测点水平位移和竖向位移随时间的变化曲线,分析了泥砂岩互层隧道围岩蠕变过程中水平位移和竖向位移的分布规律。计算结果表明,泥砂岩互层隧道围岩蠕变过程中拱顶沉降随时间增加的程度最显著,且预留变形量由拱顶沉降控制。     

基于力学效应的隧道车行横通道布置方式

以汕昆高速公路龙川至怀集段金门隧道为依托,采用三维有限元仿真和现场试验相结合的方法,基于力学效应对隧道车行横通道不同的布置方式进行了研究与分析。结果表明:车行横通道开挖将导致主隧道围岩位移增大,但相比于主隧道施工的影响较小;车行横通道与主隧道的交叉角度越小,横通道施工引起的围岩变形越大,产生的应力集中越明显;相比于紧急停车带与车行横通道相邻的情况,紧急停车带与主隧道相对时,围岩总体变形和附加应力均较大;依托工程采用车行横通道与主隧道60°相交,紧急停车带与车行横通道相邻布置时,围岩变形满足规范要求。     

公路隧道软弱围岩变形控制工法超前核心土锚杆加固参数研究

软弱围岩隧道变形控制工法采用玻璃纤维锚杆对掌子面核心土的基础变形进行预限制,从而提高掌子面及隧道整体稳定。为了分析加固所采用的玻璃纤维锚杆的长度、间距和搭接长度等参数对掌子面超前核心土稳定性的影响,采用数值分析结合现场实测的方法,确定了V级围岩及浅覆土条件下超前核心土的加固参数。研究表明,采用长度为18m、间距为1.2m×1.2m、搭接长度为6m的32mm直径玻璃纤维锚杆进行全断面加固,能够确保隧道掌子面的稳定性。     

隧道不同级别围岩监测与数值模拟分析

依托谷城至竹溪高速公路小漩隧道,针对不同围岩段的特点,对隧道地表沉降、洞内收敛变形及拱顶下沉等项目进行了现场监测与分析,研究不同级别围岩变形时程曲线和纵向分布曲线的基本规律。并利用有限元分析软件ABAQUS模拟不同围岩级别隧道开挖过程,将数值模拟结果与现场监测数据结合,分析围岩级别对隧道围岩稳定性的影响。结果表明： 围岩级别越高,隧道开挖过程中地表下沉和洞内变形越大,变形稳定的时间也越长。     

小间距隧道围岩变形控制条件及其工程应用

为了探讨小间距隧道围岩的变形稳定性,进行稳定安全的净距设计,基于地下洞室围岩的容许变形规定或规范,以及大量的现场监测信息和变形规律数值模拟结果,利用统计学方法,对围岩为石灰岩和千枚岩的小间距隧道建立了容许变形控制方程,该方程综合考虑了小间距隧道跨度、间距大小、埋深、围岩变形规律及强度特性等影响因素。依据该方程对围岩为石灰岩和千枚岩的小间距隧道工程的稳定安全性进行了检验分析,并与现场实测位移进行了比较分析,其可用于中硬岩和硬岩小间距隧道围岩周边水平容许位移和拱顶垂直容许下沉位移的计算。     

注浆加固对深埋富水围岩隧道开挖变形影响研究分析

注浆加固作为一种提高围岩力学性质的手段,具有堵水防渗和加固的作用,主要用在IV~V级围岩地段。文中分析了注浆对于围岩参数的影响和注浆加固后隧道孔隙水压力分布情况。依托某隧道工程,采用数值模拟的方法,从注浆圈厚度和渗透系数2个方面探讨注浆加固对围岩开挖变形的影响。结果表明:注浆加固会减小渗流影响下围岩开挖变形速度及变形量,在开挖边界一定范围内注浆加固效果比较明显,注浆圈渗透系数的大小主要影响隧道整体的固结沉降。     

长时间停工条件下炭质板岩地层隧道围岩变形及支护结构补强研究

通过现场调查、围岩变形测试、支护结构图像全景展开技术,分析了不同时间隧道停工导致的围岩变形,同时对停工后支护结构质量进行了评价。研究结果表明:炭质板岩地层隧道长时间停工后围岩变形加剧,且停工时间越长,停工所导致的围岩变形越大,停工所导致的围岩变形在围岩总变形中占较大比例;停工初期,停工所导致的围岩变形速率较大,且复工后隧道再次开挖扰动易引发围岩变形加剧;停工后初支混凝土脱落严重,钢拱架压弯扭曲。根据研究结果,提出了适用于香丽高速公路炭质板岩隧道停工后支护结构补强加固措施。     

多岩性构造带隧道洞口仰坡开挖变形分析技术

由于隧道洞口多岩性接触带、构造带,存在软硬岩交叉接触,致使开挖后围岩受到扰动出现应力释放及二次重分布,坡面岩土体会沿着坡面发生滑动及沉降,甚至局部失稳。本文提出采用MATLAB软件对某公路多岩性构造带隧道洞口段仰坡及两个典型断面其位移变形进行回归分析,验证隧道开挖过程的三维模拟技术,分析开挖过程中隧道仰坡加固前后的变形及受力情况。通过数值模拟与监测数据的对比分析,确定了采用设计变更后的喷锚支护加固方式能够有效的控制仰坡的变形及受力。     

风积沙隧道施工步距荷载释放与沉降控制研究

为确定在水平旋喷桩加固体的作用下,隧道施工步距对抑制围岩变形、控制地表沉降的影响,对风积沙隧道进行三维数值模拟分析,通过计算分析隧道开挖的荷载释放来确定各施工步骤对围岩变形控制的影响,据此进行了不同上中台阶间距和二衬施做长度的比较分析,为工程实践提供有效依据,优化施工步距.计算模拟结果表明,在隧道施工过程中,超前支护和上台阶的开挖对控制沉降有着至关重要的作用,采用上台阶超前5m、二衬紧跟初支每环模筑长度为5m的施工方案,能相对较好地控制围岩变形及塑性区的发展,增强围岩稳定性.     

Deformation Behavior of Topographic Unsymmetrical Loaded Tunnel after Excavation and Its Pre-reinforcement

在全面考虑了偏压隧道影响因素的基础上,采用FLAC对不同横坡坡度、围岩级别和侧覆土厚下的偏压隧道进行了开挖模拟,通过对隧道开挖变形特征及各关键点位移的分析,指出隧道在侧覆土厚大于20m后基本不受偏压的影响,在侧覆土厚小于15m时则需要在开挖前进行预加固措施.基于此,对不同工况下隧道进行的预加固措施的模拟分析,结果表明:Ⅴ级围岩条件下,侧覆土小于7m时主要需要解决的是浅埋侧反压能力不够的问题,而大于7 m后需要解决的则是深埋侧压力过大的问题,并在实际工程中得到验证.研究结论可为类似工程的设计和施工提供参考.     

滇中红层软弱围岩隧道变形开裂原因分析及处治措施研究

老东山隧道在施工过程中多次出现初期支护变形开裂的情况,为保证施工安全和进度,通过对现场围岩变形实测数据进行深入分析,确定了隧道初期支护的变形开裂特征。从围岩的岩性条件、地下水条件、地质构造条件以及施工管理等方面,探讨滇中红层隧道产生大变形的原因和机制,认为它是围岩膨胀变形与其他因素综合作用的结果。进一步确定了强化超前地质预报、增加径向注浆加固、加强初期支护、控制各工序的施工时间和间距等变形控制措施,隧道变形开裂得到有效控制。     

粘贴钢板加固地铁盾构隧道承载性能研究

为探究粘贴钢板(简称粘钢)加固盾构隧道衬砌的承载性能和破坏机理,基于上海实施的内张钢圈加固管片衬砌结构试验,建立三维实体精细有限元模型,讨论了通缝隧道衬砌粘钢加固后的力学行为、变形特性和破坏模式,验证了数值仿真手段的可靠性。在此基础上,对广州地铁1号线某区间错缝盾构隧道钢板加固案例展开模拟,评价加固效果。研究结果表明:精细有限元模型能较好地模拟钢板与管片衬砌的共同承载特性,真实反映接头等细部构造的变形及力学指标;粘贴钢板加固后衬砌结构破坏的直接原因是钢板与管片混凝土间环氧树脂黏结失效,呈现明显的脆性特征,常规变形监测难以起到预警作用,应着重关注钢圈与混凝土间黏结状态;某病害错缝盾构隧道进行粘贴钢板作业后承载力提升约59.0%,加固效果显著。研究成果可为相关隧道加固方案的设计与实施提供指导和参考。