基于新意法原理的隧道全断面预加固效果研究

基于新意法基本理论,以湄渝高速岐山隧道为依托,采用有限差分程序模拟玻璃纤维锚杆超前预加固隧道核心土下的全断面开挖,通过对比预加固开挖与传统工法下挤出变形、收敛变形及超前核心土应力分布情况对预加固效果进行了验证。结果显示,预加固措施可以在一定范围内减小挤出变形,但对掌子面前方扰动范围的影响甚微;两工况掌子面挤出位移均在中心位置达到最大,预加固在掌子面中心处对挤出位移的减小效果最为明显;两工况下掌子面前方预收敛的分布特征与挤出位移基本一致,但掌子面通过后预加固对后方收敛的发展不再起控制作用;两工况下掌子面前方拱效应形成位置基本一致,而预加固措施能够有效加强前方拱效应。     

饱和软土隧道不同开挖方式下的预加固施工效果研究

基于新意法理论,结合东垣隧道的工程背景,在管棚超前支护的台阶法开挖与掌子面锚杆预加固的全断面开挖工况下,采用有限差分程序模拟。通过对比挤出变形、拱顶下沉的情况,对不同工况预加固效果进行分析,研究结果显示:(1)在一定范围内,随着台阶长度的增长,上断面挤出位移量及拱顶下沉量都相应减小;(2)管棚的施作,对于隧道掌子面挤出位移起到了明显的抑制作用,同时可以明显减小开挖面附近的拱顶下沉;(3)针对东垣隧道,要使掌子面整体挤出位移量和拱顶下沉量变化速率小,需要将台阶长度控制在4～8m;(4)在控制拱顶下沉方面,施作管棚的台阶法(6m台阶)开挖相较掌子面玻璃纤维锚杆预加固的全断面开挖具有相当的优势。     

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。     

大断面隧道地层超前预加固及开挖支护过程稳定性的数值模拟

在低黏聚力的软弱地层、大断面隧道开挖中,掌子面稳定是施工中面临的很大问题。采用超前预加固工法,对浏阳河隧道开挖过程进行数值模拟,通过分析超前预加固法对隧道位移、受力的影响,并研究各加固参数的敏感性,得到掌子面的超前锚杆加固长度对掌子面的稳定性影响最大,掌子面外超前预加固对改善超前核心土受力也有较大影响。     

基于流固耦合的富水粉细砂隧道工作面失稳过程研究

基于流固耦合数值算法，以中老铁路太达村富水粉细砂隧道为依托，从隧道掌子面挤出位移和围岩塑性区的演变情况入手，分析隧道在由泥岩向富水粉细砂段施工过程中掌子面的失稳过程。结果表明：隧道掌子面在由泥岩向富水粉细砂段围岩开挖过程中，掌子面的挤出位移和塑性区体积都将发生突变；由于富水粉细砂围岩强度较低、抗扰动能力较弱，在隧道掘进至富水粉细砂段围岩前，掌子面失稳就可能发生；结合各种加固措施及富水粉细砂围岩的特点，提出相应的围岩预加固对策。     

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。     

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.     

干燥粉细砂上覆新黄土大断面隧道施工技术

介绍大西铁路客运专线上白隧道超前密排斜向咬合旋喷桩、多台阶留核心土分部开挖、控制支护脚部下沉、控制掌子面挤出位移及掌子面后方位移等综合技术,论述成功解决下半断面为干燥粉细砂地层隧道的施工技术方法.     

基于强度折减法的软硬不均地层隧道开挖方法转换时机研究

为确定隧道穿越软硬不均地层区段中隔壁台阶法向三台阶七步开挖法的工法转换时机,以某地下公路隧道为工程背景,考虑掌子面与软硬地层分界面不同相交位置关系,应用强度折减法对不同工况下隧道安全系数进行计算,获得掌子面与地层分界面相交位置改变时隧道安全系数的变化规律,通过数值计算,分析不同工况下隧道支护结构的变形及应力特征,进而确定隧道开挖及支护方法转换的合理时机。研究结果表明： 1）当基岩覆盖拱顶厚度达4 m后,隧道安全系数增长速率减慢并很快进入稳定状态; 2）基岩覆盖拱顶厚度达3 m后,支护结构变形及应力基本进入稳定状态; 3）确定当基岩覆盖拱顶厚度为4 m时由中隔壁台阶法转换为三台阶法,并通过工程实践对此转换时机的可靠性进行了验证。     

软弱围岩大断面隧道相向施工围岩稳定性分析与掌子面加固研究

相向施工的软弱围岩隧道临近贯通时,两开挖面的扰动区将会叠加,围岩应力及变形异常复杂,存在掌子面大变形和失稳问题。结合狮子垄隧道,采用数值手段分别对单向、相向施工时的隧道围岩应力与位移场进行研究,分析临近贯通时围岩的稳定性。结果表明,相向施工时,随着掌子面前方土体长度的减小,围岩塑性区明显增大,变形加剧,拱效应逐渐减弱,稳定性大大降低;两开挖面间存在极限距离,当2个掌子面距离小于该值时,围岩大范围临近塑性破坏,必须采取有效应对措施,方可保证隧道施工安全。在对掌子面加固、提高初支强度等措施效果分析的基础上,采用竹锚管注浆对狮子垄隧道贯通段掌子面进行加固,并提高初支强度,保证了该软弱围岩大断面隧道顺利安全贯通。     

土岩起伏地层地铁隧道受上部卸荷影响的变形响应研究

为研究土岩起伏地层中基坑开挖对下卧地铁隧道变形的影响，基于Boussinesq解与Mindlin解，考虑土与结构的共同作用，提出土岩起伏地层中基坑开挖引起下卧地铁隧道变形的半解析预测方法。通过系统参数研究，提出考虑土岩分界面埋深影响的隧道最大隆起变形经验预测公式，并预测厦门地铁1号线区间隧道的变形。为确保施工过程中隧道的安全，采用人工与自动化监测相结合的方案，开展基坑施工全过程中隧道竖向变形现场测试。通过对比分析理论预测值和实测数据，验证所提出的经验预测公式的准确性，并结合实测数据进一步探讨岩面起伏对开挖引起的隧道变形的影响规律。研究表明： 1）所提出的经验预测公式可以较为准确地预测不同土岩分界面埋深条件下隧道的最大隆起变形； 2）位于残积土及全风化岩中的右线隧道最大隆起变形比位于强、中风化岩中的左线隧道最大隆起变形大约40％； 3）风化岩地区隧道隆起变形为软土地区隧道隆起变形的1/5~1/4。     

节理倾角对软岩隧道掌子面变形及失稳模式的影响

依托玉磨铁路西双版纳隧道工程,运用有限元软件ABAQUS,研究不同节理倾角下掌子面变形和失稳模式。结果表明:掌子面最大挤出变形以90°为中心呈“M”型分布,倾角为60°或120°时掌子面挤出变形最大;最不利节理角度影响下,隧道开挖对掌子面前方岩体的最大影响范围约为1倍洞径;隧道穿越节理岩体且不加以控制或控制不当时,随节理倾角变化,掌子面失稳模式有圆弧型、三角型和倒三角型;随节理面倾角增大,掌子面变形从弹性变形向塑性变形发展,当倾角为30°时,掌子面岩体由弹性变形转变为塑性变形。     

公路隧道穿越风化凹槽段施工分析

以潮汕环线高速公路西环山一号隧道右线风化凹槽段工程为依托,基于有限差分数值模拟软件构建了隧道施工动态三维模型,对比分析了风化凹槽段进行掌子面开挖时,均质围岩及夹风化残积层岩状下围岩变形特征和应力变化规律.结果表明:两种岩状下,地表竖向位移最大值均发生在隧道中线上部,但中线两侧位移变化规律出现反差,水平位移最大值发生在中...     

砂板互层岩体中隧道围岩力学特性研究

通过建立可反映互层岩体中砂岩与板岩组成、岩层倾角、岩层走向等因素变化对岩体变形影响的互层岩体本构模型,研究了砂板互层岩体中隧道围岩的力学特性。研究结果表明:岩体中板岩体积含量越高,围岩最大变形及破坏范围越大,隧道周边围岩变形不对称性也越明显,板岩结构面的内摩擦角大小对岩体变形及破坏范围影响很大,板岩沿结构面破坏为砂板互层岩体的主要破坏形式之一;砂板互层岩体的倾角变化将影响隧道周边围岩变形的对称性及破坏区域的分布,倾角在40°～60°时,围岩变形的不对称性最明显,板岩含量较高时,砂板互层岩体的最大变形随倾角的增大而降低;岩层的走向与洞轴线交角越大,围岩变形越小,隧道周边围岩变形也越趋于对称,在陡倾砂板互层岩体中,洞轴线应尽可能沿与岩层走向大角度相交的方向布置以利于围岩的稳定;随着埋深的增加,围岩变形及破坏范围均增长,因岩层倾角、走向变化引起的隧道周边围岩变形不对称性也越明显。     

土压平衡盾构双孔隧道近接运营隧道施工参数研究

盾构法施工时，为确保土压平衡盾构机下穿施工既有地铁运营隧道的安全，运用三维数值有限元软件，考虑注浆压力和掌子面压力变化的影响，多工况模拟土压平衡隧道施工获得运营隧道变形规律。通过分析土压平衡盾构机下穿施工过程中的位移响应，判定上部交叉运营地铁隧道所受影响。工程实际中对运营隧道的位移进行了监测。根据计算与监测结果，选取在注浆压力0.30~0.36 MPa与土仓压力0.10~0.13 MPa下施工，盾构隧道穿过运营隧道后，运营隧道中股道沉降最大值为0.5 mm，符合规范要求，运营隧道安全。     

岩溶隧道断续节理掌子面突水判据及灾变过程

为了给岩溶区隧道掌子面突水灾害的预警与防治提供理论支持,针对岩溶隧道掌子面断续节理防突岩体,从断裂力学角度分析了地应力和岩溶水压力等自然营造力作用下断续裂纹的压剪起裂属性以及分支裂纹尖端应力强度因子随水压和支裂纹扩展长度的变化规律,推导了断续节理岩体发生轴向张拉贯通破坏突水的临界水压力。运用两带理论和推导的临界水压力公式,建立了基于最小安全厚度的岩溶隧道掌子面断续节理防突层失稳突水判据,并分析了掌子面前伏岩溶水压力、断续主裂纹长度、断续裂纹排距及裂纹与最大主应力夹角等对防突层最小安全厚度的影响规律。采用可考虑流固耦合效应和岩体结构特征的三维离散元数值分析方法,研究了岩溶隧道近接前方高压富水溶腔顺序开挖中掌子面防突层岩体位移场、渗流场等演化规律及其临突特征。数值模拟结果表明：随着岩溶掌子面的不断推进,掌子面防突层岩体挤出位移逐渐由单一卸荷引起向卸荷和前伏岩溶水压共同影响过渡;掌子面各测点位移及位移增加幅度均持续增大;掌子面挤出位移和掌子面水流速度在突水通道即将形成时出现激增和突升现象,具有明显的突水前兆特征。     

软弱围岩隧道变形及其控制技术

根据软弱围岩隧道变形的基本规律,系统总结了国内外,尤其是日本控制隧道开挖后变形的基本对策,包括：1）控制先行位移的技术--超前支护;2）控制掌子面挤出位移的技术--掌子面补强;3）控制脚部下沉的技术--脚部补强;4）加强初期支护的对策。     

基于流-固耦合的盾构隧道开挖面稳定性研究

利用FLAC3D建立三维数值模型,对考虑完全流-固耦合效应的盾构隧道开挖面失稳过程进行模拟和验证,并进一步分析水位高度、渗流时间对开挖面变形、地表沉降和孔隙水压力的影响。研究表明:开挖面变形随支护压力比的减小经历3个阶段的变化,且与土体塑性区的发展密切相关;相比于无水状态,考虑流-固耦合效应的开挖面稳定性显著降低,随水位的升高、渗流时间的增大,开挖面发生失稳破坏的支护压力比明显增大;支护压力比(表征支护压力)的减小将导致开挖面前方一定范围的孔隙水压力减小,靠近开挖面的孔隙水压力受扰动程度加剧,形成"漏斗状"的影响区;开挖面失稳导致土体位移场延伸至地表,引起地表产生明显的沉降变形,在不同的变形阶段开挖面中心点位移与最大地表沉降分别呈抛物线相关和线性相关。     

复杂条件下暗挖隧道近距离穿越施工对既有桥梁的影响研究

为研究地铁隧道近距离穿越桥梁施工过程中的变形特点,基于深圳地铁5号线南延段某区间隧道下穿兴海大道立交桥工程,采用FEM方法对1#桥墩性状影响进行数值模拟分析。结果表明： 1）同侧桥梁上部结构沉降规律相同,最大值对应右线隧道正上方; 2）到隧道开挖面距离越小,桥梁结构受影响程度越大; 3）当开挖面到桥桩距离L=7D（跨径）时,桥桩开始受到施工影响; 4）当L=3D时,桥桩沉降速率显著增大; 5）隧道上方桥桩竖向沉降变形最大,且沉降随埋深增大而增大; 6）桥桩上部水平位移方向指向隧道,桥桩下部水平位移方向相反,且横向位移极值随桥桩到隧道距离增大而减小。采用层次分析法提出隧道施工过程中桥梁变形控制标准,并对减小沉降变形措施提出建议。隧道顺利穿越城市立交桥,验证了分析结果的合理性。     

暗挖隧道施工对下穿既有铁路路基沉降规律分析

为研究暗挖隧道施工对既有铁路路基沉降变形影响,采用有限元法模拟分析隧道开挖不同时期路基纵向和横向沉降规律,路基两侧水平偏差沉降模拟以及不同隧道埋深,不同岩土强度参数对铁路路基沉降的影响。结果表明：隧道开挖对路基沉降差值曲线呈现出明显的正态分布规律;在隧道掌子面与前方将要开挖形成拱顶的地层位置较远时,沉降较缓慢,沉降值也较小;在掌子面到达该拱顶位置时,沉降量将以较大的速率快速上升,拱顶沉降较明显;隧道埋深越大路基沉降最大值越小;导致路基沉降变形的主要岩土强度参数是内摩擦角。