福建梅花山隧道岩爆机理的数值模拟分析研究

受隧道分步施工开挖顺序的影响,隧道围岩内将会产生应力应变的非线性变化,在高地应力区域这种力学效应将更加明显,并会引起岩爆、片帮等严重地质灾害。文章结合福建梅花山铁路隧道工程实例,利用3D-Sigma软件建立三维隧道开挖数值模型,以实测应力数据为边界条件并利用Hoek-Brown强度准则估算确定岩体的输入参数,分析了开挖过程中开挖步骤的相互影响,以及隧道的三维时空应力场的变化规律。结果表明,隧道在高地应力作用下,拱顶形成压应力集中,拱肩位置形成了剪应力集中,这些应力集中导致洞壁围岩发生脆性破坏,并且后续的开挖作业会影响先前开挖成型的洞段,导致应力集中作用更为明显,加重围岩的破坏;工程实践中实际发生岩爆的位置与数值模拟结果中显示的最大压应力和最大剪应力集中位置对应良好,证明数值模拟结果能很好地揭示该隧道岩爆发生的孕育机理和规律性。     

大跨径铁路车站隧道施工力学特性研究

依托大(理)丽(江)铁路三线大跨车站隧道工程,对隧道(出口端跨度大于20 m)洞口段(48 m)进行了施工过程的三维有限元数值分析.通过对隧道围岩应力与塑性区分布状态的分析得出:大跨隧道核心土底部和边墙两侧出现了应力集中区域,拱顶部位易出现拉应力;临时横撑滞后4个循环(即8 m)可发挥作用,能够有效控制围岩应力分布形态和塑性区的发展;大跨隧道核心土塑性区完全贯通,最大塑性区出现于隧道两侧边墙中部.根据数值分析结果,在隧道应力集中区域进行注浆加固和合理的分部开挖,并从现场监控量测结果反馈出隧道围岩压力及钢拱架内力变化较小,说明隧道加固措施能够有效控制甥性区范围和减弱围岩应力集中现象.     

大断面浅埋偏压隧道CRD法施工工序研究

文章以良村隧道CRD法施工为工程背景,布设了变形监测点及内力测试元件,分析了CRD法施工隧道围岩变形情况及结构内力特征,并对CRD法施工隧道在不同开挖顺序下的开挖过程进行了数值模拟,分析比较了不同开挖顺序时的围岩位移、应力变化情况。结果表明:CRD法对各分部施工工序影响较大,且各分部对拱顶下沉的影响程度从大至小依次为1部、2部、3部和4部;隧道内侧围岩压力大于外侧,钢支撑内力均为压应力,且拱腰位置轴力大于其它部位。比较隧道开挖变形的差异以及结构的受力特点,结合数值分析结果,得出了山体外侧先开挖方案无论在围岩变形还是隧道结构受力方面相比于山体外侧后开挖都较小,安全系数相对较高。因此,合理的施工工序应该是先进行山体外侧开挖并施作初期支护,然后再在山体内侧开挖施工。     

浅埋隧道开挖引起围岩及地表变形和应力释放特性浅析

通过数值仿真分析试验,分析了浅埋隧道开挖施工引起的隧洞围岩及地表的沉降变形和应力释放特性规律.试验结果表明,开挖后拱顶围岩沉降变形明显,为施工支护重点控制部位;隧道底部将发生隆起,并随着距离隧道中心线越远,隆起趋于平缓;开挖将引起地表沉降变形,随距离隧道中心线越远沉降越小;开挖引起围岩应力释放大约在3倍洞径左右.     

特大断面隧道施工工序优化研究

本文依托重庆火凤山隧道工程的修建开展研究,通过数值模拟,分析了不同施工工序对各断面形状的影响效果,并结合各断面形状所采用的施工工法,提出合理的施工工序.结果表明:(1)对于采用CD法施工的17 m特大断面段与21 m特大断面段而言,优化后的施工工序对围岩位移与塑性区的控制效果较为有限,但能有效改善开挖过程中初期支护应力的应力集中现象、降低应力值,且应力集中分布的位置有所差异.同时,通过优化施工工序能够减小支护结构左右侧应力分布不均匀程度,改善隧道开挖后支护结构的受力状态;(2)通过采用左右交互开挖的施工工序,24 m特大断面段与30 m特大断面段的围岩位移与支护结构应力均有所减小,同时对围岩的扰动也有所下降,但改善效果不及CD法明显.整体而言,优化后的施工工序对24 m特大断面段与30 m特大断面段隧道开挖较为有利,建议采用优化后的施工工序进行施工.     

宝塔山隧道不良地质段围岩施工稳定性分析

文章利用非线性有限元数值计算模型,对宝塔山隧道不良地质段开挖施工过程中的围岩应力及位移变化情况进行了模拟分析。结果表明,隧道围岩应力及变形均满足规范要求,处于稳定状态。     

散岩堆积体中特大断面公路隧道洞口段合理施工工法研究

为研究散岩堆积体中隧道洞口段最适宜的开挖方式,文章以火凤山隧道(双线隧道)为工程背景,采用拉格朗日有限差分软件FLAC3D建立土体三维计算模型,对施工期隧道洞口段分别采用三台阶、三台阶预留核心土、三台阶七步法、CD法和CRD法共五种工法进行数值模拟开挖,分析不同施工工法下围岩应力分布及变形规律,提出适用于散岩堆积体地层条件下的隧道洞口段施工工法。研究结果表明:从隧道竖向位移分析得出,五种工法对应的最大位移分别为28.18cm、25.90cm、21.43cm、18.58cm、14.13cm;从围岩应力来看,五种工法围岩应力分布规律上并未出现明显区别,只是在量值上有一定差异;随着围岩的不断开挖,隧道埋深逐渐增大,隧道各特征点的最大位移值也不断增大;在掌子面前方一定范围内,即开挖断面还未达到监测断面的部分区域已经产生了一定的变形,但是变形较小;当开挖断面推进到监测断面时,随着开挖面的推进,拱顶下沉不断增大,其特点是初期下沉速率很大,而后随离开掌子面的距离变大,其速度逐渐减缓,并趋于稳定,围岩收敛先快速增长后逐渐平稳。     

岩溶、节理发育地段隧道进洞三维数值模拟分析

文章以崇水高速陇禁隧道为工程背景,综合考虑节理、岩溶等不良地质因素,采用有限元软件FLAC3D建立三维数值模型,分析隧道进洞施工过程中围岩的受力特性及变形情况。结果表明:模型计算结果与现场实测数据吻合,采用FLAC3D有限元软件建模具有一定的可靠性;隧道穿越节理、岩溶地段,隧道拱顶围岩沉降变形达8.8mm,拱脚出现应力集中现象,且整个开挖面塑性区面积较大;喷锚初期支护可有效抑制隧道围岩竖向位移,考虑岩体蠕变特性,建议施工过程应及时施作初期支护。     

红粘土与砂岩夹泥岩接触带隧道合理施工工法研究

针对红粘土与砂岩夹泥岩接触带围岩上软下硬、自稳能力差的特点,文章通过现场调研和分析,明确了隧道施工原则,并结合现场实际采用数值模拟计算方法优化了施工工法和支护参数,现场应用效果表明:在红粘土与砂岩夹泥岩接触带地层中施工,岩性分界面位置对隧道变形及结构应力影响明显,随着红粘土在隧道开挖断面的占比增大,隧道洞周位移及初期支护应力显著增大;采取调整台阶高度、取消预留核心土等措施优化施工工法后,最大变形值未超出允许值,初期支护最大压应力未达到材料破坏强度,围岩应力集中减弱,满足安全施工的要求;掘进速度明显提升,避免了岩性分界面位置处围岩易掉块、坍塌等问题。     

空心包体应力解除法与声发射法在岩爆危害隧道地应力测定中的对比应用

在具有岩爆危害的深埋特长隧道施工中,地应力的准确测量及研究对隧道围岩稳定性及岩爆分析起着重要作用。文章详细介绍了空心包体应力计地应力测量技术的原理、计算方法和实施过程,尤其对现场实际测量过程中普遍存在的问题进行了详细说明,并对钻孔和安装设备进行了改良,有效提高了测量效率和避免了设备损失。通过空心包体应力解除法和声发射法两种方式对米仓山隧道围岩地应力进行测试对比,结果表明,两种测试结果大小和方向接近,其结果准确可信,可为隧道围岩稳定性和岩爆分析提供重要的数据。     

岭脚隧道施工过程围岩及支护结构应力响应数值分析

为了得到隧道开挖过程周围围岩及支护结构的应力响应规律,文章以岑水高速公路岭脚隧道为研究对象,通过应用有限元分析软件MIDAS/GTS,对施工过程围岩与支护结构的应力响应规律进行了数值模拟,分析隧道施工中的围岩应力状况。     

基于有限元的隧道围岩稳定性分析

在隧道工程中,隧道围岩的稳定性至关重要,影响着隧道勘察、设计和施工的整个阶段。为了保证隧道建设过程中的安全、经济及其他问题,研究围岩的稳定性有着重要的工程意义。文章以广西某地隧道工程为依托,运用MIDAS/GTS软件,基于应力应变假设条件,对开挖后隧道三维及衬砌二维受力和位移进行分析,得出隧道围岩稳定性计算值与实测值的差异性及原因,并提出对应措施进行有限元结果的论证。分析结果表明:围岩主应力较大,使得拱顶出现较大下沉,拱底区域出现隆起,最大隆起值为3.7mm。     

高地应力水平层状硬岩隧道岩爆分级与防控技术研究

本文依托乐汉高速大峡谷隧道,总结分析了高地应力水平层岩爆的特征并提出了岩爆分级标准。在岩爆分级的基础上,提出了针对不同岩爆等级的处置措施。现场实践结果表明,对于弱岩爆可以采用全断面法开挖,降低扰动次数。对于中～强岩爆段,宜采取短进尺分部开挖,降低爆破对围岩的一次性扰动,同时采取应力释放孔、应力解除爆破孔等辅助措施提前释放围岩应力。     

高地应力隧道岩爆特征及综合施工控制技术

岩爆是指围岩在高地应力作用下,储藏在岩体内的应变能突然猛烈释放,导致岩石爆裂并弹射出来的一种现象,它是深埋高地应力隧道主要地质灾害之一。以福建漳州至永安联络线高速公路的官田隧道部分高地应力-极高地应力围岩段为工程依托,就岩爆施工监测、超前钻孔及超前支护、钻爆设计、开挖方法及安全防护等关键技术进行探讨,提出不同阶段不同程度岩爆应采取的综合技术及安全防护措施,也为今后类似工程提供有益参考。     

偏压及非均质性地层对小净距隧道安全稳定性的影响

采用大比例(1:20)物理相似模型试验和数值计算,模拟了在Ⅳ、Ⅴ级围岩中净距6 m、坡率为1:1的小净距隧道开挖过程,研究了初期支护状态下偏压小净距隧道的地中位移、洞周位移增量、围岩压力规律,对比分析了不同围岩组合对小净距隧道安全稳定性的影响;得出了不同围岩情况下偏压隧道的基本力学特性,优化了隧道开挖顺序,为小净距偏压隧道优化设计和施工提供了科学依据.     

嘉华隧道立体交叉段设计要点

文章结合重庆嘉华隧道立体交叉段的实际工程,对不同的典型工况进行了有限元数值模拟,对其施工过程中围岩和支护的变形及应力特征进行了总结分析,得出了相关结论,模拟分析的结果直接为交叉段隧道施工方法和支护结构提供了理论依据。施工结果证明,隧道立体间距较小的中夹岩的受力、变形是设计、施工和监控量测的关键部位,对于不同工况下中夹岩受力、变形特点,及其支护设计、开挖方式、中夹岩加固方式选取和现场监控量测方案制定等有指导作用。     

开挖工况对偏压连拱隧道结构及上覆山体稳定性的影响

文章采用弹塑性有限元数值模拟,对不同开挖工况下地形偏压连拱隧道围岩及主体结构的应力场、位移场、破坏区分布进行了分析,研究了开挖工况对隧道上覆山体稳定性的影响。分析表明,当先开挖浅埋侧隧道时,围岩、结构及上覆山体稳定性都要优于先开挖深埋侧隧道的方式,其计算结果可为同类隧道的设计、施工提供有益的参考。     

超大断面隧道大倾角层状围岩力学特性研究

文章以重庆轨道交通环线莲花村车站隧道工程为依托,采用有限元数值模拟对超大断面隧道开挖时大倾角层状围岩的力学特性进行研究。通过建立大倾角岩层数值模型,对隧道进行不同工况的分步开挖计算,分析得到大倾角层状围岩的塑性区、应力和位移变化规律。结果表明:大倾角层状岩体塑性区位于层面内,层面塑性变形最大;围岩最大拉应力发生在上部中导洞围岩开挖支护过程中,上部左导洞以及中导洞外壁围岩产生最大拉应力;最大压应力发生在上部中导洞开挖支护过程中,大倾角岩层上部右导洞以及中部右导洞在各工况中产生最大压应力;隧道中、下部右导洞水平位移在二衬施加后达到最大,围岩最大下沉量位于上部左导洞处。     

分岔隧道施工参数优化研究

重庆火凤山隧道的分岔小净距段由于其工程线路复杂,同时又位于城市建筑群下方,施工存在较大风险,为了保证分岔隧道的安全施工,同时考虑经济效益,选取最优的隧道施工参数极其重要。本文针对隧道分岔段的最优施工参数进行数值计算分析,包含隧道开挖进尺和初支混凝土厚度,并基于有限差分法对不同工况下的支护结构应力进行对比。结果表明：不同开挖进尺组合下支护结构的应力最大值差异较大,适当增加隧道的开挖进尺,不仅能缩短隧道整体开挖时间,同时能够有效缓解结构受力,并减少应力集中区域的应力。随着主线隧道和连接线隧道的喷射混凝土厚度的增加,隧道支护结构的整体刚度提升,支护结构的应力最大值相应减小,但对应力最小值影响较小。综合考虑施工安全及经济效益,主线隧道宜采用1.6m的开挖进尺与26cm的喷射混凝土厚度,连接线隧道宜采用1.6m的开挖进尺和24cm的喷射混凝土厚度。     

深埋长大隧道层状围岩岩爆特征研究

文章以二郎山深埋长大隧道为工程依托,利用3DEC软件建立层状围岩不同倾角、倾向与层厚的数值模型,计算隧道洞壁各位置的主应力,以此判断隧道施工过程中岩爆发生的位置。结果表明:围岩倾角为0°或层状岩倾向与隧道掘进方向相同时,拱顶位置主应力最大;围岩倾角90°时,两侧边墙易发生岩爆;层状岩倾向与隧道掘进方向相反时,掌子面上半部分主应力最大,为岩爆易发位置;层厚不影响隧道洞周主应力最大值的位置。