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。     

上软下硬地层地铁隧道与近接桥梁桩基的相互影响分区研究

依托青岛红岛—胶南城际轨道交通工程侧穿多座桥梁的工程实例,采用有限元强度折减法,对上软下硬地层桩基近接影响下的隧道安全系数变化规律进行研究。结果表明:1)水平方向上,随水平净距增大,隧道安全系数增加,至1倍洞径后,安全系数趋于稳定;2)竖直方向上,随埋深增加,隧道安全系数表现为先增大后减小;3)桩基的存在将降低隧道安全系数,增加隧道达到最大安全系数所需的埋深。通过有无桩基对比,对不同相对位置关系下的地铁隧道近接桥梁施工影响程度进行判定:1)总体上竖向的影响范围和影响程度均大于横向;2)当隧道埋深位于桩底以上时,近接施工几乎只对隧道产生影响;3)当隧道埋深位于桩底以下时,近接施工对于隧道和桥梁桩基均有不同程度的影响,当隧道位于桩底时达到最大。通过样条函数插值补全和多重二次曲面拟合的方法,给出影响系数通用分区图,并结合数值模拟下的桩基受力变形特征,得出影响系数0.8对应的等值线为强影响区与弱影响区的分界线,影响系数1的等值线为弱影响区与无影响区的分界线。通过影响分区结论与监测数据对比,验证了研究成果的实用性。     

合肥膨胀土地层浅埋双洞地铁隧道施工参数优化研究

为分析膨胀土特殊地层对双洞地铁隧道结构的影响,并对浅埋双洞地铁隧道施工参数进行优化研究,提出运用FLAC3D热力场-应力场耦合方法,利用标定设置热膨胀系数等效模拟膨胀土地层吸水膨胀、失水收缩过程。研究结果表明： 1）数值模拟结果经与现场实测值对比验证,该方法正确、合理; 2）当两隧道净距大于1.5倍洞径时,最大地表沉降值为28.82 mm,衬砌结构内力增量小于20%,双洞中柱围岩塑性区不贯通; 3）当双洞掌子面距离大于40 m时,最大地表沉降值小于30 mm,拱顶沉降增量小于10%; 当双洞掌子面距离大于30 m时,双洞隧道中柱围岩塑性区不贯通; 4）建议双洞地铁隧道净距大于1.5倍洞径、双洞掌子面距离大于40 m。     

软岩偏压隧道中夹岩施工扰动效应及控制技术研究

依托某实际工程,采用Abaqus建立三维数值分析模型,研究不同净距和坡度对软弱围岩偏压小净距隧道中夹岩围岩塑性区发展规律的影响,并研究中空注浆锚杆长度变化对中夹岩及隧道稳定性的影响,得到合理加固参数。结果表明:随着坡度和净距的变化,中夹岩柱塑性区的表现形式可分为塑性区中心贯通、塑性区边缘贯通和塑性区分离3种类型;塑性区中心贯通产生的围岩塑性变形要比塑性区边缘贯通和塑性区分离的围岩塑性变形严重得多;当净距小于10 m时,中夹岩柱处于塑性区贯通破坏状态,需要对中夹岩柱进行加固;基于锚杆长度变化对锚杆轴力及隧道位移的影响,锚杆长度取4 m较为合理,对于偏压小净距隧道,浅埋洞可以采用规范规定的同等级别下支护参数的较小值,深埋洞可以采用规范规定的同等级别下支护参数的较大值。     

小净距隧道围岩整体稳定性的下限分析

小净距隧道围岩的整体稳定性分析,目前分析研究比较少。运用边坡稳定性分析适用的强度折减原理进行评价小净距隧道围岩整体稳定性,以围岩塑性区贯通、位移突变或位移超过规范值与计算不收敛3种方法综合作为围岩失稳破坏的判据。通过计算分析可知在不同的折减系数下塑性区贯通基本与位移突变同步,且早于位移超过规范值及计算不收敛。塑性区贯通为围岩破坏失稳的必要非充分条件,故采用塑性区贯通作为强度折减法判据所得为围岩整体稳定性系数的下限解。利用塑性区贯通作为判据,得到戴峪岭2号小净距隧道围岩整体稳定系数下限值约为2．7,表明该隧道具有足够安全储能。     

金安金沙江大桥丽江侧隧道锚系统数值分析

分析了金安金沙江大桥丽江侧隧道锚系统开挖以及加载分析过程中围岩和锚塞体的应力、变形以及塑性破坏区的分布特性,基本掌握了施工及运行条件下隧道锚系统的受力特点和变形特性;根据荷载与位移关系曲线中拐点和塑性区贯通判据,可以确定在6倍设计主缆力以内加载时隧道锚是安全的。同时,分析了隧道锚系统施工对邻近公路隧道的变形和稳定性的影响,并结合计算结果对施工提出了一些建议。研究结果为验证工程设计提供了有力的依据。     

隧道上部充水溶洞对围岩稳定性影响的数值模拟

基于隧道上方存在充水溶洞时容易对开挖造成很高的风险性,因此要预留一定的安全岩墙确保施工安全.通过数值模拟对比分析了隧道顶部正侧和上方侧向存在充水溶洞时对隧道开挖围岩稳定性的影响,计算结果表明:在自重应力作用下,隧道开挖后塑性区与充水溶洞塑性区贯通后易造成隧道涌水塌方;当隧道顶部和侧向存在充水溶洞时,如果洞径比小于1.0,建议安全岩墙的厚度应分别至少预留0.8倍隧道洞径和1.0倍隧道洞径;而洞径比大于1.0时,则安全岩墙厚度应分别至少大于1.0倍隧道洞径和1.2倍隧道洞径.     

桥隧过渡结构对边坡稳定性影响分析

当隧道洞口处于边坡坡面上时,隧道开挖亦对边坡的稳定造成影响,而当隧道与桥梁相连时,其过渡结构对边坡的影响更加复杂。以某隧道桥梁连接工程为实例,利用有限差分法,建立了桥隧过渡结构处的二维与三维数值模型。在二维情况下,着重研究了边坡的整体稳定性问题,包括单个与多个滑动面下的边坡的安全系数,以及极限状态下边坡剪应变以及水平位移分布。而三维情况下,分析了隧道洞门施工对附近坡体表面位移的影响,以及边坡局部滑移面的变化规律。结果表明,在保证边坡整体稳定性的前提下,桥隧过渡结构对边坡表面位移及局部稳定性有重要影响。     

泥岩夹砂岩顺层大跨度隧道力学特征研究

当大跨度隧道穿越泥岩夹砂岩地层时,易产生由偏压问题导致的病害。为研究泥岩夹砂岩顺层隧道的偏压特征及影响因素,以郑万高铁重庆段小三峡隧道工程为依托,采用现场量测与数值模拟相结合的方法,对砂岩顺层倾角、间距及地下水等因素对大跨度顺层隧道力学特征的影响开展了研究。结果表明:1)相较于均质泥岩地层,泥岩夹砂岩顺层大跨度隧道开挖后,隧道周边围岩位移及塑性区均呈现非对称性,顺层法线方向围岩位移大于顺层方向;2)顺层隧道的最不利倾角为45°,当砂岩顺层间距超过3m时,顺层对隧道力学特征的影响逐渐减小;3)含有地下水的泥岩夹砂岩地层,隧道围岩位移、泥岩塑性区及砂岩顺层塑性区范围均有所增大,围岩稳定性降低,且会加剧顺层隧道的偏压程度。     

节理岩体隧道的稳定性分析及破坏机理

以往只有位移,应力,尺寸和塑性区分布在分析节理岩体隧道的稳定性时考虑。这样,既不可以明确发现破坏面的位置和范围,也不能得到的安全系数量化标准。定量分析节理岩体隧道稳定性模型试验与数值分析在本文得出了研究。通过使用有限元强度折减法计算破坏状态和节理岩体隧道的安全系数。结果表明,联合倾角对破坏面的位置产生更大的影响。如果α＝0°时,破坏面对称分布在两侧;如果α＝30°和45°,滑动面旋转节随理倾角的变化,并相应地分布在节理的上下部分;如果α≥60°,破坏面转移到底部。特别地,如果α＝90°时,可形成拱顶的中间破坏面。安全系数结果表明,安全系数降低了不同程度的节理岩体隧道同质隧道,但节理倾角对安全系数的影响不大相比。节理间距和强度的降低,安全系数降低。     

隧道下穿施工影响下浅埋桥基稳定性的尖点突变评价方法研究

新建隧道下穿既有桥梁基础,特别是浅埋桥基时会对其产生不利影响,将尖点突变理论引入隧道下穿施工影响下浅埋桥基的稳定性评价,根据浅埋桥基系统失稳特点确定尖点突变模型的控制变量和状态变量,由尖点突变势函数推导出桥基结构的行为曲面方程,建立描述隧道下穿施工影响下浅埋桥基失稳的数学模型;然后根据该模型将桥基稳定性状态分为稳定阶段、不稳定阶段和失稳破坏阶段,并将各阶段的划分界限严格量化,作为结构的失稳判据;最后将此方法应用于某工程实例,分析结果和工程监测结果的对比表明该方法具有良好的分辨能力与准确性,为开挖施工影响下的浅埋桥基稳定性评价提供了一条新的思路与方法。     

盾构隧道施工对临近桥梁桩基及周围土体影响的模拟研究

该文以某盾构隧道下穿既有机场线桥桩施工过程为研究对象,采用数值模拟的方法对盾构施工造成临近桩基及土体变形的响应进行了研究。重点从桩基与土体滑移情况、盾构隧道与桩基的水平间距、隔离桩的存在与否、盾构掘进的不同阶段4个方面进行建模计算,建立4组共14个模型,分析盾构掘进对既有桩基变形及沉降的影响机理,并对盾构引起周围土体变形破坏(塑性)区演变特征进行了研究。     

爆破开挖时小净距隧道的合理间距研究

以黄衢南高速公路小净距隧道为工程依托,运用有限元的基本理论,采用ABAQUS软件对小净距隧道爆破开挖时相邻洞的影响进行了研究.重点分析了Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下考虑爆破因素时隧道的合理净距.分析的重点是隧道后行洞爆破开挖时先行洞产生的塑性变形的范围大小,当塑性区贯通时则认为所选用的净距不合理,或应采取措施.为小净距隧道净距优化及施工方法的选择提供参考.     

陡坡条件下小净距隧道不同开挖顺序的安全性与破坏模式分析

基于有限元强度折减理论,考虑地表坡度变化以及小净距隧道不同的开挖顺序两大因素,通过对围岩发生极限破坏时的安全系数与塑性区进行分析,探究坡度变化条件下不同开挖顺序对隧道开挖安全性与破坏模式的影响。结果表明,随着坡度的增加,隧道不同开挖顺序下的安全系数越来越小,且先开挖浅埋侧的安全系数明显高于先开挖深埋侧;随着坡度的增加,浅埋洞单独开挖时隧道外侧竖向剪切破裂面发生小幅度偏转并出现与其近似垂直的向下贯通地表的破裂面,深埋洞单独开挖时隧道外侧竖向剪切破裂面发生小幅度偏转并逐渐消失,且将出现隧道外侧拱脚向地表坡脚发展的滑坡破裂面。     

单侧基坑施工对邻近轨道交通隧道结构安全影响分析

以邻近苏州轨道交通1号线隧道某基坑项目为背景,利用有限元方法,分析了单侧基坑施工对既有隧道受力和变形的影响。计算结果表明:在轨道交通隧道单侧进行基坑施工时,隧道的变形跟基坑与隧道间距、基坑开挖深度以及隧道埋深有关;当基坑与隧道水平间距大于30 m时,单侧基坑施工对隧道结构变形影响较小,而当基坑开挖深度增大时,对邻近隧道结构变形影响也增大;隧道与基坑水平距离、基坑开挖深度对隧道衬砌轴力值影响不大;水平间距大于30 m后,基坑施工对隧道弯矩值影响较小。     

溶洞对地铁隧道开挖稳定性影响的数值分析

利用岩土工程有限元软件MIDAS/GTS,对深圳轨道交通3号线区间地铁建设中的围岩稳定性进行三维数值分析,探讨了溶洞的不同分布位置、溶洞的尺寸大小及溶洞与隧道间的不同净距对地铁施工过程中围岩稳定性的影响。分析结果表明:上述各种因素对隧道周边围岩的变形、安全系数、土层塑性区和主应力的分布以及隧道衬砌环的弯矩分布等均有较大影响。当隧道拱腰侧面溶洞较大时,施工中应加强溶洞自身稳定的处理,以保安全。研究结果目前已用于实际工程的建设中,且对其他类似区域的盾构隧道施工有参考价值。     

桥基荷载作用下斜坡稳定性评价的三维有限元法

基于强度折减法,采用弹塑性有限元方法以三维实体单元模拟桥基荷载作用下的斜坡,利用逐步改变步长的搜索法求解出桥基荷载作用下边坡的安全系数,将强度折减法从二维平面问题引申到三维空间问题,避免了二维方法中桩基计算宽度的确定,更好地得出边坡应力应变分布情况,提出将塑性区是否贯通作为求解边坡安全系数的标准,为复杂边界下求解边坡稳定性分析评价提供了新的思路和方法。以湖南湘西印家溪大桥为工程实例,计算分析了该桥边坡在桥基荷载作用下的稳定安全系数,计算结果表明了本文方法的有效性。     

山岭隧道浅埋偏压段塌方冒顶分析及工法优化

为防止浅埋偏压隧道冒顶塌方引起隧道二次破坏以及预防隧道施工中再次出现塌方冒顶状况。以某小净距浅埋偏压隧道塌方冒顶处为研究对象,通过现场监测数据及数值模拟手段对隧道塌方冒顶过程进行了分析,隧道围岩性质差,隧道施工过程中出现超挖现象及不合理的施工工法是造成本次冒顶塌方事故的主要原因;出现塌方冒顶前隧道附近拱顶沉降会出现骤增现象,及时地监控量测可避免出现人员伤亡;隧道出现塌方冒顶时,隧道塑性区主要出现在掌子面处及隧道拱顶上方,且隧道拱顶上方塑性区已贯通至地表,隧道拱顶、拱脚处出现应力集中现象;根据隧道围岩位移场、应力场以及塑性区的分析结果,对浅埋偏压隧道塌方冒顶提出相应的治理方案和预防措施。     

贵州花江北盘江大桥隧道式锚碇基础承载特性研究

以贵州六安高速花江北盘江大桥六枝侧隧道式锚碇为背景,采用数值分析的方式对隧道式锚碇基础进行承载特性研究,模拟围岩体与隧道锚间的相互作用,分析围岩体与隧道锚在缆力作用下的变形和应力,通过隧道锚变位特征、围岩体塑性区分布和锚塞体结构受力等3个方面来综合评价隧道锚基础承载力安全系数。结果表明,隧道锚在正常缆力作用下的变位值为1.5mm,随着缆力增大到4倍正常荷载时,变位值为5.9mm,在6倍～8倍设计缆力作用时隧道锚变位值由毫米级向厘米级量级变化;在6倍设计缆力作用下,围岩界面塑性区显著增加,显现出贯通的趋势,并向深部岩体延伸,在4倍设计缆力作用下,中间岩柱塑性区开始贯通,显现出纵向和横向的贯通塑性区;锚塞体在8倍设计缆力作用下最大主压应力达到13.14MPa,接近C30混凝土轴向抗压强度设计值,同时在4倍设计缆力作用下最大主拉应力达到1.27MPa,接近C30混凝土轴向抗拉强度设计值。北盘江大桥隧道式锚碇基础极限承载力建议取值为4倍设计缆力。     

不同间距隧道围岩稳定性对比分析

就小间距隧道,在Ⅴ级围岩条件下运用有限差分软件FLAC3D建立三维弹塑性模型,比较小间距隧道在不同间距时其塑性区、围岩应力场和位移场的分布特点及变化规律,并将数值分析结果与现场监控数据进行了对比分析,得出的相关结论对小间距隧道设计和施工具有实际参考价值.