干溶洞对大坝隧道围岩受力性状的影响分析

为研究溶洞位置对隧道围岩受力性状的影响,以湖南龙永(龙山—永顺)高速公路大坝隧道为依托工程,通过改变溶洞在隧道中的位置、间径比及洞径比,运用MIDAS数值计算软件分析隧道围岩位移和应力的变化。结果表明,各位置溶洞均会引起隧道围岩水平位移增加,且随着间径比的增大,最不利溶洞位置从顶部逐渐向水平和底部移动;受左侧拱脚、底部位置溶洞的影响,隧道拱顶沉降和底部隆起位移减小;受顶部、左侧拱肩及左侧水平位置溶洞的影响,隧道拱顶沉降和仰拱隆起位移有所增加,且随着洞径比的增大,溶洞最不利位置从顶部逐渐向水平位置移动;受左侧拱脚位置溶洞的影响,隧道拱脚最大主应力大幅增加;受左侧拱肩、左侧水平、左侧拱脚位置溶洞的影响,隧道底部最小主应力有所减小。     

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.     

多溶洞隧道围岩应力解析解研究

基于复变函数,推导了双溶洞隧道之间相互影响的应力解析解。研究表明：当溶洞距隧道位置不变的情况下,溶洞洞径越大,隧道围岩应力越大;当溶洞洞径以及溶洞距离隧道位置不变的情况下,溶洞离隧道越远,隧道围岩应力越小;当溶洞洞径以及溶洞与隧道距离不变的情况下,溶洞的位置分布不同,隧道围岩应力的分布会改变。     

下伏采空区公路隧道结构安全稳定性评价及处治措施研究

以南(充)大(竹)梁(平)高速公路华蓥山隧道工程为依托,通过数值模拟,研究不同采空区位置下隧道的安全区域划分,剖析在底部倾斜采空区的影响下隧道支护结构受力和变形规律。研究结果表明:隧道顶部2倍洞径、侧部1.25倍洞径以及底部2倍洞径以外的范围为安全区域;底部倾斜采空区导致隧道发生凹槽沉降,基底注浆措施对减少凹槽沉降有良好的改善效果,注浆后右拱脚处凹陷值减少22%;隧道二衬在底部采空区影响下出现应力集中现象,右拱脚处弯矩比左拱脚大150%;基底注浆措施在减轻隧道凹陷幅度、减少围岩塑性破坏面积,提高隧道安全稳定性等方面效果显著。     

侧部水压充填型岩溶隧道围岩变形特征分析

结合宜万铁路大支坪隧道施工,利用FLAC如软件对侧部水压充填型岩溶隧道施工过程中的围岩变形特征进行了数值模拟研究,并与现场实测结果进行比较。计算及监测结果表明：隧道开挖后,靠近溶洞的隧道右侧向内水平位移,远大于远离溶洞的隧道左侧的水平位移,是最有可能发生围岩突水失稳的区域。     

溶洞分布部位对隧道稳定性影响的数值分析

岩溶隧道的稳定性与岩溶的分布部位有关。定量分析不同分布部位的溶洞对隧道位移场、应力场、塑性区分布规律及主应力分布规律的影响,来确定对隧道稳定性最不利的溶洞分布部位。以宜万铁路某岩溶隧道为背景,利用FLAC软件模拟分析隧道周边无溶洞、溶洞位于隧道侧部、溶洞位于隧道顶部和溶洞位于隧道底部4种工况下隧道的稳定性状况,得出对隧道稳定性最不利的溶洞位置是隧道侧部。     

岩溶隧道结构受力变形特性分析及处置技术研究

该文结合都安至巴马高速公路弄莫岩溶隧道施工过程,利用Midas-GTS有限元计算软件对侧部含有溶洞的隧道围岩及处置结构的稳定性进行数值模拟研究,分析隧道开挖对围岩和支护结构受力变形特性的影响,探究偏压墙和树根桩方式处理岩溶隧道的处置效果。结果表明:隧道开挖过程中,隧道底部围岩、复合地基顶部、桩基顶部均出现隆起;偏压墙靠近溶洞附近部位的水平位移变化速率较大,偏压墙最大压应力出现在左上角位置,隧道开挖时应对该部位的稳定性给予特别重视;隧道开挖完成之后,处置结构和周边围岩的位移和应力都趋于稳定,偏压墙和树根桩处置方案具有良好的效果。     

基于离散单元法的下伏溶洞上方桩基承载力研究

为研究下伏溶洞对其上方桩基承载力的影响，以广州市白云机场北某道路工程为依托，采用PFC^2D颗粒流软件，建立灰岩地层下桩基+溶洞离散元模型，研究下伏溶洞的径长、顶板厚度、溶洞形态与溶洞偏桩位移对其上方桩基承载力的影响。结果表明：1)在桩基下伏单溶洞的情况下，增加溶洞径长、洞高或洞宽均会降低桩基极限承载力；2)相较洞高，洞宽对桩基承载力的影响更加显著；3)增大溶洞顶板厚度会提高桩基极限承载力；4)当偏桩位移超过6倍桩径时，基本可忽略其对桩基承载力的影响。该研究结果可供类似工程设计参考。     

公路隧道上覆溶洞水压影响隧道稳定性的数值模拟研究

为了研究公路隧道上覆溶洞水压对隧道稳定性的影响,通过采用MIDAS GTS/NX数值模拟软件建立了在不同水压下的星子山隧道和上覆溶洞的三维数值模拟模型。以围岩应力、位移、塑性圈和孔隙水压力为研究对象,分析隧道围岩应力场分布、隧道拱圈的位移变化、围岩塑性区及孔隙水压力特征。结果表明:围岩的最大主应力呈左右对称分布,且溶洞水压对拱圈应力的影响不大;溶洞水压越大,隧道变形越剧烈;不同水压下,最危险开挖步骤和最小安全厚度基本保持不变。     

软岩隧道不同开挖方法施工位移响应分析

以旦架哨三车道浅埋软岩隧道为例,采用有限元法对全断面法、台阶法和CD法开挖的施工过程进行了三维数值模拟,分析了地表、横断面和纵断面上的位移响应规律.研究表明:三种方法施工围岩位移的响应规律基本是类似的,CD法施工产生的位移值相对较小;隧道地表变形近似为槽形,且主要由邻近段开挖引起;竖向变形主要分布在拱顶附近,且主要由当前段开挖引起;掌子面空间效应的影响范围约2倍洞径,该范围外围岩沉降变形基本趋于稳定.     

山区高速公路隧道穿越特大型溶洞施工技术

为解决隧道穿越特大溶洞施工中存在的技术难点,保证隧道工程的实体质量,以白须公隧道为研究对象,通过对溶洞岩体地质状况实施勘测,对岩体的岩层走向和节理分布情况实地调查,根据溶洞的实际状况和收集的数据确定溶洞的处理方案。提出溶洞底部采用桩基处理,在基础上构建承台及支撑墙,溶洞底与隧道结合处采用横向联系梁连接,对溶洞靠隧道一侧的侧壁及顶部围岩采用清理和喷锚加固等处理措施,有效解决了隧道穿越特大溶洞技术难题。     

岩溶地区隧道衬砌受力及变形特征的有限元分析

运用ABAQUS有限元分析软件,结合岩溶地区山岭隧道的工程实例,建立隧道施工过程的三维有限元模型,研究了岩溶地层对隧道围岩和初期支护结构受力和变形的影响。结果表明:在岩溶地区开挖隧道,衬砌拱顶承受较大的应力而边墙部分承受较小的应力;边墙及拱顶均存在下沉现象,且位移呈直线增长趋势,隧道围岩底部存在一定程度的反拱现象。     

岩溶隧道掘进时地下附属结构的监测分析

岩溶地区修建公路隧道时,把溶洞的处理和施工监测工作放在首要位置,准确掌握围岩沉降、收敛规律以及支护压力的变化,便于及时调整支护和施工参数。针对隧道穿过特大溶洞边墙的情况,采取上下台阶法施工并施做了支顶结构和临时支撑墙确保在隧道开挖过程中围岩的稳定性及施工安全。通过对白须公特大溶洞隧道的溶洞支顶结构的应力应变以及老虎嘴处临时支撑结构承受上部围岩压力在施工过程时间变化特性分析,探讨不同的隧道开挖方式对围岩的扰动影响,并分析了地下附属结构物的回应。通过对结构物的监测分析可以看出:溶洞对支顶结构的影响主要表现为水平推力,竖直压力较小;老虎嘴上部岩层中软弱夹层对围岩整体稳定影响较小,没有产生过大松动压力。     

齐岳山隧道岩溶发育特征与溶洞处治技术研究

为解决复杂岩溶隧道溶洞处治难题,以利万高速公路谋道连接线工程齐岳山隧道为依托,调研隧道施工过程中揭露的26处溶洞,分析溶洞的发育规模、充填特性、含水特性、发育位置与地质成因,采用数值模拟的方法研究特大型溶洞对隧道围岩变形的影响规律,通过案例分析探讨隧道不同位置溶洞处治技术。结果表明： 1）隧道揭露中型溶洞最多,大型溶洞次之,小型和特大型溶洞最少,揭露溶洞多为无充填或部分充填的干溶洞,发育位置主要集中于掌子面; 2）隧址区气候和水文地质条件利于岩溶发育,但由于隧道高程较高,地下水位接近或低于隧道设计标高,未揭露含水溶洞; 3）溶洞与隧道交接部位隧道围岩位移量最大,需加强支护; 4）形成隧道不同位置、不同规模溶洞的处治技术与原则并应用到工程实际中,后期运营结果证明溶洞处治效果良好。 溶洞处治应建立规范化超前探测、标准化处治流程、模块化处治技术及针对性处治方案。     

不同位置充水溶洞对隧道开挖临界拱圈影响的数值分析

为揭示不同空间位置溶洞对隧道开挖拱圈的受力情况及危险程度,采用数值模拟方法,建立了分布于隧道拱顶、拱腰、边墙、拱脚及拱底的5种充水溶洞模型,在渗流模式下进行耦合收敛计算。在每一种工况下,采用全断面法模拟隧道开挖,随着开挖步的推进,溶洞与隧道间围岩逐渐达到塑性区贯通,以此时的隧道开挖拱圈为临界拱圈,并在临界拱圈均匀设置孔隙水压力监测点,分别提取各监测点在模型渗流平衡状态与开挖至临界拱圈时的孔隙水压力,计算两者孔隙水压力相对变化率。根据风险等级,将孔隙水压力相对变化率划分为红、橙、黄三级范围,最终基于数值计算结果可确定各工况的临界拱圈危险分区。该研究成果可用以指导隧道在不同空间溶洞下的合理施工和安全措施布控。     

岩湾隧道特大型溶洞处治技术

湖北恩利段高速公路岩湾隧道ZK250+135~+166段有特大型溶洞发育,隧道穿越溶洞中部,周边存在大范围的空腔,采用普通结构隧道无法跨越。为了保证施工安全、运营安全及工程进度,采用洞渣回填、桥跨和拱形防护等处治措施,即:洞渣回填至仰拱顶作为施工通道及拱形防护的基础;桥梁作为行车道部分,上部结构采用2×16 m的连续组合梁桥,下部构造桥墩采取桩基接帽梁、扩大基础桥台;拱形防护(钢筋混凝土套拱+混凝土护拱和沙袋缓冲层)座落在回填的洞渣上,防止可能发生的洞顶坍塌对隧道防护造成结构性破坏。施工和运营初期的实践证明,该溶洞处治技术措施可靠、合理,可以确保隧道施工安全及运营安全。     

广东某隧道溶洞处治段支护结构变形及受力特征研究

以广东某新建公路长大隧道工程为例,运用三维有限元软件（FLAC3D）对该隧道溶洞处治段支护结构的变形及受力进行了分析,探讨了溶洞处治结构对隧道变形及受力的影响。研究结果表明:三车道公路隧道开挖中,隧道周边位移变形规律为:拱顶沉降 仰拱隆起 水平收敛;溶洞处治结构传导了两侧围岩作用力,维持了溶洞处围岩稳定性,对减小隧道拱顶变形意义重大,但对隧道水平收敛及仰拱隆起基本无影响;溶洞处治后,溶洞内部棱角处存在应力集中现象,易发生失稳,导致溶洞的二次坍塌,为保证隧道结构的安全,应对溶洞内部进行相应的处理。     

顶部溶洞水压对隧道突涌水灾害影响的数值分析

岩溶地区地质条件复杂,在隧道修建中存在溶洞突涌水安全隐患,而顶部溶洞带来的灾害性更加明显,溶洞水压是其重要影响因素。针对隧道顶部溶洞,建立数值模型,将溶洞水压作为工况因素,分析围岩中的孔隙水压力变化规律,揭示隧道开挖过程中突涌水通道的分布情况。基于数值模型中单元孔隙水压力突变最大值判断方法,溶洞与掌子面围岩达到塑性状态后,监测两者之间的单元孔隙水压力随开挖步变化速率,找出每一行单元中的最大值,从而确定不同溶洞水压下的突水通道及安全厚度。研究表明,随着顶部溶洞水压增大,突水通道距离溶洞底部由近及远,而安全厚度也随之增大。     

大断面公路隧道临近大型溶洞围岩稳定性分析

依托某高速公路隧道,运用有限元分析软件,对大断面公路隧道临近溶洞不同尺寸的围岩稳定性及钢拱架内力进行了分析。结果表明:①洞周位移随溶洞尺寸的增大均有所增加,溶洞尺寸显著影响掌子面挤出;②掌子面临近溶洞位置的塑性应变最大;③初期支护整体承受的弯矩以正弯矩为主（内侧受拉）,墙脚位置出现小范围的负弯矩（外侧受拉）,并伴随应力集中现象,是受力的薄弱环节,随着溶洞尺寸的增大,临近溶洞位置的弯矩出现不同程度的减小;④初期支护的轴力整体呈上大下小的分布,随着溶洞尺寸的增大,初期支护临近溶洞位置的轴力显著增加,加剧了轴力分布的不均匀性。