隧道系统锚杆设计计算理论研究

隧道系统锚杆的设计大多采用工程类比法,没有充分考虑到围岩对支护结构的影响.隧道围岩和支护结构作为一个统一的整体,二者共同组成"围岩-支护"体系参与作用,并通过承压拱机理,对隧道系统锚杆的设计计算理论进行研究,从而确定其合理参数,降低建设成本。     

隧道系统锚杆设计计算理论研究

隧道系统锚杆的设计大多采用工程类比法,没有充分考虑到围岩对支护结构的影响.隧道围岩和支护结构作为一个统一的整体,二者共同组成"围岩-支护"体系参与作用,并通过承压拱机理,对隧道系统锚杆的设计计算理论进行研究,从而确定其合理参数,降低建设成本。     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移．对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力．支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道项板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大．文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征．通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道V级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响．     

围岩压力在公路隧道工程施工方法探讨

围岩压力是指在开挖隧道后围岩变形以及应力重新分布的一种物理现象。随着公路隧道工程建设规模的不断扩大,公路隧道工程中由围岩压力引起的围岩变形、坍塌以及支护变形等现象发生的次数也越来越多,由此人们开始认识到围岩压力的存在,并加大了对其研究力度,以确保隧道工程的质量。但是由于隧道工程中岩体、施工等各方面的随机性,以及隧道结构的复杂性,导致了对围岩压力的测量、计算较为困难。因此,在当下公路隧道建设大规模开展的形势下,必须要继续加大研究力度,认真分析压力计算方法,以提高公路隧道工程中围岩压力计算水平。     

高应力软岩隧道衬砌结构探讨

在高应力软岩段,围岩压力大、围岩变形具有明显的时间效应,高地应力软岩隧道的支护结构要能够适应、协调围岩的大变形,释放围岩的压力,同时保障结构本身能够持续不断提供支护阻力而又不出现开裂、塌方现象。以某高速公路高应力软岩段为例,隧道支护结构采用临时防护罩+刚性初期支护+二次衬砌的组合型式,并通过数值计算、现场监控量测等方式验证了方案的合理性,对类似工程的设计有一定的借鉴意义。     

公路隧道初期支护大幅变形的防治

初期支护是新奥法的主要承载结构，它是密贴于围岩的柔性结构与控制围岩变形的松弛，而二次衬砌是在围岩与初期支护变形基本稳定条件下修筑的，初期支护是二次初砌的基础，初期支护大量变形的整治和预防成为软弱围岩隧道掘进的关键。章针对初期支护大幅变形的危害，分析了芙蓉山隧道钢架加锚喷初期支护大幅变形的原因，提出了初期支护大幅变形成功的整治和预防的方法。     

双侧壁导坑法施工的大断面隧道的稳定性分析

以沙湾大断面隧道为研究背景,应用ANSYS有限元软件,采用释放荷载法,研究支护封闭的快慢对双侧壁导坑法施工的隧道稳定性的影响。通过对拱顶沉降、边墙中点水平位移、围岩塑形区及初衬应力的分析,得到了支护封闭时间对隧道受力和位移状态的影响,施工中应尽量缩短各开挖面的距离,使支护尽快封闭,有利于隧道稳定。为了进一步改善隧道的受力状态,模拟分析了加固部分围岩后的状态。结果表明加固侧壁导坑临时支护与初衬接触处的围岩能较好的改善隧道的受力条件。在临时钢架支护下端与初衬的接触点附近出现了应力集中现象,受到了很大的拉应力,在设计施工中应引起重视。     

双侧壁导坑法施工的大断面隧道的稳定性分析

以沙湾大断面隧道为研究背景,应用ANSYS有限元软件,采用释放荷载法,研究支护封闭的快慢对双侧壁导坑法施工的隧道稳定性的影响。通过对拱顶沉降、边墙中点水平位移、围岩塑形区及初衬应力的分析,得到了支护封闭时间对隧道受力和位移状态的影响,施工中应尽量缩短各开挖面的距离,使支护尽快封闭,有利于隧道稳定。为了进一步改善隧道的受力状态,模拟分析了加固部分围岩后的状态。结果表明加固侧壁导坑临时支护与初衬接触处的围岩能较好的改善隧道的受力条件。在临时钢架支护下端与初衬的接触点附近出现了应力集中现象,受到了很大的拉应力,在设计施工中应引起重视。     

浅埋软弱大断面隧道围岩与支护结构协调变形研究

浅埋软弱地层大断面隧道围岩变形常面临持续时间长、变形量大等问题,明确支护结构与围岩间的变形协调关系是避免大变形对工程带来不良影响的关键。探讨了软弱围岩中修建大断面隧道时所面临的难题和挑战,提出了围岩与支护结构协调变形假定。研究结果显示隧道结构的协调变形及结构挠曲变形是造成大变形的主因;台阶法引起的大变形包括整体沉降与支护挠曲变形,初期支护上台阶部位主要为下沉,而侧墙部位表现为挠曲;分部开挖变形主要是整体沉降,支护结构挠曲变形效应相对微弱。基于上述研究成果提出大变形防治措施,克服了传统预留变形量的局限性,取得了良好的效果。     

浅埋软弱围岩隧道超前管幕施工力学行为分析

浅埋软弱围岩隧道自稳能力差、易坍塌,必须设置足够强度的支护结构辅助稳定。以京沈高铁高丽营隧道为工程背景,分别采用荷载结构法和地层结构法开展数值模拟,探究浅埋软弱围岩隧道超前管幕的力学机理。研究结果表明:①荷载结构法数值模拟中,管幕轴力关于隧道轴线呈正对称分布,剪力和弯矩呈反对称分布;②地层结构法数值模拟中,越靠近掌子面的管幕弯矩越大,不同施工工序对管幕弯矩变化的影响程度不同,影响最大的是开挖右上导坑;③采用荷载结构法得到的管幕挠度曲线与理论挠度曲线形状相似,而地层结构法得到的曲线与之相差较大。可以认为,采用荷载结构法对浅埋软弱围岩隧道支护体系进行模拟分析时,其计算结果更接近工程实际。     

盾构施工对地铁围岩变形的影响分析

基于某城市地铁2号线穿越工业厂房区引起地基变形的工程背景,简化为实体应变模型,采用数值模拟的方法对开挖前后隧道围岩变形进行对比,目的是研究盾构在开挖过程中对周围岩体的变形影响情况。结果表明,盾构开挖过程中隧道围岩变形比较大,隧道中心处竖向变形情况远大于水平变形,盾构与隧道的接触面处的应力高度集中且远远大于周围岩体的平均应力。     

构造节理偏压对隧道结构安全性影响研究

密集的构造节理,容易在施工中引起掉块、片帮、剥落、坍塌等工程灾害,且容易使隧道初期支护结构处于偏压状态,对支护结构安全性十分不利。从隧道力学的基本理论出发,依据实测围岩压力值,建立荷载一结构模型,对隧道初支内力进行分析,计算其安全系数,评价粉质黏土段施工采用的初支结构的安全性。计算结果表明：构造节理偏压对隧道支护结构受力较为不利,围岩压力呈不对称分布时,初期支护抗拉安全性较差,需根据实际偏压情况适当加强初期支护参数。     

黄土连拱公路隧道围岩变形监测和数值分析

以离军高速公路黄土连拱隧道为工程背景,对地表沉降、地质和支护状况、拱顶下沉和水平收敛进行了现场监测,并采用有限元方法分析了隧道围岩拱顶下沉和水平收敛的变化规律,进而研究了黄土连拱隧道三导洞法施工的围岩变形规律和影响因素．结果表明：黄土隧道Ⅳ类围岩比Ⅴ类围岩变形小,围岩稳定较快;三导洞施工法开挖中、左、右导洞和断面开挖时,围岩应力一直处于重新调整中,变形也在不断变化,且施工中开挖顺序对围岩变形有很大影响,在洞室开挖施工中,要密切注意拱腰及拱顶的变形情况,加强Ⅴ类围岩监测,及时进行临时支护,尽早完成右洞初期支护,以防变形过大而围岩失稳;影响黄土隧道围岩变形的主要因素是黄土的工程特性和地质工程环境．     

含孤石软弱围岩隧道施工技术研究

以某含孤石Ⅵ级围岩单线铁路隧道为例,通过现场实测和数值计算对孤石对初期支护影响的基本规律进行了研究,并以此为基础提出针对此类地层的隧道施工方法。研究表明:软弱地层中距隧道较近的孤石会引起初期支护局部应力集中和围岩压力分布不均;就含孤石Ⅵ级围岩单线铁路隧道而言,半径超过0.5m、至隧道距离小于1.5m的拱顶、拱腰孤石会使与孤石临近部位的初期支护的弯矩、剪力明显增大;含孤石软弱围岩隧道宜选用交叉中隔壁等临时支撑较强的工法施工。     

软弱夹层对隧道稳定性影响研究

从兰渝铁路典型软弱夹层围岩隧道施工过程中出现的大变形和支护侵限问题出发,以围岩和初期支护为实体单元,采用FLAC 3D建立有限差分模型,研究了软弱夹层倾角和厚度对隧道稳定性的影响,确认了当软弱夹层倾角为30~60°时位移和应力增长更为显著及随夹层厚度的增加初期支护位移呈线性增长趋势等变形特性。分析建议采取在软弱夹层与洞壁交界处初期支护局部增加锁脚锚杆或注浆锚杆数量和长度等控制初支变形措施。     

破碎围岩偏压隧道合理施工方法研究

破碎围岩段偏压隧道施工时,较多采用双侧壁导坑法,预留核心土对在开挖过程中隧道的围岩变形和支护受力有很大影响,对隧道围岩稳定性起着至关重要的作用.针对重庆境内的某浅埋偏压隧道在施工中的合理工法和安全性保证问题,系统比较分析了上下台阶法施工和预留核心土施工对隧道围岩的应力场、位移场、塑性区和支护结构内力影响.通过计算结果表明,预留核心土施工具有明显的优点,其不但减小了隧道围岩的净空位移,控制了塑性区的发展,而且改善了支护结构的受力,使其更加趋于均匀合理.研究成果与现场施工实际相吻合,为偏压破碎围岩隧道开挖实践提供了理论分析依据.     

段家坪隧道区域初始地应力场反演分析

为解决地应力释放导致隧道初期支护变形失稳难题,以隧道区域地质资料为基础,结合现场地应力实测数据,采用多元线性回归分析方法,进行了隧道工程区域初始地应力场的数值模拟反演计算分析,获得隧道围岩初始地应力场分布规律。研究结果表明:隧道测区段围岩处于高地应力状态,测点地应力反演值与实测值误差较小,反演结果合理、可靠。通过隧道围岩强度应力对比分析,隧道DK453+500m～DK454+400m段为高应力状态,地应力释放会导致隧道初期支护开裂变形,与现场实际情况相一致。     

重载铁路隧道基底动力响应及加固研究

以蒙华铁路王家湾隧道为工程依托,采用数值模拟的方式,研究不同行车速度下隧道基底围岩的动力响应规律,进一步分析基底围岩经水泥挤密桩加固后的动力响应情况以及桩间距的改变对加固效果的影响.研究结果表明:隧道基底围岩的加速度峰值和动应力峰值都随着行车速度的增加而增加,且加速度峰值受速度变化影响较大;隧道基底围岩的加速度峰值、动...     

粉质黏土隧道支护体系力学特性试验研究

隧道穿越稳定性较差且构造节理发育的粉质黏土的施工过程中支护体系力学特性较为复杂,通过开展杨家岭1#隧道粉质黏土段支护体系现场试验,研究粉质黏土段隧道初期支护中的围岩压力、钢架应力、喷混凝土应力及支护变形规律。结果表明：由于隧道左右两侧地质条件的不同（即粉质黏土的不均匀性）,初支上的围岩压力存在一定偏压情况,且围岩压力较大;喷混凝土应力及钢架应力值均较大,说明该段粉质黏土隧道围岩的稳定性较差,若初支仅考虑对围岩的封闭作用采用较小的喷混凝土厚度且不施作钢架,隧道的施工和结构安全存在较大风险;对于本工程,虽然偏压会对衬砌受力形成一定的不利因素,但是变更后的初期支护能够保证施工期间的安全。     

软弱夹层隧道实测支护结构受力及变形规律研究

软弱夹层隧道施工过程中,受岩体软硬不均和层理分布影响,使初期支护受力变形不协调分布,从而易引起支护结构破坏甚至洞室整体失稳破坏。以兰渝铁路东扎沟隧道为工程背景,分析了隧道施工变形的纵向分布规律与地质条件变化的关系,施工变形的横断面分布规律与地质条件的关系,研究了加强支护后围岩压力、初期支护结构应力的横断面分布和变化规律,得出一些有益的结论,为类似工程提供借鉴。