非偏压与偏压条件下浅埋隧道围岩压力的极限分析

考虑非偏压和偏压2种情况,根据泰沙基法采用的破坏模式、《公路隧道设计规范》采用的破坏模式以及实际的工程经验,针对浅埋隧道构建了一种更接近于实际情况、更加合理的、新的破坏模式;采用极限分析上限法推导出这种新破坏模式下浅埋隧道围岩压力的理论公式,并把理论公式转化成一个求围岩压力最大值问题的计算模型;结合算例,利用Matlab软件,采用序列二次规划算法对计算模型进行优化求解,并把优化解与已有的研究成果及基于极限平衡法计算得到的结果进行对比分析.研究结果表明:针对浅埋隧道,基于这种新的破坏模式采用极限分析上限法所得到的结果与已有的研究成果及基于极限平衡法计算得到的结果基本一致.不仅说明了运用极限分析上限法来研究浅埋隧道围岩压力的可行性,也验证了浅埋非偏压隧道和浅埋偏压隧道新破坏模式的合理性.     

单斜地层下小净距浅埋隧道围岩压力分析

JTG D70-2004《公路隧道设计规范》提供了偏压隧道围岩压力的计算方法,实际计算发现,在单斜地层条件下,计算围岩压力与现场实测围岩压力存在出入。文中通过对现场隧道顺层围岩的破坏特征分析,建立单斜地层下小净距浅埋隧道围岩压力计算模型,提出了单斜地层下小净距浅埋隧道围岩压力计算方法,并通过现场实测数据进行验证。     

非均匀收敛条件下浅埋隧道围岩的弹性解

隧道稳定性分析主要考虑隧道开挖中围岩的应力及位移,对于浅埋隧道,由于上下边界的不对称,稳定性分析存在较大困难。目前众多隧道稳定性计算方法都基于隧道深埋假设,针对一般浅埋隧道的分析多停留在经验总结及数值模拟等方法上或未深入分析浅埋隧道失稳破坏机制。文中开展浅埋隧道围岩弹性研究,基于隧道在无限空间下的弹性解,运用镜像法,考虑隧道周边非均匀收敛情况,得到非均匀收敛条件下浅埋隧道的弹性解。     

软弱围岩条件下新建隧道下穿浅埋隧道安全及稳定性研究

随着大量城市公路隧道和地铁隧道大规模的建设,在城市隧道施工过程中,往往会遇到需要穿越既有隧道的工程难题,这类下穿工程对既有隧道的安全形成了严峻的考验,成为城市隧道建设中等级最高的风险工程。软弱围岩条件下新建隧道下穿浅埋隧道工程更是此类工程中风险等级更高的工程,针对新建隧道下穿浅埋既有隧道进行了详细地安全与稳定性分析,详细研究新建隧道的开挖对既有隧道造成的影响,为此类复杂工程问题的解决提供了一种新的解决方法。该方法避免了传统经验类比法以及单纯进行应力、位移分析的不足,系统地对此类问题进行了分析。     

浅埋大断面公路隧道围岩竖向压力对比分析研究

本文依托于宝鸡坪坎至汉中(石门)高速公路PH-9合同段的一座分离式双向六车道某隧道,采用全土柱理论、谢家烋公式、太沙基公式、比尔鲍曼公式四种围岩压力计算方法进行理论分析比较,得出浅埋大断面隧道围岩压力主要影响因素为埋深和跨度。同时对埋深为7m和20m情况下,运用数值模拟对浅埋大断面隧道围岩压力进行计算分析,并与四种理论计算结果进行了比较,得出埋深小于荷载等效高度hq时,采用全土柱理论计算方法;埋深处于h_q~2.5h_q时采用太沙基公式计算方法。为今后同类浅埋大断面隧道围岩压力计算方法的选取提供了一定的参考价值。     

基于变分法原理的浅埋隧道围岩压力上限研究

浅埋段隧道上覆岩土厚度随埋深发生变化,且受地形条件影响,有必要考虑埋深对隧道支护结构设计的影响。为得到变化埋深条件下洞口浅埋段的围岩压力分布和影响长度,基于Hoek-Brown 破坏准则,采用极限分析上限理论,得到浅埋段隧道上方塌落体的构成曲线,并基于变分法原理获得浅埋段隧道极限支护力(反力为围岩压力)沿隧道轴向的变化规律曲线。通过分析,得到以下结论: 1)围岩压力随上覆土厚度增加而呈曲线增加; 2)依据围岩压力随距离(埋深)的变化关系可以得到浅埋段的有效影响范围,超过影响范围的围岩压力几乎不随埋深变化,可以视为深埋段; 3)围岩压力和浅埋段临界范围不仅与岩土材料参数有关,也受到隧道断面宽度和地表坡度的影响。     

基于新奥法浅埋隧道的围岩压力计算方法

依据模型试验和数值模拟结果,总结浅埋隧道围岩渐进破坏特征,以此为依据,建立适用于新奥法浅埋隧道的围岩压力计算模型;经过理论推导,得到围岩压力表达式;算例经Matlab优化得到最优上限解,并与传统理论计算方法作对比分析。结果表明:该文方法计算结果合理,且更适用于新奥法浅埋隧道;适当提高隧道边墙支护刚度或尽早施作仰拱使支护结构闭合成环,有助于减小隧道顶板压力。     

大跨度浅埋偏压隧道围岩变形分析

利用有限元数值模拟分析了两组工况下偏压隧道的围岩变形及隧道衬砌受力情况,结果表明:衬砌外荷载主要由上覆岩土体自重以及围岩沿着潜在滑移面产生剪切变形形成,剪切变形对围岩及衬砌受力影响显著。在平行于偏压面岩层与衬砌交界处（浅埋侧拱脚、深埋侧拱肩）的内力明显突变。地表注浆加固在一定程度上改善了围岩物理力学特性,减小偏压引起的剪切变形,有利于围岩稳定及隧道衬砌受力。     

浅埋小净距公路隧道围岩压力分布规律

为了给小净距隧道设计和施工提供科学依据,并为完善中夹岩墙的加固方法奠定理论基础,首先通过对41座小净距隧道的双洞内侧围岩压力进行统计分析,研究了小净距隧道围岩压力的演化特点,分析了垂直围岩压力与单洞开挖宽度、埋深和净距的关系,讨论了双洞内侧侧压力系数与各工程地质参数之间的关系,并基于隧道实际滑裂面,建立了小净距隧道荷载计算模型,提出了小净距隧道围岩压力的计算方法,通过与实测数据及既有研究成果的对比,验证了该方法的合理性及普适性,并基于以上研究成果提出了小净距隧道围岩稳定性控制方法。研究结果表明：小净距隧道垂直围岩压力与水平压力发展趋势基本一致,水平压力发展速率明显大于垂直压力,稳定时间也较短;水平压力受双洞间的相互影响比垂直压力要大,在施工过程中应重点关注水平方向的应力发展;侧压力系数随净距增加而增大,但随埋深、内摩擦角和黏聚力的增加而减小,并普遍小于规范值;所提出的围岩压力计算式对于复杂小净距隧道具有较好的适应性,并能对施工过程中小净距隧道的围岩压力进行估算;小净距隧道围岩稳定性控制应从合适的施工方法、合理的支护设计以及实时的监控量测3个层面考虑,具体的控制对策应结合围岩条件和工程特点进行实施。     

非均匀收敛条件下浅埋隧道围岩塑性区预测方法

为了研究在非均匀收敛条件下浅埋隧道围岩塑性区的分布,进行了公式推导和理论分析,并采用有限元软件ABAQUS建立了隧道的有限元模型进行验证,并结合坡荣隧道的工程实际建立了ABAQUS有限元模型。探讨了5种变形模式的塑性区分布规律,并与建立的ABAQUS验证模型得出的塑性区分布进行对比分析。最后采用边界条件0(BC0)建立了坡荣隧道进口段的模型,并将模拟得到的地表沉降数值与实际监测所得数据进行对比。研究结果表明:其理论方法计算结果与ABAQUS计算结果塑性区具有相同的形态,但相对ABAQUS计算结果更为保守,塑性区范围稍大;采用非均匀收敛模式计算时,在拱顶均有最大塑性半径,而拱腰和拱底相对较小,对于不同的收敛模式,塑性半径计算值不同;采用均匀收敛模式计算时,拱底塑性区较大,拱顶塑性区最小,这种计算情况与实际隧道塑性区分布不符,因此仅仅考虑隧道周边均匀径向收敛不足以表述隧道的真实塑性分布情况。     

超浅埋暗挖矩形隧道设计

南京地铁鼓楼站D2出入口通道，覆土厚仅1.3～1.6m，且通道上方有电缆线、给水管等。结合该工程对明挖顺作法和浅埋暗挖法两种方案进行了比较，拟采用浅埋暗挖法。介绍了其结构设计及计算，施工方法及措施要点。该通道已顺利完成，既未影响中央路的正常交通，而且地面沉降、结构变形、工期、防水均满足要求，且其设计施工经验已成功用于其他车站出入口通道的施工。     

深切割地形浅埋偏压隧道围岩压力的计算方法

公路隧道设计规范给出了浅埋偏压隧道围岩压力的计算方法,但有其适用条件。以规范方法为基础,首先推导出采用规范方法需满足的临界边缘宽度;然后通过假定挡土墙模型,推导出深切割地形浅埋偏压隧道浅埋侧侧压力的解析解;最后以张涿高速公路李家堡隧道为工程依托,结合现场围岩压力量测,将方法与规范方法的计算结果进行对比,发现方法比规范方法更接近实际。研究结果为类似工程的设计及施工提供参考价值,对现行规范进行有益的补充。     

浅埋软弱围岩隧道施工技术

在软弱围岩处修建浅埋隧道,冒顶、坍塌等问题常有发生,容易影响到围岩的稳定状况,控制浅埋软弱围岩在隧道的修建过程中不出现变形是目前该类施工中最应解决的问题之一。文章以南联山隧道进口段施工情况为研究背景,探讨了在浅埋地段施工中的特点,并以此为基础详细分析了相应的围岩施工技术及要点,取得了良好的施工效果。     

关于隧道浅埋段软弱围岩施工分析

在当前工程建设迅猛发展的背景下,隧道工程数量不断增加,会面临各种各样的地质条件,对隧道施工提出了更高要求。软弱围岩隧道浅埋段施工是较为常见的一种情况,具有难度大、风险高等特点,容易遇到变形、冒顶以及坍塌等问题,加强对软弱围岩隧道浅埋段施工的研究,通过有效的监控量测、超前预报等手段保障施工的安全,是有着重要意义的。     

浅埋偏压隧道围岩渐进破坏机制分析

为了研究浅埋偏压隧道围岩的渐进破坏过程和破坏模式,为隧道支护参数的确定提供依据。运用自行研制的隧道模型试验装置,对浅埋偏压工况下单洞及小净距隧道的破坏过程和破坏模式进行研究。研究表明:浅埋偏压隧道的破坏模式可以看作岩体在重力作用下的坍塌破坏,且浅埋偏压隧道的偏压角度和围岩的力学参数决定了破坏体的规模和范围,破坏体的范围主要受偏压角度的影响。     

基于极限分析的复合地层浅埋隧道掌子面上限支护压力研究

合理确定掌子面支护压力是保证隧道正常施工及周边环境安全的关键。为探究浅埋隧道中不同复合程度下复杂地层支护力上限值变化规律,基于三维有限单元极限分析软件Optum G3,建立一种考虑不同泥岩比例的浅埋隧道掌子面极限支护压力上限解模型,并通过案例对比分析验证模型的有效性。基于此,进一步探讨不同泥岩复合比例下掌子面支护压力上限解及对应失稳模式,并进行参数敏感性分析,拟合得到对应的简化计算公式。结果表明:1)复合地层盾构隧道开挖过程中,泥岩比例低于50%时,掌子面支护力上限值增长平缓,大于该值后支护压力迅速上升; 2)复合地层掌子面破坏模式显著区别于均质土层,泥岩比例小于50%时,易失稳点出现在砂层与泥岩交界处,位置随泥岩比例的增加而上升,大于该值后出现在隧道中心位置并保持恒定; 3)极限支护压力上限解与隧道埋深比C/D、覆土内摩擦角φ及黏聚力c值呈正相关,且埋深比C/D越大,增长的幅度越大,当泥岩比例大于75%后,不同黏聚力下的极限支护力趋于接近。     

破碎围岩下浅埋隧道病害处理及优化设计

以某浅埋隧道实际工程背景,介绍了破碎围岩下浅埋隧道病害处治的优化设计,所总结的经验对类似隧道的设计和施工具有参考价值。     

浅埋偏压双连拱隧道围岩压力计算方法研究

由于双连拱隧道与单拱隧道在跨度、施工方法等方面的区别,对于双连拱隧道采用经验法或依据单拱隧道的荷载计算方法是不合理的.通过对双连拱隧道开挖平衡拱影响范围的分析,对双连拱隧道深浅埋分界深度的判别基准进行初步探讨,并由此对双连拱隧道荷载计算方法进行分析研究,建立双连拱隧道围岩压力荷载合理的计算方法.     

地震荷载作用下浅埋隧道稳定性极限分析上限解

为揭示地震荷载作用下浅埋隧道的稳定性,基于极限分析上限法,结合拟静力法,构建了浅埋隧道刚性块体破坏模式,并推导了隧道顶部支护反力q的理论表达式。基于理论公式,编制了Matlab计算程序,计算分析了不同地震水平方向峰值加速度a_h时浅埋隧道的稳定性。研究结果表明:隧道顶(底)板与侧墙支护反力随着地震水平方向峰值加速度增大而增大,且地震水平方向峰值加速度越大,变化趋势愈显著;隧道顶(底)板支护反力随着侧压力系数K增大而减小,而隧道侧墙支护反力随着侧压力系数K增大而增大。研究结果可为指导浅埋隧道极限抗震能力设计提供新的思路。     

浅埋偏压软弱围岩隧道施工技术

浅埋偏压软弱围岩隧道若围岩为全风化岩,土体较为松散,围岩自稳能力较差,隧道开挖后容易出现塌方、冒顶等灾害,施工中隧道预留沉降量极难把控,即使开挖完成后也容易出现初期支护变形量较大,导致二次衬砌断面不足。京福铁路闽赣五标段金岭头隧道和童游隧道洞口段地质条件为全风化云母石英片岩,呈砂土状,地下水为孔隙裂隙水,施工中合理选用六部CD法、三台阶临时仰拱法和加强临时支护、反压回填等措施,控制了围岩和初期支护变形,保证了盾构能安全地通过风险地段。