拱部溶洞对隧道围岩变形的影响

以广东季洞隧道为研究对象,采用数值模拟和模型试验,研究隧道拱部不同大小、距隧道不同距离的溶洞对隧道围岩变形的影响。结果表明:隧道开挖时拱部溶洞的存在会使围岩变形增大,而且变形会向着无溶洞一侧移动;拱部溶洞与隧道距离不超过1/3隧道洞径时,溶洞对围岩变形的影响很大,超过此距离影响明显减小;不同部位和不同大小的溶洞均会使隧道围岩变形不同程度地增大,隧道开挖后周边收敛和拱顶沉降均随时间呈S形变化,最终趋于稳定。     

降雨对小净距大跨度隧道开挖松动区的影响

小净距大跨度隧道在洞口段易受到浅埋偏压作用,隧道开挖会造成上覆岩土体出现大范围松动区,在降雨条件下更易出现地表塌陷与拱顶塌方。本文改进了围岩切向应力扰动系数公式,依托广州龙头山双洞八车道隧道工程,利用有限差分软件FLAC 3D对隧道洞口段在是否考虑降雨2种条件下开挖产生的松动区进行分析。分析结果表明:运用工程实际采用的双侧壁导坑法模拟开挖,隧道围岩产生的松动区范围较大且在拱顶上部产生交汇区域,中部核心土开挖时影响较小;考虑降雨渗流场之后开挖,在流固耦合作用下左右2个隧道围岩松动区面积增长分别约为30%,42%;隧道围岩松动区不对称分布和雨水渗流作用加剧了隧道偏压变形,并导致上部地表沉降最大增长33%左右。     

3洞小净距隧道围岩压力计算方法

针对3洞小净距隧道围岩压力计算问题,基于普氏平衡拱理论,将围岩压力看作单洞隧道的基本压力与相邻隧道开挖引起的附加压力之和,提出适用于3洞小净距隧道的围岩压力计算方法;根据该计算方法研究不同岩柱厚度、开挖跨度和开挖高度对围岩压力的影响规律,并将该计算方法应用于确定八达岭长城站3洞小净距隧道围岩压力。结果表明:随着岩柱厚度的增加,围岩压力不断减小,当岩柱厚度达到某一值时,围岩压力与单洞隧道相同;岩柱厚度、边洞跨度和中洞高度变化影响整体围岩压力,中洞跨度和边洞高度仅影响各自单洞围岩压力;3洞小净距隧道的最优开挖顺序为"先边洞、后中洞",中洞围岩压力大于边洞,应力值最大点为中洞顶部。施工中应注意中洞围岩稳定,采取有效的措施对岩柱区域进行加固。     

浅埋大跨度隧道的合理施工工法

采用平面弹塑性有限单元法研究浅埋大跨度隧道的合理施工工法。以实际施工中拟定的双侧壁导坑加拱部跳挖法为基础,采用开挖分步相同、开挖顺序不同的三种施工工法。工法一和工法二均先开挖左侧壁导坑,再开挖右侧壁导坑,工法一先开挖两边,再开挖中间,工法二先开挖中间,再开挖两边;工法三的左、右两侧导坑同时开挖,拱部土体先开挖中间、再开挖两边。对三种施工工法产生的地面沉降、洞周塑性区及洞周变形通过有限元数值模拟对比分析,认为工法三最为不利,工法一是最优的。但考虑现有施工条件工法二为实际施工过程中拟采用的工法,该工法引起的地面沉降最大值可控制在30mm以内,满足沉降控制及对周围环境保护的要求。研究认为:若地面有建筑物需要保护,应先开挖邻近建筑物一侧的导坑,拱部也应先开挖邻近建筑物一侧的土体。     

油房头隧道塌方处理施工技术

文章分析了油房头隧道施工中塌方的原因,结合应急处理方案和处理措施,对施工支护、分部开挖、仰拱紧跟、先拱后墙等施工工艺进行了分析,说明软弱围岩隧道施工中产生塌方的处理,供类似工程参考。     

无中导洞连拱隧道施工方案优化分析

本文以云南香丽高速上长坪隧道为研究背景,利用有限元软件对无中导洞连拱隧道施工方案及施工工序进行二维计算分析。通过对不同工况隧道开挖后地表和拱顶沉降、围岩应力以及支护结构内力进行对比分析,结果表明:对于不同工法而言,左洞采用两台阶预留核心土,右洞采用CRD法开挖,地表沉降相对于其它工况而言最大能减小19. 86%,隧道拱顶沉降、仰拱隆起也比其它工况要小;对于不同开挖工序而言,先开挖远离既有洞部位,围岩位移控制效果明显;不同工法开挖,围岩应力、支护结构内力以及围岩塑性区变化差别在10%以内;连拱隧道左洞开挖完后,右洞的第一步开挖的位置对后续围岩位移的控制有很重要的影响。     

黄土塬区浅埋暗挖隧道慢坡段施工期围岩变形特征分析

黄土塬区浅埋隧道慢坡段由于距地表边沟、冲沟距离不等,围岩压力分布不均,难以形成自然拱,给施工带来诸多风险。选取银西高速铁路黄土塬区上阁村隧道典型浅埋慢坡段断面为研究对象,分析了施工过程中围岩应力、含水率、洞内变形及地表沉降的变化规律。结果表明:围岩初期支护应力分为增长-波动-稳定3个阶段,其收敛期约在开挖后84 d;围岩含水率先增长后趋于稳定,收敛期约在开挖后118 d;拱顶下沉量是净空水平收敛量的2～3倍;地表沉降影响范围为距隧道中线约18 m以内。     

不同倾角层状围岩隧道开挖松动圈的范围与分布

层状围岩隧道在施工扰动下极易出现拱部严重超挖、掉块、离层、弯折、坍塌等工程问题,快速准确地确定围岩松动圈的范围和分布规律,对选择合理的支护设计参数以及消除安全隐患十分重要。以延安安塞经志丹至吴起高速公路大梁峁隧道为工程依托,采用离散元软件UDEC对岩层倾角分别为0°,15°,30°,45°,60°,75°和90°的层状围岩隧道开挖过程进行数值模拟,分析围岩松动圈的范围及分布规律。结果表明:岩层倾角为0°(水平)时,围岩松动圈范围最大,且出现在隧道拱顶处,松动圈范围为1.6～2.6 m;岩层倾角为0°和90°时,围岩松动圈沿隧道轴线对称分布;岩层倾角为30°,45°,60°,75°时,围岩松动圈呈不对称分布,且存在偏压现象。     

黄土隧道围岩压力拱效应分析

以兰渝铁路大断面黄土隧道工程为背景,采用数值计算和模型试验对黄土围岩压力拱效应进行分析,可得结论:(1)由于荷载传递路线发生偏转,拱部围岩切向应力因承担径向传来的荷载而增加,且离隧道边界越近应力增幅越大,压力拱边界向围岩深部扩展。(2)靠近隧道洞周,边墙处应力路径切向应力、径向应力低于原岩应力,切向应力表现出较强的应力集中,径向应力只有小幅增加。(3)相对于黏性土,黄土抗剪强度较小,需要更大范围的土体参与承受围岩压力,致使压力拱外边界远离隧道断面;黄土围岩压力拱边墙处最大,拱顶处次之,拱底处最小。(4)黄土围岩破坏过程表现为局部裂隙产生、局部裂隙扩展、裂隙急剧贯通、残余强度等4个阶段;拱顶松动塌落出现在边墙剪切滑移破坏基础上。(5)数值分析与模型试验所得黄土围岩压力拱的范围基本相符,验证了压力拱的客观存在;压力拱承担着自重与外部土体荷载,自洞周向围岩深部依次为松动区、压力拱、原岩应力区。     

大跨度隧道预应力锚固体系协同承载的压力拱效应

为研究大跨隧道锚固体系的协同承载机理，以压力拱效应为量化指标进行分析，根据围岩开挖应力分布特征，设置无支护开挖、单一预应力锚杆支护、预应力锚固体系联合支护3种工况，研究不同围岩条件在各工况作用下的压力拱动态演化机制。研究结果表明：压力拱位置和厚度均受围岩条件影响，围岩条件越差，压力拱位置距隧道边界越远且厚度越大，不利于围岩稳定性控制；压力拱成拱系数变化趋势与切向应力一致，呈先增大后减小趋势，且切应力集中区域成拱系数大于1;预应力锚固体系作用下压力拱向隧道边界处移动，可有效控制围岩压力拱的继续发展，使压力拱更快达到稳定，并减小压力拱范围，优化压力拱形态，使其趋于“圆拱形”;预应力锚固体系对于围岩压力拱的影响效果优于单一锚杆支护，尤其是当围岩条件较差时，其协同承载效应更为显著。     

隧道下穿新大力寺水库施工稳定性分析

针对水库水的渗流对浅埋暗挖隧道开挖及后期运营的影响问题,采用数值模拟的方法,研究了在各种渗透系数条件以及隧道开挖与地下水渗流影响下的隧道稳定性。分析表明:水库水的渗透以及隧道开挖会对上覆土体的稳定性造成较大影响,甚至可能会导致坍塌事故的发生。随着隧道的开挖,水库水开始发生渗流现象,并造成围岩塑性区快速发育,其中以拱顶位置塑性区范围最大;围岩渗透性越强,隧道顶拱和拱腰部位的渗透应力越小;随着渗透系数的增大,隧道的孔隙水压力、围岩位移、塑性区范围均出现较大的增长,并可能引起隧道的渗流失稳破坏。     

大断面黄土隧道开挖引起的围岩力学响应

以胡麻岭隧道为工程背景,采用现场监测与三维数值模拟结合的方法,分析隧道开挖后黄土围岩应力场、位移场与塑性区的变化规律;同时对台阶法施工中影响围岩力学响应的因素进行分析.结果表明:围岩接触压力分布很不均匀;拱腰、墙角和边墙是施工过程中的薄弱环节,应加强支护刚度,设置锁脚锚杆或扩大拱脚;建议取消拱部系统锚杆,既有利于控制围岩变形又可减少工程投资;支护结构调整了围岩应力的分配,改善了应力集中且控制了塑性区的发展,故应坚持“及时支护、及早封闭成环”的原则;上台阶支护对控制拱顶沉降起着关键作用,施工中应引起足够重视;拱顶沉降在变形允许范围内,说明现行支护设计参数满足安全性要求;掌子面空间效应的影响范围约为其前方2～3倍洞径;数值计算结果与现场实测结果基本吻合.     

顶部隐伏充水溶洞隧道施工阶段围岩稳定性分析

结合某岩溶隧道施工过程,利用有限差分软件对顶部存在水压充填溶洞的某隧道围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析。结果表明：围岩塑性区主要集中在隧道拱顶、仰拱底、拱腰和溶洞顶部处,溶洞顶部与隧道底部的塑性区有相互连通的趋势。随着隧道接近并通过充水溶洞,拱顶和墙脚两处围岩最大主应力先减小后增大,拱肩处一直增大,拱腰和仰拱底处先增大后减小,主应力最大值位于拱肩区域,其值约为3.0 MPa。     

基于卸荷减跨机理的大跨度隧道开挖优化

长沙市营盘路湘江隧道大跨段单洞断面积达到380 m2,最大跨度达23 m,是隧道施工的一大技术难题。针对这一难题,基于卸荷减跨机理,提出分部分区开挖的理念。即通过减小开挖跨度,实现荷载的分步转移,围岩出现卸荷松动区,从而减小隧道结构单次承受的荷载,根本上改善结构受力,确保隧道安全、平稳施工。通过有限元进行数值模拟分析,论证开挖优化的合理性。     

昔格达地层隧道围岩稳定性及系统锚杆功效研究

昔格达地层隧道围岩水敏感性强,遇水易泥化,易造成围岩大变形、支护结构破坏和掌子面塌方等灾害。冉家湾隧道穿越昔格达地层,本文采用强度折减法对该隧道围岩稳定性进行数值模拟分析。结果表明:当含水率在20%以下时隧道具有一定的自稳能力,当含水率超过20%时隧道开挖需要采取超前支护措施;埋深小于45 m时埋深对昔格达地层隧道围岩稳定性影响显著,埋深大于45 m时,隧道围岩稳定性对埋深的敏感性降低;喷射混凝土对隧道安全系数的提升率大于设置系统锚杆;对于昔格达地层在天然含水率下,浅埋隧道破坏从拱部开始延伸至边墙,深埋隧道破坏从边墙开始蔓延至拱部。     

渗水条件下膨胀土隧道围岩湿度场演化规律数值模拟研究

膨胀土中膨胀力的发展主要受到湿度场变化的影响。为了解隧道周边土体湿度场随开挖过程的演化规律,基于数值模拟方法,首先根据隧道开挖引起的围岩偏应力变化梯度集中区(结合位移量),定义一个表征隧道周边土体受开挖影响范围的"松动区",并给出"松动区"范围的确定方法。然后根据温度场与湿度场相关理论及变量的相似性,通过膨胀力试验和表面浸润试验,反演确定温度场分析所需的土体热膨胀系数α和导热系数λs。采用PLAXIS的热模块,分析膨胀土隧道松动区在不同扰动程度下湿度场随隧道开挖过程的演化规律。结果表明,松动区渗水增湿影响深度随着时间逐渐增大,隧道开挖对周边土体的扰动越显著,松动区增湿速度就越快,越易接近饱和,意味着隧道衬砌结构受到的膨胀力也会越大。隧道施工中应尽量减少对周边土体的扰动,并注重对地表水体的截、排处理。     

基于流固耦合理论下穿库区隧道围岩稳定性分析

以某下穿库区铁路隧道为依托工程,对比分析有无渗流场作用和不同水深条件下,隧道结构应力变化规律以及围岩变形、塑性区和渗流场的变化特性,同时还考虑隧道加固圈厚度和渗透系数对围岩稳定性的影响。研究结果表明:地下水渗流场对围岩变形影响较大,不仅能引起大范围的库底沉降,而且能增大隧道拱顶和拱腰的位移,并且能够减小仰拱的隆起量以及加剧围岩塑性区的范围;隧道的开挖能够对地下水孔隙水压力的分布形成明显的扰动,并且在两拱脚处渗流速度最大,最大塑性区位于横向临时支撑处;注浆加固圈能够改善围岩的受力,隧道最优注浆圈厚度在5m,并且当渗透系数小于围岩渗透系数的1/50时注浆圈加固效果不再明显。     

基于强度折减法的浅埋偏压小净距隧道围岩稳定性分析

针对广东某浅埋偏压小净距高速公路隧道,采用有限元强度折减法基本原理,研究隧道施工过程中各施工工序的安全系数动态变化过程,并对极限状态下关键施工工序的围岩塑性区与隧道围岩位移进行分析,结论为:隧道左洞第一步开挖时,由于中岩柱的出现,其安全系数最小,为最危险施工步,其次为两个洞室临时岩柱上台阶开挖;施工中中岩柱、洞室左拱腰和右拱脚出现大量塑性区,为围岩应力危险区域;中岩柱水平位移在施工过程中呈现出左右往返变化,右侧隧道竖向位移及其上部地表沉降较大,为监控量测重点部位。     

Ⅳ级围岩隧道两台阶法开挖进尺研究

以吉图珲高铁富岩1号隧道为工程实例,运用有限元分析方法对不同开挖循环进尺下的隧道两台阶法进行数值模拟,对比分析不同工况下隧道变形和应力的响应规律,得出工程适用的开挖循环进尺。研究结果表明:开挖进尺对围岩变形影响较大,两者呈线性正相关关系;在Ⅳ级较差围岩条件下,拱顶受拉破坏先于拱腰和掌子面的受剪破坏,拱顶掌子面后方1 m处第一主应力达到最大值;随着开挖进尺的增大,拱顶第一主应力和拱腰、掌子面处D-P值均增大,隧道更易发生破坏;Ⅳ级较差围岩,开挖进尺建议取2.0 m,Ⅳ级偏好围岩开挖进尺可增大至4 m。     

轨道交通大断面深埋隧道施工工法——扩大拱脚台阶法

为适应轨道交通建设的新环境、新形势,结合重庆主城区地形地貌、地质条件和轨道交通车站特点,提出一种新的大断面深埋轨道交通车站隧道的施工工法——扩大拱脚台阶法。该工法以新奥法为基本理论依据,充分发挥围岩的自稳能力和开挖面的空间约束作用,通过初支大拱脚的设置,将拱部荷载传递至拱脚围岩,从而提高拱部初期支护的承载能力和稳定性。同时,通过分台阶分步开挖,能够为大断面隧道开挖提供充足的施工作业空间,有效提高隧道的施工工效,节约工程投资、缩短工期。以重庆轨道交通9号线红岩村站为例,对该工法与双侧壁导坑法进行对比分析。通过理论计算分析,可以得出扩大拱脚台阶法对围岩的扰动更小,更有利于对围岩的保护和变形控制,工程风险更加可控。