隧道开挖跨度对围岩级别的影响研究

为进一步提高公路隧道围岩级别判定的准确性,以围岩位移作为围岩自稳能力的评价依据,探讨洞室跨度对公路隧道围岩级别的影响.通过数值模拟方法,对公路隧道两车道、三车道和四车道3种断面尺寸,Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级和Ⅵ级6种围岩级别进行了模拟开挖,以围岩位移值增加幅度作为围岩稳定降低程度的评价依据,探讨不同围岩质量下跨度对...     

公路隧道穿越陡倾煤层采空区力学特性分析

针对隧道穿越陡倾煤层的施工力学特性,采用数值计算方法,探讨隧道施工对采空区围岩变形和受力的影响,结果表明,围岩应力分布规律受采空区影响显著,陡倾煤层采空区前后15 m为隧道施工过程中加强支护和重点监测范围.通过分析陡倾采空区对隧道结构的影响程度和规律,发现采空区的存在使得隧道支护结构主应力最大值增大约15％ ～20％,...     

下伏采空区对既有公路的影响规律研究

运用FLAC^3D对“公路-采空区”模型进行数值计算,得出了下伏采空区对既有干线公路的影响规律,对矿区公路选线及对采空区的治理具有现实意义。     

隧道穿越倾斜煤层采空区段施工力学特征分析

为研究隧道穿越倾斜煤层采空区段时,采空区围岩的力学变化对隧道超前加固措施及支护结构的影响,采用Flac 3D软件模拟计算隧道穿越采空区的各施工阶段,分析采空区围岩施工力学特征的动态变化过程及隧道支护结构的受力特征。结果表明： 1）隧道在穿越上覆煤层采空区时,采用超前小导管注浆加固能有效阻止围岩的变形破坏; 2）中隔壁拆除后,初期支护结构承担了大部分围岩应力,拱腰及拱脚部位最小主应力值分别增加了13%、41.3%,改善了隧道结构的受力条件; 3）在采空区段锚杆轴力最大值为226 kN,发挥了很好的锚固作用; 4) 隧道穿越下伏煤层采空区时,采用填石注浆的加固改善比例为154.3%,治理措施较为合理。隧道二次衬砌结构的施作更是隧道安全的保障。     

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

本文以南(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,研究下伏采空区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。     

华蓥山隧道侧部采空区安全距离研究

以华蓥山高速公路隧道为研究对象,采用FLAC3D有限差分软件进行三维建模,分析距隧道不同距离的侧部采空区对隧道的影响,以此研究隧道侧穿采空区的安全距离。研究结果表明:随着采空区与隧道间的距离的不断增大,隧道主要特征位置的位移值均有不同程度的减小,最终趋于无采空区状态时的位移;隧道与相邻采空区之间的围岩是最容易破坏的区域;隧道侧穿采空区的安全距离大约为隧道跨度的1.5倍。     

开挖跨度对隧道围岩稳定性影响研究

通过建立有限元、离散元两种数值力学模型,开展开挖跨度对隧道围岩稳定性的影响规律研究。结果表明:在不考虑洞室形状影响的前提下,当围岩按连续介质假设,且开挖后仍处于弹性应力状态时,单纯增加隧道开挖跨度对围岩应力状态影响不大;但若开挖后进入弹塑性应力状态,则单纯加大开挖跨度会导致塑性区半径大幅度增加,影响围岩稳定。当围岩按非连续介质假定时,岩体失稳主要呈现节理面间剪切滑移。开挖跨度增大相当于隧道跨度与岩块的相对尺度增大,隧道关键块体失稳概率加大,对于相同产状节理岩体,关键块体出现部位相同;另一方面,跨度增大引起在隧道开挖的应力扰动区内遭遇节理的组数增加,组数越多,岩体越破碎,失稳概率越大,且失稳模式各有不同,增加了支护难度。     

下伏水平煤层采空区对隧道开挖稳定性影响研究

隧道下伏水平采空区时将对洞周位移、初期支护内力、围岩应力产生不利影响。以达万高速公路天坪寨隧道为依托工程,采用FLAC3D模拟了隧道下伏水平采空区时的开挖过程,分析了煤层厚度对隧道洞周位移、初期支护内力和围岩应力的影响。结果表明,随煤层厚度的增加,拱顶沉降、拱底隆起及洞周最大位移显著增加;当煤层厚度小于1.7m时,随厚度增加,最大正弯矩、最小轴力均明显增加;超过2m后,初支内力的变化趋于稳定;煤层厚度变化对拱顶围岩压应力以及洞周围岩最大压应力有较大的影响。     

基于三维有限元分析的隧道开挖效应研究

隧道的开挖引起围岩应力状态的变化,改变了隧道围岩的力学性能。在三维非线性有限元计算的基础上,研究分析了隧道开挖全过程中隧道围岩应力、位移变化规律以及开挖结束后隧道周边的应力、位移状态。研究结果表明:隧道的开挖是一个先加载后卸载的过程,隧道开挖卸荷效应在隧道拱底表现最为明显,拱顶次之;在隧道轴线方向上开挖对周边围岩的影响范围约为掌子面前后各1倍的隧道跨度,在隧道横断面方向上约为2倍的隧道跨度,对隧道截面中心岩体的影响范围在隧道轴线方向上约为掌子面到达该断面前1倍的隧道跨度。此外,文中还将计算结果与工程实际进行了定性的比较和分析。     

扁坦超大断面小净距隧道支护结构的力学性状

超大断面软弱围岩小净距隧道跨度大、埋深浅、施工步骤多、中间岩柱受力复杂、围岩稳定性差.为了研究适合于浅埋软弱围岩超大断面小净距隧道施工的工法,采用有限差分软件FLAC-3D对其施工过程进行数值模拟,模拟研究8车道超小净距隧道V级围岩条件下的双侧壁法、三台阶法和CRD法施工过程,揭示该隧道在施工过程中的围岩变形规律、中间...     

深埋富水岩体隧道三台阶法施工数值模拟和参数优化——以正盘台隧道工程为例

为解决深埋富水岩体隧道三台阶法施工参数优化问题,以崇礼高速铁路正盘台隧道三台阶法施工参数优化为例,以上台阶开挖高度、上台阶长度、下台阶长度和单步开挖进尺为参数,采用三水平流固耦合数值模拟正交试验,进行围岩稳定性分析和参数优化。计算结果表明:1)上台阶开挖高度对拱顶下沉、侧墙水平位移、开挖面挤出位移、塑性区范围的影响最显著。2)Ⅳ级围岩地段,上台阶开挖高度取开挖跨度的27.8%,约为4m;上台阶长度和下台阶长度均取开挖跨度的55.6%,约为8m;单步开挖进尺取开挖跨度的20.8%,约为3m。     

基于三维有限元分析的隧道开挖效应研究

隧道开挖引起的围岩应力状态变化，改变了隧道围岩的力学性能。在三维非线性有限元计算的基础上，研究分析了隧道开挖全过程中隧道围岩应力、位移变化规律以及开挖结束后隧道周边的应力、位移状态。研究结果表明：隧道的开挖是一个先加载后卸载的过程，隧道开挖卸荷效应在隧道拱底表现最为明显，拱顶次之；在隧道轴线方向上开挖对周边围岩的影响范围约掌子面前后各1倍的隧道跨度，在隧道横断面方向上约为2倍的隧道跨度，对隧道截面中心岩体的影响范围在隧道轴线方向上约为掌子面到达该断面前1倍的隧道跨度。此外，文中还将计算结果与工程实际进行了定性的比较和分析。     

风积沙地层大跨公路隧道施工过程力学行为分析

采用三维数值模拟和现场监测的手段,对风积沙地层大跨公路隧道超前支护效果、工法参数优化、围岩压力释放和沉降发展规律进行分析。通过计算结果与监测数据的对比分析,得出了风积沙地层隧道开挖过程中围岩压力的变化形态、二次衬砌施作时机和最终形变荷载大小以及沉降发展等规律。分析结果表明：旋喷桩超前支护将掌子面潜在失稳区域控制在旋喷壳下部掌子面前方D/2范围（D为单洞开挖跨度14m）;三台阶法施工台阶长度宜取（1/3～1/2）D;二次衬砌落后下台阶掌子面的距离宜取D/2;二次衬砌分担荷载较大,分担比例约为50%。     

下伏煤层采空区对公路隧道影响的数值分析

下伏煤层采空区具有隐伏性强、空间分布及变形复杂等特点,对公路隧道影响大,如何评价采空区对公路隧道的影响是目前的技术难题。文中结合工程实例,采FLAC~(3D)三维数值软件,系统分析了煤层开采引起的覆岩塑性变形、覆岩应力分布、隧道底板水平变形、倾斜及曲率等特征。结果表明,随着煤层的逐步开挖,空区上覆岩层至地表均产生了一定程度塑性变形;隧道底板水平变形量、倾斜值、曲率值超过容许变形值,需采取工程措施处治或避让处理。     

公路隧道穿越急倾斜采空区的治理技术

针对目前公路隧道穿越采空区的研究热点,以成渝高速公路(复线)巴岳山隧道为研究对象,介绍了急倾斜采空区治理技术现状,对公路隧道穿越急倾斜采空区治理的原则进行了总结,计算了巴岳山隧道急倾斜采空区对隧道稳定性的影响,并结合急倾斜采空区治理实践,对隧道穿越急倾斜采空区治理技术进行了分析.研究表明,急倾斜采空区治理应首先对隧道上部采空区进行超前支护,然后对围岩塑性变形区进行加固.实践证明,利用注浆加固技术强化采空区围岩结构,并配合双层小导管超前支护措施在公路隧道急倾斜采空区治理中具有重要推广价值.巴岳山隧道采空区影响段现场监控量测结果显示,治理技术方案实施40d后,格栅拱架应力基本稳定在1.2～1.8MPa,各监测断面水平收敛和拱顶沉降总变形量均未超过40 mm.     

隧道穿越煤层采空区数值模拟与处治对策研究

结合华岩隧道施工实例,采用三维有限元计算模型模拟隧道穿越煤层采空区施工过程,对施工力学机理及超前大管棚支护作用下围岩的稳定性进行研究。研究结果表明:在隧道顶部存在采空区的条件下,围岩稳定性受到很大影响,其强影响区范围为3~56 m;在强影响区范围采用超前大管棚预支护措施可有效提高围岩稳定性。     

基于围岩亚级分级的浅埋偏压隧道初期支护优化方法研究

现行公路隧道岩质围岩分级方法采用岩石坚硬程度、岩体完整程度等常规的指标,且分级结果跨度较大,不能满足工程需要。在实际工程中,许多公路隧道会受到浅埋和偏压的影响。依托广西南宁玉象隧道,考虑采用埋深和偏压两个指标,用数值模拟的方法,根据隧道开挖后毛洞的自稳性对围岩进行亚级分级,在此基础上对不同亚级提出对应的初期支护方案。结果表明,该隧道围岩级别可以再分为3个亚级,研究结果对类似受到浅埋偏压影响隧道的初期支护设计和施工具有参考意义。     

滇中红层地质大断面浅埋隧道的工法适应性研究

大断面公路隧道浅埋段地质条件多变,结构受力复杂;加之处于层间结合力差的滇中红层地区,在隧道开挖过程中极易发生围岩坍塌、失稳,支护变形、开裂等灾害影响。考虑隧道施工过程及运营期间的安全性和结构耐久性,应根据隧道所处地质环境选择合适的施工工法;本文工程背景为宜石公路昆明段山冲箐隧道,借助Midas GTS/NX有限元软件研究V级围岩条件下不同开挖工法对隧道稳定性的影响。结果表明CRD工法在V级围岩段施工时,隧道右拱腰处水平位移值最小;采用双侧壁导坑法开挖时,隧道左拱腰位移、拱顶沉降以及围岩塑性区分布范围较小;基于不同工法结果对比,建议在类似工况中采用双侧壁导坑法。     

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。     

大断面公路隧道CRD法施工影响下围岩变形规律研究

以山东滨莱高速双向8车道公路大断面乐疃隧道为依托工程,采用ABAQUS软件对CRD法施工过程中围岩变形规律进行了研究,并结合现场监测结果进行对比分析。研究结果表明:1)CRD法施工过程中,地表沉降呈现出阶梯状增大规律;2)随着开挖的进行,地表沉降最大值点不断移动,全断面开挖完成后,最终地表沉降曲线呈正态分布;3)隧道开挖对地表的影响范围在隧道中心线两侧40 m左右,约为2倍隧道跨度,在该影响范围内,应加强监测;4)通过统计53个实测断面监测数据,得到浅埋段地表下沉及拱顶下沉监测值分布具有一定相似性,在类似的工程条件下,建议拱顶沉降值宜控制在30 mm、周边收敛控制在20 mm。