隧道围岩与衬砌结构变形规律数值模拟研究

针对隧道施工过程中的围岩稳定性问题,运用FLAC软件比较分析了未采用衬砌与采用衬砌加固两种工况下隧道围岩的应力分布与变形规律.数值计算中采用摩尔-库仑弹塑性模型,隧道衬砌与周边岩体之间的接触面采用接触单元.结果发现,未采用衬砌加固措施前,隧道周边岩体变形较大,隧道硐室出现大规模的垮塌现象;经过混凝土衬砌加固之后,岩体变形显著减小.此研究对隧道的开挖与衬砌结构的施工提供重要参考价值.     

不衬砌水工隧洞围岩稳定性数值模拟分析

针对高渗压作用不仅会改变岩土体的应力状态,同时可能会使岩体劈裂、破坏岩体的原有结构的现象,基于流固耦合分析理论,利用快速拉格朗日有限差分法对隧洞围岩稳定性进行分析。从考虑渗流效应时围岩开挖稳定性、内水作用下围岩力学特性方面开展研究,得到围岩开挖后应力场、位移场分布特征,开挖卸载对渗流场的反馈,内水作用下隧洞的破坏特征和水力特性演变趋势。研究结果表明:对隧洞施工过程中采取安全措施,富水条件下的隧洞工程防排水提供一定的理论参考。     

大伙房输水工程特长隧洞TBM选型及支护系统优化研究

研究目的:大伙房输水工程特长隧洞主洞长85.32 km,开挖洞径8.03 m,属于深埋特长隧洞。由于隧洞施工采用以TBM为主、钻爆法为辅的联合施工方式。隧洞穿越区域水文地质条件复杂,通过对TBM合理选型和支护系统优化,来解决隧洞开挖过程中面临的围岩稳定性、隧洞涌水、石英砂岩的掘进效率及岩爆等三大关键技术难题。研究结论:通过对大量文献资料和工程实例的研究,对大伙房特长隧洞所穿越区域的主要工程地质问题进行分析,并结合国内外已有的TBM施工经验,特长隧洞决定选用敞开式TBM,锚喷支护+模筑混凝土复合衬砌结构支护系统代替管片衬砌结构。对大伙房输水工程特长隧洞的建成发挥了重要的保证作用,也为今后类似工程提供参考和借鉴。     

强富水裂隙岩体隧道衬砌水压力特征及稳定性研究

为控制隧道穿越强富水裂隙岩体围岩稳定性,以天河山隧道为例,采用三维相似模拟试验研究了衬砌水压力特征,得出相较于传统的无环向盲管而言,有环向盲管的配置使得衬砌背后水压力轻微减小;在衬砌结构的关键交接点上的衬砌背后水压力的数值相对于非交叉位置衬砌背后水压力值较小;围岩底部排水系统和衬砌环向与纵向盲管排水系统之间相互配合,此种设置能够降低高水压富水裂隙岩体隧道衬砌背后的水压力。同时提出了“反压土石回填+型钢支撑+小导管注浆+超前管棚注浆”控制措施。现场监测结果表明：隧道钢拱架最大受力位置为拱顶,受拉值为45.3 MPa,最大围岩压力出现在左侧拱墙,为0.129 5 MPa,且二者在仰拱施作完成后围岩压力趋于稳定,说明整体结构处于安全状态。     

山岭隧道水压力分布对围岩稳定性及结构受力影响研究

采用平面有限元数值模型分析透水衬砌、排水系统和墙脚排水3种排水形式下,无水压、衬砌水压力在均布和非均布时蛋形断面和圆形断面山岭隧道围岩的稳定性及结构受力特征。研究了衬砌水压力不同分布对隧道位移、塑性区和结构受力的影响规律,并对衬砌水压均布与非均布的结果进行了对比分析。分析结果表明:水压力的存在使隧道位移、塑性区范围和塑性应变最大值显著增加,对围岩的稳定性不利,特别是对结构受力的影响更加显著。水压力较大时,从围岩稳定性和结构受力来讲采用圆形断面优于蛋形断面。水压力不均匀分布时对围岩稳定性和结构受力均产生不利影响。     

特长隧洞TBM施工与锚喷支护应用研究

研究目的:通过对特长隧洞衬砌结构的选择、支护参数设计、不良地质段支护技术等方面的研究,为特长隧洞的优化设计和TBM的结构安全和快速施工提供技术支持,工程经验可供今后类似工程参考。研究结论:大伙房输水工程特长隧洞根据围岩条件选择了开敞式TBM+锚喷支护复合衬砌施工方案,并且获得成功。实现的采用锚喷支护+二次衬砌复合衬砌替代管片衬砌既符合现代支护系统的NATM设计理念,解决了TBM施工的止水与排水难题,又节约了大量土地和大量资金。     

岩体隧道围岩弹塑性变形条件下管片衬砌支护机理研究

基于D-P屈服准则的围岩支护作用理论,以隧道掘进机(TBM)施工过程中支护位置与掌子面的距离作为动态参数,综合考虑注浆圈的应力变形特征,构建岩体隧道围岩弹塑性变形条件下围岩、注浆圈和管片衬砌三者动态变形协调方程,提出三者的变形计算方法和管片衬砌围岩压力计算方法,明确管片衬砌对采用TBM开挖的岩体隧道的支护机理。针对新街台格庙岩体隧道工程实例,计算不同支护条件下围岩变形及管片衬砌围岩压力,并通过数值模拟验证理论方法的合理性和有效性。结果表明:如果在掌子面开挖处开始进行支护,管片衬砌围岩压力将达到1.91 MPa,管片安全系数仅为0.76;如果在掌子面后4 m开始进行支护,安全系数将提升至1.25。建议距离掌子面12 m处开始进行支护,可将围岩压力降至0.24 MPa,管片衬砌具有较高的安全系数。     

隧道施工方法数值模拟分析

利用平面数值有限元模拟方法,分析隧道不同的开挖施工方法对围岩和隧道结构的影响,分别从衬砌结构内力大小和隧洞洞周变形等方面进行比较,通过对比分析,比较不同施工方法的差异,得出一些有益的结论。     

特大断面导流隧洞的施工监控量测分析

为了掌握围岩动态和支护工作状态,确定和修正隧洞支护参数,对某特大断面导流隧洞施工过程进行了现场施工监控量测.通过对实测位移值的回归分析,进行了洞内围岩稳定性判断,为支护结构体系施工优化提供可靠依据,也为类似工程的设计和施工提供了有益的数据和参考.     

渗流—应力耦合条件下隧洞围岩变形时空演化特征分析

由于地应力与渗流同时作用下的岩体力学参数及隧洞围岩变形极为复杂,对其围岩作稳定性分析非常困难。运用理论分析及数值模拟等方法,分析了渗流—应力耦合条件下锦屏二级水电站辅引3#支洞的硬岩损伤及其劣化本构模型与参数变化,构建了渗流—应力耦合条件下隧洞计算模型。计算结果表明,隧洞开挖过程中围岩位移的总体趋势表现为向临空面方向移动,洞室位移分布与地应力方向存在密切关系,位移矢量受地应力主应力方向影响明显,地下洞室沿轴线方向的位移不可忽略,地下洞室选址轴线与最大主应力方向应该尽量平行。