不同净距双洞隧道上下台阶法同时开挖数值模拟分析

为研究不同净距双洞隧道在上下台阶法同时开挖下的围岩变形、受力及支护受力情况,文章基于Midas/GTS软件平台对10m、14m、18m、22m净距双洞隧道进行了数值模拟分析。结果表明:(1)隧道中岩墙一侧拱腰水平位移相比左侧拱腰大,拱顶处、仰拱处水平位移较小,且随着净距变化其值基本保持不变;(2)隧道拱顶及仰拱位置处围岩竖向位移较大,拱腰处较小,随着隧道净距增大各部位竖向位移均减小;(3)随着隧道净距的增大拱顶及仰拱处的水平应力及竖向应力逐渐减小,但减小幅度较小,同时拱腰处水平应力及竖向应力变化较大,且减小幅度不断扩大;(4)随着净距的增大,锚杆轴力最大值及喷混结构最大拉应力发生了减小,减小幅度逐渐扩大。     

基坑开挖对近接地铁车站的影响规律研究

文章依托广州地区某邻近运营地铁车站的基坑工程,使用数值分析方法,建立了考虑车站结构-土体-基坑围护结构共同作用的二维非线性数值计算模型,研究了基坑与车站间隔距离、基坑开挖深度等参数变化情况下,地铁车站结构的变形规律及振动响应特性。计算结果表明,基坑开挖明显改变了邻近地铁车站的变形场。基坑开挖越深,距离车站越近,影响越加明显。基坑开挖引起地铁车站的变形表现为竖向隆起和向基坑内侧移动;随着基坑开挖深度的增加,车站结构水平位移变化较为明显,最大竖向位移变化不大,但竖向位移差变化明显,对结构影响较大;在列车动载作用下,随着基坑开挖深度增加和间隔距离的减小,对基坑围护结构本身和邻近车站结构的振动响应特征都将产生影响,而且这种影响均是加剧结构的振动。文章进一步提出了控制车站结构变形的技术措施,为类似地铁车站设计和施工提供了参考。     

侧面溶洞对双连拱隧道初期支护的影响研究

在石人山岩溶双连拱隧道施工期间,曾预报并揭露侧面溶洞,隧道修建存在一定的困难。本文利用FLAC3D设计并实施二维数值试验,模拟双连拱隧道在侧面溶洞的影响下的开挖过程,对初期支护的结构内力(弯矩、轴力)进行了分析,结果表明:侧面溶洞的存在使得初期支护的弯矩和轴力普遍减小,对于双连拱隧道的右洞拱顶、拱脚、左洞内拱腰、拱脚处初支的弯矩产生较大的增幅,这4个位置应当注意监测、谨慎设计。     

盾构扩挖法建造地铁车站的监测方案设计

盾构扩挖法建造地铁车站可以解决区间盾构施工和车站施工在工期上的矛盾。选取北京地铁十号线三元桥车站起始里程18.6m范围作为试验段,开展了盾构法与明挖法结合建造地铁车站的方案研究。为了确保试验段安全顺利地施工,同时为以后推广此类车站的设计和施工收集试验数据,特编制本监测方案,包括施工安全监测和试验数据监测。针对试验段的特殊情况,重点对盾构管片位移与变形、管片张开度、基坑外地表沉降、土体位移、基坑土钉支护墙水平位移、支撑轴力、节点处结构应力和管片内力进行了监测设计。     

不同节理位置及倾角对隧道围岩稳定性的影响分析

文章以黄土含节理地区隧道开挖为例,采用有限元软件Midas建立模型,并考虑不同节理位置和节理倾角两种工况,对隧道围岩变形以及应力变化规律进行了分析。结果表明:(1)考虑不同节理位置时,对于水平位移,节理的存在会略减小靠近节理一侧拱腰的最大水平位移;对于竖向位移,节理的存在使得最大竖向位移向节理处靠近。节理在拱腰、拱肩和拱顶时,其最大竖向位移比无节理时分别大8.8%、10.3%和0.3%,节理在拱肩处应力比拱腰和拱顶时围岩应力分别大3.2%和4.0%。(2)节理倾角为30°、45°、60°和90°时的最大竖向位移值比无节理时分别大23.0%、14.8%、9.3%和7.4%,随着节理倾角的增大,最大竖向位移值逐渐减小;节理倾角为45°、60°和90°时的最大应力比节理倾角为30°时分别小0.4%、1.1%和2.0%,随着节理倾角的增大,最大围岩应力逐渐减小,但整体变化趋势不大。     

分离式套拱加固带裂缝衬砌的变形规律试验研究

文章基于1∶10的相似比制作拱顶带单条纵向裂缝且裂缝深度为原衬砌厚度1/3的隧道二次衬砌模型,采用弹簧模拟地层抗力,进行了分离式套拱加固衬砌(原衬砌与新增套拱之间增设防水板)的径向加载试验,得出了带裂缝衬砌经分离式套拱加固后的变形规律与破坏模式。结果表明,在松动荷载作用下,分离式套拱加固结构的受力过程分为"初期加载—预制裂缝径向贯通、预制裂缝径向贯通—套拱拱顶裂缝径向贯通、套拱拱顶裂缝径向贯通—试件破坏"三阶段,破坏荷载由原衬砌拱腰截面控制,关键部位破坏顺序为拱顶开裂—拱腰断裂—拱顶破坏,整体破坏性质为脆性破坏。     

系统锚杆的非均衡支护研究

文章以乌蒙山二号四线铁路车站隧道为工程依托,采用数值模拟手段,对多部开挖隧道系统锚杆的非均衡支护进行了研究。结果表明:在均衡支护条件下,系统锚杆轴力呈现"拱肩(1、2部)拱脚(4、5部)边墙(6、7部)拱顶(3部)"的分布,部位不均衡性显著;拱脚、边墙部位的锚杆轴力左右不对称现象也很显著,具体表现在先挖侧大于后挖侧;拱顶的锚杆轴力很小,几乎未起作用。通过分别改变锚杆长度、间距和直径,进行系统锚杆非均衡支护分析,并与均衡支护工况相比,单环节省锚杆用量分别为37%、36%和36.93%,经济效益显著。     

白山隧道塌方处治技术及其监测结果分析

白山左线隧道施工中,针对塌方发展过程和塌方机理,实施了一套基于"地表排水、围岩注浆、衬砌增强、基底防降"的塌方综合治理方案。文章分析了方案实施后的地表沉降、拱顶下沉、拱腰和边墙水平收敛的位移变化规律,以及初期支护背后水压力、初期支护与围岩的接触应力、锚杆轴力、型钢拱架应力及二次衬砌混凝土应力的发展趋势。结果表明:在软弱围岩地段,拱墙二次衬砌的施作显著改善了初期支护与围岩的接触应力,有效地减小了地表沉降及隧洞周边位移;同时,拱墙二次衬砌能有效地分担锚杆和型钢拱架的的部分荷载,改善仰拱二次衬砌的受力状况;塌方综合治理方案效果较好,保障了该隧道剩余塌方段的安全施工。     

山岭隧道开挖施工方案比选研究

文章采用有限元软件MIDAS/GTS分别建立山岭隧道全断面法和三台阶法两种施工模型,通过设置监测点,重点分析了两种施工方法的位移、最大主应力变化规律,并对比分析了两种方法施作后的围岩塑性区大小和位置。结果表明:相对于全断面法施工,采用三台阶法施工时隧道拱顶、仰拱以及侧墙和拱脚变形值分别减小了37.0%、48.5%、17.4%和15.8%,在结构设计中应该考虑加强仰拱处的结构强度设计以增加仰拱处围岩稳定性;全断面法施工对拱脚影响较大,三台阶法施工对仰拱和拱脚影响均较大,设计和施工时应该对上述点进行重点关注,必要时采取加固措施;运用全断面施工方法时塑性区主要出现在两侧拱脚位置,而运用三台阶施工方法时塑性区主要出现在两侧拱脚位置以及侧墙和拱脚之间的拱腰位置,且前者塑性区面积要大于后者;综合分析围岩位移、最大主应力以及塑性区大小等方面可知,采用三台阶施工方法更为优越。     

地下连续墙支撑布置的探讨

地下连续墙作为地下基坑围护加上钢支撑的围护体系已被广泛用于建造地铁车站，在考虑支撑布置设计中，本文就外部条件和基坑宽度、深度等参相同的情况下，对三道支撑和四道支撑二个方案在计算地下连续墙弯矩、位移和支撑轴力等方面进行对比，其结构配筋基本接近。，     

爆炸应力波在洞室围岩中的分布及洞库稳定性研究

文章采用模型试验和数值计算相结合的方法,对爆破应力波在下部已有洞库围岩内的传播及洞室的安全稳定性进行了研究,得到了爆炸波在洞室围岩体内的分布规律及拱顶的位移曲线。结果表明:压力峰值随着距爆点距离的增大而逐渐减小,通过爆心竖直测量线上的垂直压力峰值大于通过洞室形心水平线上对应位置处的压力峰值,水平测量线上测点的垂直压力峰值基本上大于水平压力峰值;正拱顶部位爆炸压力峰值小于衬砌材料的抗压强度,且拱顶没有产生不可恢复的永久位移,洞室是安全稳定的;交通隧道爆破施工时,应重点监测其下方洞室正拱顶及拱脚与侧墙顶部交接部位衬砌的动态反应。     

公路隧道超欠挖对围岩及支护结构稳定性的影响研究

为确保崇爱高速公路观音山隧道施工安全,文章基于Plaxis 3D有限元数值模拟方法.通过对比不同超欠挖位置、深度、角度的八种超欠挖工况,模拟研究了观音山隧道施工过程中存在的围岩超欠挖及其对支护结构和围岩稳定性的影响,探究了超欠挖状态下隧道围岩变形规律及结构应力变化规律。结果表明:拱顶位置的超欠挖对隧道沉降最小值的影响较大,在拱脚处超欠挖对隧道沉降最大值的影响较大;围岩超欠挖对拱顶部位欠挖的影响大于超挖,而在拱脚处超挖的影响要大于欠挖;拱脚处的围岩超欠挖影响大于拱顶。总的来说,隧道超欠挖会对围岩稳定性造成一定程度的影响,但在深度与范围可控的前提下影响是有限的。     

地铁车站下穿地下通道段的施工监控量测分析

监控量测是隧道新奥法施工不可缺少的一个环节，是监视围岩和支护稳定性的重要手段及判断设计、施工是否正确合理的主要依据。文章以重庆市大坪地铁车站为例，介绍了下穿地下通道段隧道的施工技术及监控量测方法，并通过对隧道拱顶下沉及周边收敛位移量测和钢格栅拱架应力量测结果的分析，验证了该隧道围岩支护的稳定性。     

副拱对连续刚架拱桥的纵向地震响应影响研究

文章以罗文大桥为例,建立全桥有限元计算模型,分别进行自振特性分析和地震响应时程分析,研究副拱对本桥振型和频率的改变,并在一致激励和行波效应下分析有无副拱对主拱各截面内力和拱顶位移的影响。研究表明:副拱设置后能略微提高连续刚架拱桥的频率;在一致激励下,副拱可以改善边跨三角刚架区受力,但会增大主跨三角刚架区内力;在行波效应下,有副拱会增大边跨和中跨斜腿处的剪力弯矩,但可减小边跨斜腿与拱肋连接处的弯矩;设置副拱可减小拱顶纵向位移,随着剪切波速增加两拱顶位移呈相反变化趋势。     

衬砌空洞对隧道结构安全性的影响规律研究

为了研究衬砌空洞对隧道结构安全性的影响,文章基于FLAC 3D有限差分软件,建立六种不同工况下的隧道衬砌空洞数值模型(无空洞和衬砌空洞位置分别为拱顶、拱肩、边墙、拱脚和底板),并通过对比不同位置衬砌空洞下隧道模型的变形位移、应力分布特征、最大主应力和最小主应力数值特点,得到了空洞位置对隧道衬砌结构变形和受力的影响规律。     

高地震烈度下超大直径海底盾构隧道地震响应分析

文章运用FLAC3D软件,采用动力有限元法,对高地震烈度下超大直径海底隧道地震响应进行了分析。分析结果表明:与单纯自重应力场作用下相比,地震作用会造成结构内力的增大,拱顶及拱腰为其受力薄弱部位;在重力及地震共同作用下,衬砌结构的拉应力主要出现在拱顶附近,最大拉应力超过C60混凝土的抗拉强度设计值,拱顶的衬砌管片可能出现局部脱落;衬砌结构的最大受力和位移一般发生在地震2~6 s的时间段;各关键点位置的位移、弯矩、剪力、轴力时程曲线具有相似的变化规律;隧道衬砌最大水平位移为3.6 cm,最大竖向位移为3.7 cm。     

平南三桥不同封拱脚方案对比分析

平南三桥为主跨575m的中承式钢管混凝土拱桥,其管径大、吊重大、吊装节段数多,如果采用传统的"先合龙,再封拱脚"的施工方案,会导致施工过程中线形和各扣索索力均匀性较差。为确定合理的封拱脚时机,确保施工安全,文章采用"过程最优,结果可控"一次张拉施工优化计算方法,从施工线形、扣索索力均匀性和拱圈应力等几个方面对三种封拱脚方案(单片拱肋两岸各吊装第四段后封拱脚、单片拱肋两岸各吊装第六段后封拱脚、单片拱肋两岸各吊装第八段后封拱脚)进行对比研究。研究结果表明,单片拱肋两岸各吊装第六段后封拱脚方案的施工线形、各扣索索力均匀性和拱圈应力等均较好,为最佳施工方案。基于此,对第六段封拱脚施工方式下拱圈实测线形和目标线形进行比较,进一步验证了施工方式的合理性。     

强震作用下支护-结构一体化管幕预制法地铁车站地震响应研究

地下工程支护-结构一体化管幕预筑法是一种全新的暗挖施工方法,改变了传统暗挖法先加固、后支护、最后施作主体结构的施工步序,将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成型。目前有关地下结构抗震问题方面的研究主要以分析传统施工工艺施作而成的地下结构地震响应问题为主,缺少对地下大断面管幕预筑法结构的抗震研究。文章基于有限差分软件FLAC3D,研究了管幕预筑法地铁车站的地震响应规律,结果表明:(1)在强震作用下,沿管幕车站结构高度各测点相对水平位移呈倒S型规律;(2)地震作用下车站结构应力值相对较大的位置主要集中在各管幕的连接处、中板与管幕的连接处、管幕与底板连接处;(3)与单向地震作用相比较,双向地震作用下车站结构的加速度和最大水平应力值均有所增加,水平位移、相对水平位移有所减小。     

基于两种拱盖法修建的青岛地区上软下硬岩质地层大跨隧道结构稳定性研究

拱盖法是基于纵深刚度差异较大的“上软下硬”地层条件,在充分吸取盖挖法、双侧壁导坑法等工法的成功经验或者不足之处的基础上发展起来的一种暗挖大跨隧道修建技术,拱盖法主要有双层初期支护拱盖法和二次衬砌拱盖法。文章以青岛地铁某暗挖大跨车站为例,结合站址范围内上软下硬复合地层的特征,通过数值方法对两种拱盖法修筑的隧道结构稳定性进行分析研究。结果表明:1)二次衬砌拱盖法采用纵向9 m拆撑安全步距施工时,外层初期支护棚护作用的“空间刚度效应”不足以弥补其拱盖的“拱”效应,双层初期支护拱盖法修筑技术更有利于隧道变形控制;2)隧道下部岩体开挖时拱盖结构的承载、保护作用显著,但在相同等地质环境条件下,二次衬砌拱盖法施工对拱脚岩体的塑性破坏作用更明显,换言之即二次衬砌拱脚对岩基的强度和刚度要求更高;3)初期支护拱盖法结构受力控制部位为拱肩及拱脚,二次衬砌拱盖法结构受力控制部位为拱脚,后者拱脚控制内力约为前者的1.56倍,前者的“梁”效应比较明显,后者的“脚”效应比较明显;4)为地铁百年服务工程安全计,建议优先考虑采用双层初期支护拱盖法施工。     

水平互层条件下不同扁平率隧洞变形破坏过程及特征

预制不同扁平率的互层围岩隧洞试件，通过试验研究互层围岩隧洞周围的变形破坏特征，并采用数值模拟对互层围岩隧洞周围的应力、应变分布进行分析对比。3种试件的扁平率分别为0.45(S试件)、0.55(M试件)和0.65(L试件)，研究发现，S试件的整体破坏模式为压缩破坏模式（TC模式），易在拱腰处出现明显的压剪破坏，在拱肩附近形成拉-剪复合型裂缝；M试件为混合破坏模式（TX模式），易在拱顶处出现较为明显的张拉破坏，在拱肩处形成明显的压-剪复合型裂缝；L试件为孔洞破坏模式（TH模式），易在拱顶处出现明显的张拉破坏，在拱脚处形成拉-剪复合型裂缝。此外，隧洞周围应力、应变分布与不同扁平率隧洞的压缩破坏特征有明显的相关性，且隧洞同一位置应力水平的差异性是3种扁平率隧洞呈现不同破坏模式的主要原因。