大跨距渐变四连拱隧道施工力学效应数值模拟研究

以秦岭终南山公路隧道2号通风竖井工程风道系统一大跨变截面四联拱隧道为工程背景,采用三维有限差分(FLAC3D)对该四联拱隧道施工过程进行了三维数值模拟计算,计算分析了开挖过程中和开挖后的二次应力场、变形场变化规律和塑性区分布特征,得出了关键施工部位的位移和应力分布与大小,提出了四联拱隧道施工过程中国岩的应力、位移变化规律及在施工中应重点关注的部位,以此作为确定岩体开挖、围岩加固支护方案和计算相应参数的依据,并对实际工程进行指导.     

浅埋暗挖双连拱隧道施工力学分析

北京地铁13号线东直门区间地层复杂松散，隧道设计采用了双连拱形式和浅埋暗挖的施工方法。文章采用有限元法对该区段隧道施工过程进行力学模拟计算，得出浅埋双连拱隧道施工过程中周围土体的应力情况和变形情况，为选择合理的施工方法提供理论依据。     

黄土连拱隧道施工方案优化分析

为了优化双连拱隧道的施工方案,依托山西某黄土连拱隧道,利用ANSYS建立数值模型并导入FLAC3D中,模拟了三导洞法和台阶法的开挖,分析了两种施工方案下连拱隧道的拱顶沉降、地表沉降规律,拱顶和中隔墙大主应力变化以及压力拱范围,结果发现:台阶法施工该连拱隧道的拱顶沉降、地表沉降、应力影响范围比三导洞法小,台阶法施工连拱隧道使得中隔墙的偏应力条件较早得到纠正,形成了较好的受力体系。最终台阶法(三导洞法)形成的拱顶、中隔墙上部围岩压力拱为1.0D(1. 5D)范围,台阶法施工对围岩的扰动范围也更小。因此,为保证该隧道的整体稳定性,建议本隧道采用台阶法施工。     

浅埋偏压双连拱隧道施工顺序的有限元数值模拟分析

以某高速公路中的一浅埋偏压双连拱隧道为工程背景,运用MIDAS/GTS有限元软件,对其施工过程进行三维弹塑性分析。分别就三导洞施工方法中的"先外后内"和"先内后外"两种施工顺序下的施工过程进行数值模拟,重点分析围岩的变形与应力、初期支护应力的分布规律,中隔墙的应力变化,以及围岩塑性区的分布,进一步研究浅埋偏压情况下连拱隧道的稳定性,为后续设计和施工提供技术指导。     

长距离输气隧道顶管施工数值模拟分析

以西气东输二线滠水河长距离输气顶管隧道为例，采用 Plaxis 3 D 有限元软件对隧道开挖后的应力分布与沉降特征进行模拟分析，结果表明：开挖后土体经过应力重分布将在拱腰与拱顶产生较大应力；随着埋深加大，应力区范围减小，但应力值增大；经过支护后，应力基本恢复至开挖前的状态，3种埋深情况下的支护效果均能满足安全施工要求；隧道在20 m 埋深情况下拱顶最大下沉位移为1.5～2.0 cm，局部区域达到2.5 cm，需要在相关地段加强沉降监测。     

浅埋大断面铁路隧道穿越卵石土层施工优化研究

以新建铁路成都至兰州线(黄胜关)成川段红桥关隧道D2K253+935～D2K254+040段浅埋穿越卵石土层施工为背景,从隧道洞身所处的地质特性、浅埋偏压、周边环境等方面进行主要施工风险因素分析.在双侧壁导坑法开挖工法+拱部超前管棚支护的基本施工方案基础上,运用Midas-GTS有限元软件进行建模计算分析,隧道支护结构拱部沉降位移和靠山侧局部区域变形位移均较大;在基本施工方案基础上增设地表钢管桩,并在偏压严重地段增设抗滑桩等措施,以改善隧道赋存环境,保障隧道施工和支护结构的安全,降低隧道施工对周边基础设施正常使用的影响.     

开挖隧道套拱底部诱发的边坡稳定性分析

以某隧道开挖套拱后致上方局部坡体发生滑移拉裂破坏为研究背景,采用强度折减有限元法建立计算模型,分析在开挖隧道套拱底部时的边坡安全系数,侧坡总位移及有效塑性应变;并在此基础上提出边坡加固方案。数值计算分析表明,套拱上方局部坡体的滑移主要由于上覆土体偏压、土体地下水未及时排除和坡体支护不到位所致,其中土体富水对套拱上方局部坡体滑移起主导作用;通过6种支护工法对比分析,在开挖隧道套拱过程中及时排除地下水、对坡面做好混凝土支护、局部坡体进行注浆及锚杆支护,可有效提高边坡的稳定性。     

近接浅埋偏压黄土隧道支护结构的力学特性分析研究

研究目的:解决新建复线隧道与既有隧道平行近距离修建时,既保证新建隧道安全施工,同时确保既有线隧道的安全运营的问题。研究结论:(1)在浅埋偏压条件下,新建黄土隧道拱部下沉量和净空收敛量均较大;(2)围岩压力分布呈不对称猫耳状;(3)钢拱架远离侧应力大于临近侧应力,在支护体系中作用较大;(4)拱部和边墙喷射混凝土处于受压状态,而底部多为拉应力;(5)拱部系统锚杆受力较小,对结构的稳定性作用不大,而锁脚锚杆对结构的稳定性有一定的作用;(6)既有隧道受新建隧道开挖影响比较明显,新建隧道开挖对既有隧道产生了偏压和拉伸两种效应;(7)两近接隧道之间的间距对既有衬砌的影响较大,当间距一定时,临近侧所受影响大于远离侧所受影响。     

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。     

桥桩施工对邻近既有地铁隧道影响实测研究

研究目的:杭州市备塘路高架改造工程邻近已运营的地铁1号线,桩距离地铁最近为12.43 m,桩长67.9 m。因地铁1号线已有裂缝、渗水等状况出现,桩采用全套管钻孔灌注桩施工。为研究高架桥桩施工对邻近地铁隧道变形的影响,在桥桩施工过程中对周围深层土体水平位移、孔压、隧道结构水平位移和沉降进行监测。研究结论:(1)已运营地铁隧道出现渗水、裂缝现象时,在邻近既有隧道的桩基施工时采用全套管钻孔灌注桩施工对地铁影响较小,满足地铁隧道安全保护要求;(2)全套管钻孔灌注桩施工时,孔压对埋深较浅隧道的影响波动较大,但恢复也较快,对埋深较深的隧道影响恢复较慢,相对于埋深较浅的隧道来说,其变形较大;(3)全套管钻孔灌注桩施工时,上层土体位移较大,对埋深较浅的道床沉降产生较大的影响,而深层土体位移较小,对埋深较大的隧道影响较小;(4)本研究成果对桩邻近已运营地铁隧道等类似施工工程具有参考价值。     

杨干连拱隧道围岩变形治理技术

对杨干连拱隧道出口地质灾害造成初期支护变形的原因进行分析，通过对浅埋段围岩应力计算、前期临时加固方案确定、治理变形过程中诸多关键技术的叙述，形成了一套连拱隧道围岩变形治理技术。     

大断面双连拱隧道施工变形控制技术研究

浅埋暗挖法在地铁隧道施工中的应用越来越多,施工技术和水平也越来越高;在施工过程中遇到施工难度大且施工变形大的大断面双连拱隧道的情况也越来越多。本文以西安地铁六号线科技八路站~科技六路站区间隧道为背景,采用数值模拟以及现场监测数据分析的方法对大断面双连拱隧道施工过程中变形进行分析和预测,结合施工实际得出以下结论:(1)中洞开挖沉降在总沉降中所占比例最高,右洞沉降在总沉降中的比例比左洞大;(2)模拟的沉降曲线与现场监测数据变化基本符合,可用模拟结果指导施工和预测未来沉降,从而对施工方案进行相应的修改、完善。这对类似工程的施工设计有一定的参考价值。     

浅埋三联拱大跨隧道施工技术

结合北京地铁10号线熊猫环岛站-安定路站（含联络线）区间暗挖段三联拱隧道施工，阐述了浅埋三联拱隧道施工方案、工艺流程及操作要点等。     

半明半暗浅埋偏压隧道非对称式护拱施工技术研究

山岭隧道因地形地貌条件限制,洞口往往不可避免处于半明半暗、偏压等不利地形中,给隧道洞口施工带来很大安全风险和技术难题。传统施工方法采用大开挖刷坡及加强洞口支护设计,不仅使洞口上方围岩受扰动程度大,还额外增加很大的工程量及成本。本工程通过优化设计,采用一种浅埋偏压地形中非对称式护拱进洞开挖方法,具体的施工工艺流程为施工不对称护拱基础、施工护拱、暗洞开挖、洞口衬砌施作、洞顶反压回填。非对称式护拱减少了对隧道洞口的开挖,洞口无需进行大量边坡防护,大大节省施工工期及成本。半明半暗盖挖进洞施工方法适用于公路与铁路山岭隧道进出口、浅埋段及偏压部位的隧道洞口施工。     

半隧半路特殊隧道施工力学行为分析研究

研究目的:连拱隧道跨度大,在洞口边坡偏斜地段,为了避免高挖深填,保护自然环境,在埋深较大的一侧采用暗挖结构,埋深较浅的一侧修筑路基,中间是可以抵挡边坡推力同时兼作隧道边墙的耳墙,仍与中墙连成整体,即半隧半路的结构形式。半隧半路特殊隧道形式新颖,施工难度大,受力复杂,采用数值分析和现场测试开展了半隧半路特殊隧道施工力学行为研究。研究结论:暗洞开挖后,耳墙基础底部右侧围岩出现较大拉应力,形成弧形滑移带,实际施工中对耳墙基础底部采用锚杆+注浆进行加固。耳墙外侧在高8.5 m处出现较大拉应力,但小于混凝土抗拉设计值,经实测,耳墙水平位移值很小,表明耳墙的强度和稳定性都处于安全范围。暗洞的支护结构受力较小,施工完成后二衬应力变化较小,表明施工前对左侧边坡的加固处理作用明显,从而验证了半隧半路特殊隧道设计、施工的合理性,为以后类似工程提供借鉴。     

硬岩地层浅埋暗挖隧道成拱效应分析

研究目的:随城市化进程步伐的加速,浅埋暗挖法地铁隧道修建作为发展地下交通的重要手段。为研究浅埋暗挖隧道成拱效应,本文以青岛地铁工程的修建为研究对象,通过复变函数法弹性解析解及围岩应力和位移解析解计算围岩压力反推拱顶可承载厚度;通过拱盖变形量反推隧道拱盖承受的上覆荷载,进而说明在浅埋隧道也存在"成拱效应"。本文采用理论推导和数值模拟方法对浅埋暗挖隧道成拱效应进行模拟分析,并结合某车站现场实测数据进行说明。研究结论:(1)浅埋暗挖隧道围岩自身能承担上覆地层80%多的荷载,证明硬岩地层浅埋暗挖大跨车站也存在显著的自成拱效应,在设计与施工中需重点考虑;(2)硬岩浅埋隧道在一定覆岩厚度条件下存在成拱效应,围岩承受了大部分载荷,初支承受的荷载很少,印证浅埋大跨车站成拱效应存在;(3)本文研究结果可为今后硬岩地区浅埋暗挖隧道施工提供理论参考依据,并为类似隧道工程的施工与设计提供参考。     

浅埋暗挖软基隧道分部开挖拱脚地基承载力研究

针对目前浅埋暗挖软基隧道在分部开挖条件下支护结构拱脚受力进行专门理论计算分析的报道尚不多见的现状,基于Winkler弹性地基梁理论建立管棚超前支护和锁脚锚杆的力学模型,提出两者对支护结构竖向荷载的承载作用计算方法,并在此基础上推导拱脚地基荷载的计算公式,并进行实例计算分析。计算结果结合现场拱脚压力测试结果表明:提出的拱脚地基荷载计算方法可靠性良好,能够很好地解释地表过量沉降以及隧道中上部开挖步为位移控制关键步序的原因,提出浅埋暗挖软基隧道分部开挖时应重视对拱脚地基承载力进行验算,承载力不足时应采取措施,避免因此造成的隧道和地层整体沉降。     

高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术研究

本文以晋祠隧道为工程依托,对高边坡超浅埋偏压隧道开挖稳定性控制技术展开研究。采用有限元软件对偏压隧道进行数值模拟,分析施工过程中围岩和边坡稳定性,揭示不同应力释放率下隧道拱顶沉降规律和应力分布状态。在此基础上,对削坡回填治理方案进行数值模拟分析,验证了地形偏压对削坡回填后隧道整体变形的影响明显降低的结论,采用削坡回填法可降低晋祠隧道施工过程中边坡和隧道失稳风险。最后,对削坡回填处置后的偏压隧道进行现场监测和数值模拟结果对比分析,发现隧道拱顶下沉、拱脚收敛和地表沉降均呈现“前期快速沉降、变形量大,后期逐渐收敛、变形量小”的特点,证明削坡回填处置措施在治理高边坡超浅埋偏压隧道失稳时安全有效。     

静动荷载下桩网结构路基土拱效应细观分析

研究目的:为研究列车荷载下桩网结构路基中土拱效应的形成机理和受力特性,本文通过建立桩网结构路基简化离散元模型,利用PFC~(3D)软件对土拱效应机理进行细观研究,分析颗粒间的接触力链、颗粒的横向及竖向位移以及路基中的颗粒应力竖向分布。研究结论:(1)动荷载作用后,桩间土应力增加,土拱效应被削弱;(2)动荷载作用下,路基中会形成动力土拱,大部分动力会沿动力拱传递至桩顶上方;(3)等沉面的形成与位移拱有关,位移拱范围内桩顶上方颗粒挤入桩间土区域,从而导致位移拱范围外桩顶颗粒竖向位移增大,而桩间土颗粒竖向位移减小;(4)路基中设置土工格栅会降低土拱高度,削弱应力拱内多个虚拟土拱的作用,但比土拱更能提高桩土应力比;(5)本研究结果可为铁路路基结构工作机理分析提供思路和方法。     

3车道连拱隧道施工引起围岩位移变化的数值模拟

为研究三导洞施工对大跨度3车道连拱隧道围岩位移的影响,对某高速公路3车道连拱隧道施工进行实态建模,采用可以准确模拟岩土材料塑性屈服流动的有限差分法对施工过程进行弹塑性数值模拟,得出大跨度3车道连拱隧道开挖过程中周围地层位移的发展规律。