大断面隧道双侧壁导坑法数值建模及力学特性分析

依托广西百色达康隧道实际工程,简化隧道施工模型,通过FLAC 3D数值模拟软件构建了隧道施工动态三维模型,模拟了大断面隧道采用双侧壁导坑法施工流程,得到在不同施工步骤时隧道围岩应力、变形,以及隧道衬砌的轴力、弯矩变化情况,探究动态施工过程中围岩变形规律和支护结构受力变化规律,并且分析了隧道向前掘进时距掌子面不同距离的断面拱顶、拱底的变形量,分析了其变化规律,对双侧壁导坑法施工时超前支护与施工量测具有参考作用。数值分析结果表明,隧道开挖过程中隧道拱顶底达到竖直位移极值,左、右拱腰处产生水平位移极值;隧道开挖对前方围岩影响范围大约为隧道跨度;隧道衬砌轴力与弯矩最大值均出现在左侧导洞初期支护中期支护中部偏上,二衬拱脚两侧和隧道洞室顶部和仰拱处,所受内力较大。     

破碎围岩小间距隧道施工响应模拟分析

采用FLAC3D有限差分数值模拟程序,对破碎围岩条件下小间距隧道施工过程进行了动态模拟。通过对应力场、位移场的分析,研究了其施工响应特征。研究结果表明:地表沉降主要集中在核心土开挖过程中;先行洞与后行洞在开挖过程中相互影响,表现为位移、变形和应力的增大,其中以先行洞在地表沉降和拱脚应力方面对后行洞的响应更为明显,而对塑性区的变化则影响较小。实测值与数值模拟结果较接近,二者的变化规律大致相同。     

波纹钢拼装式连拱明洞结构受力数值分析

为了验证波纹钢拼装式连拱明洞结构的可行性,以高山寨隧道为工程背景,采用ABAQUS开展了波纹钢-混凝土结构明洞受力的数值分析。结果表明,明洞结构左右洞均是拱顶靠近中墙侧沉降值最大,右洞拱顶偏左处竖向沉降值最大,靠近边坡侧水平位移最大;明洞波纹钢结构在靠近中墙处和两侧拱脚的弯矩值最大,在两侧拱肩处波纹钢应力值最大;混凝土结构在两侧拱腰处应力最大;明洞结构受力状态处于安全范围内。     

多孔小净距隧道施工力学特性数值模拟与现场实测研究

以珠海市兴业快线东段隧道为工程背景,在FLAC^3D平台上对其开挖支护全过程展开数值模拟,重点关注隧道拱顶沉降及复合式衬砌围岩压力分布,并与现场监测结果相互验证。结果表明,带临时竖撑的上下台阶开挖方法引起的拱顶沉降呈“急剧沉降—缓慢变化—稳定收敛”的变化趋势,数值模拟与现场实测沉降终值基本一致,均小于规范要求的预留变形量,带临时支撑的上下台阶开挖方法可用于类似条件下隧道工程施工;主洞初期支护围岩压力呈外侧大内侧小、上部大下部小的分布形态,最大值出现在隧道拱肩位置(临时竖撑处);受后行主洞隧道开挖的影响,先行辅洞隧道初期支护上的围岩压力减小,二次衬砌承担了部分围岩压力,初期支护和二次衬砌的荷载承担比约为6∶4(内侧)、7∶3(外侧)。     

顶部充水溶洞隧道施工围岩位移特征分析

选取忠垫高速公路某岩溶隧道为研究对象,建立岩溶隧道三维实体模型,利用软件FLAC3D对拱顶部存在充水溶洞的隧道施工过程中的围岩位移特征进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行了比较分析。研究结果表明:隧道拱顶处围岩竖向位移最大、拱肩处次之;水平位移以边墙部为最大,拱肩处水平位移先向隧道内变形,后向隧道外变形。     

公路山岭隧道初期支护极限相对位移的确定

为计算公路山岭隧道初期支护的极限相对位移值,采用霍克布朗屈服准则,依据公路隧道设计规范和实际工程经验选取断面形式、支护方式以及材料参数,采用短台阶的开挖方式,对各级围岩不同埋深下3车道公路山岭隧道拱顶、拱腰和拱脚的极限相对位移值采用FLAC3D进行三维数值模拟,并依据突变理论确定。根据对计算结果的统计分析,提出可将洞周变形控制点位明确,细化埋深范围,通过分析上下开台阶开挖对不同点位变形值的影响,且与实际施工相结合,确定出开挖步的变化对洞周位移的影响。     

衬砌背后空洞对连拱隧道结构受力和破坏的影响研究

为研究衬砌背后空洞而诱发的连拱隧道结构破坏机制及解决维修整治难题，以衬砌背后存在空洞时的连拱隧道为研究对象，通过相似模型试验和有限元数值模拟，研究空洞位置及尺寸变化时连拱隧道围岩压力分布、结构安全状态及破坏演化规律。结果表明： 1）因为衬砌背后空洞的存在，连拱隧道内侧拱肩的土压力大于外侧拱肩，雁形区承受较大的围岩荷载； 2）空洞位置发生变化时，空洞同侧隧道拱顶、拱腰裂缝的形态及传播规律差距显著，空洞对侧隧道以及连拱隧道底部的影响相对较小； 3）当空洞位于中墙顶部时，拱顶安全系数比空洞位于其他位置时更小，而裂缝尺寸更大，且拱顶裂缝最早出现； 4）随左洞拱顶空洞尺寸的增加，中墙与右洞拱部交接处越容易产生裂缝，连拱隧道破坏程度越严重，空洞角度比空洞深度对连拱隧道结构破坏影响更明显，空洞角度的增加使得空洞区域内、空洞左侧边缘及左拱脚的裂缝更早出现。研究揭示了空洞位置及尺寸变化时的连拱隧道裂缝分布规律及扩展过程，建议对连拱隧道衬砌背后形成大尺寸的空洞及时进行注浆充填。     

浅埋暗挖河底隧道的衬砌受力性状研究

针对采用浅埋暗挖法修建的河底公路隧道,通过数值模拟、经验公式与现场实测,研究不同时期的衬砌受力性状。结果表明,在不同河水位下完成双洞的开挖与初衬,河水位越高,初衬拱顶的最大沉降也越大,但先行洞初衬拱顶最大沉降的增加幅度要大于后行洞初衬拱顶最大沉降的增加幅度;可采用折减系数法计算施作二衬前的初衬背后水压力,提出的折减系数的经验取值方法可供类似工程参考;在隧道长期运营后,相比接触密实的状态,仰拱衬砌与围岩之间接触松散使二衬的最大拉应力与最大压应力均增加;提出了隧道上方河水位的经验计算方法,可为研究衬砌的长期受力性状提供参考。     

无中墙连拱隧道爆破振动响应特性及安全控制措施

无中墙连拱隧道相较传统连拱隧道取消了中墙结构，其先行洞与后行洞初支拱架相互搭接构成整体隧道结构，因此在后行洞爆破开挖时，先行洞及连拱处的爆破振动安全控制极为关键。依托榨坊隧道工程，开展后行洞爆破振动跟踪监测，并对先行洞二衬的爆破振动衰减规律及频谱特性进行了分析；通过LS-DYNA三维有限元数值模拟，研究了先行洞横断面及轴向的爆破振动响应特性，比较分析了注浆加固及布设减震层对连拱处三角区围岩与先行洞衬砌结构的安全控制效果，并通过现场监测，对其应用于实际工程的控制效果进行了评价。实测数据显示：无中墙连拱隧道后行洞开挖时，先行洞边墙二衬的水平径向振动强度最大，且以掏槽孔爆破振动为主，主频集中在40～65 Hz。数值分析显示：先行洞爆破振动速度沿其横断面和轴向的分布均不对称，迎爆侧振动速度显著大于背爆侧，且迎爆侧拱腰至拱肩部位的振速最大；受波传播路径的影响，先行洞未开挖方向的振速相对较高，爆破振动速度沿隧道已开挖方向衰减更快；围岩超前注浆加固可保证连拱处上方三角区围岩的稳定与安全，可分别降低振速和最大主应力69.2%和57.9%;布设减震层可有效控制先行洞衬砌结构的振动安全，可分别降低拱腰和拱...     

极软岩隧道横洞开挖空间力学效应研究

为研究极软岩隧道车行横洞交叉段施工力学特性,以大梁山特长公路隧道V级极软围岩段为依托,采用现场试验结合数值模拟试验分析其空间效应。研究断面现场监测结果表明:6个断面在深度为1 m、2m和3 m处内部围岩位移受横洞开挖影响较小,可忽略不计。拱腰和拱脚处钢支撑内力在横洞开挖后小幅增大,影响区集中于拱腰及以下部位,对拱顶部位影响较小。远离横洞侧拱脚、拱腰及拱顶处围岩压力与层间压力所受开挖影响很小,而近横洞侧拱腰处影响相对较大,在施工中应值得注意。数值试验结果表明,混凝土应力受横洞开挖影响主要表现为压应力增大,产生压应力增大区;围岩塑性区在开挖前有一定程度增大和区域改变,锚杆轴应力施工前后变化不大。     

管棚布设范围对软岩隧道围岩稳定性影响研究

为确保管棚布设在软岩隧道中起到良好的支护效果，依托蓝家岩特长公路隧道，采用数值模拟与模型试验相结合的方法研究管棚布设范围对软岩隧道围岩稳定性的影响规律。研究结果表明： 1）在管棚其他参数保持不变的情况下，随着管棚布设范围的增大，拱顶沉降的最终值呈现出近似单调减小的趋势，拱脚收敛的最终值呈现出非线性减小的趋势。2）管棚布设范围由90°增大到180°时，拱顶沉降的最终值由-0.389 m减小至-0.317 m，降低幅度达18.5%；而拱脚收敛的最终值由-0.486 m减小至-0.355 m，降低幅度达26.9%。3）加大管棚布设范围能够有效控制围岩变形，提高管棚的支护效果，且管棚布设范围的改变对拱脚收敛的影响程度大于拱顶沉降。对比分析不同管棚布设范围条件下的数值模拟及模型试验结果，得到的洞周围岩变形随管棚布设范围的规律是一致的，且2种方法得到的各工况下洞周变形的量值较为接近。     

横琴隧道主洞与匝道施工相互影响研究

为分析分叉隧道中主洞与匝道施工的相互影响,以珠海横琴隧道为工程背景,采用数值模拟方法,对主洞与匝道4个不同净距断面进行模拟分析,得出各断面隧道的围岩位移、主应力及支护结构轴力、弯矩。结果表明,随着两隧道净距的减小,匝道与主线的拱顶位移增大;后行洞开挖对先行洞有一定影响,先行洞拱顶位移变大,内侧边墙向洞内收敛,外侧边墙略向外扩张;两隧道净距越来越小时,中夹岩柱的应力集中现象越来越明显,稳定性越来越差,先行洞内侧支护结构的轴力及弯矩减小越明显。     

干溶洞对大坝隧道围岩受力性状的影响分析

为研究溶洞位置对隧道围岩受力性状的影响,以湖南龙永(龙山—永顺)高速公路大坝隧道为依托工程,通过改变溶洞在隧道中的位置、间径比及洞径比,运用MIDAS数值计算软件分析隧道围岩位移和应力的变化。结果表明,各位置溶洞均会引起隧道围岩水平位移增加,且随着间径比的增大,最不利溶洞位置从顶部逐渐向水平和底部移动;受左侧拱脚、底部位置溶洞的影响,隧道拱顶沉降和底部隆起位移减小;受顶部、左侧拱肩及左侧水平位置溶洞的影响,隧道拱顶沉降和仰拱隆起位移有所增加,且随着洞径比的增大,溶洞最不利位置从顶部逐渐向水平位置移动;受左侧拱脚位置溶洞的影响,隧道拱脚最大主应力大幅增加;受左侧拱肩、左侧水平、左侧拱脚位置溶洞的影响,隧道底部最小主应力有所减小。     

浅埋小净距隧道合理净距及围岩稳定性分析

以贵州盘兴高速公路司家寨小净距隧道工程为例,采用有限差分法对不同净距下的小净距隧道进行了数值模拟研究,对比分析其拱顶沉降、拱底竖向位移、中夹岩竖向位移及剪应变增量的变化规律,探讨Ⅴ级围岩下的隧道合理净距以及围岩稳定性。结果表明:净距较小时隧道左右洞开挖的应力叠加效应明显,随着净距的减小,计算的各数值明显增大,围岩特别是中夹岩极有可能发生屈服破坏甚至失稳;小净距隧道选择净矩D为10 m较为合适。隧道的最大变形出现在拱顶、拱底靠近中夹岩柱方向约20°左右位置,而中夹岩的最大变形主要出现在中岩体靠近开挖断面位置且处于上下分布。     

软岩隧道横洞施工对主洞衬砌结构影响分析

针对隧道中先浇筑主洞衬砌结构后进行横洞开挖的施工工序中横洞施工对主洞衬砌结构形变破坏的影响,以某软岩隧道为工程依托,通过隧道衬砌应力监测、初支结构形变监测以及横洞施工时主洞衬砌结构形变破坏的监测,对深埋软岩隧道横洞施工对主洞衬砌结构形变破坏影响进行了研究与分析。研究表明,隧道交叉段围岩形变量较大,围岩形变速率较大,最大水平收敛位移达到537mm。最大拱顶下沉值达到346.1mm,围岩形变速率平均值达到9.93mm/d;依托工程隧道衬砌为主要受力结构,受力随着时间呈逐渐增大趋势。局部位置处形成应力集中区,应力值达到1.13 MPa和1.03 MPa。衬砌混凝土在左拱脚与右拱腰位置处呈现受压状态,最大压应力值为0.889 MPa。拱顶呈受拉状态,最大拉应力值为6.45 MPa。深埋软岩隧道中的横洞施工对主洞衬砌结构的形变破损有着较为严重的影响,影响范围达到140m。在此软岩隧道中不宜采用先浇筑主洞衬砌结构后对横洞进行爆破开挖的施工工法。     

软弱围岩浅埋连拱隧道力学特征测试与分析

为研究软弱破碎围岩浅埋连拱隧道支护体系力学特性,以某连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器,对围岩压力、锚杆轴力、钢支撑内力、二衬受力及中墙内力等进行系统测试与分析。结果表明,拱部两侧拱腰位置围岩压力较大,呈"猫耳朵"分布。受地质和施工因素等的影响,拱部围岩压力实测值与公路隧道设计细则计算值相差较大。中墙底部及两侧边墙底部基底压力大。正洞锚杆轴力量值很小,建议取消正洞锚杆。侧导洞锚杆作用明显,根据围岩情况可以保留。钢拱架受力最大位置在拱腰处,拱顶处钢拱架承受拉应力,其他部位为压应力,部分拱架受力接近屈服,型钢拱架作用十分明显。中墙顶部钢筋计受拉,其余位置受压,中墙上部受力较下部敏感。左右线先后应力释放对中墙有一定的"纠偏效应",但中墙受力始终处于偏压状态。     

大断面公路隧道施工方案优化

济南至泰安高速公路北崖头隧道围岩为全风化花岗岩,设计采用双侧壁导坑法掘进。洞口段现场监测数据反映变形非常小。拟将剩余隧段更换三台阶法施工。本文以隧道洞口和洞身典型断面分别建立数值模型,对隧道围岩稳定性进行分析,结果表明:隧道进口段的洞周变形值较小(拱顶最大沉降值为4. 9mm)且数值与监测结果较为吻合,围岩受力较小,塑性区主要分布在`隧道拱顶上方3m位置;隧道洞身段在分别采用两种施工方案时,洞周变形均较小(最大值仅为2mm左右),围岩受力情况良好,塑性区仅在使用三台阶法的洞口部分少量出现,考虑到经济和施工复杂度的情况,三台阶法是更有利的施工方案。     

大跨度偏压连拱隧道洞口段施工力学性能研究

以江西安源隧道(双向六车道连拱式隧道)为研究背景,采用管棚注浆的预支护手段,通过现场监测和数值模拟软件研究连拱隧道在施工过程中围岩位移、应力和管棚支护的动态变化规律,并结合拱顶沉降、地表沉降以及周边收敛的现场监测数据进行数值模拟验证。研究表明：连拱隧道左侧主洞施工对围岩的扰动范围主要在左侧,对右侧主洞影响较小;左右主洞与中隔墙拱脚处存在拉应力集中,施工时需要注意拱脚位置的施工质量;由于隧道存在偏压效应,隧道浅埋侧管棚弯矩最大值大于深埋侧;靠近洞口处的管棚始终承受较大弯矩,施工时,要控制洞口处的管棚施工质量。     

高地应力区断层带隧道围岩变形规律及施工优化方案研究

断层带破碎围岩是一种特殊的软岩,在高地应力环境下施工常出现大变形、坍塌等灾害,严重影响施工安全和施工进度.文中以某高地应力区穿越断层带的公路隧道工程为例,对台阶法施工过程进行数值模拟,重点分析了预支护强度、开挖步长及台阶长度3个因素对断层带隧道围岩拱顸、拱腰及拱脚变形的影响规律,结果表明3个因素都存在最优值使得围岩变形更加合理;综合数值模拟结论,提出了一种安全、快速、经济的施工方案.     

合肥膨胀土地层浅埋双洞地铁隧道施工参数优化研究

为分析膨胀土特殊地层对双洞地铁隧道结构的影响,并对浅埋双洞地铁隧道施工参数进行优化研究,提出运用FLAC3D热力场-应力场耦合方法,利用标定设置热膨胀系数等效模拟膨胀土地层吸水膨胀、失水收缩过程。研究结果表明： 1）数值模拟结果经与现场实测值对比验证,该方法正确、合理; 2）当两隧道净距大于1.5倍洞径时,最大地表沉降值为28.82 mm,衬砌结构内力增量小于20%,双洞中柱围岩塑性区不贯通; 3）当双洞掌子面距离大于40 m时,最大地表沉降值小于30 mm,拱顶沉降增量小于10%; 当双洞掌子面距离大于30 m时,双洞隧道中柱围岩塑性区不贯通; 4）建议双洞地铁隧道净距大于1.5倍洞径、双洞掌子面距离大于40 m。