深埋超大跨单拱隧道开挖与支护参数优化研究

研究目的:基于新建京张铁路八达岭4线隧道超大跨、超大断面单拱的特点:跨度达27.3 m,高度达18 m,断面面积为386.56 m2,如此大的单跨在国内尚属首例,在开挖过程中,拟定四种开挖方案:单侧壁导坑法、单岩柱法、CRD四洞法和CRD六洞法。利用有限元软件对四种开挖方案进行数值模拟开挖和支护全过程仿真计算,得到最优的开挖方案。研究结论:通过在开挖支护过程中对围岩最大拉压应力、拱顶沉降、地表沉降、锚杆轴力、衬砌最大拉压应力等7个指标参数的比较,提出优化的开挖方法为单侧壁导坑法,其次是CRD六洞法,并且采用0.3 m厚的喷射混凝土衬砌和5 m长的锚杆(间距1.5 m×1.0 m)作为支护参数。该结论对设计施工具有指导意义。     

浅埋偏压隧道施工过程数值分析

采用有限元分析方法对一浅埋偏压隧道开挖施工过程进行三维数值模拟分析,研究围岩变形、应力及锚杆轴力的变化规律,为评估施工方案的合理性提供依据。结果表明:掌子面距监测断面≥15 m时,监测断面的累计变形量可忽略不计;围岩最大变形10 mm,满足设计要求;由于偏压作用隧道断面周围锚杆受力分布不均匀,最大轴向压力出现在隧道拱顶左上方,为20.28 k N。     

杉树坳隧道台阶法开挖初期支护变形规律分析

以杉树坳隧道工程为背景,分析了台阶法施工的拱顶下沉规律,主要是台阶法衬砌变形与开挖施工进度的关系,探究应力释放过程,对监测数据进行分析得出,上台阶开挖导致拱顶沉降量达到总沉降量的70％以上,进而得到施工过程中的应力释放系数.将此应力释放系数应用于有限元模型计算,把数值计算成果与拱顶下沉实测值进行了比较,证明了该模型能够较为准确地反映上下台阶开挖对初期支护变形的影响,从而为台阶法开挖的数值模拟以及施工过程的控制提供依据.     

大断面矿山法隧道开挖对小净距盾构隧道的影响分析

以厦门地铁1号线集美中心站站后停车线隧道工程为背景,采用FLAC3D三维有限差分软件,对此大断面矿山法隧道开挖对小净距盾构隧道的影响进行了三维数值分析。分析了CRD(交叉中隔墙)四步开挖法、CRD六步开挖法(靠近盾构隧道部分后开挖)及CRD六步开挖法(靠近盾构隧道部分先开挖)对盾构隧道的影响,揭示了盾构隧道位移和管片弯矩的变化规律:大断面矿山法隧道开挖时对先施工的小净距盾构隧道产生4~9 mm的位移值,盾构管片产生80~170 kN·m的弯矩值。另外,CRD四步开挖对盾构隧道不利,盾构隧道的位移和弯矩分别增大约33%和6%,并且靠近盾构隧道的部分对盾构扰动更大,因此,推荐使用CRD六步开挖法(靠近盾构隧道部分后开挖)。最后对比分析了盾构隧道的现场监测位移值和数值模拟结果。     

不同工况下横通道开挖对隧道结构影响分析

基于FLAC 3D软件建立摩擦土层及黏性土层等多种工况下的三维数值模型。从主线隧道中心线上方土体位移、地表沉降及主线隧道衬砌内力等方面,研究分析了横通道开挖对隧道结构的影响作用。主要研究结论为:(1)在不同的隧道间距、隧道埋深及地质条件下,横通道开挖对主线隧道上方位移、地表沉降及隧道衬砌受力分布的影响也不尽相同;(2)随着横通道向前掘进,横通道中心线上方垂向位移及地表沉降呈现逐步增加趋势,对横通道中心线上方的影响更为显著;(3)随着横通道的开挖,先行隧道拱顶处的衬砌弯矩、边墙处的衬砌轴力呈增加趋势,后行隧道拱顶、边墙处的衬砌弯矩以及边墙处的衬砌轴力在横通道开挖结束的几个计算步时均呈增加趋势。     

软弱围岩隧道CRD法施工围岩稳定性评价指标研究

通过对新建铁路巴准线上十几座软弱围岩隧道CRD法施工过程中的现场监控量测,获取隧道围岩拱顶沉降和周边收敛数据,运用Matlab对监测数据进行统计分析,发现隧道施工过程中围岩变形特性,得到围岩变形稳定时拱顶沉降值和周边收敛值,以此确定软弱围岩隧道CRD法施工阶段围岩稳定性评价指标,可为同类隧道施工围岩稳定性评价提供参考。     

双线公路隧道下穿铁路隧道不同施工工法理论研究

针对新建隧道下穿既有铁路隧道施工安全性问题,基于有限元摩尔库伦原理对不同施工工法的三维隧道交叉模型进行模拟分析。对比分析CD法、CRD法和双侧壁导坑法的新建公路隧道下穿既有铁路隧道引起的公路隧道施工不同部位稳定性演变和运营铁路隧道沉降变化,以期为类似工程提供借鉴作用。研究结果表明:对于自身隧道开挖,双侧壁导坑法在控制拱顶沉降具有一定优势,但在水平收敛上CRD法效果最好,其次是双侧壁导坑法。不同工法对既有铁路隧道的沉降影响不同,采用双侧壁导坑法公路隧道施工对既有铁路隧道的沉降影响最小,且不建议在交叉隧道处采用CD法进行施工。     

无中导洞连拱隧道施工方案优化分析

本文以云南香丽高速上长坪隧道为研究背景,利用有限元软件对无中导洞连拱隧道施工方案及施工工序进行二维计算分析。通过对不同工况隧道开挖后地表和拱顶沉降、围岩应力以及支护结构内力进行对比分析,结果表明:对于不同工法而言,左洞采用两台阶预留核心土,右洞采用CRD法开挖,地表沉降相对于其它工况而言最大能减小19. 86%,隧道拱顶沉降、仰拱隆起也比其它工况要小;对于不同开挖工序而言,先开挖远离既有洞部位,围岩位移控制效果明显;不同工法开挖,围岩应力、支护结构内力以及围岩塑性区变化差别在10%以内;连拱隧道左洞开挖完后,右洞的第一步开挖的位置对后续围岩位移的控制有很重要的影响。     

大断面软弱围岩隧道开挖支护模拟分析

结合广深港客运专线ZH-2标百足地隧道的施工实例,采用数值模拟分析的研究方法,对大断面软弱围岩隧道开挖支护情况进行了施工过程的研究。主要对三台阶典型开挖步骤的变化情况进行了数值模拟,研究了开挖对洞周围岩压力、初期支护的内力、洞内水平收敛及拱顶下沉的影响。通过对隧道开挖和支护施工过程的数值模拟来分析施工中初支内力、拱顶沉降以及隧道收敛在各施工阶段的变化情况,以便在施工中结合监控量测数值来指导施工。     

地铁车站暗挖通道平行上穿紧邻既有线施工技术研究

以北京地铁 4 号线宣武门站人行通道平行上穿既有线为背景,研究中隔壁法(CRD 法)开挖施工对地下既有线结构受力和形变的影响。采用有限元平面应变力分析模型,研究 CRD 法不同开挖方案对既有线隧道结构的影响,根据数值分析结果对 CRD 法施工进行优化。结果表明,先行开挖紧邻既有线部分可以有效降低掌子面分部开挖卸荷的地层应力,其对既有线隧道结构受力和形变的影响显著低于先行开挖背离既有线部分。