浅埋偏压连拱隧道施工方案数值模拟

以湖南炎汝(炎陵-汝城)高速公路熊猫洞隧道为背景,采用MIDAS/GTS有限元软件对该隧道进口浅埋偏压段施工过程进行二维施工模拟,比较了先开挖深埋侧主洞和先开挖浅埋侧主洞两种施工顺序,获得了浅埋偏压连拱隧道在采用不同施工顺序施工时隧道变形、中隔墙及初期支护结构的应力和位移等变化情况.计算结果表明对于浅埋偏压连拱隧道洞口段,应采用先开挖埋深较浅一侧隧道,再开挖埋深较深一侧隧道的施工顺序.     

浅埋偏压小净距隧道荷载特征试验研究

基于相似理论,构建典型偏压条件下隧道开挖模拟试验系统,对浅埋偏压小净距隧道破坏过程与荷载模式进行具体研究。结果表明:(1)浅埋偏压小净距隧道围岩破坏发展过程包括隧道开挖引起结构与地层变形,在隧道周边围岩中形成微破裂面,并逐步加密和向深层岩体延伸发展,随后深埋侧浅部张拉开裂,深层岩体产生剪切滑移,浅埋侧亦随之快速变形、滑移,直至整体坍塌等阶段。其关键阶段为隧道周边位置微破裂面的产生与发展以及深埋侧浅部地层张拉开裂;(2)竖向荷载总值随偏压角度增大而增大,与既有方法相比,实测偏压效应更为显著,实际应用过程中应在既有方法计算结果的基础上,对浅埋偏压小净距隧道的荷载值进行适当修正。     

浅埋大跨偏压隧道的破坏模式分析

为研究浅埋大跨偏压隧道破坏模式,利用有限元强度折减法对三心圆曲墙式断面隧道和马蹄形断面隧道在不同埋深、坡比工况下的塑性应变和安全系数进行研究,得到隧道的破坏模式及发展规律:无偏压条件下,随着埋深增加,三心圆曲墙式断面隧道最大塑性应变由拱肩向下转移到边墙附近,而对于马蹄形断面隧道,当埋深较浅时,在拱肩和边墙出现破裂面,随着埋深的增加拱肩的破裂面逐渐向边墙脚转移;当存在偏压时,三心圆曲墙式断面隧道浅埋侧先破坏,随着埋深的增加,最大塑性应变由浅埋侧拱肩移到浅埋侧边墙位置,对于马蹄形隧道,破裂面从浅埋侧拱肩和深埋侧边墙转移到墙角;在同一埋深条件下,三心曲墙式断面隧道安全系数高于马蹄形隧道安全系数。     

小净距偏压隧道合理开挖顺序探讨

采用改进的有限元强度折减法计算了某浅埋偏压小净距隧道的2种开挖方式在各个施工阶段的安全系数大小。通过比较这些安全系数,找到了2种开挖方式在整个开挖过程中最容易产生破坏的施工步,得到了浅埋偏压小净距隧道先开挖深埋侧能避免出现较危险的施工状态这一结论。     

浅埋偏压小净距隧道开挖顺序研究

采用改进的有限元强度折减法计算某浅埋偏压小净距隧道2种开挖方式在各个施工阶段的安全系数大小.比较这些安全系数,找到2种开挖方式在整个开挖过程中最容易产生破坏的施工步,得出浅埋偏压小净距隧道先开挖深埋侧可避免出现较危险的施工状态这一结论,希望对研究对类似工程的施工具有一定的指导意义.     

小净距偏压公路隧道开挖顺序优化

小净距偏压隧道合理开挖顺序对隧道围岩稳定和支护措施优化有很大的影响。结合净距4.0m、偏压25°公路隧道工程实践,通过二维、三维弹塑性有限元数值仿真模拟,分析了隧道开挖顺序对围岩破坏接近度、围岩变形位移以及对空间围岩体塑性破坏和位移的影响,得到了先开挖浅埋侧隧道优于先开挖深埋侧隧道的结论,为小净距偏压隧道优化设计和施工提供了科学依据。     

浅埋、偏压条件下某超大跨隧道受力分析研究

通过对某超大跨隧道在浅埋、偏压条件下进行了模拟分析,得出了以下结论:(1)优先采用先开挖浅埋侧导洞的双侧壁导坑法施工工序;(2)中导洞的开挖支护阶段是双侧壁导坑法施工过程中的核心阶段;(3)对于隧道拱顶的位移监测,除了进行沉降监测外,尚应增加水平向位移监测工作;(4)深埋侧导洞临时支护相对于浅埋侧而言,其受力性能更为不利,因此应加强其结构设计;(5)对于偏压状态下的隧道,应按照偏转后的受力模式有针对性的进行设计、施工。有关经验可供相关专业人员参考。     

高边坡节理发育岩体条件下小净距隧道施工的数值模拟

以在建石家庄市曹家庄小净距公路隧道为依托,建立离散元UDEC数值力学模型,研究高边坡小净距隧道失稳过程和锚杆支护效果。研究表明在高边坡地形偏压和节理岩体条件下,深埋侧隧道拱肩节理剪切、滑移和张开是整个隧道失稳的主要原因,施工过程中应重点监测。小净距隧道失稳过程为:先从深埋侧隧道拱肩节理剪切滑移开始,然后中夹岩柱发生破坏,最后浅埋侧隧道拱肩失稳,以及整个小净距隧道坍塌。中夹岩柱呈现不均匀变形,最大值在浅埋侧,变形最小值在深埋侧。锚杆能有效控制围岩节理面剪切变形,提高节理抗剪切刚度,从而改善小净距隧道整体稳定性。     

浅埋偏压隧道地表预加固及施工影响分析

高速公路隧道洞身段存在严重偏压,为保证隧道施工安全,设计中采用地表钢管注浆并上覆钢筋混凝土盖板进行预加固.文中采用有限元数值方法对浅埋偏压段预加固方案以及分离隧道工顺序进行模拟计算,结果表明地表预加固措施提高了施工安全度,同时表明先开挖内侧隧道再开挖外侧偏压隧道,更有利于隧道安全.     

复杂偏压大跨连拱隧道开挖围岩稳定性研究

连拱隧道作为一种特殊的隧道形式广泛应用于公路隧道建设中,文中以南京乌龙山隧道为背景,通过分析现场检测数据和数值模拟结果,研究不同偏压程度下,浅埋偏压大跨连拱隧道开挖力学响应特征。结果表明,地表坡度对偏压隧道开挖引起的拱顶沉降和拱腰侧向位移有显著影响,且浅埋侧拱腰侧向位移大于深埋侧;中隔墙对连拱隧洞开挖过程中限制围岩变形和边坡稳定性影响显著,这是因为初支和中隔墙形成的整体结构限制了围岩变形并增强了坡体的稳定性。     

浅埋偏压大断面隧道洞口段开挖顺序优化

结合某工程隧道洞口段存在浅埋偏压大断面的特点,采用FLAC3D模拟了多种开挖工法对不同坡度边坡处隧道洞口段的开挖,并对分步开挖工法的开挖顺序进行了优化分析,研究其对隧道洞口段边坡的稳定性影响。研究结果表明:开挖工法控制边坡稳定性的效果为双侧壁导坑法CRD法CD法台阶法,对于开挖浅埋偏压大断面隧道不建议采用台阶法;分步开挖法不同的开挖顺序对边坡稳定性有一定的影响,其影响差异主要集中在开挖前几个步骤中;由于超前支护的作用,先开挖靠近边坡坡面一侧的边坡稳定性要优于先开挖远离边坡坡面一侧。因此,为保证隧道开挖时边坡的安全稳定,建议加强超前支护,采用分步开挖工法,并先开挖靠近边坡坡面一侧。     

浅埋偏压无中隔墙连拱隧道进洞顺序优化

浅埋偏压无中隔墙连拱隧道左右洞进洞顺序对围岩和结构的影响不同,通常开挖施工属于不可逆的弹塑性力学响应过程,因此进洞顺序必存在优化方案。以云南华坪至丽江高速公路陆家湾隧道为例,采用有限元数值模拟手段开展浅埋偏压无中隔墙连拱隧道进洞施工顺序优化分析,从围岩稳定和隧道结构安全等角度,探讨了先开挖埋深较浅一侧洞体与先开挖埋深较深一侧洞体两种进洞方案的力学响应特征。研究表明:两种方案对应的衬砌内力、位移等模拟结果的数值差异不大,然而从减少施工对山体扰动和利于围岩稳定方面考虑,先进洞埋深较浅一侧的方案更优。陆家湾隧道现场施工采取了埋深浅一侧先进洞方案,施工过程和监测数据验证了其合理性。     

藻溪隧道反压护拱施工和优化分析

为了研究反压护拱施工对浅埋偏压小净距隧道稳定性的影响,首先介绍了藻溪隧道反压护拱的施工过程,并以此为工程背景,利用FLAC3D有限差分软件模拟了在不同厚度反压护拱下的隧道开挖过程。通过分析围岩位移、应力和塑性区的变化情况,得到了反压护拱厚度对浅埋偏压小净距隧道稳定性的影响规律。结果表明:随着反压护拱厚度的增加,浅埋侧左洞拱顶向上隆起值减小,周边位移减小,仰拱隆起加剧;深埋侧右洞拱顶下沉减小,周边位移增加,仰拱隆起稍有增加;反压护拱厚度增加能显著缓解隧道浅埋侧左洞和中夹岩柱的偏压程度,而对缓解深埋侧右洞的偏压不明显。根据围岩塑性区体积随反压护拱厚度的变化情况,建议在地表注浆加固后,Ⅴ级围岩宜施作5m厚的反压护拱。     

隧道稳定性分析与设计方法讲座之一：隧道围岩压力理论进展与破坏机制研究

本文作为一个讲座对以往研究成果做一个综述,回顾了围岩压力理论的发展过程与隧道破坏机制研究的进展,通过模型试验与弹塑性有限元强度折减法,得出浅埋拱形隧道的破坏在拱顶,深埋隧道的破坏在侧壁的破坏机制,并可求出隧道围岩破裂面位置与形态。分析了矩形隧洞与拱形隧道破坏机制随埋深增加而变,矩形隧道可划分为浅埋顶部破坏阶段、深埋压力拱破坏阶段和深埋两侧破坏阶段3个阶段,而拱形隧道不存在压力拱破坏阶段。     

大断面隧道洞口偏压段施工方法研究

针对大断面隧道洞口偏压段落施工时围岩稳定性差的工程问题,通过采用数值模拟手段,对比分析不同边坡条件下隧道开挖工法和开挖顺序对边坡稳定性的影响,结果表明:对于开挖偏压段大断面隧道不建议采用台阶法开挖,坡度较小时建议采用CRD法或CD法,坡度较大时建议采用双侧壁导坑法施工;分步开挖隧道时,应先开挖靠近边坡坡面侧的导洞。研究成果可以为大断面隧道洞口偏压段施工方法制定提供理论依据与参考。     

大跨度浅埋偏压隧道围岩变形分析

利用有限元数值模拟分析了两组工况下偏压隧道的围岩变形及隧道衬砌受力情况,结果表明:衬砌外荷载主要由上覆岩土体自重以及围岩沿着潜在滑移面产生剪切变形形成,剪切变形对围岩及衬砌受力影响显著。在平行于偏压面岩层与衬砌交界处（浅埋侧拱脚、深埋侧拱肩）的内力明显突变。地表注浆加固在一定程度上改善了围岩物理力学特性,减小偏压引起的剪切变形,有利于围岩稳定及隧道衬砌受力。     

不同地表倾角下台阶法施工对大断面隧道变形的影响分析

依托简浦高速公路长秋山大断面隧道工程,运用有限差分软件FLAC3D对该隧道采用三台阶工法的动态开挖进行了模拟,分析了不同地表倾角下台阶长度对隧道洞周位移的影响规律。结果表明:浅埋大断面公路隧道三台阶法施工,隧道洞周位移大小顺序为:仰拱隆起 拱顶沉降 水平收敛;不同地表倾角下,隧道拱顶沉降及仰拱隆起变化主要发生在台阶长度为4~6 m之间,说明短台阶或超短台阶法能够较好地控制隧道的洞周变形,更为适合软弱围岩大断面隧道的施工;台阶长度从10 m开始,隧道洞周位移逐渐收敛,可作为浅埋大断面隧道台阶法施工下洞周位移的"起始收敛点";隧道地表倾角对隧道洞周位移的变化影响较大,因此,实际施工中应根据地表的不同倾角,选择更为合理的台阶长度进行施工,确保软弱围岩大断面隧道的安全施工。     

小净距公路隧道中岩柱对地表沉降变形规律研究

为研究中岩柱对围岩稳定性与整个隧道的影响,依托重庆市九龙坡区新九路隧道为工程背景,通过MADIS-GTS模拟中岩柱在不同加固形态及不同加固高度下隧道地表沉降的变化规律,与实际施工监测数据进行对比分析。结果表明:1)小净距隧道地表沉降曲线受隧道埋深影响较大,当埋深较小时,双洞开挖后地表沉降曲线整体上呈不对称的"W"形,中岩柱在先行洞和后行洞之间起到杠杆支点的作用效应明显;当埋深较大时,整个沉降曲线大致呈对称的"U"形,在两隧洞上方一定高度形成共同压力拱,中岩柱被包围在压力拱内,从而导致地表沉降曲线中中岩柱支点效应被弱化,土拱效应明显。2)在小净距隧道施工过程中,浅埋隧道最优加固方案为中岩柱加固至地表且与拱顶为界;深埋隧道最优加固方案为以侧墙为界加固至拱顶。     

爆破地震波作用下浅埋隧道地表振动的空洞效应研究

以成贵高铁豆子湾隧道为工程背景,对浅埋隧道爆破开挖时地表振动速度进行了监测。实测数据表明,以掌子面为对称面,隧道已开挖成洞区拱顶上方地表的振动速度是对称位置未开挖区的1.1~1.7倍,即存在空洞效应。由于空洞效应的影响,导致隧道开挖成洞区上方地表的爆破地震波衰减规律不满足萨道夫斯基公式。运用ANSYS/LS-DYNA有限元软件进行数值模拟计算,得到在隧道中心线方向,随距掌子面距离的增大,空洞效应的影响有一个先增大后减小的过程,并且当距掌子面为1.5~2.0倍的隧道洞径时,空洞效应的影响不再明显。     

CD法开挖小净距公路隧道的优化研究

采用CD法对浅埋小净距公路隧道在不同开挖顺序下进行施工力学数值模拟。通过对不同开挖顺序时的围岩位移和应力进行分析和比较,数值结果表明:在采用CD法施工时,不同的开挖方式最终位移和应力相差不大。综合考虑开挖过程中围岩应力和位移可知,采用先封闭先行隧道,再开挖后行隧道远离先行隧道侧的开挖方式较为适宜。