薄基岩顶板条件下隧道施工爆破围岩振动特性

以广东汕湛高速公路水墩隧道为工程背景,采用现场实测和数值模拟计算方法,研究薄基岩顶板隧道在掏槽爆破荷载作用下掌子面附近围岩的振动特性。研究结果表明:在沿隧道纵向上,在掌子面后方约4 m范围内的隧道拱顶围岩振速处于较高水平,需加强支护并重点监测;在掌子面平面上,由于左高右低倾斜岩层界面的存在,使掌子面附近围岩右侧(基岩顶板较薄侧)振速整体上比左侧(基岩顶板较厚侧)大,右侧振速衰减速度整体上比左侧慢,掌子面右上方附近围岩为薄弱区域,应重点防护。     

Ⅳ级围岩隧道两台阶法开挖进尺研究

以吉图珲高铁富岩1号隧道为工程实例,运用有限元分析方法对不同开挖循环进尺下的隧道两台阶法进行数值模拟,对比分析不同工况下隧道变形和应力的响应规律,得出工程适用的开挖循环进尺。研究结果表明:开挖进尺对围岩变形影响较大,两者呈线性正相关关系;在Ⅳ级较差围岩条件下,拱顶受拉破坏先于拱腰和掌子面的受剪破坏,拱顶掌子面后方1 m处第一主应力达到最大值;随着开挖进尺的增大,拱顶第一主应力和拱腰、掌子面处D-P值均增大,隧道更易发生破坏;Ⅳ级较差围岩,开挖进尺建议取2.0 m,Ⅳ级偏好围岩开挖进尺可增大至4 m。     

城市隧道下穿密集建筑区静、动力响应特征分析

以莞惠城际隧道下穿密集建筑区段为依托,利用现场监测结果、室内模型试验以及动静结合的数值模拟方法,对城市隧道穿越不同结构类型、位置和高度的既有房屋时的综合影响进行研究。研究结果表明:房屋基础埋置较浅的浅埋隧道段,砌体结构房屋变形和振速均比框架结构大,随着楼层高度增加,房屋水平位移的影响明显大于竖向位移,且低层结构更易发生受拉破坏,同时振速呈现出放大效应;隧道静力开挖时,位于掌子面前方的结构受力和位移均明显大于后方的房屋结构;随着爆心距增大,振速逐渐变小,但到达远端墙体时振速出现放大趋势,在确定监控方案时,需考虑对远方墙体的振动监控;爆心距离越小,其振速高度效应越明显,需重点监测顶层的振速;在上软下硬复合地层中,隧道开挖影响范围距掌子面约20 m,偏离隧道中心线超过20 m时,沉降速率增大,量值呈明显减小的趋势。     

公路小净距隧道纵向空间效应分析

为分析小净距隧道两洞室间的空间效应,采用Midas/GTS有限元分析软件对不同纵向间距下相邻两洞室掌子面隧道围岩响应特性进行分析,得到了围岩变形规律、中夹岩柱应力变化趋势、塑性应变变化特征,并给出两洞室间合理的纵向施工间距。研究表明,隧道拱顶沉降位移在其掌子面前方10 m趋于稳定,中夹岩柱沉降位移变化规律与洞室拱顶沉降变化规律具有一致性,隧道开挖对靠近先行洞一侧的中岩柱水平位移影响较大,在纵向2 m处位移最大;掌子面间距增大会扩大先行洞塑性区分布,对后行洞塑性区分布无影响;当0.5B≤掌子面间距≤1.5B时(B为隧道宽度),中夹岩柱主应力增加较快,当1.5B≤掌子面间距≤2.0B时,中夹岩柱主应力变化不明显,合理的纵向施工间距为2.0B以上。     

爆破施工新建地铁隧道与既有运营地铁的相互动力响应研究

以深圳新建地铁3号线下穿既有地铁4号线为工程背景,采用数值分析方法,对爆破施工新建地铁隧道与既有运营地铁的相互动力响应进行模拟分析.结果表明:在爆破振动作用下,既有地铁隧道二衬的最大拉应力、最大竖向位移和最大振速均位于仰拱中心处,仰拱、拱脚、边墙及拱顶位置处的最大竖向位移和最大振速依次减少;开挖进尺为1m时,仰拱中心振速超过了爆破安全控制标准,因此在施工中应对既有地铁隧道二衬的振速进行重点监测,为安全计,建议将开挖进尺设计为0.5m;既有地铁运营对新建地铁隧道产生的最大位移为0.22 mm,最大附加弯矩为750 N·rn,最大附加轴力为30 kN,说明既有地铁运营对新建地铁隧道的影响较小,在新建地铁隧道设计和施工时可以不予考虑.     

近接溶洞条件下隧道施工掌子面变形破坏特征数值分析

以宜万铁路齐岳山隧道工程为背景,以危险地段的岩溶地质条件为基础,应用三维有限元分析方法,在隧道掌子面前方的溶洞规模大于、等于和小于隧道掌子面规模的3种情况下,模拟分析不同岩体厚度、不同岩溶水压力时隧道掌子面的变形破坏规律。研究结果表明:当溶洞直径大于或等于隧道直径时,相同岩溶水压力作用下掌子面变形值相近,当溶洞直径小于隧道直径时,掌子面变形量小;掌子面变形量最大值出现在掌子面中心位置;当掌子面与岩溶洞壁之间的距离大于2.0 m时,掌子面变形量增加并不明显;在溶洞内无水压力条件下,掌子面岩体塑性区范围很小,但随着水压力的增大,塑性区的范围逐步增大。     

基于流固耦合理论下穿库区隧道围岩稳定性分析

以某下穿库区铁路隧道为依托工程,对比分析有无渗流场作用和不同水深条件下,隧道结构应力变化规律以及围岩变形、塑性区和渗流场的变化特性,同时还考虑隧道加固圈厚度和渗透系数对围岩稳定性的影响。研究结果表明:地下水渗流场对围岩变形影响较大,不仅能引起大范围的库底沉降,而且能增大隧道拱顶和拱腰的位移,并且能够减小仰拱的隆起量以及加剧围岩塑性区的范围;隧道的开挖能够对地下水孔隙水压力的分布形成明显的扰动,并且在两拱脚处渗流速度最大,最大塑性区位于横向临时支撑处;注浆加固圈能够改善围岩的受力,隧道最优注浆圈厚度在5m,并且当渗透系数小于围岩渗透系数的1/50时注浆圈加固效果不再明显。     

唐家塬隧道穿越滑坡段的综合整治技术及评价

研究目的:以西宝高速公路唐家塬隧道为工程背景,探讨隧道穿越滑坡段的变形与围岩压力分布情况。在滑坡稳定性分析的基础上,提出针对性滑坡体综合整治措施;采用多方位的监控量测措施全程监控隧道开挖施工扰动对滑坡体变形的影响,并对滑坡体和隧道的稳定性进行评价。研究结论:(1)唐家塬隧道开挖前期,滑坡基本稳定,掌子面推进到距离监测断面50 m处,滑坡体变形增大,且掌子面到达监测断面时,监测点位移变化速率最大,随着隧道支护和抗滑桩加固作用的发挥,在掌子面推进到距离监测断面30 m后,滑坡基本恢复稳定;(2)监测初期,由于滑坡和地形偏压的影响,围岩压力显著增大,随着隧道支护作用的加强,逐渐趋于稳定,且围岩压力和地表沉降出现明显不对称现象;(3)本文探讨穿越滑坡段隧道施工与其相互影响,提出综合整治方案,并开展隧道的变形与围岩压力监测,其对类似工程选线、整治具有一定借鉴作用。     

隧道衬砌厚度不足对安全性能的影响

结合荷载结构法和有限元法,建立隧道衬砌多处厚度不足模型,设计多种工况研究Ⅲ,Ⅳ和Ⅴ级围岩隧道衬砌多处厚度不足对衬砌安全性能的影响规律。研究结果表明:当隧道衬砌多个部位存在厚度不足时,隧道整体的承载性能出现减弱,拱顶为隧道衬砌厚度不足最敏感的区域;拱顶衬砌与围岩分离形成脱空区时承担荷载减少,安全系数增加;由于结构、荷载以及缺陷部位均对称,对称部位的安全性能演变规律一致;隧道上部衬砌厚度不足对其他部位的承载特征影响比较小。     

软弱围岩大断面隧道开挖面变形控制技术

软弱围岩隧道的开挖容易造成开挖面失稳坍塌、冒顶,以及地面与拱顶沉降过大等险情,所以需要对围岩和掌子面进行加固,以保证施工安全。以浙江野猪山隧道为工程背景,根据其掌子面采用长14 m、搭接长度为8 m的玻璃纤维锚杆加固后的实际监测,通过有限元模拟理论分析,得出掌子面挤出变形和拱顶沉降近似成线性关系。由此可以根据掌子面后方的拱顶沉降值预测掌子面前方的土质情况,以便及时采取加固措施。     

新建上跨隧道爆破施工对既有隧道影响的数值模拟及工程对策

根据动力时程分析理论,采用岩土隧道结构专用有限元分析软件GTS,对新建上跨隧道爆破施工工程进行三维有限元数值模拟,研究新建上跨隧道爆破施工对既有隧道的影响.结果表明:既有隧道与新建上跨隧道交叉处的断面受到垂直方向振动的影响最大,随着离爆破点水平距离的增加,垂直方向的振速逐渐减小,水平方向的振速先增大后减小;爆破施工对位于交叉点水平距离25 m之内的既有隧道影响较大,对45 m以外则影响很小;爆破进尺需控制在1.5 m以内,并辅之以相应的工程措施,以保证既有隧道安全;新建隧道爆破施工过程中,需对既有隧道K201+065-K201+165段拱顶垂直振速进行监控量测.     

小净距隧道开挖爆破振动数值模拟研究

小净距隧道采用钻爆法施工过程中,爆破产生的地震波会对先行隧道衬砌结构产生一定的影响,甚至会危及其安全。以珠海眼浪山2号隧道为工程背景,采用FLAC3D有限差分软件,分析在不同围岩级别、不同埋深及不同隧道间距下,先行洞支护结构监测点振速的变化情况,得到了以下几点结论:(1)无论哪种工况,监测点振速随着离爆破点距离的增加而减小;(2)在相同埋深和隧道间距工况下,围岩越差,监测点振速越大;在相同埋深和围岩级别工况下,隧道间距越大,监测点振速越小;在相同围岩级别和隧道间距工况下,隧道埋深越大,监测点振速越小。     

小净距三洞并行公铁隧道近接施工及爆破振动影响研究

依托甬舟公路孙家湾1号隧道与甬舟铁路牛皮岭下隧道并行段，通过数值计算，对三洞并行隧道中间铁路隧道先行情况下，公路隧道施工顺序、二衬施作时机及工法步距开展研究，并探究了公路隧道爆破对中间铁路隧道二衬的影响，对孙家湾1号隧道的安全净距及在不同工况下的振速进行研究。主要研究结论为：(1)塑性区集中在开挖范围中下部及公路右线与铁路隧道中夹岩处，中间铁路隧道受公路隧道开挖扰动影响左右拱腰产生较大水平变形；(2)小净距三洞并行隧道中间铁路隧道先行，宜采用公路左线-公路右线的开挖顺序，铁路隧道二衬施作完后再施工公路隧道，采用CD法施工，并设置公路左右线步距为50 m;(3)对不同围岩级别、开挖进尺、工法的9种工况爆破施工对中间铁路隧道二衬影响进行探究，得出各工况下振速传播路径、最大部位、振速数值是否满足要求，并对爆破施工提出针对性意见；(4)Ⅳ级围岩、采用CD法施工，孙家湾1号隧道爆破施工极限安全净距为11.5 m,净距小于11.5 m时建议采用机械开挖。     

黄土隧道围岩工程特性及纵向位移分析

以采用台阶法施工的兰渝铁路黄土隧道为背景,通过三轴固结排水剪切试验分析黄土隧道围岩的工程特性,采用FLAC3D对隧道施工过程进行模拟,选取双线性应变硬化/软化遍布节理模型模拟黄土隧道围岩的工程特性,研究黄土隧道围岩的纵向位移。结果表明:隧道开挖扰动破坏了黄土隧道围岩的结构性;黄土隧道围岩的摩尔破坏包络线为双线性折线;黄土隧道围岩垂直节理遍布发育;围岩纵向位移总体上是边墙处小于拱顶处,围岩先期纵向位移约占总纵向位移的33%～41%,随着掌子面推进围岩纵向位移趋于稳定;预留核心土可有效地控制围岩纵向位移和塑性区的发展,有利于掌子面的稳定和施工安全;掌子面空间约束效应的影响范围约为-4R～4R(R为隧道开挖当量半径);由本文模型预测的围岩先期纵向位移与既有理论结果相符,但更能反映黄土隧道围岩的工程特性。     

基于突变理论的岩溶隧道拱顶安全厚度分析与失稳预测

为解决岩溶地区隧道安全施工的问题,在突变理论基础上,对岩溶隧道顶板安全厚度及稳定性问题进行研究.基于弹性梁模型,综合考虑围岩自重和隧道坡度等因素,建立隧道拱顶突变失稳的判别方程,得到岩溶隧道顶板安全厚度的计算公式,并分析相关因素对顶板安全厚度的影响规律.在此基础上,进一步提出隧道拱顶失稳预测方法,并结合工程实例进行验证.研究结果表明:溶腔水压力、溶腔大小、围岩弹模对拱顶安全有着重要影响;基于突变理论得到的岩溶隧道顶板安全厚度计算方法在实际工程应用中具备可行性与较高的准确性,建立的顶板失稳预测模型能有效预测岩溶隧道拱顶失稳时间.     

上软下硬地层隧道掌子面稳定性及塌方形态

为分析上软下硬地层对新奥法施工隧道稳定性的影响,定义掌子面软弱地层相对厚度系数无量纲参数;应用有限元模拟和强度折减相结合的方法,研究不同相对厚度系数下隧道掌子面的稳定性及其塌方形态。结果表明:软硬地层分界线在掌子面中,软弱地层相对厚度系数越大,稳定性越小;随着软弱地层相对厚度系数的增大,掌子面前方塌方范围扩大,最大位移在掌子面软弱地层中心偏下位置,应力拱的范围在扩大,且传递到掌子面下部的力更大,因此更应注重掌子面下部的加固。黏聚力和内摩擦角对掌子面稳定性的共同影响存在最优路径,沿此路径加固效果最为有效;掌子面稳定性随土体重度、开挖高度和掌子面软弱地层厚度的增大而减小;覆跨比对掌子面稳定性影响存在极值,以此作为确定隧道合理埋深的参考条件之一;地表超载只在浅埋情况下才影响掌子面的稳定性。     

地铁施工对邻近桥桩变形和受力影响研究

以南京地铁11号线下穿南京长江大桥北引桥为工程背景,利用数值模拟软件研究地铁施工过程中临近桥桩的变形和受力变化规律。研究结果表明,当桥桩底标高和隧道底标高平齐时,地铁施工会使得桥桩产生竖向刚体位移1.15m m,在与隧道轴线平齐处桥桩侧向位移最大达到2.06mm;桥桩中部竖向正应力最大达到0.64MPa,相比开挖前增长了276%;隧道开挖扰动影响桥桩变形和受力的范围为桥桩距隧道掌子面水平距离前后20m。为确保桥桩的稳定,需采取相应的加固措施减小隧道开挖扰动的影响。     

爆破振动作用下既有铁路隧道结构动力响应特性

以紧邻既有隧道上方开挖爆破工程为例,通过现场爆破试验和数值模拟,分析爆破振动作用下既有隧道结构动力响应特性.由爆破试验结果可知:质点垂向峰值振速对爆破振动控制起主要作用;采用回归分析得到的质点垂向峰值振速经验公式,对不同最大单段药量时的质点垂向峰值振速预测的平均误差率为11.86％.数值模拟结果表明:隧道直墙底脚位置单元的垂向峰值振速为4.36 cm·s-1,水平向峰值振速为3.72cm·s-1,隧道拱顶处的垂向峰值振速为4.13 cm·s-1,均在安全振速控制值范围之内;相邻位置的隧道围岩与衬砌结构的受力及质点峰值振速均不一致,且振速衰减趋势也存在差异性.现场试验结果验证了数值模拟结果的正确性,而且数值模拟的爆破振动作用下隧道动力响应具有更高的精度.     

爆破振动对既有高速铁路隧道衬砌动力响应的影响

依托合(肥)福(州)铁路闽赣段金山顶隧道新增救援疏散隧道工程,采用动力有限元数值模拟方法,分析不同隧道间距、围岩级别、单响药量情况下爆破振动对邻近既有高速铁路隧道衬砌动力响应的影响规律。研究结果表明:围岩级别和单响药量一定,既有隧道迎爆侧衬砌振速峰值随着隧道间距的增大而减小;隧道间距和单响药量一定,既有隧道迎爆侧衬砌振速峰值随着围岩级别的提高而增大;既有隧道迎爆侧衬砌动拉应力峰值随着隧道间距的增大而减小,当隧道间距3D(D为救援通道洞室宽度)时单响药量占主导地位;当隧洞间距3D时隧道间距占主导地位,单响药量的变化对衬砌的影响不大。根据衬砌的安全振动速度标准及动拉应力允许峰值,提出了爆破作业单响药量控制值。     

岩体隧道围岩弹塑性变形条件下管片衬砌支护机理研究

基于D-P屈服准则的围岩支护作用理论,以隧道掘进机(TBM)施工过程中支护位置与掌子面的距离作为动态参数,综合考虑注浆圈的应力变形特征,构建岩体隧道围岩弹塑性变形条件下围岩、注浆圈和管片衬砌三者动态变形协调方程,提出三者的变形计算方法和管片衬砌围岩压力计算方法,明确管片衬砌对采用TBM开挖的岩体隧道的支护机理。针对新街台格庙岩体隧道工程实例,计算不同支护条件下围岩变形及管片衬砌围岩压力,并通过数值模拟验证理论方法的合理性和有效性。结果表明:如果在掌子面开挖处开始进行支护,管片衬砌围岩压力将达到1.91 MPa,管片安全系数仅为0.76;如果在掌子面后4 m开始进行支护,安全系数将提升至1.25。建议距离掌子面12 m处开始进行支护,可将围岩压力降至0.24 MPa,管片衬砌具有较高的安全系数。