软岩小净距公路隧道设计优化及稳定性研究

小净距隧道施工一直是工程建设中的难题,尤其是不良地质条件下的隧道开挖,施工灾害问题尤为突出。为确保软岩隧道的施工安全,以某小净距公路隧道为工程背景,通过计算模拟,基于现场试验,提出地表沉降控制技术,建立优化支护结构方案。现场监测数据分析结果表明：地表沉降变形的发展表现为变形快速发展阶段、变形缓慢发展阶段和变形平稳阶段,隧道开挖对近地表围岩变形的影响范围约为2.5倍洞径。深仰拱和锁脚锚杆技术在现场实施后,测得围岩拱顶沉降和水平收敛分别控制在97.33 mm和44.23 mm,约束围岩变形效果明显,最终结构受力也较为均匀。设计优化的成功实施可为类似隧道工程提供借鉴和参考。     

地表倾斜条件下浅埋暗挖隧道的地表沉降规律

采用数值计算的方法,对地表倾斜条件下V级围岩双线铁路隧道浅埋暗挖施工诱发的地表沉降规律进行了研究。研究表明：地表倾斜时的沉降曲线不再具有对称性,地表沉降量最大点的位置随横坡的变陡由拱顶上方逐渐向上坡侧偏移;拱顶埋深相同的条件下,地表倾斜时的最大沉降量比地表水平时的大,并随横坡的变陡近似呈线性增加;地表倾斜时,上坡侧的地表沉降区宽度比地表水平时的大并随横坡的变陡逐渐增大,下坡侧的地表沉降区宽度比地表水平时的小并随横坡的变陡逐渐减少;地表倾斜引起的沉降区宽度变化,上坡侧比下坡侧的大。为隧道施工提供了理论指导。     

偏压小净距隧道开挖方式优化的研究

为研究不同开挖方式对偏压小净距隧道的影响。本研究以重庆杨家坪隧道工程为依托,运用Midas GTS NX软件对其建立有限元模型,研究偏压小净距隧道的不同开挖方式在中岩墙加固前后对围岩应力、拱顶沉降和仰拱隆起等方面的影响。研究结果表明:对小净距隧道的中岩墙进行注浆加固,提高了土体强度,避免了中岩墙错动。在小净距隧道中岩墙开挖的各种方法中,采用CD法开挖的水平位移、拱顶下沉和仰拱隆起均优于CRD法和环形开挖留核心土法的。采取CD法开挖偏压小净距隧道可有效减小后行洞开挖对先行洞的影响。     

软弱破碎地层偏压小净距隧道群施工力学响应研究

软弱围岩条件下,偏压小净距隧道群施工极易诱发围岩失稳,造成施工安全事故。 以大山隧道工程为依托,基于有限元分析软件 ABAQUS建立数值模型,研究地层条件、隧道净距以及隧道埋深等因素对软弱围岩条件下偏压小净距隧道群施工的影响,分析施工诱发的围岩变形规律及其受力特点。研究表明:由于地层偏压的影响,小净距隧道施工引起的围岩变形规律具有显著的非对称性特点;在竖向位移和水平位移叠加的情况下,左右两侧机动车隧道顶部呈现更大范围W形沉降槽;围岩条件越差,隧道埋深越小,净距越小,隧道施工诱发的围岩变形越大;围岩的力学性质直接影响衬砌结构的受力状态,靠近中夹岩处的衬砌结构受力状态更不利。     

地表荷载对浅埋非对称小净距隧道的影响分析

为获得浅埋非对称小净距隧道在地表荷载作用下的地表沉降、拱顶下沉和支护应力在施工过程中的变化特征,依托重庆渝中连接隧道工程为依托,采用二维数值分析方法,分析了地表荷载位于小隧道正上方、大隧道正上方及均布于大小隧道上方3种荷载作用下,先行洞为小隧道或大隧道两个施工过程。结果表明:当小隧道采用单侧壁导坑法和大隧道采用环形开挖留核心土法施工时,地表总荷载越大,地表沉降越大,地表荷载影响最终地表沉降曲线的形态及沉降值大小;大小隧道的施工先后顺序对拱顶下沉随工序变化的规律没有影响;后行洞临近先行洞的开挖对先行洞的支护应力影响非常大。分析结果可为类似工程建设提供理论支持和科学指导。     

富地表水浅埋偏压隧道围岩变形的实时监测研究

偏压隧道一般位于风化破碎岩层、堆积层、冲积层或坡积层等较松软地层,埋深往往较浅,在隧道开挖过程中,洞顶下沉较大,难以形成自然平衡拱.通过研究广珠铁路江门隧道典型断面围岩周边水平位移、拱顶沉降和地表沉降的实测数据,分析了隧道开挖引起围岩变形与破坏特征.分析表明,周边水平收敛和拱顶沉降均为开挖初期变化速率较快,开挖一段时间后变形趋于稳定.     

水平软硬互层偏压隧道施工稳定性分析

以水平层状的砂泥岩互层围岩条件下遂德高速公路中鸡公岭隧道为工程背景,采用有限元分析软件,模拟分析在不同偏压条件下三台阶开挖施工方法中隧道围岩塑性区分布情况及初衬收敛位移、应力场变化情况。结果表明：中部施工对隧道稳定性影响最大,随着偏压角度的增大,塑性区由拱腰向拱脚及拱肩处发展。初衬拱顶及仰拱竖向位移随着施工步序的进行而增大,总体收敛位移及竖向位移最大值均发生在砂泥岩互层交界处。由于施工荷载作用,整个拱圈初衬的初始应力场被破坏,其中隧道中部施工对应力场重分布的作用更明显。随着偏压角度的增大,左右两侧隧道小主应力最大值绝对值的增量均逐渐变大,在偏压角度大于50°后,左侧隧道小主应力最大值绝对值超过右侧隧道的对应值。     

不同深跨比下浅埋偏压隧道地表变形规律研究

以福建省漳州至永安高速公路大隔尖隧道为工程背景,采用数值分析方法,研究了不同深跨比下浅埋偏压隧道地表变形规律。研究发现,浅埋偏压隧道开挖对地表的影响范围大小与隧道埋深成反比,隧道埋深越大,隧道开挖对地表影响越小。当单线和双线隧道深跨比分别为3.1和2.7时,隧道正上方地表已经几乎不受隧道开挖的影响。因此在工程施工中,对于浅埋偏压隧道而言,埋深越浅,越应重视施工对地表变形的影响,可以通过在地表一定范围内注浆来减小隧道开挖对地表的影响程度。     

软土盾构隧道基底加固对长期沉降的影响分析

在富水软弱地层中,如何预测及控制地层扰动引起的长期固结沉降一直是盾构隧道施工面临的重要问题之一。基于FEM-FDM水土完全耦合理论,利用同济曙光三维有限元软件,分析了珠海某隧道软土区段局部加固对盾构施工引起的土体工后长期固结沉降的影响规律。数值计算结果表明:地层及隧道拱顶长期沉降槽随埋深增大逐渐变深变窄;盾构隧道基底加固分别使地表及隧道拱顶的最大沉降量减小34.2%和27%,且使二者更快趋于稳定,但对隧道结构变形的影响并不明显;加固会使隧道竖向应力有所增大,但不会改变其沿隧道轴向的分布规律;有基底加固时隧道拱腰处的超孔隙水压力消散更快,使得固结沉降更快趋于稳定。     

簸箕岭小净距隧道浅埋偏压洞口段施工技术

以簸箕岭隧道施工为背景，着重阐述了采用浅埋地表注浆加固处理、超前管棚支护、单侧壁导坑开挖等施工技术进行小净距浅埋偏压隧道施工，实践表明，这些方法对控制浅埋偏压隧道洞口地表及拱顶下沉、山体偏压对隧道造成的偏移等效果十分显著，对类似隧道施工具有一定的借鉴意义。     

双线盾构隧道施工沉降影响因素分析

盾构隧道施工引发的地层沉降一直是困扰工程界的难题。以北京地铁14号线方庄—十里河站区间双线隧道为背景,构建三维数值计算模型对先后线路隧道开挖和注浆过程进行分析。采用修正的剑桥模型计算地层土体,采用刚度迁移法模拟盾构掘进过程和同步注浆的施工过程。分析了壁后注浆压力、注浆量、浆液随时间固结硬化及先后掘进施工对地表变形的影响。结果表明:合理确定注浆量和注浆压力能够有效控制地表沉降,考虑浆液硬化的沉降计算结果要大于不考虑硬化因素的结果;在最优注浆压力和注浆量的条件下,用体积应变法模拟注浆并考虑浆液硬化的计算结果更与现场监测值非常吻合;后期线路施工不仅引起地层进一步沉降,还增大了先施工隧道的结构变形。     

地铁盾构施工引起地表沉降特征与规律研究

依托某市轨道交通九号线某区间工程,运用Midas GTS有限元分析软件建立数值分析模型,将整个隧道掘进过程分为10个施工阶段,计算施工过程中的地表沉降,分析不同掘进距离下地表的沉降量,并选取地表5个测点进行位移变形结果分析。结果表明:在隧道拱顶位置处产生沉降区域,在隧道拱底产生隆起现象,拱顶处的最大沉降值随着盾构掘进距离的增加而增大,盾构掘进到达地表监测点附近时,该监测点的地表沉降值变化速度较快。     

软土地层隧道开挖对邻近桩基影响数值分析

以某典型软土地层中隧道侧穿桩基为例, 采用数值模拟方法开展了隧道开挖对不同位置处桩基的影响程度分析研究。 结果表明： 隧道开挖引起地表的竖向和水平位移显著影响的区域分别分布在距离隧道中心 0 ~ 3D 和 1D ~3D (D 为隧道外径) 范围内, 其沉降曲线与经验公式的一致性验证了数值模型的可靠性; 同时, 桩顶沉降受开挖影响的区域与地层显著沉降区基本一致; 随着桩基与隧道中心线的距离增大, 桩基的安全区范围逐渐增大而警戒区范围逐渐缩小; 对比桩身沉降和水平位移, 可考虑采用桩顶位移作为桩基变形的控制指标, 当盾构掘进通过桩基且与其净距达到 10L (L 为管片宽度) 左右时, 隧道开挖对桩基变形的影响最明显, 可为现场盾构施工中的变形控制提供参考。     

临近高层建筑群桩基础隧道开挖围岩变形特性

依托某市地铁工程实例,借助ABAQUS建立数值模型,对临近高层建筑群桩基础隧道开挖围岩变形特性进行研究。研究结果表明:围岩变形随隧道开挖面应力释放逐渐增大,具体表现为"快速-缓慢-稳定"3种类型;相比未考虑临近高层建筑群桩基础荷载时,考虑建筑群桩基础附加荷载后隧道拱顶位移、围岩收敛和地表沉降分别增加了6.8%、8.6%和9.8%;最终稳定时拱顶位移和围岩收敛控制在5 mm以内,地表沉降控制在7 mm以内,距离群桩基础一侧横向地表沉降主要影响区域约为3.5倍隧道开挖洞口直径。围岩变形整体较小说明群桩基础荷载对其影响相对较小,同时亦可反向推断隧道施工对高层建筑影响较弱。研究成果能够为类似工程实践及进一步探究围岩变形特性提供重要理论参考。     

交叉隧道不同接近度对既有隧道稳定性的影响研究

以隧道位移及衬砌应力增量为控制标准,通过建立不同净距的正交下穿数值模型,分析新建隧道不同净距(0.25D、0. 5D、0.75D、1.0D、1.25D)正交下穿施工对既有隧道的位移及应力增量变化,判断既有隧道结构的稳定性,结果表明:不同净距下穿过程中对既有隧道的影响范围基本一致,主要集中在新建隧道中线左右20m,最大竖向沉降随着净距的增大呈现先增大达峰值后减小的趋势,采用经典高斯曲线拟合得出经验沉降槽宽度系数;下穿施工过程中既有隧道的横向应力增量先为压应力增量,最终表现为压应力增量,纵向应力增量始终为压应力增量,随着两隧道净距的减小,拉压应力增量增大,通过拟合得出应力增量与隧道净距的变化关系,合理预测不同净距下既有隧道的应力变化。     

黄土软弱围岩下隧道开挖支护技术分析

采用超前小导管进行隧道支护,并分析了超前支护对隧道拱顶沉降、周边收敛和应力分布的影响。结果表明：超前小导管能有效减小拱顶沉降,尤其在支护时效果更显著,沉降值呈台阶状上升;超前小导管对拱底位移控制效果不明显;超前小导管对周边收敛变形的控制效果主要体现在拱腰位置,其次是边墙,最后是拱肩;超前小导管对应力分布的影响不大,水平应力最大值集中在拱腰,竖向应力最大值集中在拱顶和拱底,在黄土隧道开挖过程中应注意拱底、拱顶和拱腰位置处的应力变化。     

双侧壁导坑法隧道围岩受力变形研究

以昌景黄高铁瑶里隧道暗挖段DK90+550～DK90+610作为研究断面，建立三维数值模型，研究隧道双侧壁导坑法施工过程中隧道的变形和支护结构的内力，深入分析了双侧壁导坑法临时竖撑曲率半径和初期支护钢拱架间距的影响。研究表明，隧道施工过程中隧道拱顶处围岩竖向位移较大，隧道拱腰处围岩水平位移较大。当开挖左侧导坑中间土体和拆除临时支撑时，拱腰水平位移会显著增大。随着双侧壁导坑法临时竖撑曲率半径的增大，围岩的竖向位移逐渐减小，水平位移逐渐增大，初期支护钢拱架的应力逐渐减小，且临时竖撑曲率半径对围岩竖向位移的影响更加显著。围岩竖向位移和水平位移均随着初期支护钢拱架间距的增大而增大，且钢拱架的变化对拱顶围岩竖向位移的影响更为显著。     

青岛上软下硬复合地层隧道开挖变形规律研究

如何控制隧道变形和地表沉降是隧道安全施工的重要问题。青岛地铁四号线静沙区间位于上软下硬的复合地层,以此隧道开挖工程为背景,总结岩土体变形的因素,通过有限元模拟软件建立隧道开挖的三维数值模型,对隧道洞身处于不同的地层开挖造成的围岩变形和地表沉降进行分析,结果表明,隧道穿越的土层类型由较坚硬岩变为全坚硬岩时,围岩稳定性逐渐变好,隧道开挖对土层的扰动减小,致使地表沉降逐渐减小并趋于稳定。     

不同围岩和埋深条件下隧道围岩位移和应力变化规律分析

采用FLAC3D计算了II～V级围岩在30 m、100 m、200 m、300 m、400 m和500 m埋深下的拱顶沉降和塑性压力,II和III级围岩拱顶沉降(包括开挖面拱顶沉降和最终拱顶沉降)随埋深呈线性增大,IV和V级围岩拱顶沉降随埋深呈非线性快速增大;开挖面拱顶沉降收敛比(开挖面拱顶沉降占最终拱顶沉降的百分比)随埋深增大而减小,随围岩等级降低而减小,表明深埋弱围岩中隧道要趁早支护。围岩塑性压力随埋深增加而增加、随围岩等级降低而增加,表明深埋弱围岩隧道支护结构受到的围岩压力大。最后对围岩应力集中及其影响因素进行了分析。     

地铁盾构隧道施工对地层变形影响的三维数值模拟

以南京地铁玄武门—新模范马路区间隧道盾构施工工程为背景,使用FLAC3D软件在考虑盾构隧道施工中的开挖、排土、衬砌等步序的前提下,进行盾构隧道掘进施工对地层变形影响的三维数值模拟.结果表明,在盾构掘进施工过程中,地层沉降具有明显的时间效应;地表沉降量随之逐渐增大;地层横向沉降变形随着地层埋深的增加,最大沉降值逐渐增大,沉降槽宽度逐渐减小;地层沉降历时曲线呈现出反"S"形.