不等跨小净距隧道施工力学分析与应用

为研究不等跨小净距隧道施工时两隧道相互影响关系,基于大横琴山隧道,建立有限元模型,对各开挖步与不同围岩条件以及开挖顺序引起围岩位移、应力及支护结构轴力、弯矩变化进行分析,得到地表及特征线沉降位移、围岩主应力、支护结构特征点轴力及弯矩。结果表明:施工时大跨度断面隧道上部位移较大,同时其地表沉降极值位于隧道中间偏向大跨度隧道处;中夹岩柱在小跨度隧道侧的水平位移较大,因此在支护时,需要对小跨度隧道侧的中夹岩柱进行水平支护,以防止失稳;对比不同围岩条件变形受力特性,较弱围岩条件下施工时,需要进行不对称支护,同时先施工小跨度隧道较优。     

高地应力软弱围岩铁路隧道的衬砌压力

以关角隧道为工程背景,采用开挖应力释放率模型,研究高地应力软弱围岩地质条件下铁路隧道的衬砌压力.基于现场实测地应力和施工监测位移,根据台阶法开挖中存在的空间效应,推算未监测到的坑道周边位移和掌子面前方位移,再采用改进的BP人工神经网络模型预测隧道围岩的最终位移.利用开挖应力释放率模型获得隧道衬砌压力及应力释放规律.该规律与经典围岩特征曲线规律一致,且与工程经验和现场施工状态基本符合.采用FLAC3D软件对该段隧道开挖过程进行三维数值模拟,验证了上述方法在高地应力软弱围岩地质条件下的正确性和合理性.计算结果和模拟结果均表明:由于高地应力软弱围岩和初支效果不佳,使得关角隧道DyK307+ 900处衬砌压力较大,隧道结构处于不利的受力状态.     

岩溶隧道超前加固方案比选

以岩溶地区左侧有串珠型溶洞的新高坡隧道为工程依托,设计了小导管注浆、管棚、管棚+小导管注浆3种超前加固方案。采用ANSYS建立三维数值模型,运用有限差分软件FLAC 3D,计算3种加固方案下隧道采用三台阶法施工完成后洞周变形以及初期支护所受压应力,并与未采取加固措施时计算结果对比。结果表明:3种超前加固方案对洞周变形和初期支护均有一定改善作用;管棚+小导管注浆方案的加固效果最好,其洞周最大水平位移、最大竖向位移、初期支护所受最大压应力比未加固时分别减少了43.38%,48.46%和23.13%。     

基于强度折减法的浅埋偏压小净距隧道围岩稳定性分析

针对广东某浅埋偏压小净距高速公路隧道,采用有限元强度折减法基本原理,研究隧道施工过程中各施工工序的安全系数动态变化过程,并对极限状态下关键施工工序的围岩塑性区与隧道围岩位移进行分析,结论为:隧道左洞第一步开挖时,由于中岩柱的出现,其安全系数最小,为最危险施工步,其次为两个洞室临时岩柱上台阶开挖;施工中中岩柱、洞室左拱腰和右拱脚出现大量塑性区,为围岩应力危险区域;中岩柱水平位移在施工过程中呈现出左右往返变化,右侧隧道竖向位移及其上部地表沉降较大,为监控量测重点部位。     

城峰1#,2#,3#隧道小间距段出洞方案

随着高速铁路工程技术的不断向前发展,为减少展线绕行,小间距隧道方案的运用越来越普遍,向莆铁路上小间距隧道就频繁使用.城峰隧道三线小间距,施工干扰复杂,洞身开挖会相互影响,中间岩柱加固难度大,通过分析向莆铁路城峰1#,2#,3#隧道的施工技术,介绍了小间距隧道的施工要点,为小间距隧道施工提供参考经验.     

宜万铁路云雾山隧道“+852”溶洞发育特征及技术对策

介绍宜万铁路云雾山隧道"+852"大型溶洞的地质背景、发育特征,在对溶洞整体稳定性评价基础上,对"桩基承台+隧道结构"、"钢管桩+隧道结构"、"桥梁+隧道结构"3种溶洞处理方案进行了对比分析,综合考虑隧道基础及整体结构安全可靠、施工难度、地下水等因素,推荐采用"桩基承台+隧道结构"的处理方案,并详细论述了具体处理措施。     

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。     

圆形隧道围岩应力和位移的统一塑性解

Mohr-Coulomb(M-C)准则、广义Matsuoka-Nakai(M-N)准则和外接圆Drucker-Prager(D-P)准则在岩(土)体工程中应用广泛,但这3种准则对中间主应力效应的处理是不同的。本文对比分析平面应变状态下上述3种强度准则的表达式,进而建立圆形隧道围岩应力和位移的统一塑性解,研究隧道围岩分析的强度准则效应。研究结果表明:本文所得统一塑性解涵盖已有解,且应用非常方便;隧道围岩应力和位移的强度准则效应显著,M-C准则过于保守,外接圆D-P准则应用需谨慎,应优先选用广义M-N准则。     

小净距隧道中央岩柱的力学性能及加固处理

根据小净距隧道在不同围岩类型下中央岩柱的力学性能分析结果,给出了中央岩柱加固处理的设计要点,并结合工程实例介绍了中央岩柱在施工中加固处理过程.     

双孔隧道盾构施工对邻近桩基变形和内力的研究

在大型有限差分软件FLAC3D平台上进行二次开发，利用内嵌FISH语言编程，主要从隧道的不同开挖顺序方面，对双孔隧道盾构施工过程中邻近基桩的变形和内力进行数值仿真模拟，模型考虑盾构前方土仓压力、盾尾同步注浆、注浆凝结和未凝结两种状态以及衬砌管片施加等施工参数。研究表明：双孔隧道施工对邻近桩基的影响要大于单孔隧道施工对桩基的影响；隧道不同的开挖顺序对邻近桩基的位移和内力产生不同影响：先开挖离桩远的隧道，再开挖离桩近的隧道的方案，对桩基的内力和位移影响最大；两条隧道同时开挖对桩的内力和位移基影响最小。     

基于不同本构模型的复杂地层大断面隧道开挖稳定性分析

多元结构地层中,土体单元触变性高,应力应变路径十分复杂,单一的本构模型不能满足隧道施工变形研究的需要。分析了摩尔库伦、修正剑桥、Druker-Prager和西原正夫等四种本构模型的屈服特性及应力应变关系,通过C++对FLAC软件二次开发,将本构模型程序化。以兰州轨道交通某大断面车站隧道为工程背景,模拟分析四种模型下大断面隧道开挖引起的地表沉降、底板隆起、两帮收剑的变化规律,发现摩尔库伦模型中洛德参数可识别土体单元处于压缩或拉伸状态,能较好地拟合地表沉降规律;修正剑桥模型可追踪岩土体的变形能力和抗剪强度随体积改变而变化的特性,能准确判断隧道直墙的水平位移变化趋势;Druker-Prager模型因考虑中间主应力及静水压力对相邻单元的作用,可反映出隧道内部土体移出后的底板隆起变形特点。以上规律可为复杂多元结构地层中隧道施工变形控制提供参考,从而保证隧道建设的高效与优质。     

大断面公路隧道开挖数值模拟与监测研究

以大断面公路砂岩隧道——连湖隧道工程为依托,结合数值模拟对台阶法及CD法施工围岩应力及位移变化规律进行对比分析。结果表明,CD法开挖时拱顶下沉和水平收敛的累计位移相比两台阶法分别减少了27.8%和34.0%;围岩受力急剧增长阶段发生在洞室开挖前5 d;模拟台阶法、CD法施工时拱顶下沉和水平收敛的变形量分别比实测值小7.1%和11.8%、32.9%和41.8%;围岩整体受力呈先急剧增加后缓慢增加再趋于稳定的趋势,二衬受力稳定值分布呈中间小、两侧大的马鞍型,施工过程中需加强左右断面的监控量测工作。     

浅埋小净距偏压隧道合理开挖顺序探讨

运用ANSYS有限元程序,研究浅埋偏压小净距隧道在不同的偏压角度、间距、埋深条件下,先开挖深埋侧和先开挖浅埋侧2种不同的开挖顺序下的受力和变形特性,对比分析了围岩最大拉应力、围岩洞周最大位移、中岩柱水平位移和竖向应力。研究结果表明：随着角度的增加,先开挖深埋侧较先开挖浅埋侧隧道及中岩柱更加安全;当间距小于0．5倍洞径时,先开挖深埋侧较先开挖浅埋侧安全;当间距大于0．75倍洞径时,先开挖浅埋侧对于隧道受力更加有利;当埋深在1倍洞径以下,先开挖深埋侧隧道整体稳定性及受力更加安全,当埋深大于1．5倍洞径时,先开挖浅埋侧隧道受力更加安全。     

不对称双连拱偏压铁路隧道修建技术研究

研究目的:在我国30多年双连拱隧道工程实践史中,大多数都是在公路隧道中应用,隧道断面多为等跨对称结构,大跨不对称双连拱铁路隧道的工程实践在国内还几乎为空白,对此进行深入研究。本文以新建兰渝线新作坊隧道为工程背景,采用ANSYS有限元软件分别模拟了在V级围岩地形偏压条件下不对称双连拱隧道两种不同工序的施工过程,以获取不对称双连拱隧道的受力、变形特征、施工工法、支护体系。研究结论:通过对隧道结构体系关键部位在开挖过程中的受力和变形分析,得出:(1)开挖过程中左、右洞室及中隔墙顶部关键点的应力和变形随施工步变化的规律;(2)"中导洞+右洞+左洞"的三台阶施工工法更加适合该隧道施工;(3)大跨不对称双连拱隧道采用不均衡支护体系;(4)为有效解决中隔墙顶部渗漏水的问题,在其顶部V型区域设置小导管并进行注浆,对中隔墙顶部岩体进行加固提高其抗渗性能。计算结果为该隧道的设计提供了可靠的依据,同时为该类隧道的设计提供了参考。     

不衬砌水工隧洞围岩稳定性数值模拟分析

针对高渗压作用不仅会改变岩土体的应力状态,同时可能会使岩体劈裂、破坏岩体的原有结构的现象,基于流固耦合分析理论,利用快速拉格朗日有限差分法对隧洞围岩稳定性进行分析。从考虑渗流效应时围岩开挖稳定性、内水作用下围岩力学特性方面开展研究,得到围岩开挖后应力场、位移场分布特征,开挖卸载对渗流场的反馈,内水作用下隧洞的破坏特征和水力特性演变趋势。研究结果表明:对隧洞施工过程中采取安全措施,富水条件下的隧洞工程防排水提供一定的理论参考。     

大断面黄土隧道开挖工法对比分析与选择

研究目的:通过对优化后的大断面黄土隧道开挖工法进行基于有限元理论的实际施工过程仿真计算,分析开挖过程中的围岩应力场、位移场、支护结构强度变化等规律,并结合工法的资源配置、施工进度和监控量测结果来综合确定各种工法的适用范围,从而选择合理的超大断面黄土隧道开挖工法。研究结论:结合超大断面黄土隧道的围岩地质条件,研究了隧道开挖工法CRD法、短台阶七步法和双侧壁导坑法在进度指标、下沉量、施工工序、资源配置、施工风险、施工成本等方面的定性和定量指标,对传统的开挖方法进行了工序和支护方法的优化,提出了优化后各工法的适应范围和优缺点,可为类似工程提供借鉴。     

软弱围岩隧道CD法和台阶法施工力学行为分析

为分析软弱围岩隧道在不同开挖方法过程中稳定性以及拱顶沉降变化规律,以某隧道工程实例为背景,借助有限差分软件FLAC~(3D)数值模拟并和实际监测数据对比分析,研究软弱围岩隧道在CD法和台阶法两种不同开挖方法施工过程中围岩变形、应力变化和围岩塑性区分布规律。实际监测数据和模拟计算结果均表明,采用CD法开挖断面关键点位移和应力明显小于台阶法,随开挖步影响范围也比台阶法要小。总之CD法较台阶法能更好控制围岩变形和应力发展,塑性区分布范围也明显小于台阶法。     

公路隧道施工过程分析及支护参数评价

在复杂地质条件下的隧道工程施工一般采用分步开挖法,围岩及支护结构的最不利承载状态往往发生在初期支护闭合之前,因此有必要对施工过程进行模拟计算。介绍了施工过程有限元数值模拟的方法,通过用设置释放系数的方法来模拟释放荷载的发展,对地层材料、锚杆加固区、喷射混凝土层及钢支撑的有限元模型的建立也进行了探讨。通过ANSYS对两种开挖方式进行了模拟分析,发现施工顺序对围岩的稳定及支护结构的受力影响很大,合理的施工开挖顺序应使围岩尽早构成承载环以分担更多的释放荷载,同时支护结构也应尽早构成承载性能好的拱形结构。加固区围岩强度的提高可使围岩分担更多的释放荷载,可以明显减小支护结构的受力。在云南保腾高速公路勐连隧道的施工中,该分析评价得到了较好的应用,很好地指导了隧道在软弱围岩地层的施工,取得了较好的效益。