漳龙高速公路扩建隧道围岩力学特性三维有限元分析

为分析隧道扩建过程中围岩的力学特性,确保施工期间围岩的稳定性,以漳龙高速公路后祠隧道扩建工程为依托,建立了反映实际地形的三维有限元模型,对后祠扩建隧道施工期间地表沉降、拱顶下沉、周边位移的特征以及拱脚和拱顶的应力变化规律进行计算分析。计算结果表明： 原位扩建隧道位移变化规律不同于普通新建隧道位移变化规律,隧道原位扩建施工过程中,地表沉降曲线表现出了明显的非对称性; 隧道掌子面前方12 m及掌子面后方24 m范围内变形较为迅速,为非稳定变形段; 根据隧道拱顶位移曲线,提出了针对扩建隧道位移空间变化规律的公式,该公式能预测后祠隧道的变形,从而为施工提供建议和指导; 隧道拱脚表现为压应力集中区,随着开挖的进行,拱脚主应力逐渐增大,而拱顶主应力逐渐减小并向拉应力过渡,最终拱顶呈现出较小的拉应力。     

流固耦合作用下浅埋偏压隧道扩建方式研究

为研究渗流条件下或流固耦合作用下的偏压隧道扩建方式,以成渝高速中梁山宋家沟1 号隧道为工程背景,针对渗流作用下既有浅埋偏压隧道的左侧小净距扩建、右侧小净距扩建、左侧原位扩建、右侧原位扩建4 种扩建方式进行数值分析研究,分析各种扩建方式下的拱顶沉降、围岩收敛、围岩应力、初期支护内力、围岩孔隙水压力折减量等,通过与隧道扩建施工监测资料进行对比, 发现数值模拟结果与施工监测极其吻合,验证了计算结果的可靠性。通过对4 种扩建方式进行对比分析认为: 1)采用小净距扩建时的围岩收敛变形、围岩竖向应力等均小于原位扩建; 2)从针对地下水资源保护的角度出发,采用左侧小净距扩建时对地下水资源的保护效果明显优于其他3 种扩挖方式; 3)扩建隧道围岩孔隙水压力的折减在各个方向均呈现出明显的梯度变化,隧道施工过程中的涌水量大部分来自扩建隧道上部围岩。     

特大断面隧道原位扩建的施工力学特性分析

以金鸡山特大断面隧道原位扩建工程为背景，介绍了核心五步法的原位扩挖方案，并通过数值模拟与现场监测手段，分析了特大断面隧道原位扩建的施工力学特性。结果表明:目标断面附近掌子面右上、左上部围岩开挖，以及临时竖撑拆除、仰拱回填，使得拱顶沉降显著增大。同时临时竖撑的支承作用，使得作用在衬砌拱顶与拱底处的围岩压力较集中，而先右后左的扩挖方案使得衬砌右侧围岩压力明显大于左侧。金鸡山隧道原位扩建施工过程中，对目标断面的拱顶沉降和水平收敛进行了长期跟踪监测，其结果与数值模拟较为吻合。     

浅埋暗挖隧道下穿既有高速公路数值分析

基于南翔西路隧道下穿既有全三高速公路工程,采用FLAC3D数值分析手段对隧道三导洞开挖法施工过程中围岩应力场和位移场、初期支护内力分布情况、地表沉降情况进行了分析研究,得到了隧道施工完毕后,初期支护大管棚起着良好的支护效果,围岩应力集中区局限在拱部一定范围内。隧道三导洞法施工对拱部影响较大,各个分部开挖后周边围岩均有应力集中现象,但应力变化梯度不大。隧道临时支护拆除前地表沉降最大值23mm,临时支护拆除后地表沉降最大值45mm。隧道仰拱向上隆起30mm。隧道开挖后,隧道周边围岩位移不显著,满足规范要求。地表沉降最大值位置为隧道中线,对应地表沉降槽宽度为50m,影响范围为隧道中线左右各25m。初期支护拱部素混凝土安全系数满足施工安全要求。相关结论对类似工程的设计、研究具有一定的指导作用。     

高速公路偏压连拱隧道变形测量与计算分析

通过试验反演确定隧道围岩参数,建立隧道开挖数值计算模型,对施工变形进行模拟计算,同时布置相关测点对隧道围岩变形进行测量,将数值计算结果和测量结果进行对比分析。由围岩内部变形、隧道变形和地表变形分析得知,左洞变形大于右洞,左洞地表沉降量大于右洞,说明施工顺序对隧道变形影响较大,隧道径向6 m之外的围岩变形受开挖影响小,隧道径向6 m以内为围岩松动圈。     

原位扩建隧道围岩变形及力学特性研究

隧道原位扩建需要将原有结构拆除后再进行隧道扩挖,形成大断面隧道.从原隧道的开挖形成小断面隧道到拆除原有结构再扩挖成大断面隧道,围岩经过多次扰动后,经受的应力状态错综复杂.以大帽山隧道原位扩建为例,介绍采用数值模拟手段建立新建4车道和原位扩建4车道隧道的力学计算模型,得出原位扩建隧道的围岩变形及力学特性,为该隧道的支护结...     

圆形隧道施工对不同深度地层沉降影响的模型试验研究

为了预测圆形隧道施工引起地表以下不同埋深地层沉降特征,首先,通过理论推导不同地层最大沉降位移与沉降槽宽度系数的函数关系;然后,建立包括试验台架、地层模型、圆形隧道开挖模型以及测量地层变形装置的平面应变模型试验系统。通过理论解析和模型试验可知:1)地表以下地层的最大沉降位移与沉降槽宽度系数成反比;2)不同深度地层的沉降位移随着地层埋深的增加而增大,且地表以下地层沉降槽曲线仍然符合正态分布;3)通过对模型试验数据进行回归分析,得到黏土地表以下不同深度地层沉降槽宽度系数的计算公式,从而为预测圆形隧道施工地表以下不同深度地层竖向位移提供了一种可靠的计算方法。     

破碎围岩小间距隧道施工响应模拟分析

采用FLAC3D有限差分数值模拟程序,对破碎围岩条件下小间距隧道施工过程进行了动态模拟。通过对应力场、位移场的分析,研究了其施工响应特征。研究结果表明:地表沉降主要集中在核心土开挖过程中;先行洞与后行洞在开挖过程中相互影响,表现为位移、变形和应力的增大,其中以先行洞在地表沉降和拱脚应力方面对后行洞的响应更为明显,而对塑性区的变化则影响较小。实测值与数值模拟结果较接近,二者的变化规律大致相同。     

大跨度偏压连拱隧道洞口段施工力学性能研究

以江西安源隧道(双向六车道连拱式隧道)为研究背景,采用管棚注浆的预支护手段,通过现场监测和数值模拟软件研究连拱隧道在施工过程中围岩位移、应力和管棚支护的动态变化规律,并结合拱顶沉降、地表沉降以及周边收敛的现场监测数据进行数值模拟验证。研究表明：连拱隧道左侧主洞施工对围岩的扰动范围主要在左侧,对右侧主洞影响较小;左右主洞与中隔墙拱脚处存在拉应力集中,施工时需要注意拱脚位置的施工质量;由于隧道存在偏压效应,隧道浅埋侧管棚弯矩最大值大于深埋侧;靠近洞口处的管棚始终承受较大弯矩,施工时,要控制洞口处的管棚施工质量。     

地铁暗挖隧道下穿既有电力隧道施工过程位移响应

轨道交通在促进城市区域发展和缓解交通压力方面的贡献越来越显著,暗挖隧道施工不可避免对周边管线产生扰动。选取黄土地层地铁区间近距离下穿某电力隧道为工程背景,采用过有限元差分程序FLAC~(3D)建立三维数值模型,对地铁区间隧道下穿既有管线位移响应进行研究,并与现场实测位移数据进行对比。数值计算与现场实测的地表沉降曲线基本一致。区间隧道开挖引发的地表沉降曲线仍符合Peck曲线分布,地表沉降位移最大值约为26.1 mm。地表沉降曲线为左、右线隧道施工扰动的叠加,电力隧道竖向位移最大值为12.6mm,满足产权单位提出的20 mm的位移控制标准。区间隧道施工应遵循超前支护,短进尺、强支护、勤量测、紧封闭,确保隧道施工安全和电力隧道正常使用。     

特大断面隧道扩建施工监控技术

结合渝州特大断面隧道扩建施工现场监控量测实例,通过对地表下沉、拱顶下沉、周边位移监测数据的分析,阐明扩建隧道与一般新建隧道的差异,并针对这些差异提出适合扩建隧道的施工方法及2次衬砌施工时间.通过对钢支撑内力、围岩压力、锚杆轴力监测数据的分析,对渝州扩建隧道现有结构设计进行验证,同时阐明扩建隧道的围岩变形规律及围岩的松动...     

软弱地层中浅埋隧道不同工法开挖的力学特性研究

为确定软弱地层中浅埋隧道开挖时围岩的力学特性,以穿越饱和砂土地层的某城际高铁隧道为依托,采用数值模拟和现场试验手段,研究不同工法下围岩位移、地表沉降、初期支护受力情况的变化规律,并通过现场测试数据进行验证。结果表明:由于开挖过程中设置了中隔壁等临时支护,CD法能更有效控制变形的发展,因此洞内围岩位移、地表沉降、初支结构的应力、内力均比台阶预留核心土法小;现场监控量测成果与CD法数值模拟数据在规律上较为符合,CD法应用于饱和砂层中,引起的围岩位移、地表沉降、支护结构内力等均在安全值范围内,能保证浅埋隧道的施工安全。     

红砂岩隧道开挖稳定性的三维数值分析

以湖南西部某红砂岩浅埋隧道为例,建立了三维有限差分数值模型并模拟了隧道不同开挖步过程中掌子面附近围岩应力和地表沉降的变形规律,最后利用数值计算结果与实测数据进行了对比分析。结果表明:隧道开挖对掌子面前方影响范围约为2D,在掌子面后方1D范围内围岩应力发生明显变化,随掌子面向前推进逐步趋于稳定;地表沉降量主要发生在上台阶开挖时,当仰拱施作完成形成稳定的闭合环结构后,沉降变形很快趋于稳定。主应力最大值位于拱腰,其次是拱脚,而塑性区主要出现在拱肩和拱脚。实测数据与计算结果基本吻合。     

基于GA-BP神经网络的隧道围岩力学参数反演

为在岩土工程设计和施工中获得更加合理、可靠的岩体力学参数,改善BP神经网络算法存在的收敛速度慢、依赖初值等不足,采用GA-BP神经网络方法,对隧道围岩力学参数反演进行了研究。依托江西省萍莲高速公路莲花隧道工程,选取右洞YK35+095～YK35+135段作为模拟对象,利用FLAC3D有限差分法,按照微台阶法开挖,构建三维数值计算模型;设计了25组围岩力学参数的正交试验,代入已建立的数值模型,得到系列拱顶沉降、周边位移以及地表沉降值,由此构造了神经网络的样本;采用遗传算法和神经网络相结合,其中遗传算法种群规模取值30,最大遗传代数取值25,交叉概率取值0.8,变异概率取值0.01,通过网络训练,得到了训练成熟的GA-BP神经网络,建立了待反演的围岩力学参数与位移之间的映射关系;将莲花隧道YK35+115断面实测的拱顶沉降、周边位移和地表沉降值,输入到已训练成熟的GA-BP神经网络模型中,输出得到围岩的弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角等参数。结果表明:采用GA-BP神经网络反演获得的围岩力学参数,代入到FLAC3D数值模型中正演计算,得到拱顶沉降、周边位移和地表沉降与现场实测值仅相差2.94%,3.16%和4.86%,误差较小;基于GA-BP神经网络的隧道围岩力学参数反演方法精度较高。     

炸山嘴黄土隧道地表注浆加固工程实践

以国道G309线固原至西吉公路炸山嘴隧道工程为依托,利用MIDAS-GTS三维有限元软件分析地表注浆措施对该隧道中一段位于软弱围岩区域浅埋隧道的加固效果。对比地表注浆前后隧道周围土体的位移情况以及隧道拱顶塑性区分布范围,发现地表注浆加固措施对提高隧道围岩强度和控制隧道拱顶沉降量具有明显效果。     

分岔隧道喇叭口段现场监测数据分析与数值模拟研究

介绍了某分岔隧道喇叭口段的现场监测方法,并结合具体施工过程,对现场监测结果进行了分析;通过数值模拟手段分析了隧道各开挖阶段对地表沉降及围岩不同位置的应力和位移的影响。研究结果表明:随着深度增加,围岩逐渐趋于稳定;上覆围岩越薄,地表沉降越大。研究结果可为同类隧道设计、施工提供必要的依据。     

城市地铁隧道施工对古建筑沉降的影响研究

采用大型有限元软件ABAQUS模拟城市地铁隧道盾构开挖诱发地表沉降规律,并针对开挖推进距离、开挖面支护以及地表建筑物刚度条件对古建筑物地表沉降影响进行了详细分析,得到以下结论:拱顶沉降、上测点周边收敛位移和下测点周边收敛位移,实测数据分别比数值模拟数据大5.41%、13.21%和10.15%,这与现场施工条件比数值模拟更为复杂有关,也说明数值模拟比较可靠。增大盾构推进距离会加大古建筑物地表最大沉降值,但是增大幅度有限,当推进距离增大为原来的3倍时,古建筑物地表最大沉降增大幅度低于10%;增大盾构开挖面支护力会明显减小古建筑物地表最大沉降值,施工过程中可以适当采取增大开挖面支护力的方法来减小古建筑物地表沉降。盾构上方地表存在古建筑物能明显减小地表最大沉降值,但地表沉降槽宽度也相应增加,因此施工过程中若盾构上方存在古建筑物,应进行特殊考虑。     

TBM导洞扩挖法在高地应力软岩隧道施工中的应用效果分析

运用MIDASGTS有限元软件,分析了TBM导洞扩挖法在高地应力软岩环境中隧道开挖的应用价值。通过对某公路隧道分别采用TBM导洞扩挖法、预留核心土环形开挖法和两台阶法三种施工方法进行数值模拟,主要以拱顶沉降、拱腰水平收敛和拱底隆起等围岩变形指标进行对比分析,得出TBM导洞扩挖法高地应力软岩隧道施工时的围岩变形控制效果最好的结论。同时分析了在富水等复杂地质情况下,TBM导洞扩挖法在排水、探明前方地质情况等方面更具有优势。     

基于数值模拟的矩形隧道施工方案比选研究

为了保证隧道施工和后期运行的安全,要选择出一个普遍适用于大断面矩形隧道的开挖方案。采用FLAC3D有限差分软件对3种不同的施工方案进行数值计算,对施工过程中隧道周围岩体位移、地表沉降以及周围岩体应力变化的计算结果进行对比分析,结果表明,采用先开挖隧道两侧岩体,后开挖隧道中部岩体的施工方案在应力集中程度和地表沉降方面比其余两种方案最大可降低41.3%和9.5%;隧道开挖过程中对地表沉降影响的范围大致为隧道跨度的5倍;浅埋大断面矩形隧道两侧岩体水平位移模式为向隧道外侧位移,与一般隧道不同。最后,优选出的施工方案将为大断面矩形隧道的实际施工提供参考。     

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。