基坑开挖对下卧既有隧道变形影响数值分析

文章以粉土中既有隧道上部基坑开挖为例,采用ABAQUS有限元软件建立模型,在考虑了四种工况的基础上,分析基坑开挖对隧道顶部和底部位移、隧道水平位移、基坑底部位移以及桩墙位移的影响。结果表明:基坑开挖会引起隧道向上隆起,且隧道顶部隆起值大于底部隆起值,隧道底部隆起值大约为隧道顶部的60%～70%,隧道向上隆起速率与基坑开挖深度基本呈线性增长关系;随着基坑的开挖,隧道两拱腰向内部收敛,最大水平位移发生在隧道拱腰位置;随着基坑开挖深度的增加,基坑底部隆起增大,且隧道的存在对基坑底部的竖向变形影响较小,基坑中部隆起值略大于两侧;桩墙顶部水平位移最大,随着土体深度的增加,桩墙的水平位移逐渐减小。     

附加荷载引起大跨扁平隧道变形破坏的模型试验研究

文章以深圳大跨扁平马峦山隧道为工程背景,采用模型试验法研究了Ⅳ级、Ⅴ级围岩条件下隧道结构在附加荷载作用下的破坏过程,分析了围岩压力、衬砌变形和结构内力的变化规律。研究结果表明:(1)拱顶围岩压力先增大后减小,当附加荷载达到至某一值时,拱顶围岩压力最大,且衬砌变形较小;(2)随着附加荷载的增加,衬砌变形均经历弹性阶段、塑性阶段、破坏阶段三个阶段,且Ⅴ级围岩衬砌变形较大;(3)随着附加荷载的增加,衬砌结构内力增大,衬砌弯矩分布形状近似呈"蝴蝶型",轴力分布形状近似呈"菱形",且分布不均匀性增大。     

武汉长江隧道盾构段结构型式研究

武汉长江隧道是我国在高水压、强透水地层中修建的第一条大直径盾构隧道,且左侧河床历年冲淤变化幅度较大,如何选择合理的隧道结构型式是工程设计必须考虑的关键问题.为此,在国内外现有单层管片衬砌和全环双层衬砌的基础上,研究提出了一种新型的“管片衬砌+非封闭内衬”的双层衬砌结构该结构在不增加隧道开挖直径的前提下,允分利用圆形隧道底部和两侧的富余空间现浇钢筋混凝土,并与车道板结构共同组成非封闭二次衬砌结构,可以大幅度地减少河床冲淤变化时的结构横向变形,并确保隧道底部与两侧这些重点部位的防水性能及结构长期稳定性,是一种值得推荐的创新结构方案.     

大跨径铁路车站隧道施工力学特性研究

依托大(理)丽(江)铁路三线大跨车站隧道工程,对隧道(出口端跨度大于20 m)洞口段(48 m)进行了施工过程的三维有限元数值分析.通过对隧道围岩应力与塑性区分布状态的分析得出:大跨隧道核心土底部和边墙两侧出现了应力集中区域,拱顶部位易出现拉应力;临时横撑滞后4个循环(即8 m)可发挥作用,能够有效控制围岩应力分布形态和塑性区的发展;大跨隧道核心土塑性区完全贯通,最大塑性区出现于隧道两侧边墙中部.根据数值分析结果,在隧道应力集中区域进行注浆加固和合理的分部开挖,并从现场监控量测结果反馈出隧道围岩压力及钢拱架内力变化较小,说明隧道加固措施能够有效控制甥性区范围和减弱围岩应力集中现象.     

连拱隧道结构内力样式的模型试验研究及有限元分析

文章结合广惠高速公路小金口双连拱隧道工程(Ⅲ类围岩),开展大型相似模型试验研究和有限元数值分析,阐述了双连拱隧道的内力样式(二次衬砌的轴力和弯矩),得出双连拱隧道的两边墙脚、中墙底部和顶部的弯矩值较大,尤其是中墙的受力特征将直接决定双连拱隧道围岩的整体稳定性.     

拼装方式对盾构隧道衬砌结构变形和内力的影响分析

文章结合广州地铁区间盾构隧道管片衬砌结构设计,采用梁-弹簧模型计算法对不同拼装方式下的盾构隧道衬砌环变形和弯矩、轴力、剪力等内力分布以及衬砌环变形量和内力随隧道埋深的变化规律进行了探讨和分析.通过对盾构隧道装配式衬砌结构变形和内力分布规律及影响因素的系统研究,深入探讨了拼装方式对盾构隧道管片衬砌结构设计的影响.     

近接桩基盾构隧道施工管片力学行为研究

盾构隧道衬砌管片在施工阶段处于复杂的受力状态,易出现局部破损现象。文章以深圳地铁5号线近接桩基时盾构隧道施工为研究背景,通过现场测试对衬砌所承受的轴力和弯矩进行了分析,以此来探究盾构隧道管片的力学特性。研究结果表明:上覆建筑物的全风化花岗岩层中,管片脱出盾尾后桩基荷载将传递给隧道上部土体,最后传递至衬砌管片,管片环受到较大的附加应力作用;管片刚拼装上时试验环内力较小;当管片脱出盾尾时其内力达到最大值;稳定后的管片内力一般相较刚脱出盾尾时稍小。由于岩层破碎且极度发育,透水性好,孔隙水压力变化速度较快,且能较快趋于稳定。     

大直径盾构隧道双层衬砌管片结构计算

目前,大直径盾构隧道的运用日益增多,常用的盾构隧道多为单层衬砌结构。鉴于单层衬砌管片结构存在一些缺点,双层衬砌管片结构的设计与使用逐渐引起人们的注意。文章针对大连地铁5号线跨海段盾构隧道双层衬砌结构,运用Abaqus软件并考虑围岩压力、地震荷载作用、溶洞以及施作方式对于结构的影响,计算分析不同工况下盾构隧道双层衬砌管片结构的变形以及受力特征。研究结果表明:基本荷载下结构受力的主体为初衬,二次衬砌的作用应更多考虑为耐久性和安全储备。地震荷载作用下二次衬砌结构内力显著增大,相对于基本荷载,初衬内力增幅为8.57%～44.1%,二次衬砌内力增幅为123.6%～332.4%,二次衬砌结构将在抵抗地震等偶然荷载作用时发挥较大作用。地震荷载作用下溶洞对双层衬砌结构内力及变形影响很大,相对基本荷载工况,初衬内力增幅为11.0%～216.5%,二次衬砌内力增幅为192.4%～353.1%,轴向变形增幅为58.9%～81.34%,水平向变形增幅约为143.6%。因此,建议对溶洞进行合理加固,以保证隧道安全。     

类矩形盾构隧道装配式衬砌结构设计参数研究

以曲墙曲拱的类矩形断面形式设计两车道拼装式盾构隧道衬砌,考虑地层抗力系数、覆土厚度、设计荷载等因素的影响,建立类矩形盾构隧道衬砌的梁-弹簧模型。结合昆明地区典型地质剖面,分别对均质环模型和梁-弹簧模型进行内力计算,验证计算模型的合理性。研究结果表明:随着地层抗力系数的增加,衬砌结构弯矩及剪力逐渐减小,轴力逐渐增大,改善了管片结构的受力状态。     

衬砌厚度不足对隧道结构安全性的影响分析

衬砌厚度不足缺陷的存在将显著改变隧道结构的力学状态,并对隧道结构的安全造成威胁。文章以Ⅳ级围岩双车道公路隧道为工程背景,采用数值模拟研究衬砌整体或局部厚度不足条件下隧道结构的安全状态。结果表明:衬砌厚度不足使缺陷处结构的轴力与弯矩减小,同时降低了结构的极限承载力,从而导致缺陷处隧道结构的安全系数显著降低;衬砌局部厚度不足对缺陷处隧道结构截面内力、承载力和安全系数具有显著影响,而对远离缺陷处隧道结构截面的影响相对较小;衬砌厚度整体或局部厚度不足时,衬砌厚度值与结构安全系数基本呈线性关系,经回归分析确定了满足结构安全要求的临界衬砌厚度值。研究成果可为存在衬砌厚度不足缺陷隧道的结构安全性分析及评价提供参考。     

盾构隧道管片裂缝开展规律数值试验

管片裂缝会影响盾构隧道衬砌结构性能。为研究管片裂缝开展规律,文章以西安地铁某区间隧道涌水事故导致管片裂缝病害为背景,利用ANSYS软件SOLD65单元建立三维非线性模型,分析管片裂缝开展规律。结果表明:(1)无空洞条件下,荷载小于2倍设计值时,管片无裂缝;当荷载位于2.5倍设计值和4倍设计值之间时,裂缝数量逐步增加,裂缝数量与荷载关系近似呈s曲线;(2)依托工程空洞条件下,当施加设计荷载时,出现偏压现象,随着荷载增大裂缝开展较快,当施加荷载达到2.7倍设计荷载时,裂缝急剧增加,裂缝分布不对称,空洞周边裂缝密集,大于3倍设计荷载时,结构失稳破坏。文章研究结果可为病害处治提供理论依据,为类似工程提供借鉴。     

柔性比对隧道地震动力响应影响研究

地震作用下隧道与围岩动力相互作用的强弱与隧道和围岩的相对刚度关系密切,为分析地震作用下隧道衬砌与围岩相对刚度对结构内力的影响,文章引入柔性比的概念进行抗震数值计算分析。通过对地震波、边界条件进行处理,建立计算模型分析在不同围岩等级、衬砌厚度、混凝土强度等级、隧道直径情况下结构内力的变化情况,并给出了不同柔性比条件下隧道衬砌地震反应的基本规律。结果表明,柔性比越大,地震作用下隧道的内力越小;在进行隧道结构多道设防时,相邻结构的刚度应逐渐变化,且每一层的厚度不应过大。     

9块等分管片设计及其工程应用研究

文章就城市双车道公路盾构隧道设计了一种9块等分管片,采用有限元法进行了管片结构内力和变形分析.分析结果表明,9等分管片的受力合理,管片结构的内力和变形都满足设计要求.管片一环9块等分有利于优化配置运输能力和管片拼装机械手的拼装能力,同时减少管片的接头数量,增加隧道衬砌的防水能力,值得在我国城市双车道公路盾构隧道中推广应用.     

软弱地层下某隧道围岩及支护结构稳定性数值模拟研究

为研究在软弱地层下开挖单洞隧道时二次衬砌对隧道围岩稳定性的影响,文章以某单洞铁路隧道为依托,采取三维有限元软件对软弱地层下隧道施加二次衬砌后围岩稳定性进行了数值模拟分析,结果表明：(1)在施加二次衬砌后,地层的水平应力整体呈条带状分布,开挖扰动对地层水平应力的影响较小;(2)当施加二次衬砌后,单洞隧道围岩的应力集中程度显著减小,围岩的整体稳定性显著提高;(3)当施加二次衬砌后,隧道所处的地层整体变形量均显著减小,岩体表层的沉降量为0.04 mm,其沉降量可以忽略不计;(4)当隧道进行二次衬砌加固后,围岩的整体水平变形量均较小,满足相关的工程设计要求。     

近接群桩盾构隧道衬砌管片变形特性研究

基于合肥地铁1号线某区间段盾构隧道施工近接群桩基础工况,文章通过Midas软件模拟盾构掘进过程,着重关注管片的变形和内力变化情况,同时模拟不同注浆压力大小或隧道是否近接群桩状态下的盾构掘进过程,对其计算结果中隧道管片的内力及变形的影响程度进行对比分析。结果表明:注浆压力在0.1~0.4 MPa范围内,随着注浆压力的增加盾构隧道掘进过程中管片的内力与变形均增大;盾构隧道在近接群桩的施工中,管片的内力与变形均受到了群桩的抑制作用,且与管片距离桩基远近相关,其中距离桩基最近位置处的管片水平位移的抑制现象更为明显。计算结果能为其他类似近接施工中研究隧道管片的内力与变形特性提供参考。     

高水压作用下深埋隧道双层叠合衬砌稳定性影响因素研究

随着国民生态资源保护意识的逐渐增强,结构工程师对全封堵防水设计的呼声也越来越高,高水压隧道防水形式逐渐由"主排"向"全防"转变,结构模筑时不得不面临大体积混凝土施工难的困境";双层叠合衬砌"方案即是通过"拆分"的方式削减结构厚度,可有效缓解水泥水化热在结构内部产生的有害变形,增强大体积混凝土结构的可实施性和可操作性,同时还能兼顾提高隧道的防水质量和效果。文章以青岛地铁1号线过海区间为工程背景,采用ANSYS有限元分析软件,对双层叠合衬砌的稳定性影响因素进行研究,结果表明:(1)考虑衬砌间防水层的影响,结合面接触力学行为仅考虑径向弹簧压缩刚度即可,可忽略切向弹簧剪切刚度的影响;(2)当结合面径向弹簧刚度与两侧结构弹性模量等数量级时,安全系数曲线走势基本收敛,结构发生破坏的顺序依次是内层衬砌仰拱、内层衬砌拱脚、外层衬砌仰拱、外层衬砌拱脚、内层衬砌拱顶、外层衬砌拱顶;(3)围岩基床系数越高,叠合结构安全系数越大,设计与施工过程中应注意提高劣质围岩、维持优质围岩的基床系数;(4)叠合结构安全系数随着各层衬砌刚度的增加而增大,内层衬砌结构具有提高、改善外层衬砌结构安全性的作用。     

乌鞘岭隧道志留系板岩夹千枚岩地段结构验证试验研究

对乌鞘岭隧道志留系板岩夹千枚岩地段支护结构的受力特性,采用数值分析方法进行计算,开展现场结构试验并进行对比分析。试验揭示了隧道开挖后围岩应力释放引起的结构变形与支护压力变化规律,支护结构的稳定性和安全性在不同测试地段受各种影响因素的作用而不同。数值计算与现场试验结果表明,隧道衬砌的结构安全系数均满足规范要求,但应以按实测衬砌应力进行结构内力计算,并对结构安全性进行评价为宜。     

软弱围岩通风竖井开挖稳定性研究

软弱围岩中修建竖井会面临围岩变形量大、初支受力过大从而被破坏的风险。本文依托白马隧道通风竖井工程,借助有限差分软件FLAC3D对竖井进行开挖-支护全过程模拟,通过分析竖井钻爆开挖后围岩的变形特征以及初支结构的受力特点,验证竖井开挖方案的合理性。研究结果表明,竖井采用复合式衬砌加短段掘砌混合作业后,围岩位移量随竖井开挖深度呈近线性递增,竖井井底围岩位移最大,为0.72 mm。围岩最大主应力也随着竖井开挖深度逐渐增大,围岩最大主应力大小约为7.89 MPa,位于井底;竖井衬砌范围受爆破开挖影响,围岩主应力较低,为确保施工安全,施工时需及时支护,以形成有效承载结构。竖井支护结构受力随着竖井开挖深度逐渐增大,支护结构最大主应力位于竖井底部,初支最大主应力为8.96 MPa,二衬最大主应力为6.94 Mpa,均满足设计要求。研究成果对类似工程具有一定参考价值。     

局部水压作用下单线铁路隧道衬砌设计参数研究

隧道运营后衬砌开裂的主要原因之一是由于衬砌受到了较大的局部水压作用。为解决局部水压显现明显地层中衬砌设计依据不足的问题,文章采用现场试验和数值模拟手段,研究局部水压作用下铁路单线隧道标准设计图的Ⅱ级围岩曲墙带底板衬砌形式和Ⅲ级围岩曲墙带仰拱衬砌形式的受力特征和安全性,并对衬砌安全系数提高措施的作用效果进行分析,提出了局部水压作用下衬砌的设计参数。研究结果表明:衬砌各部位的安全系数分布较离散,衬砌受局部水压作用的部位是薄弱部位;采用增大衬砌厚度和增加钢筋量的措施可明显提高钢筋混凝土衬砌的安全性,提高混凝土等级措施不能提高衬砌安全性;曲墙带仰拱衬砌的安全性明显优于曲墙带底板衬砌,通过增大衬砌厚度和增加钢筋量的措施,曲墙带底板衬砌最大能承受0.2 MPa水压,曲墙带仰拱衬砌最大能承受0.5 MPa水压力,在较大水压力作用下建议优先采用增大曲墙曲率的方法提高衬砌的安全性。     

特大断面铁路隧道施工过程应力特性研究

为了研究隧道施工中围岩的应力特性,采用能够反映围岩三向应力的I1-J2姨曲线来描述应力路径,并结合摩尔库伦准则,定义安全系数。文章以乌蒙山2号隧道为例,采用FLAC3D软件分析了特大断面铁路隧道施工中的应力路径和安全系数的变化规律。研究结果表明:特大断面铁路隧道分部施工中,隧道左右两侧围岩的应力路径和安全系数变化规律表现出一定的"对称性";当开挖至监测点3m范围时,开挖引起监测点应力值、安全系数迅速减小,其主应力方向发生偏转;施作初期支护后,应力值、安全系数得到一定增加,且趋于稳定;及早地施作各部初期支护有利于控制围岩应力变化,边墙处安全系数长时间小于1.0应予以重视;开挖面通过各监测点后,各监测点的安全系数基本趋于稳定并大于1.0,说明该隧道在本次计算中是安全的。