非连续边界荷载影响下隧道围岩压力计算方法

浅埋隧道施工中经常面临堆载、孤石等工况，为了确定其形成的非连续边界荷载对围岩压力取值的影响，以隧道上覆岩体破坏迹线建立压力模型，将堆载、孤石按照作用范围、位置等效为均布或者集中边界荷载，以其随岩体深度变化及偏压情况为条件，按照太沙基理论建立轴对称边界荷载影响下围岩压力微分方程，以非连续边界荷载和为条件求解方程，将求解的压力值与附加弯矩在半无限空间体中产生的应力组合，形成非连续偏压边界荷载影响下围岩压力计算方法。通过与拉林铁路隧道群围岩压力监测值的对比，验证模型的可行性。得到以下结论： 1）非连续边界荷载在岩体分布的有效长度可作为围岩压力计算方法的选取依据。2）在非连续边界荷载影响下，围岩压力取值与隧道衬砌不同位置的角度呈线性关联。3）将孤石等效为集中或者均布边界荷载，2种围岩压力计算值存在一定的偏差，压力差值与隧道埋深有关；当埋深小于7 m时，将孤石作为非连续均布荷载的围岩压力计算值与监测值相近； 当埋深大于8 m时，将孤石作为非连续集中荷载的围岩压力计算值与监测值较为接近。     

盾构隧道下穿机场的结构设计与施工沉降控制研究

随着机场为核心的城市综合交通枢纽、机场捷运系统的发展,地下结构下穿机场的工程逐渐增多。现以某机场捷运工程盾构下穿运营飞机滑行道为背景,对盾构隧道下穿机场的重点问题进行研究。通过对飞机荷载的合理等效计算,确定盾构埋深与飞机荷载取值的关系。结合工程实例,对下穿滑行道盾构管片进行受力分析并提出构造措施。研究盾构埋深及地层损失率对机场道面沉降的影响,总结控制盾构沉降的相关措施。     

基于椭球体失稳坍落理论的隧道掌子面失稳计算研究

为研究维持软弱围岩隧道掌子面稳定所需的掌子面支护力,以筒仓理论和太沙基压力理论为基础,借鉴运用椭球体失稳坍落理论,建立隧道掌子面失稳理论计算模型,推导隧道掌子面失稳计算公式,求出维持掌子面稳定的最小支护力和完整失稳坍落椭球体的临界埋深值。通过分析隧道埋深与坍落椭球体高度的4种位置关系对计算参数的影响,给出不同位置关系情况下竖向深度z和作用于椭圆台台面的土压力q0的求解方法,并将推导公式与经典公式进行对比,验证推导公式的合理性。最后,运用推导出的隧道掌子面失稳计算公式对实例进行分析,求得维持掌子面稳定的掌子面最小支护比,并用数值模拟方法进行验证。验证结果表明： 推导公式与数值模拟结果具有较好的一致性。     

隧道洞口浅埋偏压段施工性态数值模拟分析

针对渝湘高速公路斑竹林隧道软弱围岩洞口浅埋偏压段施工难题,采用数值模拟手段对施工过程进行计算分析.分析计算结果,得出主要结论:水平方向的围岩变位相对比较大,可能大于隧道围岩竖向位移;右隧道(埋深大)围岩拱顶特征点处竖向位移大于左隧道,围岩位移值最大值达到22.63 mm,发生在开挖时左隧道右边墙处.结合现场监控量测成果分析,证实了数值分析的正确性.基本掌握了山岭隧道洞口浅埋偏压段围岩和衬砌的变形、应力变化特征,认为该类型隧道围岩变位是隧道施工过程中需要控制的关键性因素.     

盾构施工对航油管道的扰动效应

机场飞行区下施工容易造成上覆土体的沉陷,从而引起隧道上部埋置管道的局部下沉,并使管道产生较高的附加应力。通过对下穿盾构施工时所产生的土体下沉位移进行分析,探讨管道不同部位的沉陷分布规律计算模型;应用ABAQUS有限元软件对管道下盾构施工过程进行数值模拟,分别反映施加不同附加荷载情况以及不同管-隧相对位置下埋置管道力学状态改变。理论分析和数值模拟结果表明： 航油管道埋深较浅,管道呈受压状态且受飞机附加荷载影响应力增幅较大;管道与隧道的垂直间距过小,管道呈受拉状态而易引起受拉破坏。以安全评价方法为指标,可确定航油管道的临界埋深与管-隧间距。     

软土盾构近距离下穿地铁双圆隧道变形实测分析

为研究盾构下穿对地铁双圆隧道变形的影响，以上海地铁14号线盾构下穿地铁6号线双圆隧道为工程背景，对双圆隧道在前后2次盾构下穿过程中的变形进行实测分析。结果发现： 1）盾构穿越导致双圆隧道发生竖向隆起变形和双线差异变形产生的断面扭转变形，断面扭转变形引起的轨道变形难于控制； 2）双圆隧道竖向变形为隆起变形，其变形分布形态随切口位置变化而变化，穿越后交叉点附近呈现特有的“驼峰状”隆起分布； 3）2次穿越扰动与叠加效应显著，表现为隧道隆起变形时间延长，累计量增大，2次穿越引起的最大变形位置发生改变； 4）双圆隧道的扭转变形随切口位置呈波浪形动态变化，出现多个拐弯点，对其环缝受力与变形十分不利，第2次穿越时的扭转变形较第1次穿越有所减小； 5）双圆隧道断面最不利扭转出现时刻不同于隧道最大变形出现时刻，且扭转最不利位置与最大隆沉发生位置产生了错位； 6）盾尾注浆对双圆隧道变形的控制效果明显，但将导致双圆隧道的扭转变形增大。     

埋深与围岩变形模量对隧道支护结构承载特性的影响分析

为探讨埋深与围岩变形模量对隧道开挖后支护结构承载变形的影响规律,以龙永(龙山—永顺)高速公路大干溪Ⅰ号隧道为研究对象,采用ANSYS建立三维数值分析模型,对隧道分部开挖支护进行模拟分析。结果表明,在3个不同埋深条件下,当围岩变形模量由4.5GPa减少1/3时,拱顶下沉量与周边收敛量均增加40%左右,初期支护拱顶水平方向应力值增加55%左右,初期支护左侧拱腰竖向应力值增加37%左右;当围岩变形模量由4.5GPa增加1/3时,拱顶下沉量和周边收敛量均减少22%左右,初期支护拱顶水平与竖向应力值和初期支护左侧拱腰竖向应力值均减少21%左右;变形模量减小对支护结构变形与内力的影响比其增大时明显。     

盾构隧道埋深对临近铁路桥梁的影响分析

为研究盾构隧道下穿临近铁路桥梁过程中隧道埋深对既有桥梁沉降变形及水平位移变化的影响,以武汉地铁3号线区间盾构穿越铁路桥梁工程为依托,利用有限元软件ANSYS对不同隧道埋深（2D、2.5D、3D（D为隧道直径））下桥梁的梁体结构、轨道线路及桩基位移等进行对比分析,并结合现场数据进行验证。研究结果表明： 1）随着隧道埋深的增大会引起桩基、梁体及钢轨等结构竖向位移的增大,当隧道埋深为18 m时,墩台最大沉降超过了限制值; 2）隧道埋深分别为12、15、18 m时,桥梁墩台及梁体结构均表现出以沉降为主的变形,而水平位移变化幅度较小; 3）在满足地表沉降限值的条件下可适当减少隧道埋深,以控制隧道开挖引起的上部桥梁、钢轨等结构物变形。     

市政道路综合管沟的应力分布规律研究

以福建省平潭市政道路项目为依托，通过岩土有限差分软件FLAC3D建模，对综合管沟应力分布规律进行了研究。在所建模型中，包含9个关键位置。研究方法为:改变综合管沟上部荷载，监测每个位置各个方向的应力值（横向、竖向、纵向）；改变综合管沟埋深，监测其中3个关键位置的竖向应力值。研究结果表明:在综合管沟上端角部3个关键位置存在应力集中现象；估算或监测时，可以只考虑几个关键位置的竖向应力，减少工作量；适当增加管沟埋深，可以减少管沟应力集中现象。     

飞机降落冲击荷载作用下高铁隧道疲劳寿命及抗减振措施研究

为解决在上方飞机降落冲击荷载作用下高铁隧道衬砌结构抗减振问题，依托时速350 km成自高铁下穿天府机场东二跑道的区间隧道工程，通过数值模拟研究在上方飞机降落冲击荷载作用下高铁隧道衬砌结构的疲劳寿命以及相应的抗减振措施。研究表明： 1）B747-400型飞机在单次重着陆过程中，高铁隧道衬砌位移峰值为1.2 mm，附加第一主应力峰值为328 kPa，附加第三主应力峰值为417 kPa，均出现在拱顶位置处； 2）在长期飞机重着陆作用下，衬砌拱顶部位最早出现疲劳损伤，其次为边墙部位，疲劳寿命为88年，建议通过提升自身衬砌混凝土强度等级或设置减振层等方式加以改善； 3）采用提高衬砌结构混凝土强度等级的方法抗振效果显著，而采用泡沫混凝土减振层的方法则需设置一定厚度后才起作用，建议减振层厚度为0.5 m，弹性模量控制在0.7 GPa以上，方可达到隧道设计使用年限规定要求。     

小净距隧道稳定性影响因素的数值模拟

运用ANSYS数值模拟手段,对不同埋深、净距、围岩等级的小净距隧道进行三因素四水平的正交试验,通过对不同因素组合下隧道帮部、顶底板应力及位移的综合分析,结果表明:埋深对隧道围岩的应力影响最大;围岩等级对隧道顶底板的位移影响最大;埋深对远离中夹岩柱的帮部位移影响最大,而围岩等级对靠近中夹岩柱处的帮部位移影响最大.     

移动荷载作用下公路隧道水泥路面结构力学分析

建立了公路隧道水泥混凝土路面结构的三维有限元分析模型,运用桥梁工程中影响线求法中移动布载方式模拟车辆荷载在路面上真实的运动情况。讨论了不同荷载速度、不同基层模量和基岩模量对轴载移动到板中时板顶最大竖向位移和板底最大拉应力的影响。通过比较动态荷载与静止荷载作用下板底拉应力值和板顶竖向位移值得出,对于公路隧道基岩强度比较大的情况,板底应力动载系数近似为0.5,路表弯沉动载系数近似为1.0。     

基于地下水生态平衡埋深的隧道排水量设计计算

为解决富水地区隧道开挖后地下水过量排放导致水位下降，进而破坏植被的正常生长和生态平衡的问题，提出基于地下水生态平衡埋深确定隧道排水量的有效方法。依托福州市某在建公路隧道，根据工程水文地质学，同时结合地下水生态平衡埋深的概念，提出隧道允许排水量的计算方法。首先，利用地下水动力学中的面井法，建立单洞隧道的地下水渗流模型，揭示地下水排放量与地下水位降深的关系。其次，根据所提出的地下水渗流模型，在植被存活的前提下，得出满足地下水生态平衡埋深要求的隧道排水时间，继而得出地下水排放疏干漏斗的影响范围。然后，通过降雨入渗系数法得到在影响范围内降雨补给量W与总地下水排放量Qt进行比较。通过调整隧道每延米平均涌水量q，使W等于Qt，q即为隧道的最大允许地下水排放量。研究结果表明： 1）地下水生态平衡埋深一定时，随着隧道单位排水量的增大，隧道影响范围逐渐减小，降水补给总量也逐渐减小，排放总量逐渐增加，因此存在一个单位排放量使排水总量等于降雨补给量； 2）未考虑水分胁迫时间效应得到的排水量较考虑水分胁迫时间得到的排水量偏于保守。最终，确定在建隧道的排水量q=0.4 m3/(m·d)。     

新建隧道建设中下穿既有高速公路施工的力学探讨

基于河北某下穿高速公路的新建隧道工程,对其在施工过程中的受力及围岩稳定性进行了研究,通过围岩参数、围岩、覆盖层厚度、施工方法的二维和三维有限元计算。结果表明,各种计算工况表明支护结构和围岩稳定,能满足结构受力和围岩稳定的要求;采用三台阶法能能达到结构受力和围岩稳定的要求。随着开挖的不断增加,结构水平位移和竖向位移均随之增加,开挖时各台阶均有急骤增加趋势。围岩最小主应力和最大主应力随埋深的增大而上升,但是影响程度不大;初期支护最小和最大主应力均随埋深的增大而显著增大,围岩塑性区范围也随之增大,在埋深大于305 m后趋于稳定。通过现场监控量测,在施工过程中,对支护结构工作状态及时掌握,确保隧道施工质量及安全,现场监测表明隧道结构安全稳定。     

邻近地下车站浅埋大跨隧道下穿建筑物受力特性分析

以重庆快速路三纵线红石路隧道与轨道五号线地下车站平行布置,下穿地表既有建筑物为工程背景,采用有限元软件模拟分析隧道施工过程周边围岩及邻近结构的位移、应力等特性,研究表明隧道受上部建筑附加荷载的影响,拱顶围岩应力应变改变较大,应加强初期支护控制围岩变形;浅埋大跨隧道下穿既有构筑物应相对于既有建筑物对称布置,隧道左右洞交错...     

地铁隧道施工对既有城市道路的影响研究

为了探究地铁隧道下穿施工时,施工方法和隧道埋深对既有城市道路的影响,以某正交下穿既有城市道路的地铁隧道为例,利用FLAC~(3D)有限差分软件建立了三维数值计算模型,就新建隧道的埋深和三种不同的施工方法对既有城市道路的影响进行了数值模拟研究,得到主要结论如下:采用三台阶六步法时,新建隧道施工引起的围岩变形和路面沉降最小,三台阶法次之,全断面开挖引起的围岩变形和路面沉降最大;隧道埋深越大,既有路面受新建隧道的影响越小,当埋深为50 m (8倍新建隧道洞径)时,新建隧道引起的既有路面沉降值仅为3. 7 mm;同时,新建隧道施工对周边环境影响最为严重的是新建隧道2倍洞径范围内,距离新建隧道越远的地方,受到的影响则越小。     

复杂交通荷载下超浅埋隧道下穿高速公路动力响应与变形控制研究

超浅埋隧道在下穿高速公路时,由于交通荷载复杂多变,隧道施工中控制难度大。为了评估在复杂交通作用下下穿浅埋隧道的施工安全性,根据交通流量统计数据分析出复杂交通荷载规律,开展了交通荷载下的动力响应分析,提出了不中断交通条件下的单层大管棚、单层大管棚加小导管和双层大管棚3种超前预支护方案与沉降控制基准,并与无预支护方案对比分析,结果表明:不考虑交通荷载和考虑交通荷载作用时,隧道轴线上方路基地表最大沉降值分别为44.2mm和63.1mm,说明交通荷载对超浅埋隧道下穿高速公路路基地表沉降影响显著;路基沉降值超过沉降控制基准值为36mm;不中断交通,无预支护、单层大管棚、单层大管棚加小导管和双层大管棚4种工况下,路基沉降分别为41.1mm、34.5mm、26.3mm和20.2mm,综合考虑控制基础和经济性,推荐采用单层大管棚加小导管预支护方案;现场监测结果验证了推荐方案的正确性。     

新建隧道下穿既有公路的地表沉降研究

文中基于某隧道下穿高速公路施工背景,利用有限元软件建立三维数值模型,分析隧道下穿引起的公路沉降。研究隧道埋深、不同施工工法的影响。结果表明,隧道埋深对隧道施工引起的地表沉降影响显著。地表沉降随隧道埋深增大迅速减小,当埋深增大到一定程度,这种影响逐渐减弱。隧道施工对隧道周边地层影响范围随着隧道埋深先增大后减小,在埋深为20 m时达到最大值。对于浅埋隧道,双侧壁导坑施工工法能更有效地减小地层扰动,控制地表沉降。随着隧道埋深的加深,双侧壁导坑施工工法的控制效果逐渐削弱。     

盾构隧道近接施工对既有市政隧道的影响分析

以双线盾构隧道下穿既有市政隧道施工为研究对象,在有效模拟盾构施工顶推力和脱环瞬间应力释放的基础上,考虑土体、既有结构、盾构机体、新建结构多体的相互作用,研究了单线和双线贯通对地层变形、既有隧道内力和变形、围护桩变位以及盾构隧道自身内力的分布特征。研究表明:盾构下穿时,既有矩形市政隧道水平向附加拉应力主要出现在隧道底板,竖向最大附加拉压应力出现在两管盾构隧道中心上方隧道边墙底部位置;在盾构隧道正常施工条件下既有隧道是安全的。     

飞机动荷载作用下暗挖隧道围岩压力特性现场试验研究

目前虽然国内外地下工程已有许多隧道工程穿越公路、铁路、既有建(构)筑物等相关施工经验和教训,但穿越机场在路网规划中尚不多见,因此依托下穿机场跑道暗挖隧道工程,针对飞机动荷载作用下的围岩压力展开研究。首先根据地质条件和工程支护特点,给出监测方案;然后根据理论知识计算土压力;最后,对动、静荷载作用下暗挖隧道围岩压力的现场试验进行对比分析。研究结果表明:动、静荷载作用下试验断面的围岩压力均在允许值范围内,动载作用下断面围岩压力整体增大45%~88%。从分布形态看,动、静荷载作用下围岩压力分布都不均匀,相对而言动荷载作用下围岩压力分布更为不均,但二者均表现出:隧道拱顶、底部处围岩压力较大,拱腰处相对较小。