隧道全长粘结式锚杆有限元模拟分析研究

锚杆尤其是全长粘结式砂浆锚杆是隧道工程广泛应用的支护型式,但由于目前对全长粘结式砂浆锚杆支护作用力学机理认识不足,使其设计方法存在一定的局限性.针对某隧道工程,基于新型复合砂浆锚杆有限单元模型,采用非线性有限元分析了全长粘结式砂浆锚杆设计参数对支护效果的影响,并对隧道变形与塑性区分布规律进行探讨,从而为隧道支护设计提供了参考依据,完善了隧道全长粘结式砂浆锚杆支护的理论与方法.     

涨壳式预应力中空锚杆在机械化开挖大断面隧道中的施工应用研究

为了解决软弱围岩隧道机械化开挖后快速支护的难题，采用三臂凿岩台车、风动扳手等配套机具施作涨壳式预应力中空锚杆对围岩进行快速支护。通过在郑万高铁高家坪隧道软弱围岩段大断面机械化施工条件下涨壳式预应力中空锚杆的应用研究，总结出涨壳式预应力中空锚杆工作原理、工艺流程，通过注浆试验对比分析，提出适合的隧道锚杆注浆比例，并结合锚杆轴力监测和地层位移监测结果，表明该锚杆具有快速约束围岩、形成应力拱、减少围岩松动圈、保证围岩稳定的优势，能够有效保障隧道机械化施工的安全，并提高隧道机械化施工效率。     

小净距隧道施工的平面数值模拟

结合九岭隧道的设计及施工实践,建立小净距隧道的平面计算模型,对小净距隧道进行开挖支护数值模拟计算,并着重对其位移场、应力场、喷射混凝土初期支护、锚杆轴力进行数值分析,结果表明:由于围岩较好,开挖后整体稳定性较好,变形主要集中在拱顶与仰拱底部,应力主要集中在隧道的拱脚处,喷射混凝土的最大弯矩值以及支护锚杆的最大轴力值都出现在隧道拱脚处,塑性区较少,主要分布在中间围岩部位,因此要重点加固此部位.     

米拉山隧道凝灰岩开挖与支护力学特性研究

通过对实测数据分析可知,米拉山隧道凝灰岩遇水软化对围岩的变形影响很显著,为此,采用数值模拟方法对米拉山隧道凝灰岩开挖与支护力学特性进行了研究,获得了在不同时期围岩遇水软化和各分步开挖阶段围岩的位移、应力场变化规律,支护衬砌结构的变形、应力分布及内力分布情况。围岩遇水软化后,由于隧道的变形,锚杆与围岩发生相对滑动,锚杆嵌入隧道围岩,隧道变形大的部位也是锚杆受力大的部位,同时该部位锚杆与围岩的相对滑动也最大。隧道下台阶一次性开挖后施作的锚杆受力左右成对称分布,下台阶左右分步开挖施作的锚杆受力成不对称分布,后面施作的锚杆受力小于前面施作的锚杆受力。隧道围岩遇水软化后初期支护发生整体下沉,沉降量由拱脚向拱肩逐渐增大,拱顶沉降相对小于拱肩沉降;通过对不同阶段隧道围岩遇水软化下二次衬砌和仰拱的受力分析,发现在围岩软化的情况下进行隧道的开挖时,下台阶一次性开挖、仰拱一次性施作对隧道的安全性和稳定性方面都有提高,并得出不同阶段隧道围岩遇水软化隧道在后期运营阶段均处于安全状态。     

阿尔及利亚东西高速公路隧道安全洞室设计与施工

阿尔及利亚东西高速公路按法国规范进行设计。本文介绍了东西高速公路隧道安全洞室设计过程、设计施工方案。本项目洞室采用先施工主洞二次衬砌,再进行洞室开挖支护的方案,并强调支护衬砌设计应与施工方案紧密配合。     

洞室开挖后围岩应力集中系数的特征分析

通过对洞室开挖后应力集中系数的研究,讨论了该系数与开挖后隧道洞室稳定性的关系,并重点分析了影响洞室开挖后应力集中系数的因素。     

瓦窑湾隧道仰坡防护自钻式锚杆应用技术

本文介绍瓦窑湾隧道出口仰坡自钻式锚杆治理方案，并对自钻式锚杆的作用及施工工艺做了介绍。     

基于协调变形的全长粘结型锚杆一种新型设计计算方法

全长粘结型锚杆在我国边坡、隧道、地下洞室、基坑、坝体等工程建设中已得到广泛应用,成效显著,很多研究人员对其进行了多方面的研究,尤其是受力状态和加固效果进行了实际现场监测和数值模拟,但对全长粘结型锚杆加固的定量设计仍很有争议,设计人员对其的设计也是在"没有考虑锚杆与节理岩体相互作用"的条件下进行锚杆设计的,即假设拉力锚杆仅受拉力,剪力锚杆仅受剪力,这与实际情况是不相符合的。实际上,在加锚结构面的变形过程中,由于锚杆与岩体的相互作用,结构面附近的锚杆不仅在薄弱层面厚度范围内发生了变形,而且在一个相当大的区段内(约为锚杆直径的3～4倍的区段内)也发生了明显的变形,也就是说,在一定范围内锚杆杆体的几何形态发生了变化,在一般情况下既受拉又受剪,同时还受弯。文章在充分考虑节理岩体与被动锚杆相互作用的条件下,分析被动锚杆的受力情况和加固节理岩体的效果,并给出了全长粘结型锚杆的设计计算方法,进而通过典型实例得到了充分验证,表明该方法计算合理,具有一定的参考价值,供设计人员参考。     

软弱围岩双连拱隧道施工力学行为研究

建立了隧道穿越V级I型围岩地段的二维弹塑性有限元模型,进行施工力学的平面数值模拟,结合信息化施工监控信息及对大量的实测数据分析整理,探讨了上下台阶开挖方式对隧道中墙应力和衬砌的内力值影响。结果表明,现场各种量测数据可有效地指导施工,左右洞的施工顺序和上下台阶开挖方式均造成了中墙明显偏压,衬砌支护体系的锚杆最大拉力出现在隧道拱顶,软弱围岩应力场和位移场处于不间断的调整过程,研究成果为类似重要工程具有借鉴和指导意义。     

深埋特长公路隧道三维初始应力场的回归分析

结合苍岭隧道现场的工程地质条件及实测地应力资料,在分析工程区初始应力场各影响因素的基础上,采用有限元数值模拟对建立的隧道三维地质概化模型在各影响因素单独作用下进行分析计算;并在实测点地应力值与计算得到的应力值之间建立多元回归模型。通过多元回归分析,建立最优的回归方程,从而获得整个工程区初始地应力场较为合理的分布规律。利用上述方法获得了苍岭隧道初始应力场分布的回归方程,并通过实测点的计算应力值与现场实测值的比较可知,回归得到的初始应力场是合理的,为苍岭隧道的设计、施工提供了重要的基础性资料。     

深埋大断面公路隧道开挖方法数值模拟分析

依托大连南部滨海大道东端桥隧建设工程,利用大型有限差分软件FLAC3D建立三维公路隧道模型,分别采用三台阶预留核心土法、导洞法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法模拟深埋大断面公路隧道的开挖过程,详细分析隧道开挖支护后围岩的位移场、应力场、锚杆轴力和塑性区分布。数值模拟结果表明:综合比较4种开挖方法,双侧壁导坑法开挖过程位移变化和锚杆受力最小,受力更加均匀,塑性区分布范围较小,更有利于维持围岩的稳定性。最终确定双侧壁导坑法为该工程较合理的开挖方法,为类似的大断面公路隧道的设计和施工提供了必要的参考依据。     

GFRP锚杆与常规锚杆在隧道支护中的承载力对比试验

目前隧道内采用的常规锚杆均不能满足隧道设计寿命的要求,尤其在腐蚀性环境中更大大缩短了常规锚杆的使用年限,降低了支护效果,而GFRP锚杆强度高、耐腐蚀等性能均弥补了常规锚杆的不足。为研究其在隧道支护体系中的承载力性能,结合具体工程在现场Ⅳ、Ⅴ级围岩开展了拉拔力作用下GFRP锚杆和常规锚杆的受力特性对比研究。结果表明:GFRP锚杆在拉拔力作用下其杆体受力远远小于其抗拉强度极限,且外荷载对GFRP锚杆的影响深度小于其对常规锚杆的影响深度,验证了GFRP锚杆用于隧道支护体系的工程可行性。但锚固材料和锚固质量对GFRP锚杆杆体受力影响较大,为确保GFRP锚杆的实际应用效果,现场应用时应选择恰当的锚固材料并保证锚固质量。     

桐梓隧道地应力测试与分析

地应力的测试与分析对于山区隧道的科学设计和安全建设具有重要意义。本文基于兰州至海口国家高速公路重庆至遵义段桐梓隧道的水压致裂法应力测试结果,利用Sheorey模型、Hoek-Brown经验强度强度准则等系统分析了该地区应力场特征及规律,并利用Truchaninov方法对可能产生的岩爆进行预测分析,为该地区隧道设计、开挖控制、隧道稳定性分析评价提供了参考。     

盾构隧道施工地表沉降数值分析研究

隧道施工引起的地层损失所导致的地表沉降变形预测和控制，是隧道工程领域重要的研究课题之一。以盾构隧道开挖引起地表沉降变形为研究对象，采用有限元数值分析软件模拟盾构隧道施工过程，分析盾构隧道引起的土体应力场、位移场变化，对比分析不同的地层损失、不同的土体本构模型、土体排水和不排水条件下隧道施工引起的地袁沉降变形规律，并进行了不同影响因素的敏感性分析。结果表明，地表沉降槽近似正态分布曲线，地表沉降的主要影响因素依次为隧道埋深、内摩擦角、压缩模量、粘聚力和泊松比；提出了盾构隧道施工引起的地表沉降计算模型，并采取有针对性的措施来减少地表沉降，减小对周围环境的不良影响。     

关角隧道碳质板岩段洞室支护体系综合评价指标研究

关角隧道9#斜井工区为高地应力软岩区段,开挖后洞室变形较大、稳定性差。文章首先根据理论公式分析了影响洞室变形和塑性区大小的主要因素,而后针对碳质板岩段,采用数值计算的方法具体分析了岩体变形、强度参数、地应力特征、开挖断面形式以及支护刚度等因素对洞室变形的影响;最后结合不同开挖断面形式和不同支护刚度的现场试验,提出了考虑地质环境、洞室形状和支护特征的隧道洞室支护体系评价指标F,并采用该指标对碳质板岩段支护体系进行了评价,其结果与变形等级有较好的对应关系。该指标对于设计阶段隧道支护体系的评价有一定的参考价值。     

雪峰山公路隧道风机洞室围岩稳定性研究

雪峰山公路隧道中的通风洞室结构复杂，洞室断面跨度较大、间距较小，因此，设计与施工过程的围岩安全性与稳定性是工程设计施工的关键，有必要采取有效的数值计算方法和计算模型，对洞室群进行详细的数值模拟分析。在地应力反演结果的基础上，应用国际通用程序三维快速拉格朗日分析（FLAC-3D）对风机洞室在不同围岩力学参数下的力学行为进行数值模拟，得到了洞室围岩的应力、位移和破损区的分布规律，研究成果对工程具有重要的指导意义。     

不等跨双向10车道四连拱隧道设计及施工方法

针对软弱围岩条件下大跨度多连拱隧道施工过程中荷载转换和施工工序复杂，施工风险高等问题，介绍观音岩四连拱隧道设计施工方法，提出“先主后辅”的施工工序，并应用数值模拟及现场监测手段，分析四连拱隧道多洞施工、主辅洞开挖相互扰动下，围岩与结构的反应、现场施工工序的可行性以及支护结构的安全性。结果表明： 1）采用先开挖主洞后开挖辅洞的施工工序是安全可行的； 2）多连拱隧道施工，洞室受到的开挖扰动次数越多，结构受力越复杂，建设过程需重点关注先行洞室受到后行洞室施工扰动带来的安全风险； 3）相邻洞室间的施工扰动影响要远大于不相邻洞室。现场实施效果表明，隧道施工过程中围岩变形稳定、支护结构安全，不等跨双向10车道四连拱隧道设计及施工方法可行。     

地表锚杆预加固技术用于公路隧道的设计方法

根据已有的设计和现场施工经验以及试验研究成果，在探讨采用砂浆锚杆对浅埋公路隧道地表进行预加固的分析方法基础上，系统地提出了该项技术的设计内容和具体设计方法，并给出了几个工程应用实例。     

软岩隧道挤压型大变形非线性流变属性及其锚固整治技术研究

针对隧道高地应力软弱围岩洞室施工开挖变形与围岩失稳以及衬护结构设计问题,阐述开展岩土流变学研究的必要性以及对软岩挤压型大变形非线性流变问题的研究内容和方法,介绍隧道围岩挤压型大变形的定义、变形特征,及国际上隧道围岩挤压大变形的判定。介绍隧道围岩挤压型大变形非线性流变理论、相应的专用设计软件研制及其工程应用,主要介绍有关的研究内容及其创新性方面; 以广义Komamura-Huang流变模型为基础,建立一种能较完整地反映围岩二维、三维大变形非线性流变全过程的Komamura-Huang“弹-线黏弹-非线性大变形黏塑性”流变模型,并在ABAQUS软件基础上进行专用软件的二次开发,将其应用于兰新铁路兰武客运专线乌鞘岭铁路隧道岭脊段围岩5#断层带中,后又应用于甘南木寨岭高速公路隧道和云南滇中红层引水隧洞2处软岩围岩挤压大变形隧道,采用大尺度让压锚杆/预应力长让压锚索进行了整治研究,并分别进行了二维和三维非线性大变形黏弹塑性数值模拟分析。指出有待进一步深化研讨的若干问题。总结针对软岩挤压型大变形沿用现行刚性支护方案的不合理性和失效教训。提出管控/约束隧道围岩大变形持续发展的让压支护锚固技术措施--一种新型大尺度让压锚杆/预应力让压锚索,介绍让压锚具的受力机制及构造,强调其10个关键性设计施工参数。以兰州木寨岭高速公路隧道围岩挤压型大变形非线性流变分析与采用让压锚杆进行工程整治的试验段情况为例,对该隧道围岩挤压大变形进行二维数值模拟,并对施作让压锚杆进行工程整治的主要有关设计参数进行分析计算。“边支边让、大尺度让压锚杆”方法已先后在几处工程中得到了成功实施,取得了应有的经济效益,其工程技术收益应更受业界关注。     

宝中线堡子梁隧道衬砌变形的整治方法

宝中线堡子梁隧道施工中，由于古滑坡复活的影响，在隧道完成衬砌后发生了较严重的开裂现象。本文主要介绍了首次在国内隧道施工中应用奥地利迈式钻进注浆锚杆和Ｍ４００型迈式泵，以及采取深孔注浆加固围岩和衬砌，达到整治隧道衬砌变形开裂的成功经验。