重庆轨道交通某区间隧道与施工通道交叉段施工力学研究

为确保区间隧道与施工通道交叉段施工的安全和质量,研究了交叉段的围岩应力状态及变形机制,依托重庆轨道交通某区间隧道与施工通道形成的交叉断面特征,建立了三维有限元数值模型,分析了交叉段围岩位移、应力特征及塑性区特征,并结合现场监控量测资料,研究交叉段围岩应力分布和位移变化趋势。结果显示,在隧道交叉部位拱脚出现应力集中,拱顶处竖向位移出现突变,施工时需加强对这2个部位的支护和监控量测;隧道开挖会在左、右侧墙拱脚及左、右隧道之间的小净距区域形成塑性区,施工时需加强支护。研究成果可为隧道交叉段的设计、施工提供科学依据,对同类工程具有一定的参考价值。     

大跨度公路隧道交叉分岔段施工方案研究

由于支隧道的存在，交叉段结构受力复杂，围岩应力高度集中，给施工带来很大困难。为获得交叉段合理施工方案，以四川雅砻江官地水电站内交通工程——隧道交叉段实态建模，进行5种可能方案的三维施工数值研究。结果表明，每种方案中交叉段围岩的竖向位移和应力集中程度均较其他部位高20％以上；开挖后立即支护或分部开挖，可明显降低交叉部围岩的应力集中程度；对交叉部控制截面进行线型优化，可改善裸洞受力情况。研究结论对设计、施工交叉隧道有一定指导意义。     

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。     

考虑余震影响的软岩隧道施工期结构力学特性研究

依托处于强震区复杂应力环境中的典型软岩隧道,通过现场实测数据,首先对静力开挖时隧道结构力学特性进行了分析;并以此为基础结合三维数值仿真分析,进一步研究了不同隧道开挖工法以及在不同施工阶段时隧道余震动力响应规律.研究结果表明:在隧道不同开挖工法下,通过比较余震作用产生的隧道位移差、隧道结构与围岩加速度响应、塑性区和初期支...     

公路隧道开挖渗流场的有限差分法分析

由于隧道的开挖,使地下水的排泄有了新的通道,破坏了原有的补给循环系统,也加剧了地下水对围岩岩体的作用效果。该文结合江西省景婺黄(常)高速公路新建隧道工程,根据隧道现场的工程地质条件与隧道的设计参数建立模型,利用有限差分软件FLAC3D流固耦合模块对隧道开挖进行研究,分析在饱水状况下隧道开挖过程中渗流场的分布、围岩稳定性以及围岩变形情况,模拟计算结果对于裂隙发育、富水地层隧道稳定性设计、防排水设计与施工具有一定的指导意义。     

连拱隧道施工方案的应力分析

采用ANSYSV5．6版有限元分析程序对连拱隧道可能采用的施工方案进行了二维有限元分析。模拟了3种开挖方案，获得了连拱隧道在采用不同开挖方案施工时各阶段围岩的应力、应变状态以及隧道支护结构中的内力变化情况，通过对比、分析，得出一些有益的结论。     

砂卵石地层地下水对盾构隧道影响的离散元流固耦合分析

为探明砂卵石地层中地下水对盾构隧道衬砌上的土压力以及地层变形的影响,以成都地铁2号线为依托,采用颗粒流方法,从细观角度模拟分析地下水对盾构隧道衬砌荷载分布以及地层扰动的规律,研究盾构隧道动态施工过程中及后期稳定后的水、土压力分布。研究表明： 考虑地下水工况时的衬砌荷载小于不考虑地下水的工况,开挖后地下水位越高,衬砌荷载越小;地下水分布影响隧道开挖后洞周应力重分布,拱顶处受到的影响最大,拱肩处受到的影响最小;盾构隧道开挖后,拱顶上方存在一定范围的松动区,在松动区上方一定范围形成坍落拱,起到承载作用,同时将上方土荷载有效地传递到洞周两侧。考虑地下水时,由于有效应力减小,地层变形相应减小,地层受盾构施工扰动的影响减弱。     

盾构隧道施工引起的超孔隙水压力规律研究

本文首先对现场实测盾构隧道施工引起的孔隙水压力值进行了分析研究，总结出超孔隙水压力产生和消散的规律。其后，本文建立了能够模拟盾构隧道动态掘进的三维弹塑性固结有限元模型。采用改模型，对单条盾构隧道施工引起的超孔隙水产生和消散规律以及土体固结沉降规律进行了充分研究，其结论与现场实测规律一致，也证明了本文所建立的盾构隧道三维弹塑性固结耦合有限元模型的适用性；另外，也总结出了近间距盾构隧道在淤泥质粘土和粉质粘土中的合理开挖面间距。通过对近间距盾构开挖问题进行模拟，揭示了后建盾构推进引起的超孔隙水压力场，以及由此产生土体固结沉降的空间不对称性。     

特长公路隧道风机房典型双T型结构稳定性分析

隧道空间交叉结构受力特性及其稳定性是近年来长大公路隧道亟待解决的关键技术问题。通过对隧道风机房典型双T型交叉结构三维有限元数值模拟,研究了在双T型交叉结构建设过程中围岩的变形规律、影响范围以及结构自身的受力特性等。结果表明:随着隧道开挖,交叉结构受到的影响程度为:叠加区 > 影响区 > 普通区;小断面中围岩与衬砌间主要作用为抗剪,大断面中围岩与衬砌间主要作用为抗拉;结构存在一定的偏压现象,在对交叉结构进行设计施工时要注意对偏压部分进行局部加强。     

桥隧过渡结构对边坡稳定性影响分析

当隧道洞口处于边坡坡面上时,隧道开挖亦对边坡的稳定造成影响,而当隧道与桥梁相连时,其过渡结构对边坡的影响更加复杂。以某隧道桥梁连接工程为实例,利用有限差分法,建立了桥隧过渡结构处的二维与三维数值模型。在二维情况下,着重研究了边坡的整体稳定性问题,包括单个与多个滑动面下的边坡的安全系数,以及极限状态下边坡剪应变以及水平位移分布。而三维情况下,分析了隧道洞门施工对附近坡体表面位移的影响,以及边坡局部滑移面的变化规律。结果表明,在保证边坡整体稳定性的前提下,桥隧过渡结构对边坡表面位移及局部稳定性有重要影响。     

瞬变电磁法在公路隧道地下水预报中的应用

针对某高速公路隧道掌子面临近富水断层F4-3的地质背景，为探明掌子面前方地下水发育情况，利用瞬变电磁法开展超前地质预报工作。通过多测线、多方位的探测方式，综合分析各方位测线的探测结果，预报掌子面前方地下水的发育段落及空间分布情况。预报结果表明： 1）YK90+755~ +811段地下水发育； 2）YK90+755~+811段富水部位主要位于开挖方向的左右两侧。最后通过超前钻孔验证，瞬变电磁探测富水区域和超前水平钻孔探测出水位置基本一致，较准确地预测了地下水的发育段落。实际开挖后富水情况与瞬变电磁预报富水段落及地下水空间分布基本吻合，取得了较好的预报效果。     

隧道施工对邻近高架桥桩基影响的数值分析

针对高架桥桩基础受邻近地铁隧道建设影响的问题,建立了隧道及桩基的三维数值模型,分别研究了当单侧隧道施工和双侧隧道施工不同工况下桩基的内力和变形.数值分析结果反映出隧道开挖对地表及桩基的变形与内力将带来一定的影响,而且双侧隧道开挖对桩基的影响要大于单侧开挖,但不会影响到桩基的安全稳定.本文的实例研究对于隧道等地下工程建设可以起到参考和借鉴的作用.     

近水平岩层隧道贯通段受力机理研究

采用理论分析和数值分析相结合的方法,基于实际隧道塌方实例,利用ANSYS软件建立隧道贯通段开挖三维模型,分析水平岩层隧道在施工过程中围岩以及支护结构的受力、变形规律,同时深入分析隧道贯通段塌方产生的力学机理和地下水、爆破振动、空间效应和施工等影响因素。研究成果可为深埋隧道现场判断隧道贯通塌方起因和预测隧道塌方等提供参考。     

基于离散单元法隧道开挖裂隙扩张及渗流特性预测

德江隧道穿越石朝向斜轴部,上覆岩溶地下水发育,顶板最小厚度45 m,隧道开挖可能会导致隧道顶板裂隙扩张及渗透性增大,将对隧道顶板隔水能力及隧道涌突水产生巨大影响,采用二维离散元数值模拟软件UDEC模拟德江隧道开挖裂隙扩张规律、渗流场分布及涌突水特征。研究得到:(1)德江隧道开挖将导致隧道拱顶以上50 m内裂隙扩张,渗透性增大;(2)数值模拟得到隧道开挖后最大涌水压力为0.25 MPa,最大流量为0.035 m~3/s,最大值均出现在拱顶,但远小于2.1 MPa汛季水头值,所以顶板仍然具有隔水能力,不会发生突水;(3)隧道开挖将经历应力重分布及裂隙扩张阶段、流固耦合作用阶段、隧道涌水3个阶段;(4)耦合算法模拟汛季开挖、枯季开挖隧道的拱顶位移值均比不考虑地下水的非耦合算法模拟位移值3.2cm大,说明渗流对围岩稳定性具有很大影响。     

基于三维有限元分析的隧道开挖效应研究

隧道开挖引起的围岩应力状态变化，改变了隧道围岩的力学性能。在三维非线性有限元计算的基础上，研究分析了隧道开挖全过程中隧道围岩应力、位移变化规律以及开挖结束后隧道周边的应力、位移状态。研究结果表明：隧道的开挖是一个先加载后卸载的过程，隧道开挖卸荷效应在隧道拱底表现最为明显，拱顶次之；在隧道轴线方向上开挖对周边围岩的影响范围约掌子面前后各1倍的隧道跨度，在隧道横断面方向上约为2倍的隧道跨度，对隧道截面中心岩体的影响范围在隧道轴线方向上约为掌子面到达该断面前1倍的隧道跨度。此外，文中还将计算结果与工程实际进行了定性的比较和分析。     

悬索桥隧道锚碇与临近构筑物相互影响分析

在综合分析运用工程地质勘察资料的基础上,建立普立特大桥隧道锚碇主塔系统及山体稳定分析的工程地质概化模型。采用三维有限差分法模拟隧道锚碇、索塔基础、上方公路隧道及周围山体,对天然岩体、岩体开挖及施加设计荷载后等各阶段岩体的变形、应力释放及应力重分布、卸荷松弛区的范围、塑性区分布特点进行计算分析,并评价各构筑物围岩各阶段的变形稳定特征、相互影响情况及可能出现的变形破坏模式。     

考虑层间黏聚力的水平层状围岩隧道顶板力学模型计算

水平层状岩体力学性质不仅受岩层组合和结构面控制,而且与层间黏聚力密切相关。水平层状围岩隧道在施工过程中对层间黏聚力考虑不当时,极易造成设计支护参数不合理,导致拱部掉块落石、离层、弯折,甚至局部坍塌、超欠挖等工程问题,严重影响工程安全、施工质量和建设进度。目前水平层状围岩隧道顶板一般简化为锚固梁和简支梁模型,但未考虑层间黏聚力。根据水平层状围岩隧道开挖的不同阶段,将隧道顶板分别简化为开挖初始阶段的锚固梁模型和施工扰动后的简支梁模型,并利用顶板梁体模型的协调变形条件,得出梁模型的层间黏聚力计算公式。以大梁峁隧道为工程依托,分别应用考虑层间黏聚力和不考虑层间黏聚力的梁模型进行隧道临界开挖跨度计算。结果表明：考虑层间黏聚力和不考虑层间黏聚力对水平层状围岩隧道临界开挖跨度影响较大。考虑层间黏聚力时,锚固梁模型临界开挖跨度为3.36~4.75 m,简支梁模型临界开挖跨度为2.74~3.88 m;不考虑层间黏聚力时,锚固梁模型临界开挖跨度为0.14~0.30 m,简支梁模型临界开挖跨度为0.12~0.24 m。结合大梁峁隧道工程现场,隧道开挖跨度3~6 m时,拱顶会出现平顶现象,产生离层和掉块,因此考虑层间黏聚力的水平层状围岩隧道顶板力学模型更符合工程实际情况。     

新建铁路路基对下卧公路隧道的影响

为研究新建铁路挖方路基对既有公路隧道的影响,以某铁路客运专线路基上跨某高速公路隧道为依托,通过建立三维有限元模型,分析了开挖过程及运营时列车静载作用下公路隧道结构位移和内力的变化规律。结果表明,随着路堑边坡逐级开挖卸载的进行,隧道结构在竖直方向发生隆起,离铁路路基的位置越近,变形越大;埋深越小,衬砌内力受路堑开挖影响越明显。运营阶段考虑列车荷载时,隧道隆起量有所减少。采用荷载结构法对二衬结构进行内力计算,拱顶处安全系数仅为3.9。针对影响,研究提出施工建议,为同类工程提供相应参考。     

多岩性构造带隧道洞口仰坡开挖变形分析技术

由于隧道洞口多岩性接触带、构造带,存在软硬岩交叉接触,致使开挖后围岩受到扰动出现应力释放及二次重分布,坡面岩土体会沿着坡面发生滑动及沉降,甚至局部失稳。本文提出采用MATLAB软件对某公路多岩性构造带隧道洞口段仰坡及两个典型断面其位移变形进行回归分析,验证隧道开挖过程的三维模拟技术,分析开挖过程中隧道仰坡加固前后的变形及受力情况。通过数值模拟与监测数据的对比分析,确定了采用设计变更后的喷锚支护加固方式能够有效的控制仰坡的变形及受力。     

大断面古土壤隧道围岩压力分布规律及支护结构受力特征分析——以银西高铁早胜3号隧道为例

银西高铁早胜3号隧道位于甘肃省宁县境内,为国内首条穿越古土壤地层的隧道。为研究隧道穿越古土壤地层时围岩压力分布情况及支护结构受力变形特征,通过在隧道相同里程布设压力盒、表面应变计和钢筋应力计等传感器,对围岩压力、初期支护受力变形情况进行长期现场监测,并将监测结果得到的频率值换算为力值或应变,最后对数据进行分析。结果表明： 1）对于三台阶七步开挖法,围岩压力大致经历了急剧变化-缓慢变化-平稳变化3个阶段,三台阶七步开挖的施工工法决定了相同里程先开挖一侧围岩压力明显大于后开挖一侧; 2）钢拱架呈现三维受力状态,相邻2榀拱架间轴力以受压为主,支护结构的完整程度以及与混凝土的协作关系直接影响轴力变化情况; 3）拱脚应变的最大值主要集中在上台阶和仰拱底部附近。