既有隧道两侧新建明、暗洞结构开挖力学行为对比及开挖顺序研究

隧道近接问题一直以来都是隧道工程界研究的热门话题,合理确定近接问题研究流程,准确分析近接施工力学行为及施工顺序,对近接施工实际问题的解决有重要意义。为研究近接施工问题,以浦梅铁路既有隧道两侧新建近接隧道工程为依托,建立两种计算模型,对比分析不同结构物近接形式下围岩应力以及既有结构位移的变化情况。计算结果表明:明洞结构物开挖带来的影响大于暗洞结构物开挖带来的影响,浅埋侧土体围岩应力敏感性远大于深埋侧土体围岩应力敏感性。对于浅埋偏压隧道两侧新建隧道,开挖会使既有结构产生向开挖侧位移变形,但最终既有结构会产生向浅埋侧位移;浅埋偏压-两侧暗洞结构形式采用先开挖深埋侧隧道再开挖浅埋侧隧道,浅埋偏压-明暗结合结构形式采用先开挖浅埋侧明洞再开挖深埋侧隧道。     

浅埋偏压隧道与邻近隧道开挖顺序分析

以湖北省沪蓉西高速公路关口垭隧道浅埋偏压段为实例,通过有限差分法分析了超浅埋偏压隧道与邻近隧道不同开挖顺序下的受力特点,并以初期支护的内力、安全系数以及塑性区大小作为依据,判断施工顺序的优劣。研究结果表明,当洞身超浅埋偏压隧道和邻近隧道共同施工时,应先开挖邻近隧道,后开挖偏压隧道。     

近接浅埋偏压黄土隧道支护结构的力学特性分析研究

研究目的:解决新建复线隧道与既有隧道平行近距离修建时,既保证新建隧道安全施工,同时确保既有线隧道的安全运营的问题。研究结论:(1)在浅埋偏压条件下,新建黄土隧道拱部下沉量和净空收敛量均较大;(2)围岩压力分布呈不对称猫耳状;(3)钢拱架远离侧应力大于临近侧应力,在支护体系中作用较大;(4)拱部和边墙喷射混凝土处于受压状态,而底部多为拉应力;(5)拱部系统锚杆受力较小,对结构的稳定性作用不大,而锁脚锚杆对结构的稳定性有一定的作用;(6)既有隧道受新建隧道开挖影响比较明显,新建隧道开挖对既有隧道产生了偏压和拉伸两种效应;(7)两近接隧道之间的间距对既有衬砌的影响较大,当间距一定时,临近侧所受影响大于远离侧所受影响。     

浅埋偏压连拱隧道施工过程有限元分析

对于浅埋偏压连拱隧道洞口软弱围岩段,采用三导洞配合台阶法施工是可行的.其施工顺序采用先浅埋-侧隧道再深埋-侧隧道.在施工过程中,中墙不会因为地表的偏压和不对称施工而产生过大变形,从而影响中墙的稳定性.在施工中及时施作初期支护有利于控制围岩变形,进而满足围岩稳定和施工安全.当地形较低一侧埋深较浅时,应采用人工回填土的方式来增大覆盖层厚度,以便满足隧道进洞的最小埋深,同时应采用管棚加固围岩.     

浅埋偏压小净距隧道施工力学数值分析

地形偏压、地质偏压和施工偏压是造成隧道偏压的三种主要原因.在隧道结构地形偏压及地质偏压已经确定的情况下,尽可能地采用合理的施工方法和施工顺序,通过施工来减小地形偏压及地质偏压在施工中以及施工结束后对结构内力的影响,具有相当的工程意义和现实意义.以某浅埋偏压小净距隧道为工程背景,利用有限差分软件,对浅埋偏压小净距隧道的施工方法和施工顺序进行数值仿真模拟,分析不同开挖顺序时的围岩位移、应力、地表位移以及塑性区的变化.各工法数值结果对比分析表明,从围岩塑性区、洞周位移、地表位移及围岩应力因素考虑,双侧壁导坑法更适于浅埋偏压小净距隧道施工.     

变坡面浅埋偏压隧道松动围岩压力计算方法

根据变坡面浅埋偏压隧道的结构和受力建立计算模型,由计算模型推导隧道深、浅埋侧棱体横截面面积的计算公式;再根据极限平衡法求解变坡面浅埋偏压隧道深、浅埋侧的推力,进而推导出变坡面条件下浅埋偏压隧道松动围岩压力的计算公式。由计算公式可知:当地面坡度增大时,水平侧压力系数也随之增大;随着两侧土体对拱顶上覆土层推力的增大,拱顶的垂直土压力减小而隧道的水平侧压力增大。以贵广高速铁路贺街隧道洞口的变坡面浅埋偏压段为例,运用给出的变坡面浅埋偏压隧道松动围岩压力计算公式进行计算,并将计算结果与规范法的计算结果和实测值进行对比。结果表明:在实际工程中,当隧道两侧土体表面坡度变化较大时,给出的变坡面浅埋偏压隧道松动围岩压力计算公式的计算结果更加切合实际。     

西安地铁隧道盾构开挖面支护力安全范围分析

研究目的:本文以西安地铁2号线某区间隧道工程为依托,根据具体的地质情况,运用FLAC3D数值仿真模拟软件以隧道开挖面上方地表点和洞顶点沉降为衡量标准,确定施工中开挖面支护力的安全范围,从而防止隧道穿过埋深变化较大的地点时地表出现过多的沉降和隆起。研究结论:(1)盾构隧道的开挖面存在最小支护力和最大支护力,即支护力具有合理的安全范围。当支护力超出范围时,隧道周围土体易发生破坏,或埋深较浅时地表出现较多沉降和隆起现象。(2)隧道埋深大于1.5倍洞径后,地表点已不能有效反映隧道周围土体变形,应该用隧道洞内测点来监测控制土体变形。(3)开挖面支护力的安全范围随埋深的增加而增加。当埋深较浅时,支护力的安全范围很小,可采用地面堆载的方式来等效达到增大隧道埋深的目的,扩大支护力安全范围,降低施工难度。     

复杂环境软岩偏压隧道数值模拟与现场监测分析

为探究复杂地质环境软岩偏压隧道在施工过程中结构的力学特征和变形特点,依托渝昆高铁在建隧道工程,采用数值模拟软件对隧道开挖过程进行仿真分析,并与现场实际监测数据相对比。结果表明：数值模拟能够较好地反映软岩偏压隧道实际施工状态,隧道开挖初期变形速率较大,后期逐步收敛,最大沉降值为206.72 mm,最大水平位移达到249.09 mm;初期支护最大拉应力为6.14 MPa,最大压应力为12.8 MPa,均不同程度超过规范中混凝土的抗拉强度及抗压强度设计值;由于现场降水较多,且软岩吸水性较好,隧道偏压效应明显,导致深埋侧变形和受力更为复杂。综合数值模拟和现场监测结果,提出优化施工工法、增大预留变形量等施工建议。     

地铁隧道侧穿邻近建筑中隔离桩的应用研究

以某地铁隧道侧穿5层砖混结构房屋工程为背景,为研究隔离桩在隧道侧穿邻近建筑物工程中的隔离效果及影响因素,通过多组有限元数值模拟,并结合现场监测数据,分别研究隔离桩的桩长、位置,隧道埋深以及隧道与建筑物的距离等因素对隔离效果的影响。研究结果:隔离桩对因隧道开挖产生的滑动区土体有较好的隔断作用;隔离桩嵌入滑裂面以下的深度是隔离桩控制效果的重要影响因素,建议嵌入深度不小于4 m;隔离桩与隧道或建筑物距离的改变对隔离桩控制效果的影响较小;当建筑物与隧道的水平距离小于2倍隧道埋深或当隧道埋深小于2倍隧道洞径时,隔离桩的控制效果较为明显;对于工程地质条件较差或邻近建筑物沉降控制要求较为严格的工程中,当建筑物与隧道水平距离小于1.5倍隧道埋深,且隧道埋深小于2倍洞径时,建议设置隔离桩对邻近建筑进行保护。     

基于强度折减法的浅埋偏压小净距隧道围岩稳定性分析

针对广东某浅埋偏压小净距高速公路隧道,采用有限元强度折减法基本原理,研究隧道施工过程中各施工工序的安全系数动态变化过程,并对极限状态下关键施工工序的围岩塑性区与隧道围岩位移进行分析,结论为:隧道左洞第一步开挖时,由于中岩柱的出现,其安全系数最小,为最危险施工步,其次为两个洞室临时岩柱上台阶开挖;施工中中岩柱、洞室左拱腰和右拱脚出现大量塑性区,为围岩应力危险区域;中岩柱水平位移在施工过程中呈现出左右往返变化,右侧隧道竖向位移及其上部地表沉降较大,为监控量测重点部位。     

不等跨小净距隧道施工力学分析与应用

为研究不等跨小净距隧道施工时两隧道相互影响关系,基于大横琴山隧道,建立有限元模型,对各开挖步与不同围岩条件以及开挖顺序引起围岩位移、应力及支护结构轴力、弯矩变化进行分析,得到地表及特征线沉降位移、围岩主应力、支护结构特征点轴力及弯矩。结果表明:施工时大跨度断面隧道上部位移较大,同时其地表沉降极值位于隧道中间偏向大跨度隧道处;中夹岩柱在小跨度隧道侧的水平位移较大,因此在支护时,需要对小跨度隧道侧的中夹岩柱进行水平支护,以防止失稳;对比不同围岩条件变形受力特性,较弱围岩条件下施工时,需要进行不对称支护,同时先施工小跨度隧道较优。     

基底脱空条件下铁路隧道行车安全性分析

结合大瑶山隧道基底病害,在混凝土塑性损伤本构模型基础上,建立隧道-围岩相互作用动力计算模型,研究基底脱空对铁路隧道行车安全的影响。结果表明:随隧道基底脱空距离增加,隧道底部结构动力响应和损伤增大,且脱空距离超过一定深度后变化加剧;对于内侧单边脱空、两侧对称脱空和中间扩展脱空方式,当脱空距离分别达60、60、180cm时,需采取限速、加固等措施保证隧道行车安全。各脱空方式中,以两端向中间脱空方式所受影响最大。在该脱空方式下,当脱空距离从0cm增加到90cm时,底部结构竖向位移最大增幅达1.5倍;加速度最大增幅达17.2倍;主应力最大增幅达3.2倍;损伤值最大增幅达1.4倍。当脱空距离达120cm时,底部结构已发生破坏。可见,基底脱空对结构稳定和受力极为不利,将加剧结构损伤破坏。研究结果可为铁路隧道行车安全性评价和基底脱空整治提供参考。     

不同开挖步骤引起浅埋隧道地表沉降的数值分析

地铁施工扰动地层,必然造成相应的地层变形。结合沿海地区软土地区浅埋暗挖矩形隧道施工,使用有限元软件对分部开挖进行非线性数值模拟,分析矩形隧道初期支护在开挖过程中的地表沉降变形。分析结果表明,浅埋软土矩形大跨隧道在开挖过程中,群洞效应的作用和施工方案有密切关系,在此基础上提出了控制地层变形的技术措施,在天津地铁1期工程施工中得到了充分的利用并且取得了良好的效果。     

浅埋暗挖小净距隧道应力集中现象分析

研究目的:小净距隧道暗挖施工中,由于邻近导洞之间土柱应力集中,影响其安全状态和邻近后行隧道的施工,并影响到先行隧道的安全,严重的还可能造成周边建筑物、地中管线等设施的破坏。因此,对浅埋暗挖小净距隧道应力集中现象进行分析,对保证施工安全十分重要。研究结论:本文结合宣武门车站小净距群洞暗挖施工,通过实测数据分析应力集中现象,量化了群洞施工时中间土柱的应力应变效应,分析了土柱沉降规律、土压力变化特征,监测结果显示:(1)相邻导洞中土柱体中间部位沉降值最大,达到-14.8 mm,是其他区域的1.1～2倍,土柱体的沉降与土压力的关系和理论分析吻合,表明该部位产生明显的应力集中;(2)后行隧道对先行隧道产生微小的拉力作用。同时,按照开挖面与监测点的距离,对土柱沉降规律和土压力变化规律进行阶段划分,为采取措施降低应力集中现象提供依据。     

小净距隧道下穿薄煤层采空区地层开挖稳定性分析

采空区地层离散性大,小净距隧道近接下穿不同倾角薄煤层采空区开挖将引起采空区内腔塌陷。建立小净距隧道近接下穿采空区地层开挖模型,对比分析采空区倾角为0°、15°、25°、40°时先行洞监测面洞周位移和初支内力。结果表明:后行洞初支闭合时,采空区倾角为15°时,拱顶下沉量最大;采空区倾角为40°时,仰拱隆起量和拱腰水平收敛量最大;随着采空区倾角增大,初期支护正(内)弯矩分布和轴力最大位置有向近接采空区侧移动的趋势,偏压越严重;应力集中逐渐由右拱脚向左拱脚移动。最大偏心距出现在拱脚处,采空区倾角为15°时,偏心距最小,初期支护稳定性最好;倾角为40°时,偏心距最大,不利于初期支护稳定。     

3洞小净距隧道围岩压力计算方法

针对3洞小净距隧道围岩压力计算问题,基于普氏平衡拱理论,将围岩压力看作单洞隧道的基本压力与相邻隧道开挖引起的附加压力之和,提出适用于3洞小净距隧道的围岩压力计算方法;根据该计算方法研究不同岩柱厚度、开挖跨度和开挖高度对围岩压力的影响规律,并将该计算方法应用于确定八达岭长城站3洞小净距隧道围岩压力。结果表明:随着岩柱厚度的增加,围岩压力不断减小,当岩柱厚度达到某一值时,围岩压力与单洞隧道相同;岩柱厚度、边洞跨度和中洞高度变化影响整体围岩压力,中洞跨度和边洞高度仅影响各自单洞围岩压力;3洞小净距隧道的最优开挖顺序为"先边洞、后中洞",中洞围岩压力大于边洞,应力值最大点为中洞顶部。施工中应注意中洞围岩稳定,采取有效的措施对岩柱区域进行加固。     

沉管隧道地震响应的影响因素分析

以南京长江沉管隧道为背景,采用动力有限元法分析沉管隧道的地震响应。沉管隧道二维分析的合理计算范围分析表明,横向半宽取3倍洞径为宜。隧道结构的地震响应随着周围岩土的黏聚力及内摩擦角的增大而增大。沉管隧道的地震响应随着埋深的增加而增加,但增加幅度在减小,因此,从抗震的角度讲沉管隧道宜浅埋,但浅埋必须满足抗浮稳定性、安全性等要求。在水平地震力作用下,沉管隧道4个角的动力反应较大,是结构的薄弱部位,在设计中应予以加强。考虑水的耦合作用时,隧道的地震反应增强,在水深20 m条件下,应力增量最大超过10%。实际工程中水深一般较大,因此,计算中应该考虑水的影响。     

浅埋、偏压、软岩隧道进洞施工技术研究

浅埋、偏压、软弱围岩隧道进洞施工一直是隧道施工的难点,通过实例介绍此类隧道施工关键技术,采用重力式挡墙和边仰坡加固措施处理隧道偏压,采用大管棚、超前小导管及套拱法处理隧道浅埋,采用三台阶七步流水法进行软弱围岩洞内施工,同时阐述施工过程中监控量测的方法和对围岩变形的处理措施。     

PBA工法中边桩参数对结构稳定性的影响研究

以北京地铁6号线北海北站工程为背景,采用FLAC3D数值模拟的方法,研究不同的边桩嵌入深度和边桩直径下地层沉降、边桩水平位移和洞底塑性区的规律。研究分析表明:地表沉降和边桩水平位移随着边桩嵌入深度的增加而减少;当嵌入深度一定时,不同边桩直径下对边桩水平位移的影响大于对地表沉降的影响;嵌入深度与洞底塑性区特性具有明显关系,嵌入深度小会使洞底、洞顶土体产生较大塑性区。