软弱地层浅埋大跨双连拱隧道支护结构变形研究

软弱地层浅埋大跨度双连拱隧道施工对围岩多次扰动,围岩稳定性差,施工过程支护结构变形和受力变化复杂,施工难度大。文中以南山路双连拱隧道为背景,通过现场监测和三维数值模拟研究双连拱隧道左右洞各施工步序中支护结构的位移变化规律,着重观察并分析拱顶沉降、边墙收敛的量值及变化稳定过程,研究表明:(1)支护结构变形以竖向沉降为主,水平收敛较小;(2)后行洞的施工对先行洞围岩扰动较大,导致先行洞变形明显变大;(3)缩短台阶长度,及时使支护结构封闭成环能有效改善结构受力,抑制隧道结构变形。     

双连拱隧道中墙监测及受力特性研究

依托北京地区第一座公路双连拱隧道—黑古沿隧道,开展中墙的受力特性研究。通过埋设量测元件对隧道中墙进行现场监控测试,获得了施工过程中,中墙的钢筋应力、底部锚杆内力及接触应力的变化情况,并结合数值模拟手段对施工诱发的中墙不均匀沉降进行研究,结果表明:最不利于中墙受力的施工工序发生在隧道由单侧施工过渡到双侧施工时;中墙底部截面的轴力及弯矩最大,有必要对中墙基底围岩采用小导管注浆方式进行加固;应该尽早施作初期支护以分担中墙承受的压力;中墙不仅存在横向不均匀沉降,而且存在纵向不均匀沉降,有必要设置临时横撑进行支护。研究成果为类似工程中控制施工诱发的裂缝发展,采取相应措施优化支护结构形式与参数提供了依据。     

浅埋双连拱隧道中墙的合理选用

双连拱隧道的中墙是结构受力的关键构件,又对隧道防排水有较大影响,因此,合理选用中墙形式至关重要。通过建立双连拱隧道的三维有限元模型,模拟了不同围岩级别条件下浅埋双连拱隧道不同中墙形式的力学行为,得出了中墙的基本受力规律,提出了不同围岩级别条件下修建浅埋双连拱隧道所采用的合理中墙形式,为双连拱隧道的中墙设计提供依据。     

软弱围岩分岔大断面暗挖隧道反挖施工技术分析

在深圳市东部过境高速公路连接线工程中,采用大跨段隧道施工方案与大断面不对称开挖施工方案,采用数值有限元方法,对分岔隧道大跨段施工工法进行研究,分析围岩变形与受力,并分析不对称开挖施工过程的最大剪应力,研究大断面不对称开挖过程中的围岩塑性区、初支受力、临时支撑变形、初衬变形和初衬受力,验证计算非对称双侧壁导坑大断面隧道支...     

千枚岩公路隧道初支结构变形破坏数值模拟分析

千枚岩遇水后其力学参数会降低,千枚岩公路隧道在施工中围岩受到降雨影响会使隧道初支结构发生不利于稳定的变形与破坏,导致隧道施工灾害事故发生.文章对巧家县某千枚岩隧道施工中出现的初支破坏现象进行数值模拟分析,研究降雨条件下千枚岩公路隧道初支结构受力与变形之间的关系,计算结果表明,降雨使千枚岩软化,力学参数下降,隧道的拱顶与拱肩竖向变形量有明显增大,降雨使初支结构拱肩处弯矩急速增大,同时,拱肩处锚杆轴力增大导致的失效是导致千枚岩公路隧道初支结构破坏的原因.因此,在千枚岩公路隧道的设计与施工中需要考虑降雨导致的围岩稳定性下降及其对初支结构安全的影响,增加固岩受地表与地下水影响的监控量测,同时加强对初支结构应力与变形监测,确保隧道施工的质量与安全.     

双连拱隧道结构内力样式及围岩稳定性模型试验研究

大型相似模型试验是双连拱隧道结构内力样式与围岩稳定分析研究的重要方法和手段之一。结合广州—惠州高速公路小金口双连拱隧道工程的修建,在II,III类围岩条件下,对双连拱隧道的施工方法和结构内力样式及围岩稳定进行了深入的研究工作。通过模型试验研究提出了一种新的施工方法——中导坑拓展法,这种施工方法对围岩的扰动少;同时采用三导坑法、双导坑法和中导坑拓展法3种施工方法进行模型试验研究。结果表明:周边最大径向位移发生于拱顶,其次为腰部;首次建立了双连拱隧道二次衬砌内力(轴力和弯矩)模型及围岩的稳定与变形的规律。这些研究成果对双连拱隧道的设计与施工具有重要指导作用。     

隧道跨度对双侧壁导坑法施工围岩与支护结构的影响

依托广西百色达康隧道工程,简化隧道施工与结构模型,通过FLAC3D数值模拟软件构建了隧道施工三维模型,分别模拟了跨度为10,14,18.7m的隧道采用双侧壁导坑法施工时的围岩变形、围岩塑性区域分布及初支与二衬的内力分布。探究隧道跨度对双侧壁导坑法施工的隧道变形、围岩与支护结构应力的影响。数值分析结果表明:隧道跨度不同,竖向位移沉降极值均出现在隧道洞室顶部,水平位移极值均出现在隧道拱腰附近;最终沉降隆起值、初期支护轴力与二衬应力随跨度的增大而稳步增大;初期支护弯矩随跨度的增大而增长,但增长速度显著加快;围岩形成的塑性区域随跨度增大明显增大。     

考虑降雨入渗的隧道变形及支护受力数值分析

隧道施工过程中,降雨入渗对隧道围岩变形及支护受力特性的影响较为显著。本文利用有限差分软件FLAC3D建立隧道数值分析模型,通过内置FISH语言将节点饱和度变量转化为单元变量,将基质吸力和土体强度参数随含水率变化关系嵌入数值模型中,实现了隧道围岩由于降雨入渗产生非饱和渗流过程的数值模拟。对不同降雨强度下土体含水率、基质吸力、隧道变形及初期支护受力随降雨历时的变化规律进行了分析。结果表明:随降雨历时增加,浸润锋线向隧道拱顶发展,此时拱顶沉降及初支衬砌受力均显著增大。当降雨强度较小时,隧道变形和支护受力随降雨强度增加变化明显;当降雨强度增大到土体饱和渗透系数后,隧道变形和支护受力随降雨强度变化较小并逐渐趋于稳定。     

分岔隧道稳定性分析及施工优化研究

建立中墙承载模型,通过理论分析分别给出连拱和小净距隧道的中墙稳定性判据,据此可得到中墙的合理厚度.以八字岭分岔隧道为例,分别采用地质力学模型试验和弹塑性损伤有限元模拟分岔隧道的施工全过程,给出围岩关键点位移和应力随施工过程的变化曲线以及围岩损伤区和塑性区的分布,提出分岔隧道的施工过程的优化措施.研究爆破施工对隧道稳定性的影响,提出不同中墙宽度、不同围岩情况下装药量的大小及施工措施.根据上述研究结果,针对原施工设计提出优化建议.对分岔隧道施工进行现场监测,监测数据与试验和计算数据的对比验证了试验和数值计算的正确性.监测结果表明隧道稳定,说明施工优化建议合理.     

软弱破碎围岩隧道开挖工法比选研究

软弱破碎围岩隧道的开挖一直是隧道工程施工的难点,其特点在于围岩开挖后变形量大,掌子面易失衡,施工过程中经常出现掉块滑塌等现象。为了进一步研究软弱破碎围岩隧道的合理开挖方法及施工过程中围岩和支护结构的应力、位移等变化,依托金家庄特长隧道工程,采用FLAC3D三维数值模拟手段分析了隧道在不同开挖方法(两台阶法、三台阶预留核心土法)下的受力及变形规律特征,研究表明:(1)开挖过程中采用三台阶预留核心土法时,围岩整体变形较两台阶法小;(2)从初支、二衬结构受力情况得出,采用两台阶法施工优于三台阶预留核心土法;(3)隧道的开挖工法应随开挖揭示的围岩的情况进行相应的调整。     

双连拱隧道不同施工工法的施工力学机理数值分析

为了研究双连拱隧道不同施工工法下的位移和受力特征,确保施工安全顺利进行,依托惠州市四环路南段西坑东双连拱隧道工程,采用MIDAS有限元软件分别对Ⅴ级围岩下三导洞法施工、Ⅳ级围岩下中导洞法施工进行模拟,得到拱顶沉降、洞身位移、锚杆轴力以及中隔墙内力的计算结果。通过对结果进行对比分析,为西坑东双连拱隧道的施工提供相关建议。     

暗挖地铁车站拱盖法初期支护施工关键技术研究

以兴工街站暗挖施工为背景,通过理论分析、数值模拟以及现场监测等,分析兴工街站拱盖双层初支厚度对荷载分配和地表沉降的影响。研究结果表明:双层初支组合方式结构受力合理,有利于控制地层变形,适合兴工街车站拱盖施工。对于上软下硬地层中的大跨度隧道双层初支施工,建议内侧初支厚度取整个初支厚度的40%。整个初支体系承担隧道围岩总应力的75%至80%,在整个隧道结构中,二衬仍承受部分荷载作用。     

浅埋黄土隧道洞身穿越岩土分界受力变形特征

靖神铁路横山隧道为黄土地区浅埋单线铁路隧道,围岩自稳性很差,地质条件极为复杂,隧道暗挖段洞身穿越岩土分界地层。本文以横山隧道为工程背景,运用FLAC3D的interface单元,通过数值模拟和现场试验研究隧道洞身穿越岩土分界的变形和受力规律,确定施工变形控制措施。研究结果表明:超前小导管、两台阶法+临时横撑+扩大拱脚+掌子面加固施工方法可有效控制围岩变形,保证隧道安全施工。进一步分析了超前支护和初支控制变形的作用,超前小导管起到了限制围岩变形的作用。掌子面全为黄土时围岩变形量、支护受力明显较大,应确保加强拱脚与墙脚支护,并及时施作仰拱,超前支护采取双层超前小导管,而当隧道穿越岩土分界线时,应当尤其注意加强拱脚支护。FLAC3D的interface单元可较好地模拟隧道穿越岩土分界线时围岩及支护的受力变形状况,计算分析和现场实测都表明:地表沉降、拱顶下沉和洞周位移均小于15 mm,控制隧道地表沉降及围岩变形效果较好,保证了隧道安全稳定。     

不良地质隧道侵限段换拱施工技术研究

在隧道工程建设过程中,受隧道围岩地质不确定性影响,隧道时常会发生初支结构侵入二衬结构限界,进而导致二衬隧道衬砌厚度不足等问题。初支换拱就是将侵限的岩体钢架破除,释放围岩压力并再次进行支护的有效手段。该文以广西瑶山至南丹公路（二期）工程在建项目为例,通过隧道初支侵限原因分析及施工过程监控量测优化论证,将隧道拱顶最大沉降由95 mm降低并稳定控制在30 mm内,可为软弱围岩隧道侵限换拱施工提供理论参考。     

厦门海底隧道陆域浅埋段动态施工过程分析

基于地下工程施工力学理念,结合我国首条海底隧道--厦门翔安隧道工程陆域浅埋段施工过程,根据目前采取的CRD施工方法,建立数值模型,对其施工过程进行了模拟.分析了施工过程中随着各部的开挖,隧道变形动态发展历程;对浅埋隧道地表沉降采用经验预测和数值模拟进行了分析,数值计算结果反映了地表沉降随隧道各部开挖的动态变化过程;通过对初期支护时变受力体系分析,可以为施工过程中结构安全性评价提供依据;对开挖过程中隧道围岩应力状态和塑性区发展历程的分析,为洞室稳定性评价提供了理论依据.通过对大跨浅埋隧道在复杂地质条件下动态施工过程分析,可以进一步了解施工过程中围岩--支护系统相互作用的动态力学响应,为隧道动态设计与施工提供了科学的方法.     

深埋矿山法地铁隧道下穿既有铁路隧道影响研究

以厦门某矿山法地铁隧道下穿既有铁路隧道为工程背景,运用数值模拟隧道开挖过程,并结合现场监测,研究新建深埋地铁隧道下穿既有铁路隧道结构沉降变形情况,以及新建地铁隧道在下穿过程中隧道拱顶沉降、净空收敛的变化规律。数值模拟结果表明,既有铁路隧道结构最大沉降量为1. 15mm,沉降值较小;新建地铁隧道在Ⅳ围岩下变形最大,且随着围岩强度提高,变形越小。监控量测结果表明,既有铁路隧道与新建地铁隧道的变形趋势与数值模拟吻合,进一步验证了模拟的准确性。因此,深埋地铁隧道开挖过程,新建隧道变形与围岩强度相关,围岩强度越高变形越小;深埋地铁隧道在Ⅱ级～Ⅳ级围岩强度下对上部既有铁路隧道的影响较小。     

双连拱隧道不同施工工法的施工安全影响数值分析

为了研究双连拱隧道不同施工工法下的位移和受力特征,确保施工安全顺利进行,依托惠州市四环路南段西坑东隧道双连拱隧道,通过MIDAS有限元软件,建立三导洞法在Ⅴ级围岩中施工,中导洞法在Ⅳ级围岩中施工的模型,得到拱顶沉降、洞身位移、锚杆轴力以及中隔墙内力的分析结果。通过对结果进行对比分析,采取相应的措施加强施工过程中过程管理和监控量测,可以有效的提高双连拱隧道的施工安全和质量。     

高地应力断层带软岩隧道变形特征与控制措施研究

隧道在穿越断层地带时由高地应力引起的软岩大变形问题是隧道建设施工中难点,给隧道建设的施工与进度带来很大影响。本文结合区域地应力,围岩强度实验等分析柿子园隧道穿越断层地区产生支护结构破坏现象的原因,并对围岩压力,钢架应力,围岩变形进行了现场监测,得到了高地应力软岩大变形引起的支护应力特征与变形特征,提出了控制大变形的技术措施。研究表明,高地应力区软岩隧道穿越断层地带时,由于复杂的构造应力造成隧道结构受力不均,隧道左右两侧围岩压力,支护内力与围岩变形呈现出很大的不对称性。采用优化断面形式、加强初支刚度、非对称预留变形量和锚杆布置等措施可以有效减小隧道结构受力,控制隧道变形。     

埋深和围岩对双连拱隧道地震动力响应影响研究

采用数值模拟技术,结合某高烈度地震区双连拱隧道抗减震技术研究,通过分析埋深及围岩参数的变化对双连拱隧道地震动力响应的影响进行了数值模拟研究,分析总结了相应参数变化对双连拱隧道地震动力响应的影响规律,同时对地震动力作用下双连拱隧道断面位移和内力的变化规律进行分析研究,找出了地震动力作用下双连拱隧道的变形和受力薄弱部位.     

上软下硬地层隧道开挖三维有限元分析

上软下硬地层大断面隧道受力结构复杂,分步开挖对围岩扰动大、风险高。为分析大断面隧道开挖受力特性,探寻分步开挖变形规律,利用MIDAS/GTS NX岩土分析软件建立三维有限元模型,对隧道开挖过程中地表沉降、隧道收敛、锚杆轴力、初支应力受力特性进行研究。通过分析得出,上软下硬地层大断面隧道开挖地表沉降主要发生在上台阶施工阶段,上台阶开挖引起的地表沉降占总体沉降量的97%;硬岩地层大断面开挖台阶间距对地表沉降、隧道收敛、初支结构受力影响不大。研究成果可为上软下硬地层大断面隧道开挖提供借鉴和参考。