破碎围岩浅埋隧道开挖对结构安全性的影响

黄土地区公哇岭隧道位于山体坡积体处,左侧围岩侧压力较大,围岩收敛变形明显.为分析隧道开挖过程中隧道结构和围岩的稳定性与安全性,针对CRD工法施工工序展开数值模拟.经过分析,采用CRD工法开挖过程中,围岩应力应力最大为1.29 MPa,位于临时中隔墙的顶部和底部,拱脚位置围岩应力也较大,拱顶沉降值57.5 mm,水平扩张89.9 mm,地表最大沉降53.0 mm,计算结果和现场监测值吻合良好.     

破碎围岩浅埋隧道开挖对结构安全性的影响

黄土地区公哇岭隧道位于山体坡积体处,左侧围岩侧压力较大,围岩收敛变形明显.为分析隧道开挖过程中隧道结构和围岩的稳定性与安全性,针对CRD工法施工工序展开数值模拟.经过分析,采用CRD工法开挖过程中,围岩应力应力最大为1.29 MPa,位于临时中隔墙的顶部和底部,拱脚位置围岩应力也较大,拱顶沉降值57.5 mm,水平扩张89.9 mm,地表最大沉降53.0 mm,计算结果和现场监测值吻合良好.     

浅埋铁路隧道下穿高速公路施工沉降分析

甬台温铁路新建前黄隧道下穿甬台温高速公路,该段隧道覆盖层薄弱,围岩较差,采用三维有限元方法对该段隧道下穿高速公路施工时的围岩变形及公路路面沉降进行数值模拟。分析结果表明,软弱围岩下浅埋铁路隧道近距离穿越高速公路时采用大管棚超前支护以及选用双侧壁导坑法开挖对路面及隧道拱顶的沉降都起到了很好的控制作用,而且隧道拱顶沉降和水平收敛位移受隧道纵向开挖空间效应和覆盖层厚度的影响相当大。公路路面的沉降值呈近似倒漏斗型分布,路面最大沉降位于隧道正上方路面中央。计算结果为铁路隧道的设计施工提供了一定的理论依据。     

浅埋铁路隧道下穿高速公路施工沉降分析

甬台温铁路新建前黄隧道下穿甬台温高速公路,该段隧道覆盖层薄弱,围岩较差,采用三维有限元方法对该段隧道下穿高速公路施工时的围岩变形及公路路面沉降进行数值模拟.分析结果表明,软弱围岩下浅埋铁路隧道近距离穿越高速公路时采用大管棚超前支护以及选用双侧壁导坑法开挖对路面及隧道拱顶的沉降都起到了很好的控制作用,而且隧道拱顶沉降和水平收敛位移受隧道纵向开挖空间效应和覆盖层厚度的影响相当大.公路路面的沉降值呈近似倒漏斗型分布,路面最大沉降位于隧道正上方路面中央.计算结果为铁路隧道的设计施工提供了一定的理论依据.     

浅埋隧道下穿建筑物施工对地基沉降影响的研究

福平铁路岱岭段下穿福州外语外贸学院宿舍楼,为探究隧道施工对楼栋地基沉降的影响,通过三维建模模拟采用三台阶临时仰拱法开挖隧道,并监测三个典型断面的围岩应力应变、塑性区及楼栋桩基单元的沉降与水平位移,结果表明:随开挖距离的推进,隧道拱顶位移与地表沉降量逐渐增大,开挖断面处于建筑最下方时增长速率最快,拱顶最大位移为18mm,地基最大沉降量为10.8mm,受上方建筑荷载影响的沉降曲线更"陡峭"。     

浅埋暗挖过街通道施工的三维数值模拟

人行过街通道施工不可避免对周边环境造成不利的影响,通过对隧道开挖施工过程的研究分析,对施工安全具有重要的工程指导意义。应用Midas GTS建立浅埋暗挖施工的三维数值模型,模拟浅埋暗挖台阶法开挖施工过程,分析开挖工程中拱顶沉降和地表沉降情况。结果表明:上台阶开挖对地表沉降量影响较大,及时支护可以很好的控制地表沉降;交通荷载作用下的地表沉降和拱顶沉降会影响工程的安全施工,数值模拟对施工过程和安全有指导作用。     

基坑上跨既有地铁隧道施工扰动效应研究

为了探究基坑上跨既有地铁隧道施工过程中基坑结构、地表和既有隧道的变形规律,以某过江通道上跨既有地铁隧道为工程背景,运用FLAC 3D软件建立三维数值分析模型,对基坑施工进行动态模拟.结果表明:基坑上跨既有地铁隧道施工完成后,隧道整体产生隆起变形,尤其是在隧道拱顶部位,最大隆起量达到19.72 mm;地表沉降值处于沉降安全范围以内,但在距基坑3～4m位置处,最大沉降值达到16.47 mm.研究成果可为工程实践提供理论支撑和技术指导.     

沿街城市浅埋隧道的三维施工效应分析

采用三维有限元方法动态模拟了城市地下沿街浅埋隧道的施工过程,分析和探讨了在此过程中引起的地层应力、地面沉降、地表超前沉降和隧道围岩变形特征,并与实测值进行比较。研究结果表明:在掌子面向前推进时,拱顶沉降受其影响的墙后距离约为2.5B (B为隧道净宽);拱顶产生的最大沉降量随开挖面的推进在逐渐增大;有限元模拟结果与实测值相吻合,由于没有考虑地下水等因素的影响其小于实测值。其分析结果具有一定的理论和实际意义,为相似工程提供了借鉴和指导。     

叠落盾构隧道施工影响下地层变形及结构受力分析

北京地铁6号线南~东区间工程为北京地区首例叠落盾构隧道工程。针对该工程,本文通过数值模拟与现场实测相结合的研究手段,对叠落盾构隧道施工产生的地层变形及结构受力进行分析,得到以下结论:叠落盾构隧道开挖产生的地层沉降具有不对称性,最大沉降值位于两隧道中心线附近,地表沉降槽宽度较单线隧道减小,沉降值增大,使得土体及地表结构更易发生破坏;下行隧道施工地层损失率大于上行隧道,深部土体产生向隧道内侧变形,且两侧最大水平变形位于下行隧道拱顶上方;叠落盾构隧道施工使得两洞拱腰最大弯矩向两隧道连线方向偏转,下行隧道拱顶弯矩增大,需要在结构设计中引以注意。     

公路隧道开挖施工变形分析

选取潮汕环线高速公路西环山1号隧道Ⅳ级围岩段落为工程依托,采用FLAC~(3D)计算软件模拟了隧道开挖施工过程,分析总结了地表沉降及水平位移变形特征以及隧道累计开挖进尺与拱顶沉降的关系。可对隧道开挖施工进行定性分析,提高认知,以便隧道开挖施工过程中对围岩变形不利部位做重点监控,更好地指导隧道安全施工。     

复杂硐室交叉口转向挑顶施工力学行为研究

长大隧道的辅助坑道与正洞交叉段施工工序繁多,围岩易受到开挖扰动,进而产生失稳破坏。以伏牛山隧道为工程背景,借助有限元软件PLAXIS3D构建三维数值模型,模拟了辅助坑道进入正洞的施工过程,研究了小导洞转向挑顶施工及正洞反向台阶法开挖的施工力学行为与三维空间效应,分析了施工过程中围岩应力、拱顶沉降、洞周横向收敛位移及围岩塑性区演化规律。结果表明:横向通道交叉口段施工会导致交叉口附近风机房正洞围岩产生应力重分布,在正洞拱顶及右拱腰处形成拉应力,沿风机房纵向影响范围约为1倍洞径; 风机房拱顶最终沉降量为3.7～3.9 mm,在交叉口及其附近,以小导洞爬坡挑顶阶段和风机房正洞反向开挖通过时引起的拱顶沉降量最大,小导洞转向挑顶施工引起的拱顶总沉降量相对较小; 联络通道左侧进洞使得正洞左侧横向位移增加,进而导致正洞左右两侧横向位移呈现不对称分布; 交叉口处联络通道与风机房产生了连续的塑性区,塑性点主要在开挖侧壁,拱腰处最为集中,向上延伸至拱肩,拱脚处向下发展至一定深度; 针对小导洞扩挖施工过程中交叉口、上台阶侧壁、底面出现的少量受拉破坏点,施工中应对这些部位予以重点关注,及时施作初期支护,防止局部掉块。     

浅埋暗挖隧道施工性态的数值模拟与分析

地铁隧道施工中,隧道开挖程序、施作的步骤对隧道稳定性及地表沉降影响显著。北京地铁10号线某标段浅埋单洞双层隧道,是出入口通道与车站中洞、旁边单层侧洞相接的暗挖部分,单、双层转换,初支结构形式和施工都很复杂。目前国内外对单洞双层隧道分析较少,与车站和通道相连接的这种单洞双层隧道比较短,对它的分析往往被忽视。对采用3层6导洞的CRD工法施工的这种浅埋单洞双层隧道的施工性态进行数值模拟,分析该区域隧道施工引起的地表沉降,探索一次性开挖成洞及隧道分步开挖引起的地表沉降槽的变化形态,拱顶沉降及拱顶主应力的变化规律。数值分析表明:施工工序不同使隧道的偏挖引起的沉降槽向未开挖一侧偏移,此过程中地层最大沉降并不发生在隧道中线处,而是完成全部开挖,地层变形稳定后,其累计沉降最大值位于隧道中线处。隧道开挖衬砌完全施作后,地表沉降变化不大,但是后续开挖步引起的结构内力应予以重视,尤其对于中隔壁支撑及拱底衬砌的支护,要及时施作拱底二次衬砌。研究结果为单洞双层隧道分步施工控制地表变形和洞周位移提供参考依据。     

地铁盾构隧道施工对邻近已有隧道的影响分析

采用有限元软件ABAQUS建立了盾构隧道三维有限元分析模型,模拟了盾构施工的整个过程。利用添加移除技术以及设置场变量等方法实现了开挖面土体卸荷、管片拼装以及注浆等施工过程,研究了盾构开挖过程中地表沉降的规律,分析了不同土仓压力对地表沉降的影响,探讨了盾构施工微扰动控制要点。计算结果表明,盾构开挖面前方地表出现隆起,且随着开挖面的前移而前移,隧道轴线地表在开挖结束后呈隆起趋势。地表横向沉降量随土仓压力的增大而增大,表现为隆起趋势,隧道轴线与两侧土体沉降量差值随着土仓压力的增大而减小。     

基坑施工对地铁盾构区间隧道影响分析

结合苏州地铁4号线北侧某建筑基坑开挖,用Midas GTS有限元分析软件对基坑施工过程进行计算模拟,分析基坑开挖对地铁4号线区间隧道的影响。结果表明:基坑开挖过程对地铁区间隧道影响最大,基坑回筑过程地铁区间隧道变形较小。基坑开挖过程中地铁区间隧道竖向最大沉降量为1.51 mm,隧道水平向最大位移为6.32 mm;建筑基坑开挖过程中地表沉降最大值为2.5 mm,基坑坑底隆起最大值为20.3 mm,最大值发生在开挖至坑底阶段;围护结构变形和受力满足设计要求。     

隧道开挖步距对地层位移影响研究

以深圳地铁暗挖隧道施工资料为基础,利用三维模拟程序对暗挖隧道施工过程及支护结构进行了模拟分析。对于喷射混凝土和格栅钢架组成的隧道初支系统,考虑了喷射混凝土的时间效应及格栅钢架与喷射混凝土的不同刚度。在模拟过程中,研究了不同开挖步距对地层位移的影响规律。从分析结果可以得出,隧道拱顶沉降和地表沉降随着开挖步距增加而增大,其沉降与开挖步距近似服从二次多项式的函数关系。     

平行盾构开挖离心机模拟试验研究

通过离心模型试验模拟平行盾构隧道近接开挖施工,研究了盾构隧道近接开挖对既有隧道结构内力、管片变形和地表沉降的变化规律。结果表明:1隧道开挖引起地表沉降的大小与开挖的步骤有关,而沉降槽的范围基本不变;2既有隧道靠近新建隧道一侧受拉,这一侧弯矩出现负增量,侧向土压力也有一定的减小,且既有隧道直径水平向变大,而垂向直径基本不受影响;3由于土拱效应,新建隧道已完成开挖部分管片拱顶的土压力随开挖进程先减小后增大;4采用地层结构法可以准确模拟隧道开挖过程的隧道结构力学特性与变形规律。     

大断面顶管通道近接穿越下覆既有地铁隧道数值模拟与现场试验

南京某地下步行通道采用非开挖顶管法施工,顶管近距离穿越既有地铁区间隧道及城市主干道。为了保证隧道及主干道安全,施工前建立三维有限元计算模型,模拟施工全过程,预测施工可能引起的隧道及地表变形。根据数值模拟结果提出针对性控制措施,并制定合理的监测方案,分别对隧道竖向位移、水平位移、径向收敛和地表隆沉进行监测。基于监测数据分析隧道及地表变形规律,明确顶管施工期间隧道及地表变形的3个不同发展阶段。研究表明:隧道竖向位移主要表现为隆起,由通道内出土卸荷所引起,工作井基坑开挖对其影响几乎可以忽略;顶管施工过程中,下覆隧道竖向位移先后经历了初始下沉、隆起增强和隆起稳定3个阶段,地表竖向位移先后经历了隆起增强、隆起减弱和沉降3个阶段;同一监测断面内,地表最大沉降位于通道中心轴线上方,距离通道越远沉降越小;采用微欠挖工艺有效控制了隧道最终隆起和地表最终沉降。     

导洞超前开挖施工性态空间效应分析

围岩变形机制及稳定性控制是隧道施工过程中关键技术之一。针对导洞超前开挖施工性态空间效应,采用有限差分软件FLAC3D模拟分析隧道施工过程中围岩变形规律,并与全断面法、上下台阶法作对比分析。研究表明:导洞超前开挖施工引起的水平收敛、拱顶沉降位移变化速率最小,开挖形成临空面之后产生的水平收敛和拱顶沉降值最小,有利于隧道围岩的稳定;水平收敛值随隧道埋深、侧压力系数的增大呈线性增大;拱顶沉降值随埋深的增大呈线性增大,随侧压力系数的增大呈非线性增大趋势;隧道埋深越大,水平收敛、拱顶沉降先行位移占总位移比例越大;侧压力系数越大,水平收敛先行位移所占比例越大,而拱顶沉降先行位移所占比例越小。结合宜巴(宜昌至巴东)高速公路石门垭隧道施工现场监测数据,验证所得结论的可靠性,可为同类工程借鉴,具有一定的科学意义和工程实用价值。     

挤压性软岩隧道大变形灾害及控制措施研究

软岩大变形隧道修建时,由于围岩自稳能力弱,隧道时常发生较大收敛问题。根据云南省云临高速公路大亮山隧道地质勘察报告,对ZK20+160～ZK20+320段初期支护大范围开裂、仰拱隆起严重等问题采用有限差分数值方法进行模拟研究。通过对数值模拟结果的分析得出软岩大变形隧道变化规律,并由此提出相应的设计施工优化措施。研究表明：隧道拱顶沉降与仰拱隆起大,隧道围岩塑性区半径大,符合高地应力下软岩大变形隧道开挖的物理力学变化特征;将数值模拟二次衬砌拱顶沉降曲线与现场实测拱顶沉降曲线对比分析,结果表明两者变化规律一致;针对现场初期支护开裂、仰拱隆起与钢拱架扭曲变形等工程问题并结合数值模拟结果,建议采用双层支护、增设锁脚锚杆和仰拱尽早封闭等优化措施控制隧道变形开裂问题。     

青岛地铁浅埋隧道动力增载位移响应比围岩稳定性分析

为防止地表沉降引起隧道事故的发生,以青岛地铁4号线福州路车站为研究对象,运用现场施工的监测数据与MIDAS/GTS NX模拟软件,对青岛地铁浅埋隧道施工沉降规律及围岩稳定性进行了系统研究。在分析地质勘察资料、众多沉降数据和超前地质预报的基础上,分别建立了不同水位环境下的渗流-应力耦合模型,分析了其在地表和拱顶的沉降规律,确定了最大沉降位置即最不利位置。最后,运用动力增载位移响应比对隧道开挖引起的围岩稳定性进行了评价,为今后该类地下工程设计与施工提供了借鉴。