基于流固耦合的水底隧道仰拱受力分析与优化

目前,国内外学者对用于铁路和公路交通的山岭隧道断面形式做了不少研究,并得出一些有价值的结论。但是,研究结论应用于水底隧道是否同样能满足衬砌结构受力合理的要求,是值得研究的问题。矿山法修建大断面铁路和公路水底隧道,其断面形式主要采用马蹄形断面,并设置仰拱来控制围岩位移及改善衬砌结构受力。本文以厦门东通道海底隧道为工程背景,采用三维有限差分软件FLAC3D进行流固耦合分析,研究仰拱曲率半径及仰拱部位的防排水措施对围岩位移及衬砌结构受力的影响,优化水底隧道断面形式,以指导大型跨江海的水底隧道的设计和施工。     

基于流固耦合作用的海底隧道初期支护安全影响因素分析

以青岛海底隧道试验段为工程背景,基于流固耦合理论对海底隧道初期支护安全性的影响因素进行分析,结论表明:(1)注浆加固显著改善了洞周土体强度和整体性,塑性区范围得到有效控制;(2)注浆加固优化了支护结构的受力,随着加固圈厚度的增加,洞周位移出现不同程度的衰减,加固圈厚度对减小水压的贡献依次为:拱顶拱腰拱脚仰拱;(3)随着加固圈渗透系数的增大,洞周水压力随之增大;(4)在流固耦合作用下,仰拱处的土压力远大于其他部位;(5)现行支护参数条件下,海底隧道初期支护结构满足安全性要求,现场实测与数值计算基本相符。     

基于流固耦合的海底隧道注浆圈渗流场影响分析

将存在裂隙的岩体视为等效连续介质,建立海底隧道稳定渗流分析计算模型,并对渗流场相关特性进行探讨;结合青岛胶州湾海底隧道工程计算注浆圈对渗流场影响.结果表明:海底隧道防排水应采取“以堵为主,限量排放”的原则;注浆圈堵水效果与其厚度相关,且注浆圈厚度与其渗透系数成正比.但当围岩渗透系数与注浆加固圈渗透系数之比大于100,且注浆圈厚度不小于10 m时,注浆圈渗透系数、注浆圈厚度对隧道涌水量均影响不大;隧道涌水量和控制排水量之差越大,衬砌外水压力越大;为减少涌水量,可以采用注浆圈封堵地下水渗流通道,衬砌外水压力将显著降低.当处于自由排水阶段时,衬砌不承担水压力,隧道涌水量与控制排水量相等.     

基于流固耦合理论下穿库区隧道围岩稳定性分析

以某下穿库区铁路隧道为依托工程,对比分析有无渗流场作用和不同水深条件下,隧道结构应力变化规律以及围岩变形、塑性区和渗流场的变化特性,同时还考虑隧道加固圈厚度和渗透系数对围岩稳定性的影响。研究结果表明:地下水渗流场对围岩变形影响较大,不仅能引起大范围的库底沉降,而且能增大隧道拱顶和拱腰的位移,并且能够减小仰拱的隆起量以及加剧围岩塑性区的范围;隧道的开挖能够对地下水孔隙水压力的分布形成明显的扰动,并且在两拱脚处渗流速度最大,最大塑性区位于横向临时支撑处;注浆加固圈能够改善围岩的受力,隧道最优注浆圈厚度在5m,并且当渗透系数小于围岩渗透系数的1/50时注浆圈加固效果不再明显。     

水底隧道复合式衬砌水压力影响因素分析

富水量较大的水底隧道,隧道防排水系统对于控制隧道涌水量和衬砌外水压力十分重要。采用数值计算方法,研究固定水头下水底隧道不同注浆参数、衬砌渗透系数及隧道控制排水量对衬砌水荷载的影响,并与轴对称解析解结果进行对比验证。研究结论:(1)渗透系数增加和注浆圈厚度减小都致使衬砌外水压力的增加;(2)初衬渗透性的变化对初衬外水压力的影响十分显著;(3)数值解与解析解的结果相差不大,非圆形隧道截面可利用等效半径求解衬砌外水压力和隧道涌水量的解析解,并用于隧道防排水的初步设计;(4)隧道注浆圈参数和初衬渗透系数一定时,增大控制排水量有利于减小二衬背后外水压力。     

圆梁山隧道全断面注浆技术

圆梁山隧道是渝怀线上最长的铁路隧道 ,隧道出口掘进至PDK35 5 0 2 0时遭遇岩溶涌水突泥 ,导致开挖面被淹 ,严重影响了正常施工 ,通过地质钻探等综合预测预报手段并结合涌出物分析 ,决定采用全断面预注浆技术进行封堵 ,有效地堵住了地下水 ,并对围岩进行了加固 ,恢复了正常施工     

浅埋暗挖全断面砂层隧道超前注浆加固技术研究

针对浅埋全断面砂层隧道开挖过程中遇到的拱顶塌方、地表沉陷等问题,以西安某地铁隧道工程为例,进行超前注浆加固技术研究。通过室内试验,对注浆浆液配比进行研究。研究结果表明,当水、磷酸、水玻璃的体积比为13.00∶1.00∶3.30时,浆液胶凝时间短、渗透效果好,且加固砂体后的无侧限抗压强度和直接剪切强度均达到工程应用标准。采用FLAC3D模拟软件,对注浆加固后隧道围岩及地表的破坏形态及机理进行了研究。研究结果表明：注浆加固后,地表沉降最大值为1.2 mm,比未注浆工况减小了80.0%～95.0%;隧道拱顶沉降为6.0 mm,比未注浆工况减小了49.6%;注浆加固可有效抑制隧道拱部围岩塑性区的形成和发展,大幅减小拱顶沉降达到稳定状态的开挖距离。研究成果已成功应用于该地铁隧道工程,且未发生显著砂层滑塌现象,土体稳定性良好,地层成拱效果较好。     

基于盾构隧道施工力学特性的注浆加固方案比较分析

为了研究隧道注浆加固对盾构施工力学特性的影响,以昆明轨道交通5号线软弱地层盾构隧道下穿采莲河施工为例,运用Abaqus软件建立隧道施工三维计算模型,通过改变注浆范围及注浆压力等参数,提出6种注浆加固方案并对这6种加固方案下地表沉降和管片内力变形进行对比分析.研究结果表明:在该工程地质条件和施工因素下,选择上、下半断面分...     

隧道富水断层段全断面注浆时的缓冲层厚度研究

基于水力学和弹塑性理论,构建含缓冲层的隧道注浆计算模型,计算隧道支护结构及注浆圈外缘承担的渗水压力及隧道涌水量;研究支护结构、注浆圈及围岩的位移与应力解,利用数值模拟对构建模型的合理性进行验证;以穿越富水断层破碎带的某在建隧道为例,计算并确定其缓冲层厚度.结果表明:增设缓冲层后,支护结构外缘径向应力理论值与模拟值最大误...     

复杂条件下海底隧道全断面帷幕注浆技术研究

厦门翔安海底隧道是我国大陆地区第一座海底隧道。隧道所处地段地质条件复杂,海域地段存在多处风化深槽,岩体主要为全强风化花岗岩,岩体强度低、自稳能力差,安全穿越风化槽是隧道施工的难点。结合实际施工情况对全断面帷幕注浆技术进行阐述。     

深埋山岭隧道帷幕注浆段衬砌外水压力研究

通过建立深埋山岭隧道的渗流模型,分析外水压力对支护体系的荷载影响,推导出帷幕注浆段衬砌外水压力的计算公式以及隧道内最大涌水量公式,并就理论公式结合工程实际情况展开探讨。同时,对太行山隧道帷幕注浆段外水压力进行现场测试。测试数据表明,由于监测时间较短、测点选择等原因,虽然帷幕注浆段衬砌外水压力较小,但考虑到后期外水压力的增加,为确保隧道运营期安全,需加强高压富水段外水压力持续监测。     

新宝塔山隧道浅埋段注浆加固技术

注浆技术是地层加固的重要技术之一。新宝塔山隧道施工条件较为复杂：地层岩性差、不良地质条件多、新建隧道与既有隧道相邻、穿越较多的地表建筑物、存在局部覆土较浅地段等。结合新宝塔山隧道浅埋段注浆加固工程,介绍了浆液类型选择,注浆参数的确定和注浆工艺的完善等。     

高压富水岩溶隧道注浆帷幕技术应用研究

帷幕注浆技术是岩溶隧道止水的有效方法,以宜万铁路马鹿箐隧道为依托,建立了隧道帷幕注浆数值模型,计算分析了不同帷幕注浆加固圈厚度、止浆岩盘厚度等参数对隧道围岩的位移、应力影响规律,确定了安全、经济、合理的帷幕注浆方案。结合工程实践,对注浆方式、注浆材料及参数、注浆结束标准及效果检查评定等设计要点以及帷幕注浆施工工艺进行了研究。该研究成果对高压富水岩溶隧道建设具有借鉴意义。     

隧道穿越水库下断层破碎带帷幕注浆施工技术

通过燕居岭隧道穿越水库下断层破碎带施工实例,系统地介绍了采用帷幕注浆加固围岩的原理、设计、施工方法、施工工艺、浆液调制等,对隧道穿越水库下断层破碎带提出了一种行之有效的施工方法,该方法对同类工程具有借鉴作用。     

大断面小净距隧道断面优化及其设计参数研究

对于大跨度小净距隧道而言,合理扁平率及双洞间距的设计对于节约成本,提高隧道线形规划具有至关重要的作用,因此,优化大跨度小净距隧道的扁平率及其间距是隧道设计施工面临的关键问题。以某双洞8车道隧道施工为研究背景,通过数值模拟及理论分析,对断面优化及其设计参数进行了深入研究。研究结果表明:随着高宽比的增加,拱顶位移逐渐减少,水平收敛逐渐增大,在高宽比为2.0时达到理想状态,这个时候的拱顶位移和水平收敛基本相同,此时断面有利于开挖。当高宽比取理想高宽比2.0时,这时应力较均匀,是开挖的理想断面,同时考虑行车通行的建筑界限,取高宽比为0.6333是合理的。隧洞埋深对塑性半径和周边位移的影响极大;弹性范围内的支护阻力与隧洞变形成正比;塑性半径随着围岩强度的增加而减小。     

齐岳山隧道F12断层注浆加固技术

注浆技术是通过隧道不良地质的常用方法之一。齐岳山隧道穿越多个断层地段,通过长、中、短超前地质预测预报技术,准确判定隧道围岩地质,施工中采用注浆回固技术通过断层。     

注浆加固块石堆积体在野三关隧道中的应用

以宜万铁路野三关隧道DK124+602大型富水溶腔的注浆加固为例,从注浆加固的方案制定到注浆材料的选择、配合比的选定、注浆压力的选择及注浆效果评定等方面详细介绍了溶腔体的注浆原理和过程,为类似工程的施工提供了宝贵的经验。