陕北地区饱和红黏土隧洞工程特性及施工方法初探——以榆林黄河东线引水工程为例

榆林黄河东线引水工程以输水隧洞为主,其中秃尾河以西段隧洞围岩大部分为新近系饱和红黏土,该类洞室的稳定性是隧洞施工的关键问题。通过详细地质调查,结合室内试验,对红黏土的工程特性进行研究,利用有限元方法计算因隧洞开挖带来的变形量,并采用HSS弹塑性本构模型,对钻爆法施工时的饱和红黏土隧洞围岩稳定性进行数值模拟计算,结果发现:隧洞采用钻爆法开挖时,洞室产生的位移变形迅速且位移量大,特别是深埋段,开挖后下沉量最大可达30 cm,而采用盾构法施工时,洞室顶部位移最大仅为12 mm,表明盾构法施工能够很好地控制周围地层的变形,对周围环境影响很小。研究结果证明了传统钻爆法开挖洞室稳定性差,盾构法施工更适宜于该类隧洞的结论。     

佛子岭抽水蓄能水电站地下厂房施工开挖过程的FLAC3D数值模拟

选取佛子岭抽水蓄能水电站地下厂房区,采用三维快速拉格朗日法（FLAC3D）模拟施工开挖过程,研究了洞室群围岩的开挖变形形态和应力状态,分析了围岩和调压井高边坡在自重荷载作用下的开挖稳定性。通过对地下厂房洞室群区的加固处理,分析了围岩在加固后的力学特性。利用FLAC3D程序的Ubiquitous模型,引入了一组主要节理裂隙,分析了此组节理裂隙对地下洞室群围岩的开挖变形及整体稳定性的影响,并与无节理裂隙的数值模拟结果进行对比,综合评价了节理裂隙对洞室群围岩稳定性的影响。     

洞室围岩稳定问题及其支护形式分析

本文总结大量隧洞施工经验，对洞室的破坏机理进行了分析，提出了影响洞室围岩稳定性的主要因素及分析评价方法：通过对各种变形形式的分析，提出了洞室的开挖支护方法及支护时间对围岩稳定性的影响，最后对有关洞室围岩稳定性分析方法的国内发展现状进行了总结。     

岩石地下洞室围岩稳定性分析应注意的几个问题

有压或无压输水隧洞、道路隧道、人工开挖洞室等地下洞室的围岩稳定性分析是基岩区隧道、隧洞等地下洞室工程设计技术的关键问题,正确而又全面地对地下洞室围岩进行稳定性分析计算也是基础问题,本文主要阐述地下洞室勘察设计中围岩稳定性分析计算应注意的几个问题。     

金坪引水隧洞围岩变形稳定性评价

金坪引水隧洞埋深较大,部分洞段岩体强度较低,洞室开挖后由于二次应力的作用围岩有可能产生变形,因此合理的评价隧洞围岩变形稳定性问题具有重要的工程意义。鉴于此,文章针对金坪引水隧洞围岩变形稳定性问题,对隧洞在大埋深环境下的围岩应力分布特征进行了数值模拟分析,利用与围岩的应变率和岩体抗压强度相关的两种评价方法,分析了可能发生围岩变形的部位和洞段,对引水隧洞围岩变形稳定性做出了综合评价。     

基于收敛-约束法的隧洞纵向变形演化规律研究与支护时机估算

依托某供水工程输水隧洞建立三维数值模型,采用有限差分法和Mohr-Coulomb屈服准则进行施工开挖过程的数值模拟,研究不同围岩条件下隧洞支护时机的估算。首先,基于收敛-约束法进行隧洞开挖推进过程中的变形规律研究,分析监测断面的围岩变形特征,研究发现围岩位移的收敛规律与围岩质量相关,提出隧洞纵向变形曲线的修正公式。然后,采用一步挖穿分期释放的模拟方法,研究监测断面位移随开挖荷载释放的变化规律,以相同的位移释放系数为出发点,构建,开挖面推进距离与荷载释放率之间的关系,并将对应的围岩位移陡增点作为施加支护的推荐时机,得出不同围岩条件下施加支护与开挖面之间的控制距离。研究结果表明,提出的纵向变形公式相关参数确定过程简单,拟合效果良好,推荐的支护与开挖面之间的控制距离符合工程实际规律。     

大跨度洞室开挖施工方案研究

针对某工程隧洞进口闸室段开挖跨度大,上覆岩体薄,围岩为V类的具体情况,本文以减小开挖断面跨度以及新奥法施工方法的基本原理为出发点,对该隧洞进口闸室段的两种开挖方案进行了分析研究。用有限元方法得到了洞室外围岩的位移场、应力场分布。比较这两种方案,最终得出了在围岩稳定以及支护结构稳定情况下较为理想的开挖与支护方案。      

大型地下洞室群开挖支护弹塑性损伤优化研究

正在设计施工的某大型水电站地下洞室群地质条件复杂,其开挖支护方案对围岩稳定性非常重要,因此,对支护方案进行优化研究非常必要。为更真实地模拟岩体的力学特性,研究施工过程中岩体的损伤破坏,根据不可逆热力学理论建立了弹塑性损伤模型和损伤演化方程,并编制了三维弹塑性损伤有限元程序D-FEM,具有模拟开挖与支护、计算速度快、群组功能等特点。建立大型地下洞室群三维数值模型,将通过实测地应力反演的应力作为初始地应力。采用D-FEM模拟了不同支护方案洞室群的施工过程,通过分析洞室围岩的应力、位移和破损区,支护方案2的支护效果最好,建议采用此方案。考虑岩体损伤演化后与FLAC3D塑性区相比,洞室群边墙中部的破损区显著增加,因此,程序可应用于地下工程的稳定性分析     

基于离散元模拟和微震监测的白鹤滩水电站左岸地下厂房稳定性分析

针对白鹤滩水电站地下洞室群开挖过程围岩稳定问题,基于离散单元法的数值仿真软件3DEC,研究开挖卸荷作用对围岩变形和破坏的影响;引入微震监测技术,对洞室围岩内部微破裂演化实时监测和分析,并将数值模拟结果与微震监测数据对比分析;借助常规位移监测研究围岩宏观变形的时空演化规律,验证数值模拟和微震监测结果的准确性。研究结果表明,围岩损伤与现场施工状态密切相关,同时受各种地质结构影响;数值模拟得到的围岩变形特征与微震监测得到的微震事件聚集规律基本一致,且与常规监测结果对应良好,采用三维离散元数值模拟和微震监测技术相结合的综合研究方法,能够较好地描述围岩在开挖卸荷作用下的力学行为,有效评估洞室围岩的损伤特征和潜在风险区域。     

糯扎渡水电站1#导流隧洞三维非线性有限元开挖模拟分析

糯扎渡水电站1#导流隧洞开挖经过F3断层,开挖过程中,F3断层影响带附近的岩体力学参数直接控制着围岩的变形和应力分布。为了评判后续Ⅱ,Ⅲ层开挖围岩的稳定性,首先利用隧洞第Ⅰ层开挖的位移监测数据反演出F3断层附近围岩的岩体力学参数和初始地应力场;然后,利用反演得到的初始地应力场和岩体力学参数进行Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ层开挖模拟分析,得到了F3断层附近围岩的应力变形情况。计算结果表明：随着开挖的不断进行,隧洞F3断层周围岩体的约束逐渐解除,围岩的应力逐渐增大,隧洞周边的位移也不断增大,并且隧洞周围应力变形在F3断层中心区域有明显的错动现象,说明F3断层对隧洞的开挖影响比较大,有必要对此区域后期变形加强观测和分析。     

浅埋暗挖地铁隧道开挖过程的模拟研究

在讨论浅埋暗挖地铁隧道开挖所引起的应力和位移释放的基础上,进行了隧道开挖卸荷的有限元模拟计算,讨论了开挖方式对地层位移释放的影响。模拟结果可指导隧道的施工设计。     

浅埋大跨隧道施工力学响应模拟与监测分析

以沪－蓉－西庙垭分岔隧道为工程背景,采用三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D)对其浅埋大跨段施工开挖力学响应进行了数值模拟,分析了开挖后围岩的应力场和位移场特征,并结合现场围岩变形和支护结构性态的现场监测,研究了典型地质代表断面的施工力学状态,获得一些有益的结论,对实际工程进行直接指导并为同类工程提供参考。     

破碎岩体浅埋大跨公路隧道开挖方案对比研究

三车道高速公路隧道通常跨度较大、高跨比较小属于大跨扁平隧道。这种结构型式对围岩稳定和结构受力均产生不利影响,因此施工中有必要通过开挖方案比选确定合理的开挖方法。江苏省宁波-常州高速公路茅山东隧道为上下行分离式双向6车道浅埋大跨扁平隧道。对于破碎的Ⅳ级围岩,针对设计阶段拟采用CRD法和实际施工采用下断面左右分部台阶法的开挖方案在设计支护条件下的三维数值模拟,从理论上分析了下断面左右分部台阶法是可行的。与实际施工过程的监控量测结果进行对比分析,进一步证实了实际开挖方案的合理性。研究成果可以为同类工程的设计与施工提供理论参考。     

内出进洞方式对浅埋偏压隧道洞口段围岩稳定性影响研究

厦蓉线水都高速平寨隧道左洞洞口受施工条件、浅埋和偏压等因素的影响,采取了中横洞内出的进洞方法。现场监测成果表明施工取得了良好的效果。为研究该进洞方式对洞口浅埋偏压段围岩稳定性的影响,利用FLAC3D程序对平寨隧道施工过程进行三维仿真分析,比较中横洞内出和正面开挖两种进洞方式下左洞洞口围岩变形和应力变化情况,结果表明中横洞内出方案对近洞口约24m范围内围岩影响较小,为较优方案。     

深部复合地层TBM开挖扰动模型试验研究

针对全断面隧道掘进机（TBM）开挖过程掌子面岩体软硬交替变化的特点,以兰州水源地建设工程为背景,采用模型试验与数值模拟方法研究了复合地层TBM开挖过程隧洞围岩的动态响应规律。通过开展相似配比试验配制了不同围岩强度比的复合地层岩体相似材料,运用光纤光栅技术全程捕捉了隧洞开挖过程复合地层应变演化规律,并分析了隧洞围岩的宏观破裂形态。模型试验结果表明：TBM推进过程中复合地层应变变化规律体现了掌子面推进的空间效应,软岩部分应变要大于硬岩部分应变,且随着开挖步数的增加两种岩层应变差值越大;隧洞内岩体完全挖除后,围岩宏观破裂形态表明因复合地层岩体物理力学性质的差异,上覆软岩变形破坏较为严重,破裂和变形较为显著,在软、硬岩层交界面出现“变形不协调”现象。选取工程沿线某洞段的地质力学参数,基于破坏接近度（FAI）指标评价了隧洞开挖过程中复合地层围岩的稳定性,数值结果表明：开挖过程软岩中FAI变化较为明显,塑性区和破坏区分布范围更广,而下部硬岩受开挖扰动影响较小,只有拱底小范围岩体进入破坏状态。模型试验和数值结果均说明交替变化的掌子面岩体在开挖过程中其围岩在变形破坏等规律方面存在明显差异,因此,TBM在复合地层施工可采取重点部位监测预警、提前采取相应措施等手段,减少或避免卡机事故的发生。该研究成果对于指导复合地层TBM施工具有一定的借鉴和指导意义。     

基坑开挖对邻近地铁隧道影响的Midas GTS三维数值模拟分析

随着城市地铁工程的高速发展,地面建筑物基坑的施工将必然会对邻近的地铁隧道造成一定的影响,运用Midas GTS三维数值模拟计算软件分析基坑开挖对邻近地铁隧道的影响,对地层自重固结、基坑开挖施工的整个过程进行模拟分析,计算的结果与实际监测数据进行对比表明,该方法对实际工程有一定的指导意义。     

Analysis and design aiming at control of upwarping deformation of existed tunnel under new tunnel’s excavation

The protection of two existed tunnels which are right under the Longpan tunnel’s excavation located in Nanjing Railway Station’s Square is presented. Due to the combining use of piles retaining and strips of excavation, the existed shield tunnel’s upwarping during the excavation is controlled successfully. The analysis and calculation of existed tunnel’s upwarping, the piles retaining’s design and the deformation’s supervision during the construction are also analyzed in detail. This excavation made a good example for the future similar engineering.     

金华山软岩铁路隧道施工过程围岩屈服接近度分析

隧道施工过程中围岩处于复杂应力状态下,隧道围岩屈服区演化特征的确定对于围岩稳定性分析和开挖支护方案优化具有重要的意义。采用屈服接近度指标衡量围岩破坏接近程度可以合理地描述复杂应力状态下围岩的应力危险性,对Mohr-Coulomb类岩体材料的屈服接近度函数进行了相应的推导,并在非线性有限元用户子程序上编程予以实现。介绍了赣州-龙岩铁路DKl33+095～DKl38+237段软弱围岩单线隧道正台阶步施工方案以及湿喷纤维混凝土支护方案。为了对该隧道施工过程中隧道围岩屈服区的演化特征进行合理评价,采用非线性有限元法对软弱围岩条件下的铁路隧道施工过程进行了数值模拟,分析了施工过程中隧道围岩屈服接近度分布特征,判定了隧道台阶步施工过程中隧道围岩的稳定性。分析结果表明:该隧道施工过程中围岩破坏区主要发生在下台阶步施工过程中;屈服接近度指标比传统的塑性区分布提供的信息更加丰富,有利于工程技术人员定量地评价隧道开挖支护方案。     

箱形隧道基坑下已建地铁盾构隧道隆起位移的控制分析与设计

结合南京火车站站前广场龙蟠路隧道（南侧）西段上跨已建成的地铁1号线双线盾构隧道时的基坑支护工程,采用排桩与桩板支护法有效地解决了基坑开挖中盾构隧道隆起位移控制的难题。并就箱形隧道基坑下已建地铁盾构隧道隆起位移的控制分析计算、排桩与桩板支护设计及施工方法、施工中的位移监控量测结果作了较详细地分析论述。     

扁平大跨度公路隧道松动荷载计算方法探讨

确定松动荷载的方法多为规范法和理论公式法,这些方法都建立在对以往隧道松动荷载统计和分析的基础上。双洞八车道扁平大跨度公路隧道是近几年发展起来的一种隧道形式。由于其跨度增加、扁平率降低,现有松动荷载的算方法是否适用于双洞八车道公路隧道,已成为隧道建设者面对的重要问题之一。以广州龙头山双洞八车道公路隧道为研究背景,概括和总结了各种松动荷载的计算方法;应用这些方法计算龙头山隧道的松动压力,分析和对比计算结果,并通过数值计算和实测围岩压力对各种方法的合理性进行了分析;根据各种方法的产生背景和内容,分析其各自的适用性;根据研究结果,对扁平大跨度公路隧道进行了适应性分析和讨论。