软岩隧道施工特性及其动态力学行为研究

采用三维快速有限差分软件，以软岩小净距隧道在不同施工方式下达到稳定后围岩和复合衬砌的力学效应为对象，重点分析不同施工方式下锚杆、喷射混凝土层的受力特点，以及洞周围岩特征点的变形和府力。对推荐的施工方式，分析了锚杆轴力、喷射混凝土层弯矩随开挖顺序的变化过程。计算结果表明：施工小净距隧道应慎重选择后继施工隧道的开挖方式，后继施工隧道的开挖方式直接对先行既有隧道锚杆、喷射混凝土层的应力状态产生很大影响。提出了复合衬砌应重点关注的薄弱部位和可能采取的工程措施。     

软岩小净距隧道中夹岩柱分区及加固方法研究

中夹岩柱是软岩小净距隧道围岩稳定控制的关键部位。结合具体工程,提出对中夹岩柱进行区域划分,针对软弱围岩,采用二维有限元计算方法,对中夹岩柱预应力锚杆及注浆加固、中岩墙预应力锚杆加固和中夹岩柱不同加固组合方式进行了研究。数值计算结果表明:在中夹岩柱各区加固中,中岩墙加固是最重要的,对其进行加固,可以减小隧道变形,提高围岩稳定性,改善支护结构的力学状态;各种加固方法对于不同级别的围岩其加固效果不同,在软弱围岩中,注浆加固比对拉锚杆或预应力锚杆效果更显著;加固参数应根据围岩级别、净距大小、中夹岩柱加固组合方式等综合确定,围岩越差,净距越小,则注浆参数应提高越大。     

大断面隧道双侧壁导坑法施工数值分析

以成兰铁路某处大断面隧道为工程背景,采用数值模拟的方法分析了双侧壁导坑法施工过程中隧道围岩变形、应力分布、塑性区扩展以及中间岩柱位移轨迹情况,并提出了针对性的支护对策。研究结果表明,采用双侧壁导坑法施工大断面隧道时:(1)中间岩柱发生塑性破坏,但仍能保持一定的承载能力,作为维护隧道稳定的关键,应加强对中间岩柱的支护;(2)左侧导坑开挖后,应及时采用锚杆支护导坑左帮,适当增大左侧顶角与左侧底角锚杆的支护密度,全断面喷射混凝土与施加钢梁支护,并安装斜支撑钢梁;(3)左右侧导坑开挖过程中,中间岩柱整体向左移动,内部出现离层裂隙,右侧导坑开挖前应通过安装横支撑钢梁对左侧导坑进行补强支护,开挖后应及时施加锚杆、喷射混凝土和钢梁支护;(4)中间岩柱开挖后隧道顶底板塑性区范围较大,应及时采用锚杆支护隧道顶底板并对全断面实施混凝土二衬支护。     

城市复杂环境下浅埋非对称小净距隧道施工方法研究

为了研究非对称小净距隧道下穿城市中心区的优化施工方法,依托重庆某地铁隧道工程,通过工程类比,确定了非对称小净距隧道施工方法分别为CD法和双侧壁导坑法。利用有限元软件对不同施工顺序下隧道围岩塑性区发展、围岩变形和地表构筑物沉降进行对比。结果表明,非对称小净距隧道中间岩柱受力复杂,大部分处以塑性区,施工应重点关注;大洞开挖后小洞应力、变形发生较大变化,发生偏压;先开挖小洞比先开挖大洞对围岩的扰动和建筑物影响更小,对施工更为有利;采用CD法和双侧壁导坑法施工,隧道围岩位移、地表构筑物沉降均小于允许值,施工偏安全。     

裂隙岩体小净距超大断面隧道围岩非连续变形分析

由于现有隧道规范不足与设计、施工经验匮乏,裂隙岩体中小净距超大断面隧道的围岩稳定性分析与中夹岩柱变形破坏特征及其支护方案优化仍是大型隧道工程建设中遇到的棘手难题。以济南市东南二环绕城高速大岭超大断面隧道为工程依托,通过对掌子面岩体结构信息的精细化描述,获取各评定指标分布概型,并应用Monte Carlo法生成符合围岩等级评价指标分布概型的大量随机数,通过归纳统计获得隶属各围岩亚级分级的概率分布,由此对岩体质量进行了稳健评估。此外,用改进的非连续变形分析(DDARF)法对大岭隧道浅埋小净距段围岩的变形破坏规律及裂隙演化过程进行了数值模拟;以裂隙扩展破碎区贯通与否作为中夹岩柱稳定性的评定依据,分别针对无锚、有锚支护条件下的围岩稳定性状况及变形特征进行了对比分析。结果表明:无锚支护条件下,隧道后行洞开挖对先行洞的裂隙扩展及变形有一定影响,但不明显;而锚杆支护则可显著约束围岩尤其是中夹岩柱的裂隙扩展及贯通,锚杆支护条件下二次扰动后先行洞围岩的裂隙扩展情况、变形破坏特征与单洞开挖无异,且系统锚杆支护与中夹岩柱水平加长锚杆支护对裂隙演化的控制效应无较大区别。研究结果对裂隙岩体中小净距超大断面隧道围岩的支护方案优化有实际指导意义。     

浅埋大跨小净距隧道安全净距与中岩柱力学特性研究

结合魁歧双洞八车道小净距隧道工程实践,采用三维弹塑性有限元,通过分析围岩位移、等效塑性应变以及隧道安全系数随净距的变化,综合确定魁歧隧道最小净距为0.55B是安全、合适的.在隧道开挖模拟过程中,采用三种不同中间岩柱加固措施,研究Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下中间岩柱受力、变形特性.研究结果表明,预应力锚杆对控制围岩水平变形最为...     

小净距隧道与横通道空间交叉结构施工力学分析

在小净距隧道修建和运营过程中,根据需求会在隧道中设置横通道。针对小净距隧道横通道施工过程,运用三维有限元数值模拟的方法,对横通道段和正常段施工过程中的洞室围岩位移、围岩应力集中度、塑性区分布、地表沉降进行对比分析。结果表明:小净距隧道横通道的开挖对隧道洞室围岩位移、围岩应力集中度有着更不利影响;小净距隧道横通道段处中夹岩柱的塑性区相较于正常段易贯通;小净距隧道横通道的开挖会加大地表沉降。     

水平互层岩体并行隧道中间岩柱稳定分析

 针对水平互层岩体中双孔并行隧道的开挖特点,将各岩层视作各向同性连续介质,考虑层面的影响,建立数值模型。采用FLAC进行分析,主要从围岩塑性区及中间岩柱应力分布方面,研究中间岩柱的稳定性,分析不同间距条件和不同围岩互层类型对中间岩柱稳定性的影响;同时,提出改进的双孔隧道中间岩柱稳定安全系数计算方法。计算结果表明：中间岩柱体的稳定性随洞室间距的增加而增大,不同围岩互层类型下中间岩柱体的稳定性依次为：全硬岩→软硬互层→全软岩;通过对并行隧道开挖后围岩塑性区和应力分布,以及计算所得中间岩柱安全系数的综合分析,可以对互层岩体下并行隧道开挖中间岩柱的稳定性进行有效地评价;软硬互层岩体下进行并行隧道的开挖,采用1.0倍以上洞跨的隧道净间距,中间岩柱体不采取特别的加固措施,不至于产生中间岩柱失稳破坏,该研究结果可供并行双线隧道设计参考。     

杭州紫之隧道交叉口渐变段施工工艺流程

该文介绍了杭州市紫之隧道(紫金港路-之江路)工程中交叉口渐变段大跨段隧道、小净距隧道、下穿匝道隧道的施工工艺流程。渐变段大跨段隧道施工,利用匝道上台阶作为超前导洞,完成超前导洞后再横向扩挖至设计断面,最后进行纵向开挖。小净距隧道施工,净距小于1.5m时,采用C35混凝土对下部岩柱换填,净距大于1.5m时,对两相邻隧道间的岩柱进行对拉锚杆和注浆处理。下穿匝道隧道施工,先对围岩进行预先加固,采用管棚并注浆加固围岩,开挖时,采用CD工法开挖并及时进行钢架支护。     

小净距隧道围岩稳定性及加固措施研究

为研究软弱围岩浅埋偏压小净距隧道开挖过程稳定性问题,文中依托新疆上新光隧道工程,基于普氏平衡拱理论,建立三维数值模型,分析浅埋偏压隧道在CD法施工下围岩的力学特性,并提出采用注浆锚杆的中夹岩注浆加固技术。结果表明在隧道施工过程中,采用CD法施工,围岩形变较小,拱腰处形变相对较大;中夹岩出现水平位移,左右线隧道在拱腰处水平位移较小,平均值为4.63 mm;对小净距隧道中夹岩柱采用9 m长锚杆和4 m长小导管注浆加固,有效提高围岩整体稳定性。     

浅埋黄土隧道衬砌结构受力分析

通过对三十里铺隧道的现场测试,研究浅埋黄土隧道一衬和围岩接触应力、锚杆轴力、喷射混凝土表面应变、二衬中钢筋应力和浇注混凝土应变随时间变化规律及分布特征。结果表明,围岩释放应力最大值在7～10 d,位置在拱腰处;锚杆轴力稳定时间为30 d左右,且在空间上出现压应力区;喷射混凝土表面应变较大且常出现跳跃性变化;二衬钢筋应力初期为拉应力;边墙处的稳定时间为6～8 d后,拱顶处30 d后仍然递减;二衬混凝土应变由初期的拉应变向压应变变化。隧道衬砌的受力分析结果为支护系统的优化提供依据,对同类工程的设计提供借鉴。     

浅埋黄土隧道衬砌结构受力分析

 通过对三十里铺隧道的现场测试,研究浅埋黄土隧道一衬和围岩接触应力、锚杆轴力、喷射混凝土表面应变、二衬中钢筋应力和浇注混凝土应变随时间变化规律及分布特征。结果表明,围岩释放应力最大值在7～10 d,位置在拱腰处;锚杆轴力稳定时间为30 d左右,且在空间上出现压应力区;喷射混凝土表面应变较大且常出现跳跃性变化;二衬钢筋应力初期为拉应力;边墙处的稳定时间为6～8 d后,拱顶处30 d后仍然递减;二衬混凝土应变由初期的拉应变向压应变变化。隧道衬砌的受力分析结果为支护系统的优化提供依据,对同类工程的设计提供借鉴。     

喷锚支护在公路隧道复合式衬砌施工中的应用

以陕西秦岭公路隧道复合式衬砌中喷锚支护实际施工为例,对喷锚支护在不同围岩中的作用及施工工艺进行了探讨,针对隧道施工具体情况,选择合理的支护技术,以达到支护性能和经济效益的最佳组合。     

高地应力隧道台阶法施工过程数值模拟

结合高地应力区兰渝铁路某隧道实际施工方法,运用有限元分析软件MIDAS-GTS进行隧道三台阶法开挖数值模拟分析,通过选取合适物理力学参数进行建模,从模型中提取围岩位移、塑性区、二衬位移、轴力、弯矩等数据进行分析,通过对比分析,得出台阶法施工中应加强支护部位及支护控制措施(如超前支护、拱腰、拱脚加密锁脚锚管等),二衬受力、变形随侧压力系数变化趋势、二衬安全系数等,并和隧道实际监测数据进行对比分析,验证数值模拟的合理性和正确性,可以为高地应力隧道设计施工提供有益的参考。     

隧洞支护效应的探讨

基于弹性理论,对隧洞开挖后和进行喷锚支护后的应力和塑性变形进行分析。运用FLAC 3D模拟了隧道开挖与支护过程中的力学行为,得到隧道在无支护和喷锚支护作用下围岩的塑性及应力变形情况。结果表明,在喷锚支护中,对锚杆施加预应力,其值为当隧道塑性区消失时所需支护力的大小。这种支护提高了围岩的自承能力,使围岩塑性区的扩展在隧道开挖不久就得到有效抑制,能有制止隧道围岩的进一步破坏。     

扁平特大断面公路隧道核心土模拟与分析

破碎围岩段大断面隧道施工时,较多采用双侧壁导坑法,预留核心土对在开挖过程中隧道的围岩变形和支护受力有很大影响,对隧道围岩稳定性起着至关重要的作用.文章依托广州龙头山单向4车道公路隧道,对扁平特大断面公路隧道在破碎围岩段采用双侧壁导坑法开挖时,预留核心土厚度的区别和开挖方式的不同进行了有限元模拟,分析了围岩应力、围岩塑性区、拱顶沉降、二衬和核心土临时支护的内力,得出了核心土的合理厚度及较为合理的开挖方式.结论对扁平大跨隧道的设计和施工具有指导意义.     

围岩中原始垂直地应力对圆形隧洞全长注浆 岩石锚杆应力分布模式的影响分析

 通过分析原始垂直地应力对圆形地下洞室塑性区半径、围岩体塑性区和弹性区内岩体的位移变化以及对锚杆应力分布的影响,揭示原始垂直地应力对锚杆锚固效果的影响。研究结果表明,弹性区内任一点的应力大小与垂直地应力有关,而塑性区内任一点的应力与原始垂直地应力无关;随着垂直地应力的增大,巷道塑性区半径也在不断增大,二者之间呈明显的非线性关系;塑性区的径向位移及隧洞壁的最大位移也随之增大。同时,根据围岩与锚杆的相互作用,建立全长注浆岩石锚杆在圆形隧洞围岩中的应力分布解析本构方程。在此解析模型的基础上,对不同垂直地应力作用下锚杆的应力分布模式进行较详细分析,得出随着垂直地应力增大,锚杆的摩阻力和轴向载荷也随之增大,并且锚杆端部的应力集中现象更加明显,当锚杆端部的摩阻力超过围岩的容许抗剪强度时,则锚杆与围岩发生开裂破坏,故在设计与施工中应予以考虑。最后,提出提高和改善由于锚头开裂导致锚固效果降低的方法,对全长注浆岩石锚杆施加垫板,能有效改善锚杆的锚固效果。     

并设小净距隧道中岩墙力学特征及加固措施研究

采用二维弹性、弹塑性数值计算方法,对Ⅲ~Ⅴ级围岩条件下平行布设的双洞隧道中夹岩墙受力、变形特点随隧道间距变化的情况进行了研究。研究表明,对于两隧道间距较小的小净距隧道,中夹岩墙的受力、变形极为不利,是设计、施工和监控量测的关键部位。同时,研究了不同隧道埋深以及不同岩柱加固措施对小净距隧道中夹岩墙受力、变形特点的影响,为小净距隧道的支护设计、开挖方式选取、岩墙加固方式选取以及现场监控量测方案制定等提供参考。     

早强锚杆在高地应力层状软岩隧道中的应用研究

以在建的成都-兰州铁路杨家坪隧道为工程依托,选取条件基本相同的30m典型围岩区段为试验段,对普通锚杆、早强锚杆支护时的洞周位移、围岩与初支接触压力、型钢拱架应力及其锚杆轴力进行实测对比分析,探讨了早强锚杆在高地应力陡倾层状软岩隧道中的作用机制。结果表明：高应力软岩隧道中锚杆轴力为拉力,早强锚杆比普通锚杆轴力更大,可以使隧道洞周位移减小40%|早强锚杆使隧道边墙围岩压力和钢架拱顶应力减小,围岩压力分布和钢架受力趋于均匀|早强锚杆通过注浆材料深入围岩,可以提高围岩层面强度|及时发挥锚固作用,抑制了围岩渐进破坏过程,从而减小围岩塑性区|加长了锚杆的拉拔长度,减小围岩与初支接触压力,改善隧道支护的受力状况,有效地控制隧道变形。