基于环形开挖留核心土法的公路隧道围岩应力分析

分析环形开挖留核心土法的公路隧道拱顶、拱肩、拱腰、拱墙、拱脚应力变化规律,并研究公路隧道最佳开挖间距和注浆圈厚度。本文基于隧道工程理论,结合富水区阿嘎下隧道特点,利用有限元软件MIDAS GTS NX,建立与富水区阿嘎下隧道尺寸一致的数值模型,研究不同开挖间距、不同注浆圈厚度条件下,阿嘎下隧道围岩应力的分布规律。研究结果表明:拱墙处围岩应力最大,选取3~4 d(d为隧道净宽)开挖间距和0.3 d厚度的注浆圈时,对隧道围岩稳定性的影响较小。     

基于流固耦合理论的阿嘎下隧道围岩位移影响分析

基于渗流理论及富水区阿嘎下隧道特点,利用有限元MIDAS GTS NX,建立出与富水区阿嘎下隧道尺寸一致的数值模拟,并在基于CRD法对隧道左右线进行同步开挖的情况下,对阿嘎下隧道进行围岩位移分析,得出在1~5 d隧道间距和0.1~0.5 d注浆圈下围岩地表沉降规律和围岩监测点的位移规律;考虑流固耦合的工况相对于未考虑流固耦合的工况下,其地表沉降更大;从不同方面对造成地表沉降的因素进行分析并得出地表沉降的实质性原因。     

富水软岩隧道破碎带围岩稳定性及预留变形量优化研究

为了掌握穿越富水断层破碎带隧道围岩大变形规律及改善支护参数。首先推导渗流力作用下圆形洞室弹塑性解析表达式,并且引入Caquot公式和Kastner公式,得到考虑渗流力条件下的围岩形变压力和松动压力与围岩变形之间的关系,确定围岩特征曲线。根据隧道支护方式,得到隧道支护特征曲线。并通过现场监测,验证理论分析正确性,优化破碎带围岩预留变形量值。研究结果表明：考虑渗流力、围岩塑性形变压力和松动压力共同作用下围岩变形规律与现场监测结果比较接近。考虑渗流力、围岩形变和松动压力求出的围岩压力大于不考虑渗流时得到的结果,考虑渗流力、围岩形变和松动压力时地层与支护结构达到平衡时的变形量比不考虑渗流时大0.15 m。根据围岩-支护相互作用全过程规律曲线,通过曲线交点,得到预留变形量理论值,对比隧道大变形段的监测结果,确定破碎带围岩最优预留变形量为300 mm。研究结果能准确表征渗流效应、围岩形变和松动压力对富水软弱破碎带围岩大变形影响规律,对类似工程的支护设计优化有明确的指导意义。     

不同围岩和埋深条件下高地温隧道围岩稳定性影响研究*

为了研究围岩等级及埋深对高地温隧道围岩稳定性的影响,以红河州建（个）元高速公路尼格隧道为工程背景,采用现场测试、正交试验及数值模拟相结合的方法,探讨围岩等级、埋深及温度对隧道围岩稳定的敏感性。研究结果表明:隧道拱顶沉降量随围岩等级及埋深的升高而增加,而隧道拱顶沉降量随围岩温度的增加呈先减小后增加的趋势,影响隧道拱顶沉降因素主次顺序为围岩等级、埋深及温度。将数值模拟与现场监测结果对比分析,验证数值模拟的可靠性及准确性。研究结果可为类似高地温隧道设计和施工提供参考。     

浅埋隧道爆破施工对地表建筑物安 全的 试验和数值分析

以沪昆高铁黄鹤堡隧道工程为研究对象,针对地表建筑物受大跨度浅埋隧道爆破开挖震动影响的情况,采用预裂爆破技术保护地表建筑 物的安全。结合爆破震动监测,并利用FLAC3D进行隧道爆破开挖数值模拟,对隧道地表沉降及建筑物所处位置的质点振动速度进行分析,通过 与现场实测数据进行对比发现:采用预裂爆破技术能够显著降低隧道地表质点最大振速,有效保护地表建筑物安全;隧道围岩等级越高,隧道 地表沉降值越小,地表建筑物越安全;数值模拟监测点质点振动速度与现场实测的质点振动速度变化规律基本一致,振动时间少于1s,水平方 向最大振速约为1.5 cm/s,垂直方向最大振速为1.6~1.7 cm/s,最大振速也比较接近。     

复杂地层旁通道冻结施工过程的模拟与实测分析

采用FLAC3D模拟分析了在复杂地质条件下,采用冻结法修建上海地铁旁通道时,土体的冻胀和融沉的现象。将模拟得到的地表位移与现场实测值进行了对比,结果表明:(1)积极冻胀阶段:地表竖向位移主要发生在旁通道的正上方,随着向两边的延伸,距离隧道中心的距离越大,垂直冻胀量越小。(2)维持冻结阶段:测点因为开挖过程中的继续冻胀位移值随开挖步距先略有增加而后随着开挖量的增加沉降量随之逐步的增大,最终地表发生了明显的变形。(3)融沉阶段:施作完衬砌结构以后进行60天自然解冻过程中,实测位移和计算位移较为一致,研究表明建立的数值分析模型合理、结果可靠。     

基于FLAC3D的盾构隧道施工过程建模影响因素分析

基于FLAC3D对盾构隧道施工过程模拟,研究建模影响因素及其影响程度。首先,综合隧道开挖过程中盾构机前体与岩土层间相互作用的影响因素来模拟隧道开挖过程,确定地表沉降和隧道垂直（Z）方向应力;然后,分别模拟去除其中一种因素后的隧道开挖过程,并求出相应的地表沉降和隧道垂向应力;最后,基于傅里叶变换对各种情况下的地表沉降量和应力应变状况进行比较分析,找出各因素对建模的影响程度,从而为利用FLAC3D进行盾构隧道施工模拟时的影响因子的选择提供参考。研究结果表明：一方面,建模过程中的各种因素对地表沉降的影响大于对隧道Z向压力影响;另一方面,盾构机推进给作业面土体压力、盾尾灌浆延迟于管片拼装造成的暂时对土体支护力不足、盾构机刀盘转动给作业面土体的扭力等因素对模型解算造成的影响最大。     

不同施工顺序对陡坡偏压小净距隧道围岩稳定性的影响研究

为了研究陡坡偏压条件下不同施工顺序对小净距隧道围岩稳定性的影响,结合工 程实例,考虑“先浅后深”与“先深后浅”两种施工顺序,通过有限元软件ABAQUS建立 三维弹塑性分析模型进行了施工全过程数值模拟,重点分析了不同施工顺序对地表边坡 、拱圈特征点围岩以及中夹岩柱的影响,并计算了不同施工顺序下的隧道开挖安全系数 。结果表明:先施工深埋侧隧道会加剧围岩整体偏压效应,并会对中夹岩柱处围岩产生 往返的扰动,不利于围岩稳定性的控制,且先开挖浅埋侧隧道的安全性高于先开挖深埋 侧隧道。     

大跨度暗挖地铁车站台阶法施工沉降特点研究

以青岛某地铁车站工程为背景,针对大跨度地铁车站主体隧道台阶法施工,利用M IDAS／GTS仿真数值模拟软件对不同台阶数量的开挖方案进行模拟研究,并结合工程现场监测数据,经过对比分析得出基于坚硬岩石地层条件下大跨度地铁车站台阶法施工沉降特点,从地表沉降控制的角度提出合理的台阶数量,为类似工程的开挖方案设计与施工沉降控制提供参考依据。     

盾构隧道下穿建筑物引起的地表沉降分析及控制研究

以广东某区间地铁隧道下穿单层工业厂房为工程背景,在ANSYS平台建立了地铁盾构施工的三维模型,再通过有限差分软件FLAC3D对不同工况下不同开挖阶段的横、纵向地表沉降进行数值模拟计算,研究了盾构隧道开挖时的空间效应和时间效应对地表沉降及周围建筑物的影响规律。同时针对上软下硬复合地层中的沉降控制技术进行研究,可为类似工程的沉降控制提供有力参考。     

复杂环境下浅埋大跨地铁渡线隧道施工地层沉降控制方法研究

以北京地铁4号线白石桥至学院南路区间渡线隧道作为工程背景,阐述在复杂环境下浅埋大跨隧道施工的地层沉降控制方法。该隧道具有"隧道跨度大(最大跨度22.1 m),埋深浅,断面类型多、结构复杂"等特点,隧道上方有雨水管等市政管线,地层沉降控制难度极大。首先介绍了渡线隧道总体施工顺序安排、超前加固方案和各断面施工方法,并利用FLAC3D三维数值模拟程序,对最大断面开挖支护过程进行了模拟计算,研究了地表沉降规律和塑性区分布情况,用于指导施工。在施工期间对地表沉降进行监测,其结果表明:渡线隧道施工方法是合理的,地表沉降在控制范围内,确保了隧道周边环境的安全。     

矿山法双线地铁施工仿真及地表沉降数值分析

研究了左右双线矿山法隧道施工时的短期地面沉降。采用矿山法进行双线掘进,两隧道中心距13.2m,V级围岩CRD法进行施工,两侧隧道断面对称开挖。使用FLAC3D进行沉降分析,该软件能模拟地下隧道的掘进、支护和掌子面支护等。针对某地地质特征进行预测,这些特征是决定地面沉降量的关键因素。通过模拟左右双隧道对称掘进施工的暗挖隧道施工过程,得到了施工时的地面沉降规律,即沉降可分为两个阶段,且第一阶段沉降大于第二阶段沉降。最终为在市内建筑物密集区域修建地铁隧道提供安全可行的方法。     

软弱围岩隧道洞口浅埋段变形特征及控制措施研究*

为解决洞口浅埋段软弱围岩隧道大变形控制难、施工风险高的问题。依托在建隧道工程,对洞口浅埋段初支变形及破坏特征进行分析,提出适合该隧道的变形控制措施。结果表明:洞口浅埋段围岩松散破碎受开挖扰动和地表水影响显著,隧道破坏形式多样,围岩纵向变形不规律,随埋深增大,局部渗水严重段存在拱腰挤出现象;开挖初期围岩变形速率高,最高达到86.8 mm/d,累计变形量大,其中上、中台阶围岩变形量占比为80%~90%,变形主要分为“加速增长—缓慢增长—再次增长—趋于稳定”4个变化阶段,再增长阶段持续时间较短,约6~10 d。根据围岩预留变形量建立各施工阶段的变形控制基准及超限应对处置措施,并提出工法优化,通过数值模拟验证该优化工法有利于支护结构及时封闭,可控制前期围岩变形,保证施工安全和进度。     

泥水盾构近接地下管线施工的管线沉降计算方法及管土位移规律研究

为更准确地预测管道受盾构开挖引起的竖向位移,对基于傅里叶变换的管道位移传递矩阵法进行修正,考虑泥水压力和注浆压力2个关键参数对管道位移的影响,并提出1种基于沉降监测数据的地层损失率的反演计算方法。同时,利用数值仿真软件FLAC3D分析不同工况下的管土变形规律,并与修正后的传递矩阵法进行对比。研究结果表明：由地层损失率反演计算方法可以计算得到较为准确和合理的地层损失率,使用该地层损失率计算地表沉降时与数值软件结果吻合度较高。修正后的传递矩阵法保留原计算方式的便捷性,同时考虑泥水压力和注浆压力等实际因素,与现场实测值更加贴近,准确度更高。管道与地层的相互作用可以通过管土相对刚度进行宏观定性描述,该参数可以反映出不同材质、壁厚、直径等条件下管道受盾构开挖影响的敏感性。研究结果可为盾构下穿既有管线的管线沉降预测提供一定参考。     

梁锚结构加固浅埋隧道洞口软弱地层的承载特性研究

针对隧道洞口埋深浅且软弱围岩稳定性差这一问题,提出在地表增设混凝土框架梁,设置扩大头锚杆与框架梁连接并深入软弱围岩,运用数值模拟分析“混凝土框架梁-扩大头锚杆”结构加固软弱地层后的力学特性。研究结果表明：采用“混凝土框架梁-扩大头锚杆”加固隧道洞口软弱地层,k=0.4时,相比于没有加固对照模型,隧道最大拱顶沉降值下降68.7%,隧道最大边墙收敛值下降15.1%,初期支护最大等效应力减小12.7%;建立不同加固区围岩松动压力分散系数k下的数值模型,通过拱顶沉降结果与加固区围岩松动压力分散系数的线性拟合,提出采用加固结构后的隧道拱顶沉降规律与围岩松动压力计算方法。     

黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力计算*

为研究黄土地层浅埋暗挖隧道松散围岩压力特征,根据既有隧道施工现场裂缝扩展情况,假定隧道开挖后的土体存在破裂区,取一半破裂区土体进行静力极限平衡分析,考虑静止土压力、侧向土压力、隧道尺寸和土层参数对半结构的影响,推导出适用于黄土地层浅埋暗挖隧道的围岩压力解析式,确定该公式下的隧道深浅埋划分界限,并结合工程实例分析隧道埋深、静止土压力系数和侧压力系数对围岩压力的影响。研究结果表明:随隧道埋深增大,围岩压力存在峰值,围岩压力曲线呈先增大后减小的趋势;围岩压力随静止土压力系数和侧压力系数的增大而减小,但静止土压力系数对围岩压力的影响较大;将新方法得到的围岩压力值分别与现场实测值和既有理论围岩压力值进行对比,计算的垂直、侧向围岩压力值均大于实测值,且新方法的计算误差相对较小。     

管土刚度对地下管线和地表沉降的影响分析及简易预测方法研究

在地层沉降计算理论基础上,通过定义新的管土刚度系数,以打靶法为手段,计算分析管线的沉降变形趋势,从管线抵抗地层沉降变形的效果可通过增加隧道埋深来体现这一思想出发,找到该系数与假想隧道埋深的相互对应关系,进而建立一套地下管线沉降和地表沉降的简易预测公式。通过与数值解的对比分析,进一步验证了其准确性和合理性。该公式计算量小、模型简单,应用范围较为广泛,可用于计算考虑管土刚度后,管线沉降变形和管线与地层之间的脱空,也可用于计算考虑管线抵抗地层作用后的地表沉降变形。     

高烈度地震区隧道软硬围岩交接段刚柔并济抗减震技术研究*

为提高高烈度地震区隧道抗震性能，以某铁路隧道为研究背景，分析3种抗减震措施下隧道不同监测点隧道拱顶沉降、边墙收敛、衬砌结构PGA及最小安全系数，通过对比分析得到最优抗减震措施。结果表明:相比于工况1，工况2隧道拱顶沉降减小10.54%~81.10%，边墙收敛减小13.92%~78.77%，衬砌结构PGA减小31.42%~72.02%，最小安全系数增加18.04%~66.13%；相比于工况1，工况3结构拱顶沉降减小3.04%~18.02%，边墙收敛减小4.70%~32.00%，PGA增加13.95%~27.48%，最小安全系数增加7.49%~30.99%；工况4即“减震层+SFRC衬砌”刚柔并济法，相比于工况1，隧道拱顶沉降减小18.46%~83.98%，结构边墙收敛减小17.54%~85.47%，PGA减小30.00%~69.98%，最小安全系数增加47.95%~83.56%；4种工况抗减震性能由高到低依次为:工况4＞工况2＞工况3＞工况1。研究结果可为隧道软硬围岩交接段抗震设防提供理论参考。     

隧道下穿引起地下管线下沉的主控因素分析

城市地铁建设中,隧道开挖可能损坏上部土体中埋设的既有管线。如何控制管线沉降,从而保证其安全是地铁施工中必须考虑的问题。利用ANSYS有限元分析软件,模拟隧道开挖对刚性接口地下管线的影响,充分考虑了土质、管线参数及盾构施工参数等因素,分析了地下管线在不同因素影响下的沉降变化规律。计算结果表明,管线本身参数(除管材、直径外)对其沉降的影响相对较小,而土质及盾构施工参数对管线沉降的影响较为显著,应当予以重视。通过对北京某地铁区间隧道正交下穿钢筋混凝土雨水管的沉降实测资料与3种假设工况沉降计算值的对比分析,验证了前述结论的正确性。     

爆破冲击荷载下隧道振动特性与安全性评价研究

隧道工程爆破施工引起衬砌结构以及地表建筑物破坏时有发生,研究隧道工程爆破振动效应以及安全性评价方法,对确保隧道工程施工安全十分重要。基于三维动力有限元分析方法,以某城市双连拱隧道工程爆破施工为例,探讨爆炸冲击荷载作用下隧道围岩介质动力响应特征。研究表明,爆破冲击对周围介质的影响具有时间滞后和累积损伤效应,只考虑爆破瞬时最大振动波速对围岩介质以及地表建筑物的影响不能真实反映爆破影响的实质。同时结合具体工程对地表建筑物爆破安全评价方法进行分析研究,建议将现代数值分析方法应用于复杂条件下隧道爆破安全性评价工作。