基于流固耦合理论下不同开挖方式的位移影响分析——以阿嘎下隧道为例

针对富水区阿嘎下隧道穿越断裂活动带的工程地质和施工特点,采用有限元midas GTS NX,建立基于不同开挖方式下的阿嘎下隧道模型。对比考虑流固耦合作用下的围岩位移,研究表明:对于3种开挖方式,当开挖间距不变时,随着注浆圈从0.1d增至0.5d(d为隧道净宽),地表沉降量减小;当注浆圈不变时,随着开挖间距从1d增至5d,地表沉降量减小。考虑渗流作用对围岩地表沉降的影响,建议类似阿嘎下隧道工程采用环形开挖预留核心土法,开挖间距为3d、注浆圈为0.3d较合适;对比不同开挖方式下0.3d注浆圈和3d~4d开挖间距导致的沉降量,结果表明CRD开挖法引起的地表沉降量最小,环形开挖预留核心土法沉降量最大。     

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。     

油气田瓦斯隧道开挖掌子面围岩安全厚度研究

为降低油气田区隧道施工风险，以龙泉山隧道为依托，采用数值模拟方法对隧道开挖掌子面前方围岩安全厚度进行分析，并结合现场监测数据对所得结论进行验证。研究结果表明:隧道施工使隧址区围岩应力重分布，且应力变化与围岩距掌子面距离L有关，当L≤0.75D（D为隧道净高）时，围岩处于应力释放区；当0.75D相似文献   

前伏不同角度富水溶洞下节理隧道最小防突层厚度研究*

为研究前伏不同角度富水溶洞下节理隧道最小防突层厚度,基于断裂力学和弹性力学理论,分析节理裂隙在开挖扰动和岩溶水压共同作用下的扩展起裂机理,建立隧道围岩节理翼裂纹扩展模型,将防突层厚度分为扰动带厚度和节理带厚度,提出含节理隧道掌子面最小防突层厚度计算方法;根据算例分析不同方位溶洞下节理长度、节理倾角、掌子面开挖大小等参数对最小防突层厚度的影响规律。结果表明:掌子面最小防突层厚度随溶洞方位角增大先增大后减小,在方位角为30°时出现峰值;防突层厚度受节理几何特征影响明显,防突层厚度随节理长度增大而增大,防突层厚度随节理倾角增大先增大,在达到峰值厚度后开始减小;溶洞方位角超过25°时,开挖半径对最小防突层厚度影响显著。该结论对岩溶地区的节理隧道开挖安全施工具有参考意义。     

倾斜岩层大断面隧道塌方机制的数值模拟

塌方是隧道施工中出现的主要安全事故,研究隧道塌方产生的机制对于保证隧道施工安全具有重要意义。以穿越倾斜岩层段某隧道塌方事故为工程背景,基于围岩的工程力学特性,采用数值分析和现场监测方法研究隧道塌方的力学机制。结果表明:在开挖爆破振动荷载作用下,隧道断面拱部左侧节理岩层极易出现超挖,隧道左侧拱腰处的塑性区显著大于右侧,使左侧拱腰处内侧出现拉应力;左侧拱腰处围岩压力显著大于右侧,造成支护结构的受力不均,初支喷层极易开裂,随着松动区范围逐渐增大,围岩压力逐渐增大,隧道变形迅速增大,极易造成围岩失稳而导致隧道坍塌。     

考虑动态施工超长管棚预支护力学特性及参数影响分析*

为研究复杂地层超长管棚随动态施工的力学特性和管棚合理化参数,依托某下穿高速公路浅埋暗挖隧道工程,采用数值法进行三维动态建模分析。研究结果表明:管棚挠度曲线呈鱼腹形,拱顶部和拱腰管棚最终稳定在10.7,2.9 mm;管棚各测点轴力经历由受拉到受压的变化过程,通过各测点后受压区轴力逐渐减小,拱顶部动态响应更明显;管棚弯矩集中于掌子面前后方区域,随开挖面推进,弯矩作用范围逐渐向前扩张,最大弯矩发生在洞口套拱处;通过参数影响分析,当采用短进尺开挖时,管棚直径取129~159 mm、间距为0.4~0.5 m、注浆区厚度为0.4~0.5 m时可确保上方高速公路安全。研究结果可为类似工程施工和设计提供参考。     

基于Hoek-Brown强度准则的隧道围岩松动圈分析

分析松动圈的分布范围对优化隧道支护参数,确保隧道施工安全有重要的理论价值,以弹塑性理论计算为基础,利用H-B强度准则推导了理想状态下围岩松动圈厚度的计算公式。当侧压力系数不等于1时,将实测竖直方向和水平方向的初始地应力分别带入,并考虑实际支护力的影响,得到较为准确的围岩松动圈分布规律。在铜旬高速某公路隧道中该方法计算所得围岩松动圈分布范围与围岩深部位移监测所得结果较为接近,验证了基于H-B强度准则的围岩松动圈计算公式的准确性,为确定围岩松动圈半径提供了新的有效方法。     

基于微台阶法对连拱隧道稳定性的研究

为研究软弱围岩基于微台阶法连拱隧道合理的掌子面纵向间距、仰拱一次开挖长度和开挖进尺施工参数,确保隧道安全和高效施工,以云南省元蔓高速公路风口山隧道为研究对象,从力学机理上分析了施工参数对隧道稳定的影响,采用数值模拟方法,分析纵向间距对中隔墙水平位移和开挖面叠加效应的影响、仰拱一次开挖长度对拱腰水平位移和中隔墙受力的影响、开挖进尺对围岩变形特征和掌子面剪应力的影响,对连拱隧道微台阶法进行最优化设计。结果表明,掌子面纵向间距2D、仰拱一次开挖长度4 m、开挖进尺2m为宜,可为类似连拱隧道的施工提供指导。     

隧道先后行洞开挖步距间隔的施工影响分析

针对分离式隧道的先后行洞在不同的步距间隔情况下开挖对隧道围岩稳定性的影响进行研究。运用有限元软件ABAQUS，并且选用D-P屈服准则对分离式隧道左右洞开挖的过程进行数值模拟，结合实际工程分析隧道开挖过程中的围岩应力分布、塑性区域和位移变化。研究结果表明，先行洞在开挖步距小的情况下会对后行洞产生较大的竖向应力，开挖前拱顶处产生3.01 MPa，开挖后拱顶处产生1.55 MPa，出现塑性区域范围较大，塑性应变值为0.24 mm，隧道位移变化量同样大于开挖步距大的情况。由研究结果得出，分离式隧道在开挖过程中应避免在先行洞开挖步距小的情况下对后行洞进行开挖，施工现场应根据实际工程围岩情况合理调整两洞之间的开挖步距。     

小净距偏压隧道在特殊素填土施工顺序研究

在较特殊素填土中,为能更好地确定在相同的施工方法下,不同的施工顺序对改善隧道围岩变形和衬砌内力的影响,文章重点以重庆曾家岩浅埋暗挖隧道为依托,运用二维数值模拟分析,研究在特殊回填土下,隧道不同施工顺序引起的围岩变形、衬砌内力变化、塑性区分布规律。从数值模拟结果可以看出,不同施工顺序下,围岩变形、衬砌内力、塑性区分布存在一些不同,对于重庆曾家岩偏压隧道,采用先较浅埋一侧开挖方法对总体围岩扰动较小、能较好改善隧道偏压,并使衬砌受力安全稳定。     

喀喇昆仑公路深埋隧道岩爆特征及影响因素分析

为研究板块碰撞区高地应力条件下隧道开挖过程岩爆的致灾特征,确保施工安全,以喀喇昆仑公路2号隧道为工程依托,通过对隧道施工期间1 110次岩爆记录深入研究,分析总结出岩爆的运动类型、发生位置、坑口性状、岩体散落等方面的基本特征,以及岩爆次数与埋深、开挖暴露时间、掌子面距离关系等岩爆特征规律.根据岩爆特征,并结合室内岩体物理力学性质试验成果和区域地质环境条件,综合分析认为2号隧道岩爆的发生是受区域挤压构造应力场、片麻岩脆性指数高、最大水平主应力方向与隧道轴线大角度相交、高山峡谷谷底应力集中、岩爆段干燥无水、隧道断面形状及开挖方式等因素影响,其中区域挤压构造应力场对岩爆的发生起控制作用.并在此基础上,提出了对围岩实施喷水软化、调整爆破参数、在掌子面钻超前卸压孔等有效的岩爆预防措施,在一定程度上降低了岩爆的发生概率.研究结论为今后在高地应力环境下建设地下工程避险岩爆灾害提供了一些认识和理解.     

多次强动压巷道围岩“三区”强化支护机理及控制技术研究

针对贵州湾田煤矿多次动压作用巷道围岩变形破坏严重的问题,提出了巷道围岩"三区"强化支护控制技术,通过数值模拟、理论分析和现场试验研究分析了围岩"三区"强化支护效果。研究结果表明:通过内外注浆方法在巷道围岩内形成围岩锚固区、围岩强化区和应力释放区,并将注浆区域分为内注浆区和外注浆区,使其之间形成动压缓冲区;注浆能够有效的胶结破碎围岩体,锚杆锚索所处的塑性破坏区得到了有效重新加固,形成具有高强度的承载拱;井下现场监测数据表明巷道顶板下沉量和底鼓量不足巷道高度的5%,两帮变形量仅为巷道宽度的0.7%,有效地控制了巷道围岩的变形破坏。     

基坑开挖引起邻侧盾构隧道开裂特性研究*

为探究基坑开挖导致邻侧既有盾构隧道出现开裂破损而带来的不利影响,采用地层-结构法与荷载-结构法相结合的计算方法,同时考虑内置钢筋对混凝土的加强作用,精细化地模拟基坑开挖影响下,非连续盾构管片结构接头处裂缝的扩展过程,揭示其开裂机制。研究结果表明:基坑开挖过程中,管片衬砌“横鸭蛋”变形模式决定了其开裂范围,即左、右拱腰附近为主开裂区;管片的裂损特征为纵向裂缝,初始裂缝由左、右拱腰外弧面逐渐向两侧接头处延展,右拱腰接头处裂缝扩展连接为沿厚度方向的环状裂缝。     

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。     

新建隧道爆破对临近隧道振动特性的影响研究

为保证既有杭深铁路在临近隧道爆破施工时的安全运营,考虑既有运营隧道衬砌的支护作用,结合现场监测和数值模拟的方法,研究既有运营隧道衬砌在临近新建隧道爆破动力荷载作用下的振动特性及应力分布特征,采用FLAC3D数值模拟隧道爆破对既有运营隧道的影响,同时简要评估现场所用爆破方案的安全性,并给出相应的控爆措施。结果表明:新建隧道爆破施工时,既有运营隧道衬砌迎爆侧拱腰处的振速相对拱脚处较大,且拱腰处径向振速较大;新建隧道工作面后方已成洞区对应的既有运营隧道衬砌振速相对未成洞区较大;爆破荷载作用下运营隧道拱腰处衬砌应力值最大;爆破会对运行中的列车产生影响,应减小开挖进尺或选择在列车停运时段施工。     

隧道穿越富水砂层合理注浆半径范围的研究

依托西安某新建地铁隧道工程,以其穿越的富水砂层段为研究对象,针对施工中采用的全断面深孔帷幕注浆的不同注浆半径,利用Midas/GTS数值模拟软件对施工过程进行了模拟分析,并通过现场对比分析,重点研究了地铁隧道穿越富水砂层时不同注浆半径对地层的加固效果.在工程建设经济合理的前提下,结合相应工程经验,在保证施工安全的情况下,探讨出隧道穿越富水砂层时的合理注浆加固范围(半径),为相关工程提供参考.     

大跨径公路交叉隧道施工安全性研究

为研究大跨径近接隧道交叉段施工安全性,基于围岩评级系统和地质探测方法,确定围岩力学参数,将量化指标参数转化为Hoek-Brown强度参数。采用FLAC3D软件计算下行隧道不同开挖方式对上行隧道的影响,并监测下行隧道围岩及上行隧道路面的变形特性。研究表明:采用围岩评级系统和地质预报相结合的方法获得的围岩地质参数,计算结果与现场实测结果吻合;通过对上行隧道公路路面沉降和下行隧道拱顶下沉、围岩压力的监测可知,采用7步开挖方法能够保证交叉隧道围岩的稳定性,监测数据均未超过支护结构的极限承载范围。     

山岭隧道关门坍塌应急救援实践

<正>2014年7月14日16时,云南省文山州富宁县境内某新建铁路重点工程一正在施工的隧道内,作业人员在掌子面附近安装支撑拱架时,隧道顶部突然发生垮塌,塌方段约20 m,造成正在作业的15名工人被封堵在约25 m已开挖完成的隧道空间内。该隧道全长1万3 625 m,已经施工完成的隧道横洞与正洞交叉点距离塌方段约1 388 m,该隧道围岩等级为Ⅴ级,安装拱架支护段     

基于强度折减与刚度退化小净距隧道围岩稳定性研究

运用刚度退化的基本原理和方法,将泊松比ν和弹性模量E进行调整,提出变刚度隧道围岩强度折减法。以某小净距隧道为例,在只调整ν或E、同时调整ν和E、保持ν和E不变4种情况下,探讨了刚度退化对小净距隧道围岩稳定性的影响。结果表明:ν对隧道拱顶下沉、拱底沉降、最大主应力的影响要强于E;隧道两拱脚向内位移随折减系数的增大而增大,内侧拱脚向内位移比外侧拱脚的要大,且在刚度调整时拱脚位移要比保持刚度不变时大;等效塑性应变随折减系数的增大而增大,刚度调整导致等效塑性应变区减小,考虑刚度退化推迟了中夹岩柱塑性区贯通;将变刚度隧道围岩强度折减法应用于小净距隧道工程围岩稳定性评价,可依据安全系数的大小来评判设计的合理性,为支护参数及施工技术的选用提供参考。     

大范围覆土严重卸载条件下的盾构隧道保护技术研究

为了研究大范围覆土严重卸载条件下盾构隧道保护技术的可行性及其应用效果,结合某盾构隧道上方大面积超深度基坑工程,采用有限元计算分析及监测数据验证2种方式,对基坑开挖导致盾构隧道上方覆土严重不足,采取的隧道结构保护技术实施效果进行分析和验证。研究结果表明:在隧道上方覆土严重不足、工程地质条件极差等条件下,采用桩板结构,综合隧道内配重、土层注浆加固、洞内注浆等保护技术,能有效控制盾构隧道结构在极小覆土工况下的上浮变形,可取得良好的保护效果,采用的保护技术安全可行,可作为类似工况下盾构隧道保护工作参照依据。