双连拱隧道中隔墙数值模拟分析

针对双连拱隧道在施工过程中的中隔墙受力、变形问题,运用MIDAS GTS 2.6大型有限元程序建立了重庆市高新区森谷路双连拱隧道地层结构法数值模拟计算模型。对双连拱隧道三导洞台阶法开挖具体施工阶段进行数值模拟,同时双连拱隧道中隔墙进行受力变形分析。得到了各施工阶段中隔墙应力及位移变化情况,得出三导洞台阶法开挖工法施工过程中中隔墙应力及竖向位移均呈现"对称—不对称—对称"的分布过程,并对施工过程中可能的风险提出了切实可行的处理措施,以期对双连拱隧道的设计和施工提供一定的理论借鉴。     

基于围岩受力影响的小净距隧道开挖方法优化

为了确定某小净距隧道适宜的开挖方法,利用有限元软件对全断面法、台阶法和单侧壁导坑法进行模拟,分析不同开挖方法引起的围岩应力云图,并重点对不同的开挖方法引起先行洞围岩及中夹岩柱的受力变化进行对比。结果表明:隧道开挖后在两洞仰拱部位出现拉应力集中区,两隧道之间最近的中夹岩柱是受力最为显著的部位,不同的开挖方法在周边围岩中产生的应力大小及变化趋势也存在差异,全断面开挖方法对先行洞周边围岩影响较小,台阶法的施工在两洞之间引起的应力较小。由此确定该小净距隧道先行洞采用全断面法,后洞采用台阶法进行开挖,通过现场实施,证明方法可行。     

地铁盾构近距离后行洞施工对先行洞影响的力学效应

为揭示苏州地铁4号线区间隧道盾构近距离施工双洞之间的影响,采用数值计算和现场监测相结合的手段,获得后行洞施工条件下引起的先行洞附加应力及变形变化规律。研究结果表明:后行洞近距离施工会引起先行洞管片的二次附加应力,且在三维方向均有作用;其中径向附加应力主要呈受压状态,环向附加应力主要呈受拉状态,轴向附加应力由受压状态转化为受拉状态,且附加应力随着后行洞盾构的掘进逐渐增大并趋于稳定状态;由后行洞施工引起的径向附加应力最大约为0.028 MPa,环向附加应力最大约为0.270 MPa,轴向附加应力最大为0.700 MPa;管片及地层变形受土仓压力及注浆压力的影响明显,盾构连续施工过程中先行洞管片整体变形较大,最大变形约为6 mm;地层由隆起逐渐转为沉降,最大隆起量约为1.45 mm,随着盾构的远离,地表沉降逐渐增大,最大达14 mm左右;结合相关施工经验,后行洞施工对先行洞的影响处于可接受范围内,能保障隧道施工和结构受力稳定。     

浅埋小净距偏压隧道施工工序的数值分析

采用双侧壁导坑法,对浅埋小净距双洞六车道偏压公路隧道在不同开挖顺序下进行施工力学数值模拟。分析不同开挖顺序时的围岩位移、应力、地表位移以及塑性区的变化,并进行比较。数值结果表明：先开挖深埋一侧隧道,围岩塑性区较小,左洞拱顶不会出现围岩拉裂区,右洞拱顶塑性区较小;先开挖各洞外侧,拱顶和中间岩柱的应力、位移较小;后行隧道开挖对先行隧道围岩的受力变形有很大影响,后行隧道开挖导致先行隧道洞周位移和应力大幅度增大;中间岩柱、侧墙和拱顶均是施工中应重点关注的部位。     

软岩隧道开挖方法数值模拟分析

论述了适用于纱帽山隧道Ⅴ级围岩的开挖方法,采用大型非线性有限元分析软件ADINA,对适用于双线分离式公路隧道Ⅴ级围岩的三种开挖施工方法进行数值模拟;运用ADINA自带的单元生死功能动态模拟开挖支护过程,对比左导洞先行开挖编制的施工工序、台阶分部开挖法和上下台阶留核心土法三种开挖方法,分析三种开挖方法对隧道变形的影响。结果表明:针对左导洞先行开挖编制的施工工序其中隔壁起到减跨作用,从而控制沉降;它与台阶分部开挖法在开挖后位移场分布基本是对称的,在量值上有略小差别,不会造成地表不均匀变形,不会影响洞室的稳定;台阶分部开挖法左侧地表变形略大于右侧,且差值大于针对左导洞先行开挖编制的施工工序。     

基于衬砌结构受力的四洞并行公路隧道群施工相互影响分析

为研究多洞并行公路隧道群施工时各洞间相互影响规律,以成都天府机场高速公路龙泉山四洞并行隧道工程为背景进行数值模拟分析,研究后行隧洞开挖对先行隧洞围岩塑性区、初支受力及变形产生的影响.数值模拟结果表明:先行隧道初支受力及变形受后行相邻隧道开挖影响较大,且其影响随着隧道净距的减小和后行隧道断面的增大而增大;先行隧道初支压应力最大增量发生在靠后行隧道一侧的边墙部位,拉应力最大增量发生在拱顶部位.数值模拟以及现场监测均表明采用两侧2车道隧道先同时开挖,接着中间两3车道隧道依次开挖,同时相邻隧道掌子面错开距离控制在30 m的施工工序能够满足施工安全性要求,可为类似工程提供经验参考.     

不同施工工法对既有隧道影响的数值模拟研究

文章通过数值分析手段,对拟建隧道采用不同的施工方法所引起交叉既有隧道的受力、变形变化状况进行研究。全断面法与上下台阶法对既有隧道的围岩应力及变形影响是一致的,两者均引起拱顶及边墙的围岩应力降低,拱底围岩应力的增高,既有隧道特征点均将产生下沉。全断面法开挖引起既有隧道的位移量要稍大于上下台阶法,同时2种开挖方法对既有隧道二衬的受力影响几乎相当,二衬经历对称—非对称—对称3个变化过程,随着开挖深入,其应力逐渐增大,但远小于容许应力值,处于安全状态。并据此提出相应的建议。     

软弱破碎带隧道围岩变形及初期支护受力分析

针对中条山公路隧道的软弱破碎带围岩的地质情况,采用有限差软件分别对台阶法与单侧壁导坑法施工时隧道的掘进过程进行了数值模拟.对不同开挖方式下围岩变形(拱顶沉降和收敛位移)和初期支护(初衬和锚杆)应力进行了比较.结果表明:当上台阶通过时,围岩变形和初支受力都较大;在抑制洞周位移方面,单侧壁导坑法优于台阶法,但在软弱破碎围岩条件下,其优势并不显著;在控制初衬结构受力方面,台阶法优于单侧壁导坑法.     

粉煤灰堆积体地层连拱隧道开挖错距影响分析

粉煤灰堆积体自稳能力差,受力即破碎成散颗粒,隧道穿越粉煤灰场区时失稳围岩对施工安全构成极大威胁。以盐坪坝连拱隧道为依托,根据粉煤灰力学性质对比选用了塑性-硬化本构,通过有限差分软件FLAC3D对不同开挖错距进行数值模拟,设置中导洞上下台阶以及左右洞开挖错距工况分别为5m、10m和15m,研究不同开挖错距对粉煤灰堆积地层中双连拱隧道的围岩和结构的影响。结果表明：中导洞台阶开挖错距不宜超过10m,15m错距相比10m错距应力最大值增长了36.82%,左右洞采用小开挖错距可以有效减少中导洞拱顶位移；中导洞开挖完成后左右洞拱顶竖向位移已达到其总沉降量约50%,左洞拱顶沉降位移与开挖错距近似线性增长,后行洞开挖过程中对先行洞造成的影响较大；主洞采用不同开挖错距时应力积聚分布在不同位置,开挖错距大于10m后结构受力增幅快速增长,15m错距相比10m错距应力最大值增长了17.28%。可见主洞开挖错距不宜超过10m。     

中洞法连拱隧道施工稳定性分析及优化

针对中洞法连拱隧道暗挖施工的稳定性问题,依托广州大道中站工程实例,综合分析了开挖过程拱顶沉降、底部变形、洞周收敛、初支结构应力、中隔墙应力以及地表沉降等指标的动态响应特征,总结了不同工艺参数下隧道变形规律,结果表明:拱顶沉降最大值和最大沉降速率以及底部隆起最大值均在后行洞,而先行洞洞周收敛值最大,为1.59 mm;侧洞...     

深埋无中导洞连拱隧道围岩压力计算方法研究

深埋无中导洞连拱隧道取消了中导洞的施作,具有左右洞先后开挖且为零间距施工的工程特性,目前其围岩压力计算方法尚无统一的标准可循。基于普氏理论,将连拱隧道上部围岩荷载视为拱部基本松散荷载和附加松散荷载之和,考虑先行洞既有支护结构对后行洞基本松散荷载的抑制作用以及后行洞施工对先行洞基本松散荷载加剧影响,从而提出深埋条件下无中导洞连拱隧道围岩压力计算方法,最后结合曼腊隧道现场监测断面的试验结果进行对比分析。研究结果表明：1)围岩岩性越差,后行洞开挖对先行洞基本松散荷载加剧影响越显著,而先行洞既有支护结构对后行洞基本松散荷载的约束作用越弱;2)先行洞支护结构相比于后行洞承担了较大的围岩荷载,且越靠近中隔墙一侧受力则越为不利;3)提出的计算方法和现场监测得到的围岩压力分布规律基本一致,论证了所推导公式的合理性和实用性,可为今后类似工程支护结构的设计及优化提供参考。     

浅埋隧道下穿高速公路大管幕施工优化设计

以重庆市铁路枢纽东环线里程DK3+538～DK3+588段近距离下穿G5001绕城高速的新白洋湾隧道工程为依托,研究了浅埋隧道下穿高速公路大管幕施工开挖方法优化问题。采用MIDAS-GTS NX软件建立隧道三维有限元模型,模拟分析二台阶法、二台阶预留核心土法、三台阶法和三台阶预留核心土法4种开挖方案,将建模理论计算值和工程实测值进行比较分析,验证了本文方法的正确性。通过对地表沉降、围岩变形、围岩应力和支护结构受力变化规律等方面进行综合分析,最终确定依托工程采用二台阶法是经济可行的优化施工方案。     

黄土隧道不同施工方法的数值模拟对比分析

以可乐湾隧道为背景建立黄土隧道施工过程的三维数值模型来研究CD法、三台阶七步法和二台阶五步法3种工法对支护结构受力特性和控制黄土隧道围岩变形的影响。以钢拱架的轴向应力为指标分别分析了3种工法下钢拱架的轴向应力分布特征，选取开挖断面关键点位的收敛变形为指标，对比分析了3种工法在围岩变形控制方面的效果。研究表明，CD法在控制围岩收敛变形方面的效果最好，并且钢拱架在全环范围上的轴向应力分布均匀，承载能力得到充分发挥。研究可为黄土隧道的设计施工提供一定的参考借鉴。     

平导对控制高应力隧道围岩变形的作用机理分析

传统意义上,平行导洞的作用在于为正洞开挖探明地质,并通过一系列横通道实现正洞“长隧短打”;不仅具有分部开挖的特点,还可利用导洞解决排水问题,导洞挖通后,还可改善洞内通风条件。本文所研究的堡镇隧道右线出口高地应力环境下软弱围岩中的平行导洞,围岩变形量大,变形速率大,变形持续时间长,隧道破坏严重,主要表现为拱顶下沉、边墙内挤、喷混凝土剥落、钢拱架扭曲、底鼓及仰拱开裂翘起、衬砌开裂等,变形破坏具有不均匀性和不对称性。与平导围岩变形特征相反,平导扩挖时的变形特征具有均匀性和对称性。本文从工程岩体二次演化、应力场二次演化以及平导围岩和平导扩挖围岩变形破坏特征等方面进行分析,提出了平行导洞在穿越高地应力软岩中具有释放应力、减弱正洞围岩变形破坏程度的观点。     

对称曲率条件下导洞宽度变化对隧道的影响分析

作为特大断面公路隧道常用的开挖手段，双侧壁导坑法可以把大断面隧道划分为若干个小断面进行开挖，从而保证开挖过程围岩的稳定性。但是目前为止双侧壁导坑法导洞断面形式的设计标准还不够完善，为进一步优化其断面设计，以唐山市某隧道为依托，通过对软弱破碎围岩条件下采用对称曲率方式设计的侧导洞进行有限元模拟，对不同宽度侧导洞的洞顶沉降、围岩核心土应力及塑性区变化和临时支护受力情况进行分析。结果表明导洞宽度过大，容易引起衬砌结构内力过大，同时也不利于核心土的稳定性；导洞宽度过小，则会造成围岩应力集中程度过大，也会引起核心土上部分开挖时洞顶沉降过大而引起坍塌，此外导洞过小还会造成工作面狭窄，对施工造成不便，所以导洞宽度设计为7.2 m时较为合理。可见导洞宽度为整个断面宽度的三分之一时，将更有利于洞室稳定和施工安全。     

平导对控制高应力隧道围岩变形的作用机理分析

传统意义上,平行导洞的作用在于为正洞开挖探明地质,并通过一系列横通道实现正洞"长隧短打".此工艺不仅具有分部开挖的特点,还可利用导洞解决排水问题,导洞挖通后,还可改善洞内通风条件.研究的堡镇隧道右线出口高地应力环境下软弱围岩中的平行导洞,围岩变形量大,变形速率大,变形持续时间长,隧道破坏严重.主要表现为拱顶下沉、边墙内挤、喷混凝土剥落、钢拱架扭曲、底鼓及仰拱开裂翘起、衬砌开裂等,变形破坏具有不均匀性和不对称性.与平导围岩变形特征相反,平导扩挖时的变形特征具有均匀性和对称性.从工程岩体二次演化、应力场二次演化以及平导围岩和平导扩挖围岩变形破坏特征等方面进行分析,提出了平行导洞在穿越高地应力软岩中能释放应力、减弱正洞围岩变形的破坏程度.     

基于数值模拟的软岩双连拱隧道施工工法比选分析

以贵阳轨道交通2#线某段双连拱隧道为研究对象,利用数值分析软件对"中导洞+上下台阶法"和"中导洞+CRD法"进行开挖支护动态模拟,通过破坏区、洞周变形、地表变形、二次应力场和初支结构内力5个指标对两种工法效果进行比较。研究结果表明,两种方法计算的各项指标都在允许范围内,CRD法引起的隧道围岩扰动程度较弱,更能有效地控制变形;但是在支护结构受力、施工进度和工字钢材料用量上不占优势。建议在地层条件复杂或施工要求较高的区域选择CRD法;其他地方在确保安全的情况下采用台阶法进行快速、经济施工。     

小导洞开挖的围岩应力分布规律——以北京地铁17号线东大桥1号导洞为例

为分析小导洞开挖引起的围岩应力重分规律,以及采用台阶法时台阶长度对其分布的影响,以北京地铁17号线东大桥站1号导洞为工程背景,通过数值模拟的手段,分析台阶长度对导洞拱顶、工作面前方以及右边帮外侧的围岩应力分布的影响。数值计算结果表明:随着台阶长度增加,拱顶径向应力及上台阶处工作面前方的竖向应力的峰值均呈非线性增加,而应力峰值位置发生后移,当台阶长度达到3 m时,应力峰值的位置不再随台阶长度的增加而改变;根据拱顶径向应力,导洞沿纵向可分为原岩应力区、增压区、减压区和稳压区;导洞边帮外侧出现应力增加区,其应力峰值在边帮外侧1.7 m处,为充分发挥围岩的自承能力,应严禁相邻两导洞同时开挖。研究结果可为台阶长度的合理确定,以及导洞超前注浆加固范围和时机的选择提供一定的参考。     

高地应力软岩隧道大变形监测及支护优化

针对高地应力软岩隧道大变形问题,对中国西北地区某高速公路隧道围岩变形监测、钢拱架应力、围岩压力等项目进行现场监测,探讨不同施工阶段围岩的变形规律和受力特点,并通过数值模拟对不同钢架间距的围岩变形控制效果进行对比分析。结果表明:上台阶开挖阶段是围岩变形增长迅速的阶段,上台阶和中台阶开挖导致的围岩变形量占总变形量的70%;初期钢架主要以受压为主,上台阶及中台阶应力均大于下台阶应力,上台阶及中台阶的初期支护承担了更大的荷载,上台阶和中台阶应"快速通过,及时支护";施工时可采用"先让后抗"的方法,适当加大预留变形量以缓解初支压力,当围岩变形速率减缓时,可提前施做二衬;数值模拟表明当初期支护参数采用I22b工字钢,间距0. 75 m,加4 m长锁脚锚杆,可以经济有效地控制围岩变形。研究成果可为类似隧道工程的设计、施工等提供借鉴和参考。     

偏压连拱隧道施工过程优化的FLAC^3D分析

偏压连拱隧道不同的施工过程对衬砌、岩体的受力特征和稳定性有着截然不同的影响,在地质条件较差的情况下该影响更为明显.结合安徽铜黄高速富溪隧道进口段工程项目,运用FLAC3D程序,对复杂地质条件偏压连拱隧道采用三导洞施工方法下的施工顺序进行了数值模拟研究,分析了进口段隧道衬砌、围岩和边坡在不同导洞、主洞施工顺序下的应力应变情况,通过对比,确定了先开挖左导洞的导洞开挖顺序和先开挖右主洞的主洞开挖顺序是较合理的.