浅埋软岩大跨度隧道开挖工法研究

目的研究浅埋软弱围岩大跨度隧道的开挖工法,为该类隧道工程的设计和施工提供理论参考.方法采用FLAC3D有限差分软件,针对广州某大跨度隧道进口段在双侧壁导坑法、CRD法和三台阶七步法下的开挖进行数值模拟,分别对三种工法下的隧道拱顶下沉值、围岩水平位移值、塑性区以及最大和最小主应力进行对比分析.结果在控制隧道拱顶下沉和拱脚水平位移及围岩应力集中现象方面,双侧壁导坑法均优于CRD法和三台阶七步法;在控制围岩塑性区方面,双侧壁导坑法与CRD法相差不大,但均优于三台阶七步法;三台阶七步法开挖相比双侧壁导坑法和CRD法更容易发生围岩失稳现象.结论大跨度隧道浅埋软岩段的开挖不建议采用CRD法和三台阶七步法,而应优先考虑双侧壁导坑法.     

基于位移反分析的隧道二衬合理支护时机

二衬支护时机是否合理影响着隧道的稳定性,始终是隧道施工中讨论的热点问题。结合现场监控量测数据,通过3种回归函数的对比分析,确定了满足精度的回归曲线并预测围岩最终位移量,初步确定了二衬合理支护时机;结合黄金分割法与FLAC3D数值模拟软件,通过位移反分析法获得符合工程实际的围岩力学参数E,c值并代入FLAC3D中,基于3种二衬合理支护时机判定准则确定了支护时机;综合考虑回归分析与数值模拟计算结果,最终确定兴隆隧道Ⅲ级围岩段的二衬合理支护时机与施工安全距离。研究结果表明：双曲线函数回归精度最优,并根据函数曲线预测Ⅲ级围岩最终位移量为12.20 mm,初步确定在开挖后第20天施作二衬;通过围岩力学参数反演确定Ⅲ级围岩E=4.944 GPa,c=0.268 MPa为符合工程实际的围岩力学参数;通过数值模拟确定在开挖后第19天、距掌子面95 m时施作二衬满足变形速率和极限位移准则,在开挖后第18天、距掌子面90 m时施作二衬满足最小支护抗力准则。综合考虑三者的影响程度,最终确定兴隆隧道二衬合理支护时机为开挖后第18天,此时距掌子面90 m。     

大跨径水工隧洞围岩力学参数反演分析

为了验证位移反分析法在隧道施工过程中实际应用的可行性,以大田平原排涝隧洞为研究对象,选取隧洞围岩的弹性模量E和黏聚力c为反演参数,采用黄金分割法对所选断面围岩进行位移反分析的优化迭代计算,并以此得到的反演参数组合代入FLAC3D数值模拟软件中,计算该断面的围岩沉降变形,将结果与实际监测拱顶沉降数据进行对比.结果表明,此类反分析方法反演得到的围岩力学参数可靠,可以获得比较符合地质条件和工程应用的参数,反演结果可以预测后续施工的位移,并可以通过控制设计开挖量,减少喷射混凝土用量,节约工程成本.     

某隧道在不同侧压系数条件下的FLAC3D数值分析

运用FLAC3D数值方法对某隧道围岩进行开挖模拟,计算中采用摩尔—库仑弹塑性计算模型。通过计算得出在不同侧压系数的条件下,构造应力对隧道拱顶下沉、边墙水平收敛大小以及塑性区的影响,为隧道工程设计与施工提供科学的参考。     

松散堆积体隧道围岩空间位移特征分析

为研究松散堆积体隧道施工引起围岩空间位移的变化,采用弹塑性非线性有限元法对隧道开挖过程进行仿真模拟,将空间位移分为地表沉降、周边围岩位移和掌子面挤出变形3部分进行分析,并与既有理论和现场测试数据进行对比。数值计算结果表明:隧道开挖引起的围岩变形具有明显的三维特性,掌子面前后方影响范围均约为20m,横向沉降槽呈明显的"深沟"形,沉降槽宽度较小,与塞形曲线拟合度最高;周边围岩拱部下沉和隧底隆起范围与量值均较大,水平收敛较小,下台阶支护封闭成环后变形趋于稳定;上台阶掌子面挤出变形呈中间大、周围小的"圆形放射状",下台阶掌子面挤出变形总体较小;与现场测试值相比,拱顶下沉和净空收敛偏大,地表沉降两者基本一致。     

岩溶段隧道左右线开挖顺序研究

岩溶问题是隧道开挖过程中不可避免的课题。为开展岩溶隧道开挖顺序优化研究,以某岩溶区隧道为依托,通过FLAC~(3D)软件对该隧道岩溶段左右线不同开挖顺序进行模拟,综合分析不同开挖顺序的拱顶沉降、围岩应力及主矢位移等关键指标,从而确定了岩溶隧道开挖顺序的最佳方案,为今后同类隧道开挖施工提供可借鉴的经验。     

连霍高速杏花村1号大跨扁平超大断面隧道开挖方案研究

为研究大跨扁平超大断面隧道围岩和支护结构受力变形影响,以连霍高速杏花村1号隧道为工程背景,采用有限元软件FLAC3D对V级围岩进行数值模拟,对双侧壁导坑法和三台阶四部开挖法在隧道开挖时的位移、塑性区、初期支护应力的影响规律进行了研究,提出适用于大跨扁平超大断面隧道不同地质条件下安全经济的开挖方法。对比分析结果表明：隧道开挖时,采用三台阶四部开挖法的隧道拱顶位移、临时支护结构的应力、隧道岩体周边位移较采用双侧壁导坑法大。双侧壁导坑法安全性更高,对围岩位移的控制效果更好,为今后此类工程的施工提供经验和理论指导。     

浅埋大跨度双连拱隧道施工数值模拟研究

以苏州凤凰山大跨度双连拱隧道工程为例,采用有限元软件对多工序开挖条件下双连拱隧道围岩应力场、位移场的变化及初期支护的受力情况进行了详细的分析.通过分析得出,中隔墙顶部及拱腰处围岩存在应力集中的现象;中隔墙中间部位应力最大.竖向位移在主洞拱顶和拱底较大.通过现场实测,测得拱顶沉降随开挖工序的变化趋势,将理论分析结果与实测结果进行对比分析,结果表明,数值模拟得出的拱顶沉降与实测结果基本是一致,由此证明,数值模拟结果能真实反应现场隧道围岩的应力应变状态随开挖步骤的变化趋势.     

交错新建隧道施工力学特性模型试验

以重庆两江隧道为研究背景,采用公路隧道结构与围岩综合实验系统对交错隧道进行三维物理模型实验,分析新建隧道施工力学特性,并采用数值模拟对模型实验区域进行对比分析。研究表明:新建隧道左侧周边位移普遍大于右侧周边位移;左侧周边位移大于独立隧道单侧周边位移;右侧周边位移小于独立隧道单侧周边位移;得出不同近接间距下周边收敛和拱顶下沉随隧道开挖的发展趋势;模型实验获得的拱顶下沉和周边收敛归一化后得出位移随近接间距的变化规律。数值模拟获得的周边收敛和拱顶沉降与还原后模型实验结果相接近,表明模型实验结果与数值计算结果一致。     

高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响：以玉龙雪山隧道工程为例

为研究高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响,依托玉龙雪山隧道工程,基于现场长期监测数据,结合有限差分程序FLAC3D建立数值分析模型,研究超前平导对主洞围岩应力、围岩位移和塑性区分布的影响,明确主洞与平导间最优间距。研究结果表明:主洞开挖过程中,当掌子面与监测面距离为3.63倍主洞洞宽时,监测面拱顶沉降、上收敛、中收敛和下收敛值占最终变形值的80%以上,围岩变形稳定后上收敛值和中收敛值均大于拱顶沉降;平导超前开挖可有效改善主洞围岩应力环境,主洞与平导间距较大时,围岩应力改善效果不佳,随着二者间距逐渐减小,围岩应力改善效果逐渐增强,但主洞与平导间距过小时,二者开挖产生的塑性区会贯通,综合考虑,确定主洞与导洞最优间距为3.5倍导洞宽度;主洞拱顶沉降值和拱底隆起值随着主洞与平导间距的减小而增大,左右拱腰水平位移值随着主洞与平导间距的减小先减小后增大,当二者间距由5.0D减小至3.0D时,拱顶沉降值和拱底隆起值分别从-0.598m和0.426m增加至-0.679m和0.514m。     

浅埋黄土隧道不同施工与加固方法的颗粒流数值模拟

针对浅埋黄土隧道在开挖过程中发生的拱顶过量沉降问题,采用颗粒离散单元法模拟了不同开挖方法和加固措施对围岩稳定和变形的影响,分析了6种工况的围岩压力分布和位移发展情况,讨论了开挖方法和加固措施对隧道围岩稳定的影响.模拟结果显示,隧道拱肩和拱脚应力集中处水平位移较大,拱部和边墙开挖为黄土隧道留核心开挖施工中的关键工序,施工中宜及早支护避免隧道发生过大变形.浅埋黄土隧道拱顶下沉量远大于周边收敛;对于相同的支护形式,留核心土下部全断面开挖法产生的位移总量约为留核心土下半断面分部开挖法的1.2倍;对于相同的开挖方法,无超前注浆支护产生的位移总量约为有超前支护的1.5倍;而有无系统锚杆的隧道围岩变形量基本相同.研究表明,浅埋黄土隧道可采取超前导管注浆减小隧道开挖变形,而系统锚杆由于支护效果不明显可考虑取消.     

合肥地铁盾构隧道下穿河道施工数值模拟分析

文章针对合肥地铁1号线盾构下穿南淝河存在的安全隐患,基于流固耦合原理与有限差分方法,采用FLAC3D对隧道盾构开挖流固耦合效应进行模拟,分析了盾构推进过程中隧道周边土体孔隙水压力规律、竖向应力场、拱顶沉降等。研究表明:盾构开挖导致隧道拱顶及两侧土体孔隙水压力明显降低,地下水在水压力的驱动下向拱顶与两侧流动,这些部位容易出现危险,要防止涌水事故的发生;考虑流固耦合后,围岩竖向应力值变大,最大拉应力与压应力均变大,隧道周边局部围岩出现较大的应力集中现象,对隧洞安全不利,拱顶竖向位移增大,竖向位移在水平方向从隧道中心向两侧不断减小,而土体后期固结沉降占最终沉降的比例达到30%,要加强后期监测,防止沉降过大影响隧道安全。     

基于遗传算法和神经网络的隧道围岩位移智能反分析

基于正交试验设计和FLAC3D建立的学习样本以及测试样本,通过工程现场获取的围岩位移信息,用神经网络建立待反演参数与围岩位移之间潜在的映射关系。研究结果表明:利用该神经网络的仿真预测功能,结合遗传算法搜索反演参数的最优解,从而实现位移反分析;可将反演结果反馈于隧道支护结构的设计,实现隧道的信息化施工与设计。     

围岩流变特性对隧道二衬支护时机的影响

为了研究岩体流变特性情况下隧道二衬的支护时机,首先推导了在考虑围岩流变特性时,衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式;然后以广梧高速公路茶林顶隧道岩体为工程背景,探讨了考虑岩体流变情况下,隧道二衬支护时机的确定方法,并对比了围岩拱顶下沉实测值和理论计算值。结果表明：(1) 理论分析所建立的衬砌抗力、位移及围岩的位移表达式中均包含了时间参数,可确定达到不同衬砌抗力、位移及围岩位移所需要的时间;(2) 围岩拱顶下沉实测值和理论计算值表现出相同的发展规律,验证了所建立方法的正确性。     

岩溶区全断面开挖隧道围岩变形特性模拟

运用相似模型试验和数值分析手段对石灰岩地区公路隧道在全断面开挖过程中 ,隧道周边不同溶洞分布对隧道围岩变形特性的影响进行了系统的研究 ,模型实验结果与三维动态开挖过程的数值模拟结果较为吻合 .研究结果表明 :有溶洞的围岩在开挖前有较大的前期变形 ,溶洞引起的隧道围岩变形主要发生在分布有溶洞的断面开挖前和开挖瞬间 ;位于隧道顶部附近的溶洞对拱顶下沉位移的影响大于侧壁位移的影响 ;位于隧道侧面的溶洞主要引起隧道的整体侧向位移 ,使隧道处于偏压状态 ;隧道底部的溶洞对隧道的顶部和侧壁径向位移的影响较小     

硬质围岩铁路隧道初始地应力数值反演分析

在宝(鸡)-兰(州)复线东巨寺沟硬岩铁路隧道拱顶位移和位移收敛测试数据的基础上,采用有限元法对该隧道围岩的构造应力进行数值反演,利用地应力反演结果对隧道围岩稳定性进行了分析和评价.采用反演的地应力分析结果表明,拱顶下沉、水平位移收敛值与实测值接近,支护结构围岩处于稳定状态.     

浅埋暗挖隧道施工中纵向地表下沉的规律

在浅埋暗挖隧道施工中,地表沉降和拱顶下沉的信息可明显反馈围岩和初期支护的稳定状态,要实现信息化施工和控制施工中产生不利环境影响,必须了解和掌握地表沉降和拱顶下沉的变化趋势.基于南京地铁2号线钟灵街马群段浅埋暗挖隧道矿山法施工中地表沉降和拱顶下沉的实测资料,分析总结了相应条件下隧道施工中地表和拱顶下沉的大小和分布规律,得出浅埋暗挖隧道沿纵向开挖时对工作面前后的主要影响范围,分别为1.5D和3D(D为隧道跨度),变化趋势为缓慢下沉快速下沉收敛稳定;并根据滞后的拱顶下沉与地表下沉趋势的一致性,提出可以通过施工中纵向地表沉降的规律预测拱顶下沉的发展趋势.     

基于FLAC~(3D)模拟隧道有无支护应力与位移演化特征

为确保隧道断面围岩稳定,保证隧道开挖顺利,基于某隧道工作面为研究背景,通过FLAC3D数值模拟软件,模拟隧道断面围岩开挖后无支护措施,及施加挂网喷浆结合锚杆支护后的围岩塑性区、应力及位移的分布情况,并结合Hoek-Brown准则分析隧道围岩有无支护的破坏条件,分析隧道断面稳定性。结果表明:当隧道开挖,围岩未施加支护,围岩四周位移量较大,岩体应变范围较广,严重影响隧道断面围岩稳定性;当隧道边开挖边支护,围岩施加挂网喷浆结合锚杆支护后,应力及位移得到较大改善,实现了对围岩有效控制,确保隧道断面顺利通过,为相似地质条件隧道围岩支护提供借鉴。     

基于隧道“无人化”立拱动态施工的围岩变形

为了更好地服务于新乌鞘岭隧道“无人化”立拱施工的需要,确定围岩在动态施工中的变形规律具有重要意义。通过对现场监测数据进行统计回归分析,在文献[16]的研究基础上给出了围岩拱顶沉降在动态施工中的解析解。并结合FLAC3D专业岩土数值分析软件,验证了数值模型的正确性,同时模拟了围岩在真实时间下的施工力学响应,得到了立拱断面中拱顶与两侧拱脚在隧道开挖、立拱以及喷射混凝土等过程中的变形规律。以期为后续的新乌鞘岭隧道“无人化”立拱专项研究提供基础。     

软弱围岩隧道侧压力系数反演分析

针对复杂的应力场对软弱围岩隧道变形影响较大的情况,借助监测位移信息结合反演理论,采用数值方法,确定围岩的侧压力系数.对韩杖子隧道现场监测、隧道洞周围岩变形值,对拱顶下沉现场监测数据,以及洞周围岩水平变形,分别采用指数、双曲和对数模型进行MATLAB回归分析,并利用FISH语言编制求解侧压系数λ的命令,依据弹塑性位移反分析法,通过采用黄金分割法,得出最佳时态曲线方程以及实现对侧向压力系数λ的反演分析,得到λ最终解为1.130,结果达到收敛精度要求,对λ进行反演具有重要的研究意义.