软岩大跨隧道施工力学研究

深圳大梅沙隧道修建于软弱围岩中,断面呈扁平状,且施工工序复杂,地层和支护结构的受力状态频繁变化.为保证施工过程中支护结构和围岩的稳定,采用ANSYS程序对施工过程中围岩和支护结构体的受力状态进行了模拟计算,结果表明:采用双侧壁导坑法施工,导坑的围岩应力呈不对称分布,尤其在临时支护与永久支护的结合部位会出现应力集中现象;中洞上步开挖是施工过程中最不利环节,容易产生较大的卸荷效应,引起拱顶和地表的大幅度沉降.据此提出了对拱部支护及时施作二次衬砌以及对拱腰和边墙底部围岩采取注浆加固等技术措施,保证了围岩和支护结构的稳定.     

小净距隧道施工全过程仿真分析

通过对小净距隧道施工全过程仿真模拟分析，获得了Ⅳ级围岩最终状态下的位移、受力分布图，同时对施工过程中的初衬及临时支护受力特征进行力学行为研究表明：设计中采用的CD施工工法和支护措施，有效地控制了地表、隧道围岩位移，充分发挥了初衬材料的受力性能，二衬结构处于安全性状态。     

闽南山区软弱围岩小净距隧道超前支护力学机理与施工技术

以福建三明莆炎高速公路布盂隧道工程为依托,建立了基于Winkler弹性地基梁理论的管棚力学模型,通过理论和数值模拟相结合的方法,研究了软弱围岩浅埋偏压小净距隧道超前支护力学特性及施工控制技术。研究结果表明:在隧道开挖过程中,掌子面处管棚受力较大,支护稳定后受力较小且较为均匀。采用管棚超前支护后,能够有效控制隧道拱顶沉降和改善衬砌结构受力状态。相较无超前支护,管棚支护后左、右洞拱顶沉降分别减少了32.64%和28.14%,拱腰处最大、最小主应力分别减少了15.66%和17.75%,拱脚处最大、最小主应力分别减少了12.18%和23.40%。采用管棚超前支护有利于增强围岩稳定性以及限制围岩塑性区发展,管棚支护后围岩最大塑性应变降低了32.78%。     

运用有限元应力分析法指导联拱隧道施工

通过联拱隧道结构受力的有限元分析,以解决联拱隧道施工中的各个开挖阶段围岩的稳定性、初期支护和临时支护措施及其受力检算及二次衬砌的受力等状况,比选最佳施工方案。     

上覆薄煤层采空区公路隧道开挖稳定性试验研究

隧道下穿煤层采空区施工将对周围地层产生扰动,影响隧道围岩及初期支护的稳定性.进行了上覆薄煤层采空区隧道开挖的室内相似模型试验,试验中通过测量隧道开挖过程中采空区地层、隧道拱顶的沉降及初期支护内力等参数,对上下台阶法和单侧壁导坑法进行了对比分析.测试结果表明,隧道开挖引起的采空区地层沉降受开挖方法的影响显著,上下台阶法开挖引起的采空区地层沉降高于单侧壁导坑法,沉降槽曲线较陡、沉降范围更宽.两种开挖方法中,围岩压力的最大值均位于右拱脚处,钢拱架最大弯矩出现在拱脚处,最大轴力位于拱腰或拱肩处.其它条件相同时,采用单侧壁导坑法开挖时初期支护背后的围岩压力、钢拱架内力和偏心距等普遍大于上下台阶法开挖.研究表明在隧道下穿倾斜煤层采空区施工时,采用单侧壁导坑法开挖可以显著减小对采空区地层及围岩的扰动,但同时需增强初期支护的刚度,确保围岩及隧道结构的整体稳定性.     

软岩双连拱隧道施工模拟与力学分析

结合某双连拱隧道实体工程,通过建立弹塑性模型,应用有限元程序对该隧道进行仿真分析,模拟其施工过程中受力性态,获得了有关软岩双连拱隧道在施工过程中围岩-支护体系的力学性态,并对三导洞方案修建双连拱隧道时围岩和结构的受力、变形规律进行了详细分析,为隧道围岩稳定性的评价提供了准确的资料,从而为软岩双连拱隧道的设计与施工提供技术指导。     

大跨硬岩地铁车站拱盖法开挖力学机制及适用性分析

为研究地铁大跨暗挖车站拱盖法开挖过程中的围岩受力及变形特征,开展了硬岩大跨度地铁车站开挖的大比尺三维室内模型试验,真实再现了车站全断面无支护开挖、全断面支护开挖及拱盖法开挖的全过程,分析不同施工工况下车站围岩受力、变形机制及其稳定性.研究结果表明:(1)相比于全断面支护开挖,拱盖法可有效控制围岩沉降及收敛变形,减少20%～35%,开挖引起的围岩扰动深度约为半个跨度范围;(2)车站采用拱盖法施工,随开挖的持续推进,围岩变形大体经历3个阶段,即缓慢变形、急速变形及稳定变形阶段.相比于全断面开挖,拱盖法可有效保证车站开挖的稳定性及安全性;(3)拱盖法施工中,中导洞的开挖是车站拱顶变形急剧变化阶段,而支护的及时施作可有效抑制开挖引起的扰动范围,减弱掌子面前方应力的集聚程度,有利于掌子面及其附近围岩的整体稳定.     

应用荷载释放系数法模拟黄土隧道施工

针对新奥法施工的黄土隧道,应用大型通用有限元软件ANSYS模拟黄土隧道开挖支护的施工过程,采用荷载释放系数控制围岩的荷载释放,分析隧道施工对围岩及支护结构力学特性的影响.分析结果与工程实测结果的对比表明:采用荷载释放系数法能较为合理地模拟黄土隧道施工过程,得出围岩和支护结构连续受力变形的情况;建议在隧道施工过程中加强拱...     

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.     

日圆大桥拱肋安全性分析

对日圆大桥拱肋在施工及运营阶段的安全性进行了分析。首先计算了拱肋的稳定承载力,由分析知该桥拱稳定承载力较大,具有一定抵御各种不利荷载作用的能力;接着预测了因混凝土收缩徐变及不合理的施工方法等因素的影响下,可能引起拱脚在施工及运营阶段出现较大拉应力的现象;计算分析发现在拱肋支架拆除过程中,拱肋会出现短暂的、类似连续梁结构受力状态的现象。针对以上问题提出了一套独特的施工方法,从而消除了上述不利的受力状态,保证了拱肋在施工及运营阶段的安全性。     

基于现场监测的原坝子隧道稳定性分析

隧道围岩稳定性分析对隧道安全施工和运营至关重要,采用现场监测方法是判定隧道围岩稳定性最直观的一种方法。以原坝子隧道为工程背景,通过对III、IV、V不同等级围岩初期支护后拱顶下沉和周边收敛进行系统的现场监控量测,研究复杂地质条件下大断面隧道围岩的稳定性,结果表明,隧道拱顶及周边位移一般稳定期为10~15 d,累计沉降量和周边累计收敛量随围岩等级的增大而显著增大,并处于允许范围以内,说明隧道开挖方式和支护方案是科学合理的。研究成果可为类似条件下隧道工程的设计、施工、监测提供参考和借鉴。     

梅花山隧道新奥法施工围岩变形监测研究

监控量测是隧道新奥法施工的重要组成要素之一。基于梅花山隧道新奥法施工实际,对该隧道监控量测方案进行了设计,结合隧道围岩变形典型代表性断面监测数据,进行数学回归分析;采用速率和累计位移双重控制标准探讨了梅花山隧道围岩二次衬砌合理施作时机,以确保隧道施工安全。     

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。     

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。     

西南地区岩溶富水隧道坍塌力学机理及处治措施

以云南玉溪至磨憨铁路曼勒一号隧道为依托,对西南地区岩溶富水隧道坍塌进行处治并预防,建立基于隧道坍塌机理的隧道坍塌力学计算模型,采用理论分析结合有限元计算软件MIDAS GTS NX模拟的方法分析了隧道坍塌段围岩及初支稳定性,并提出有效的处治措施。结果表明：坍塌段隧道模型拱顶沉降量为48.5 mm,拱腰水平收敛量为111.53 mm,围岩变形量较大,发生坍塌事故的风险较大;围岩塑性区出现在上中台阶掌子面,应变最大值为7.85×10-2,发生塑性破坏可能性较大;隧道坍塌段初支所受拉应力和压应力分别达到了19.68 MPa和17.89 MPa,根据铁路隧道设计规范抗拉极限强度为2.0 MPa,抗压设计强度为12.5 MPa,支护结构承受荷载过大易发生破坏。隧道施工现场地下水渗漏对砂泥岩地层围岩稳定性有重大影响,小范围溜塌最终导致大范围围岩失稳坍塌、初支破坏。根据现场实际工况,采用双层超前小导管补强支护对坍塌段进行加固,隧道坍塌段处治效果良好,为后续类似工程提供指导借鉴。     

基于Hoek-Brown准则的小净距隧道围岩稳定性数值模拟分析

以Hoek-Brown准则为基础,采用FLAC3D数值模拟方法,分别建立不同跨度小净距隧道有限元计算模型,对隧道施工过程力学特征及围岩稳定性进行对比分析.通过分析得出:在施工中应尽量减少对中夹岩的扰动,并采取充分合理的加固措施保证小净距隧道的稳定和支护结构安全;Ⅴ级围岩条件下隧道的净距不能过小,净距在0.2B时的中夹岩受力情况要比0.5B时危险得多,相应的围岩加固也变得艰难,所以对净距的取值一般不能小于0.5B;采用侧壁导坑法开挖隧道,在开挖下侧土体时对中夹岩柱的扰动比较大,施工中应对该阶段加强观测并采取必要的应急措施.     

扁平超大断面隧道的施工力学特征及其动力稳定性分析

针对超大断面小近距隧道支护设计中的围岩压力分布、位移变形特征问题,以牛寨山双洞八车道公路隧道为研究对象,建立了考虑工程实际地形、工程地质的三维有限元模型,开展了隧道开挖的施工力学形态数值模拟分析,得到了隧道施工过程中隧道围岩变形规律,探讨了小净距大断面隧道近接施工的影响规律.结果表明,小净距大断面隧道所表现出来的施工力学特性复杂,由于偏压的影响,围岩整体水平位移呈非对称分布,最大水平位移发生在南线隧道拱肩处,隧道拱顶下沉最大值发生在先行洞,隧道仰拱处隆起较大;应力集中在两洞仰拱和拱脚处.在此基础上,开展了隧道开挖后的动力有限元计算,分析了洞口段地震力作用下的动力响应,评价了其动力稳定性.计算结果可为优化设计、指导隧道施工以及为隧道稳定性和支护结构安全性评价提供参考.     

隧道监控量测的数据处理及分析

监控量测是隧道新奥法施工的三大要素之一,通过量测施工中隧道围岩变形与支护受力数据,对数据进行分析整理及时反馈指导施工。本文以某隧道为例,通过对拱顶下沉和周边位移量测数据的处理、回归建模,评价和预测隧道的稳定性。     

隧道围岩稳定性及其支护作用分析

针对隧道设计中的围岩力学特性及其荷载效应、"支护-围岩"动态作用特点及支护结构体系的协同作用原理3个基本问题进行研究.首先基于对大量山岭隧道围岩变形监测结果的统计分析,指出围岩变形规律和基本特点,以隧道掌子面围岩变形加剧点、初期支护施作和围岩变形稳定作为3个关键节点对"支护-围岩"力学演化过程的作用特点进行分析.提出了"浅层围岩"与"深层围岩"组成复合围岩结构的新理念,对围岩失稳的动态特征进行阐述,并通过计算分析指出了隧道围岩失稳模式、失稳机理和失稳范围的确定方法.基于围岩失稳模式推导作用于支护结构的围岩荷载计算公式,它包括由浅层围岩确定的"给定荷载"和深层围岩传递的"形变荷载"两部分.建立支护结构体系的协同作用力学分析模型,分析了弹塑性条件下影响塑性区变化的关键因素,揭示了初步加固圈层与后续支护圈层的协同作用原理.研究结论对实现隧道工程的动态化、定量化设计和施工具有重要的指导意义.     

负泊松比锚索超大断面隧道围岩大变形控制体系

为解决传统吸能锚索不能解决超大断面隧道软弱围岩隧道大变形的问题,首次提出将NPR锚网索支护体系应用于超大断面隧道支护措施中。本文依托侨城东路隧道东线标准段为工程背景,通过实地勘察,室内试验和理论分析的方法,从围岩岩性,物理力学特性以及水文地质条件方面,揭示了侨城东路隧道围岩大变形机理;通过室内试验得到NPR锚索物理力学特性并构建本构模型;再利用Rhino软件建立隧道以及初期支护模型、FLAC3D软件进行模拟计算,对比分析无锚索、PR锚索、不同排距NPR锚索4种方案围岩应力、位移、变形破坏规律。基于以上研究成果,进行室内相似比物理模型试验进行对比验证。结果表明,NPR 锚网索支护体系相比普通锚网索支护能够有效的控制超大断面隧道软弱围岩大变形,不仅为侨城东路北延通道工程的施工及初期支护提供了数据支撑,也为类似条件隧道的围岩变形控制奠定了理论基础。