浅埋隧道拱顶土石混合体围岩沉降预测

由于地层风化、水土流失等原因,隧道围岩极易形成风化土层,对浅埋隧道开挖沉降产生严重影响。本文将利用连续-非连续数值模拟方法,对这类土石混合体围岩的拱顶沉降因素进行具体研究。结果表明：在相同工况下随着岩石含量、岩石最小粒径和最大粒径的增大,拱顶沉降量逐渐降低;随着土和岩石参数的下降,拱顶沉降量明显增加,进而得出拱顶沉降值的范围。最后结合隧道的实际工程情况,验证了该预测范围的有效性。本文对拱顶沉降的因素进行了进一步的比较,结果可为土石混合体围岩拱顶沉降预测设计提供参考。     

偏压荷载下地铁隧道变形特征及预测研究

以某市地铁区间隧道为研究对象,使用FLAC3D软件模拟分析了桥梁基础下浅埋暗挖法施工过程中,地铁隧道周边土体的变形和衬砌应力分布情况;同时建立了隧道拱顶沉降值的时间序列模型,并预测了拱顶沉降的变化趋势。结果表明:由于上部桥梁基础偏压和土体强度较低的影响,在开挖完成后隧道的右侧地层出现了较大的变形;同时在隧道初次衬砌两侧边墙的中部也出现了较大的应力值,对于这些隧道部位可采用锚杆注浆加固或采用钢支撑进行加强支护,以确保施工过程安全可靠;另一方面,基于ARMA模型的时间序列分析法可以较好地模拟隧道结构的复杂变形,为科学分析隧道变形特点和较准确地预测变形进行了有益的探索。     

富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术

为了解隧道下穿富水强风化砂岩地层施工对既有铁路的影响，依托某电缆隧道下穿广深铁路工程，通过理论分析、数值模拟与现场监测开展了相关研究，并分析了具体施工措施对隧道及地表变形控制的影响。结果表明：当不考虑地表列车荷载和地层富水时，开挖及顶进力为地表沉降、隧道变形的主要影响因素；当单独考虑列车荷载或地层富水弱化作用时，列车荷载会使得下穿段地表沉降和隧道拱顶沉降增大，而地层富水弱化对隧道进出口段沉降及下穿段底部隆起影响较大；当同时考虑列车荷载和地层富水时，隧道拱顶沉降及下穿段路基沉降均会大幅增加。对比分析现场监测、Peck公式预测和数值模拟计算结果，可知数值模拟结果与不考虑地层富水弱化时的Peck公式预测结果十分吻合，但由于其未考虑加固止水措施地表沉降大于现场监测结果。电缆隧道下穿广深铁路现场施工严格执行现场监测和变形控制措施，将地表沉降值和隧道拱顶沉降值分别控制在6 mm和10 mm之内，隧道底部隆起控制在5 mm以下，保障了项目的顺利实施与列车的运行安全，可为同类型工程提供一定的经验参考。     

岩-土复合地层隧道施工引起建筑物沉降计算

基于随机介质理论,考虑岩层与土层性质的差异性,将地层分为岩层与土层两部分,建立了双层介质计算模型.该模型首先利用沉降预测公式,计算得到岩土分界面的沉降曲线,然后将该沉降曲线与岩土分界面所围成的区域视为"不等厚开挖",获得土层沉降规律.在考虑基础埋深与结构刚度对建筑物变形影响的基础上,经推导得到了建筑物沉降计算公式.最后以贵阳地铁2号线观兴区间暗挖隧道下穿建筑物工程为背景,对比分析了计算值与实测值.结果表明:所建立的双层介质计算模型考虑了岩层与土层两种介质的差异性,计算所得的建筑物沉降值与实测相符.     

浅埋偏压小净距隧道围岩变形影响因素数值模拟研究

通过有限元数值模拟软件模拟了浅埋偏压小净距隧道在不同间距和不同埋深条件下的开挖,研究了隧道间距和埋深对隧道围岩变形的影响。结果表明:隧道的最大变形出现在拱顶,但并不在拱顶的正中间,而是中间偏右侧;右侧隧道的拱顶、拱底和侧墙等部位的位移均比左侧隧道的大;随着隧道间距的增大,地表沉降值不断减小,而拱顶下沉累计沉降量先减小后增大;随着隧道埋深的增大,拱顶沉降量增大,地表沉降累计值减小。     

运营期浅埋公路隧道拱顶覆土层力学分析模型及沉降规律研究

浅埋盾构隧道下穿既有公路时,车辆荷载作用下隧道拱顶不同深度覆土层会发生沉降,针对这一问题,提出一种盾构过程中拱顶覆土两阶段沉降分析模型,采用ABAQUS数值模拟(FEM)验证本文所建立沉降模型的正确性。研究结果表明：对Peck公式中土体体积损失参量进行修正并基于非线性荷载作用下的Boussinesq解所建立的等效地表两阶段沉降分析模型能有效预测车辆循环荷载和隧道盾构耦合作用下盾尾拱顶覆土沉降发展规律。在盾构过程中,盾尾拱顶覆土沉降扰动增加区段位于接近区至下穿区前2/5处,下穿区出现沉降峰值后进入沉降扰动平缓区段,远离区为沉降扰动减小区段,沉降发展规律符合Protodyakonov压力拱理论,沉降增加主要发生在压力拱破坏期间;盾构完成后,车辆循环荷载影响5 m左右深度的覆土层沉降,深度大于5 m时车辆荷载发生应力扩散,沉降主要影响因素为隧道开挖造成的土体体积损失。     

软土隧道拱顶与地表沉降关系研究

通过对深圳地铁一期工程区间隧道地表、拱顶下沉的现场实测及回归分析和数值模拟,提出了预测拱顶下沉的指数函数方法和超前拱顶下沉数值模拟方法.数值分析验证了回归效果,同时明确超前拱顶下沉量较大.最后结合隧道开挖应力释放及地下水流失,造成的地层失水效应,分析了拱顶与地表沉降的关系,得出深圳软土地层地铁隧道建设中普遍存在的地表与拱顶沉降相差较大的现象与现场监测滞后掌子面及地层中含水含砂有关.     

交叉隧道盾构施工引起既有隧道沉降的随机介质模型

交叉隧道开挖施工引起地层的位移会对埋置其中的既有隧道产生影响,甚至造成灾害。为此,提出了交叉隧道盾构施工引起既有隧道沉降计算的随机介质理论方法,分析了交叉隧道工程应用随机介质理论的原理及基本方程,从而建立了新建隧道盾构施工引起既有隧道沉降的随机介质模型,并探讨了计算参数的选取方法。工程实例分析表明:随机介质理论适用于计算交叉隧道盾构施工引起的既有隧道沉降变形,从而对交叉隧道安全施工具有一定的指导意义。     

穿江隧道拱顶沉降的三维有限元分析

以浏阳河穿江隧道西线单洞CD法开挖为例,利用Ansys有限元软件对隧道开挖过程进行了三维动态模拟分析,得到在CD法开挖下隧洞拱顶沉降值,并与实际监测数据进行对比,总结了在该工程条件下隧道拱顶沉降的特点和变化规律,为以后类似的工程提供借鉴、依据和指导.研究表明：拱顶沉降随空间位置变化不明显;隧道上层覆土固结程度越高,拱顶沉降越小;加固区范围适合,抗渗性良好,渗流对拱顶沉降有一定的积极作用.     

超大断面隧道双侧壁导坑法开挖步序优化

重庆市轨道交通5号线1期3标段为富水浅埋扁平超大断面隧道工程,采用9步双侧壁导坑法中的对称开挖步序施工。应用MIDAS-GTS软件建立隧道三维有限元模型,计算了3种不同开挖步序条件下地表沉降、围岩变形和支护结构受力情况,并将计算结果与现场监测数据进行了对比验证。验证结果表明:扁平超大断面隧道拱顶区域受力作用面较大,拱顶区域围岩及喷混支护应力较大,拱顶稳定性较低,拱脚应力集中。施工阶段隧道结构对横向变形较为敏感,3种开挖步序拱脚水平收敛值曲线随施工步序呈现多台阶变化;中隔墙核心土拆除时,水平收敛值及拱顶沉降值曲线出现突变,该阶段应增大监测频率。对3种施工步序进行了数值模拟,提出了本工程地质条件下大跨扁平隧道施工的合理步序。     

浅埋大跨度隧道管棚支护进洞三维有限差分法分析

随着隧道施工“新奥法”的日趋成熟,超前大管棚支护是隧道施工中穿越软弱破碎围岩的一种有效的加固施工方法．本文在对管棚法在大跨度极浅埋破碎地层隧道开挖中的加固机理研究的基础上,以某大跨度隧道为例,利用三维有限差分法对隧道开挖后的受力、变形情况进行模拟,分别分析了有无管棚预加固措施对拱顶沉降的影响并与实测拱顶沉降值进行比较,得出管棚能显著抑制破碎围岩地层的变形及拱顶沉降,减少隧道初期支护的变形和受力,保证施工安全．     

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。     

基于分段回归模型的变形监测数据分析

通过对回归模型在变形监测的应用研究,结合工程实例,对某高铁隧道的拱顶沉降值运用分段回归模型进行分析预测,建立时间和位移变形量的回归分析模型,并从统计检验、曲线线型、拟合度三个层面进行评价,得出分段回归模型可以较好的预测隧道断面的变形趋势,从而验证了该方法的工程实用价值。     

水对灰质泥岩隧道围岩稳定性影响研究

在灰质泥岩隧道施工过程中,水会导致围岩岩石的物理化学性质发生变化,进而对隧道围岩的稳定性有着重要的影响。基于金盆弯隧道现场的监控量测数据,通过分析雨季和非雨季时相同埋深、相同地质情况下隧道段面的围岩与初期支护之间的压力、初期支护钢支撑的应力及隧道拱顶沉降结果,确定了水作用下,围岩与初期支护之间应力随时间的变化情况、初期支护内力随时间的变化情况以及拱顶沉降随着时间的变化情况。并通过有限元数值模拟软件ABAQUS,模拟隧道开挖后,在有水和无水环境下围岩横向和竖向位移的变化,得到:水的存在导致隧道围岩的拱顶沉降增大,拱腰及边墙收敛增大,进而分析水对围岩的稳定性的影响。通过对比分析拱顶沉降的数值模拟结果与现场监控量测结果,可以看出两者的沉降变化规律相吻合,验证了模型的合理性,从而进一步更改完善施工、设计方案,来保证隧道的安全施工,同时也为今后研究水对围岩岩石性质及围岩稳定性影响的机制提供了参考。     

高速公路隧道施工中粘弹性变形的有限元分析

以浙江上三线高速公路隧道为工程背景，应用大型有限元软件MARC对洞口段隧道进行动态施工全过程三维有限元模拟。分析了施工工序，工艺对隧道拱顶沉降，侧壁收敛变形的影响，全面追踪了动态施工中隧道关键部位的变形过程，并基于弹性－粘弹性对应性原理，由各向同性及横观各向同性弹性计算的变形结果预测隧道的粘性变形。     

软岩隧道掌子面挤出与拱顶沉降变形相关性

依托某通过水平旋喷超前加固后实现了大断面开挖的软弱围岩铁路隧道,通过在掌子面和掌子面后方拱顶布设监测点,进行相关项目的量测。按照施工组织情况,建立计算模型,设计相应的计算工况。基于实测结果和数值模拟结果,研究掌子面挤出变形、拱顶沉降变形与仰拱跟进距离之间的关系,分析掌子面挤出变形与拱顶沉降变形之间的相关性,为其后续施工和工法改进提供了数据支持和参考。     

局部存水空间对寒区隧道衬砌劣损特性的影响分析

为了探明隧道衬砌与围岩之间局部脱空存水空间对隧道衬砌劣损性的影响,基于存水空间水热力三场耦合理论,利用ABAQUS软件建立了水热力耦合理论模型,并对隧道拱顶沉降位移和裂缝分布状态进行数值模拟。将数值模拟和实际监测数据进行对比分析,验证了理论模型的适用性。基于被验证的理论模型,对衬砌裂缝的渐进开裂过程进行了数值模拟分析,详细探讨了存水空间位置、冻胀量以及衬砌砼厚度变化对隧道衬砌结构应力、劣损裂缝的扩展及其分布规律的影响等相关问题。结果表明:隧道衬砌结构在存水空间对应的中心区域产生的裂缝较为集中,多表现为张拉型裂缝,且衬砌的劣损状态由强到弱分别为拱顶存水、拱腰存水、拱脚存水、仰拱存水。     

黏弹性条件下大跨度公路黄土隧道二次衬砌施作时机

为研究大跨度公路黄土隧道二次衬砌施作时机,以神府(神木—府谷)高速公路墩梁隧道为依托,采用现场测试、数值模拟和理论分析相结合的方法,首先对隧道拱顶变形进行现场测试,揭示其变形规律,提出了基于隧道二次衬砌安全临界状态的最佳施作时机计算方法;其次根据黏弹性条件下隧道围岩变形理论公式,结合现场监测数据反演分析得到围岩Kelvin模型流变参数;最后利用提出的最佳施作时机计算方法和Kelvin流变模型,通过数值模拟研究了黏弹性条件下大跨度黄土隧道二次衬砌最佳施作时机。结果表明:大跨度公路黄土隧道变形经历急剧变形、持续变形和缓慢变形3个阶段,各阶段产生的沉降值分别为最大沉降值的67.7%,21.7%和10.6%;Kelvin模型中蠕变参数黏性元件黏滞系数η为2.75×10~(14) kPa·s,与黏性元件串联的弹簧元件弹性模量E_1为138.3 MPa,与黏性元件并联的弹簧元件弹性模量E_2为321.5 MPa;大跨度公路黄土隧道Ⅴ级围岩深埋段二次衬砌最佳支护时机为初期拱顶下沉速率小于0.3 mm/d。     

富水软弱地层矩形混凝土顶管施工地表沉降研究

随着城市隧道建设环境的日益复杂,很多矩形隧道不再具备明挖条件,而采用顶管施工,合理预测矩形顶管施工引起的地表沉降是工程成败的决定性因素之一.依托苏州地铁5号线某车站矩形顶管工程,建立基于随机介质理论的地层损失模型和基于弹性力学Mindlin解的计算模型,得到矩形顶管施工引起地表沉降的计算公式.选取K34断面,对比了现场实测数据与理论计算的结果.研究结果表明:建立的矩形顶管地表沉降预测模型能较准确地预测矩形顶管引起的地表沉降,其预测值和现场实测数据的误差仅为10.6％;地层损失引起的地表沉降是总地表沉降的主要组成部分,侧摩阻力与正面顶推力占比较小;理论预测曲线的沉降槽宽度与实际沉降槽宽度较为接近,约为2～3倍隧道埋深.     

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.