连拱隧道近接重叠既有隧道时的施工性态数值模拟

以具有浅埋、偏压、近距离不对称重叠于下部既有小净距隧道等特征的雅山连拱隧道为工程背景,借助数值模拟手段,分析偏压近接重叠条件下连拱隧道正洞采用"先深后浅"及"先浅后深"两种开挖工序下的施工力学形态.通过比较两工序中连拱隧道围岩和既有小净距隧道衬砌的变形情况、中隔墙变位和受力情况,可知两开挖工序中,连拱隧道围岩变形基本一致,竖向沉降和水平位移值分别以右侧深埋正洞拱顶和浅埋左侧正洞与中导洞相交处为最大,其值分别达到3.19 mm和1.17 mm;浅埋偏压条件下,中隔墙自浇筑成型即处于小偏心受压,但其初始倾斜变位因正洞的开挖而逐步得到拨正;连拱隧道岩体开挖将导致既有小净距隧道内侧拱肩-拱腰区域衬砌出现朝向开挖区的变形,且"先深后浅"工序较"先浅后深"工序偏大0.01~0.02 mm.     

浅埋大跨连拱隧道的变形监控及数值模拟

在浅埋大断面大跨度双连拱隧道开挖过程中,对隧道进出口边坡点、地表点、拱顶下沉量等进行了监控量测,分析了隧道进出口边坡点、地表点、拱顶下沉量和隧道上覆岩层随开挖的运动变化规律及隧道结构的受力情况。数值模拟结果表明,浅埋大跨度双连拱隧道开挖施工对相邻隧道的受力状态和稳定性会产生很大的影响,施工过程中应加强对中导洞、隧道进出口等的监测,掌握连拱隧道开挖左右洞相互影响的规律,及时反馈指导施工,并采取相应的支护措施,确保施工安全。     

某浅埋偏压连拱隧道二衬开裂原因分析

某浅埋偏压连拱隧道中导洞开挖中隔墙浇筑后,对靠近山体内侧的右洞先行开挖和支护,再进行靠近山体外侧的左洞的开挖,右洞二衬出现部分地段纵向开裂.针对该隧道实际情况,建立数值分析模型,分析了现有地质和施工条件下该隧道二衬开裂的主要原因,提出了类似条件下合理的连拱隧道施工工序.     

浅埋偏压对连拱隧道施工力学效应的影响及处治措施

浅埋偏压赋存条件是诱发连拱隧道大变形灾害的重要因素.以某浅埋偏压公路连拱隧道工程为背景,借助数值模拟方法对比研究不同开挖方案条件下偏压连拱隧道围岩、支护结构及曲中墙力学行为变化规律,并结合现场实测数据分析偏压洞口失稳灾害原因及处治措施.研究结果表明,围岩水平位移和竖向位移呈非对称分布,施工阶段埋深较大侧围岩变形受偏压荷载作用影响更为显著;不同开挖方案条件下中墙水平应力分布差异不明显,而竖向应力分布差异较大,中墙墙脚(拱脚)位置出现水平压应力集中现象;方案Ⅱ条件下隧道初期支护拱顶水平和竖向位移均约为方案I的1.40倍以上,且方案Ⅱ更易引起埋深较大侧隧道中墙墙体因遭受附加偏压荷载作用而发生压裂破坏;针对浅埋偏压洞口大变形诱发原因,给出相应的防治措施,加固处治效果显著.研究成果可为浅埋偏压隧道施工变形控制和灾害防治提供科学参考.     

偏压连拱隧道围岩压力及结构计算

为了解决目前在设计中尚无满足连拱隧道特点的围岩压力理论,特别是在浅埋偏压条件下围岩载荷估计偏差较大问题,应用岩柱理论求得塌落拱曲线方程,用作图法确定地形偏压临界覆土厚度,对偏压连拱隧道与非偏压连拱隧道进行界定。在此基础上,提出浅埋偏压连拱隧道地层主动偏压载荷和被动不均匀载荷确定方法及地形偏压情况下隧道支护结构的合理计算方法,并求得不同坡率、不同围岩级别条件下浅埋侧土体的弹性抗力系数的合理取值,为设计中偏压连拱隧道采用载荷结构模式计算时浅埋侧土体的弹性抗力系数取值提供参考。     

破碎岩质斜坡下浅埋连拱隧道施工力学效应研究

以某高速公路连拱隧道为研究对象,采用数值模拟方法研究破碎岩质斜坡下浅埋连拱隧道施工力学响应特征,并分析加固措施和开挖顺序对隧道围岩和结构应力与位移的影响规律。研究结果表明,偏压连拱隧道围岩水平和竖向位移均呈非对称分布,斜坡左上方为水平位移敏感区,拱顶和隧底竖向位移分别表现为沉降和隆起;中墙墙脚处出现水平应力集中现象,深埋侧中墙墙身受偏压作用显著,加固围岩可降低中墙墙身应力约16%以上,而先开挖深埋侧隧道会引起中墙墙身竖向应力增加达22%;初期支护结构位移呈非对称曲线分布,拱脚位置水平位移较大,左右两侧位移方向相反;从控制围岩和支护结构位移角度,采取斜坡与隧底破碎围岩注浆加固措施后处治效果显著,且宜优先进行地形偏压浅埋侧隧道施工。研究成果可为类似地质地形条件的偏压隧道设计与施工提供科学参考。     

埋深对岩溶隧道地震动力响应影响分析

基于工程波动理论,应用ABAQUS数值模拟和理论解析方法,研究了溶洞中心与隧道中心处于同一水平时,埋深对岩溶隧道地震动力响应影响规律,并对比分析地震作用下有无溶洞时隧道的反应差异性.分析结果表明:岩溶隧道和非岩溶隧道发生较大位移的部位均为拱肩和拱脚;溶洞对隧道地震动有缓冲作用;岩溶隧道埋深越浅,地震动力响应位移越大;在地震作用下,隧道二次衬砌第一主应力较集中的部位是拱脚.埋深15 m时第一主应力最大,埋深100 m时第一主应力最小;埋深100 m时,岩溶隧道比非岩溶隧道的第一主应力小,说明溶洞对隧道岩体有一定的应力释放作用.     

浅埋偏压连拱公路隧道修建若干技术问题探讨

我国在高等级会路建设中,遇到隧道时主要采用分离式双洞形式.但在一些特殊的地质和地形条件下,从线形和线桥隧衔接方式等综合考虑,必须采用连拱隧道.连拱隧道具有浅埋、偏压和中长短等基本特征,较好地解决了传统分离式双洞隧道在线形上的限制,故得到了广泛应用.本文主要就浅埋偏压连拱公路隧道修建过程中的若干技术问题进行了探讨,包括偏压产生的机理及其影响因素研究、合理衬砌结构形式、施工方法、进洞技术和支护结构参数等.     

多孔连拱的实用抗震计算方法

本文住单拱实用抗震计薄研究的基础上,进一步解决我国地震区常见的多孔连拱的实用抗震计算方法。通过对连拱体系动力性能及反应规律的系统分析,提出简化的力学模型,用MRC-3,MRC-4程序计算了连拱的地震反应系数。最后用实例说明计算方法的应用并讨论了连拱抗震加固的基本原则。     

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.     

小净距隧道设计荷载的确定

为了提高小净距隧道的设计理论水平,分析了小净距隧道的受力情况.塌落拱的高度一般在3～4 m(隧道宽度15 m),小净距隧道中夹岩墙宽度只有5～7 m,在施工过程中,2个隧道的松动圈会出现重叠,使中夹岩墙产生较大的垂直向下位移,从而增加了塌落拱的跨度,中夹岩墙上部的应力相应增加.基于双塌落拱理论,认为小净距隧道松动压力的计算值应在单个隧道宽度与整个隧道开挖宽度相应的松动压力之间取值,根据中夹岩壁下沉的大小,在双塌落拱压力上乘以0.5～0.8的系数,来确定小净距隧道的荷载,建立了深、浅埋小净距隧道荷载模式.将该方法确定荷载与福州国际机场高速公路鹤上隧道(小净距)的监测数值进行对比,两者有较好的吻合.     

地震作用下大断面隧道衬砌结构的动力损伤特性

基于混凝土材料的动力损伤特性,建立了其弹塑性损伤本构模型,将该模型应用于强震区某大断面隧道工程,分析了不同地震波入射方向、地震波强度和围岩条件下隧道结构的地震响应与动力损伤规律,探讨了大断面隧道结构的地震损伤特性和破坏机理。研究结果表明：地震波垂直、水平两种入射条件下两者衬砌的压主应力、加速度响应形态相似,但水平入射条件下衬砌结构的应力、加速度响应相较于垂直入射条件更加剧烈;水平入射时衬砌的动力损伤远大于垂直入射时的动力损伤,且动力损伤主要集中于拱腰与墙脚处;围岩条件对隧道衬砌结构的拉主应力响应以及动力损伤有显著影响,V级围岩条件下衬砌结构的最大拉应力是IV级围岩下的5.7倍;隧道结构的地震响应与动力损伤特性也受地震波强度的影响,随着地震波强度增大,应力、加速度响应峰值以及最大动力损伤量均呈现非线性增大趋势,动力损伤随之加剧且由拱腰和墙脚处逐渐向外扩展;在强震区软岩隧道抗震设计以及运营期间震后加固修复应着重注意动力损伤集中的部位。     

浅埋土岩复合段隧道冒顶分析与防治

通过对某高速公路隧道浅埋段开挖过程中坍塌冒顶事件进行分析，提出冒顶处治措施，并建立隧道风化残积深度处于拱顶以及拱顶以下1m的数值模型，进行无超前支护不同开挖步距的变形特征数值试验，试验表明无超前支护情况下即使采用上下台阶法对隧道进行开挖0.6m，拱顶的围岩变形最大仍达到3.578 mm、4.789 mm，隧道拱顶残积体对隧道开挖后续支护作业产生较大安全风险。在风化残积深度处于拱顶以下1m时，原设计小导管纵向间距由2.4m调整为0.6m后，开挖0.6m的拱顶最大变形由2.348 mm降低至1.747 mm，结合现场坍塌冒顶事件，为确保后续隧道浅埋土岩复合段落施工安全，提出了冒顶防治措施并在隧道开挖施工中取得良好的效果。     

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．     

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;侧洞靠近中洞上台阶支护结构受拉而远离中洞上台阶受压;中隔墙中部主要承受压应力,而顶纵梁和底纵梁则同时承受拉应力和压应力;地表沉降最大值位于隧道中心,为7.20 mm,隧道施工影响区域半径约为25 m;隧道稳定性随中洞上下台阶错距及侧洞相邻台阶错距的增大而减弱,随侧洞拉开距离增大而增强。     

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.     

特大断面隧道断层段地震响应与断层构造关系

针对特大断面隧道断层破碎带地震响应强烈而导致衬砌结构更易遭受破坏的问题,本文采用FLAC 3D仿真计算软件,通过数值模拟,研究特大断面隧道地震与断层宽度、断层倾角的关系,分析衬砌地震响应规律,确定抗震薄弱位置及抗震设防范围。分析结果表明：断层处的衬砌横断面上的拱腰和拱脚处属于抗震薄弱位置,需要在这些位置处重点进行设防;断层上盘位置对地震响应更明显,应加强这些位置上隧道衬砌的抗减震措施;地震时,小倾角,大宽度的断层构造对特大断面隧道的影响大。在本文研究的断层构造范围内,特大断面隧道的抗震设防区域选取应为：断层及断层交界面前后各取25~30m的区域。这些结果可为地震区的特大断面隧道设计建设提供参考。     

中承式拱桥主拱静风载试验及数值模拟

大跨度中承式拱桥属于柔性空间结构,主拱上风荷载往往起控制作用.以重庆菜园坝长江大桥为例,进行主拱单拱及双拱节段模型测力风洞试验.均匀流下的单拱测力试验表明,主拱的阻力系数变异性较小,升力系数与力矩系数变异系数较大.双拱测力试验表明,迎风拱的静力三分力与单拱试验结果相差不大,下风拱静力三分力系数随两拱的间距宽度比及攻角变化.利用流体力学软件FLUENT对拱的静力三分力系数进行了数值模拟,模拟结果与试验吻合较好,很好地显示了阻力系数随两拱间距宽度比的变化.     

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。     

大跨度中承式拱桥静风稳定性分析

在大跨度中承式拱桥中,主拱为受压构件,静风荷载不仅会引起结构的动力特性改变,还将导致结构强度破坏和失稳。尤其当桥梁跨度较大、横撑又较少时,其静风稳定规律与斜拉桥、悬索桥等桥梁有较大的区别。文中以重庆菜园坝长江大桥为例,通过节段模型试验,获取了静风荷载在重庆菜园坝长江大桥上作用的全过程位移响应,分析了静风作用下结构的屈服失稳机制。分析表明,静风的初始攻角、材料的强度、静力三分力系数等因素对大跨度中承式拱桥的静风稳定性均有较大的影响。