分叉隧道施工对主隧道扰动的数值模拟

以大连地铁促进路站至春光街站区间45°交叉隧道建设工程为背景,采用有限差分软件FLAC3D模拟0°~90°7种不同横通隧道开挖对主隧道的扰动情况;并对主隧道锐角侧与钝角侧地表沉降进行对比分析,得出不同交叉角度时隧道的变形规律。结果表明:随着横通隧道开挖角度的减少,主隧道锐角侧的变形量逐渐变大,钝角侧的变形量逐渐减少;主隧道锐角侧曲线的波动性较大,钝角侧曲线则相对平缓;主隧道拱顶沉降最大值并非出现在交叉区中点,而是出现在主隧道开挖方向向前一定距离,并偏向横通隧道一侧。     

浅埋软岩隧道大变形特征及控制措施

为了解决浅埋软岩隧道在开挖过程中发生大变形的问题,本文依托在建隧道工程,分析隧道初支变形及破坏特征,并利用数值模拟软件对大变形原因进行分析,提出合理的变形控制措施。结果表明：洞口浅埋段围岩受到开挖扰动和地下水影响,围岩变形量大,纵向变形分布不规律;开挖初期变形快且变形速率大,最高达到38.4mm/d;变形持续时间长,变形后期能达到10.2mm/d;变形主要发生在上、中台阶开挖阶段,约70%;初支应力过大,且塑性区过度发展是隧道发生大变形的主要原因。根据现场监测数据和数值模拟结果提出优化工法、提高支护参数、进行洞内降水和加大预留变形量的综合处治措施。研究结果可为类似软岩隧道的大变形预防与处置提供参考。     

基坑卸荷开挖对下卧地铁隧道影响的数值分析

基坑卸荷开挖引起围岩应力场的改变,必然对下卧运营隧道的安全性造成影响。以北京地铁8号线上方基坑卸荷开挖为背景,运用MIDAS/GTS软件、分别针对3种不同工况对施工全过程进行动态模拟。结果表明:基坑按分块、小面积开挖,底部土体注浆加固可以有效控制隧道隆起变形。隧道隆起变形近似呈正态分布,最大值发生在基坑正下方的隧道断面,从基坑正下方沿隧道纵向向左右各30m为开挖主影响区,左右各60m范围为开挖扰动区。     

软岩隧道全断面开挖变形研究

为了研究软岩隧道在全断面开挖方式下的变形规律,本文对实际软岩隧道的全断面开挖方式下的拱顶变形进行研究,通过现场隧道监控测量的实测数据,并在室内对所得数据进行数值模拟分析。根据现场监控量测实测可知,软岩隧道的拱顶竖向变形稳定大约需要监测断面距离掌子面2~3倍洞径以上,根据数值模拟结果可以发现,当掌子面超前监测断面3洞径以上时,监测断面的变形趋于稳定。且现场实际监测的拱顶下沉数据与数值模拟结果接近。又得出初支变形规律可以一定程度上代表围岩的变形,因此在隧道监测实际实施中,可以通过方便快捷的初支变形监测代替围岩变形监测。     

岩溶区全断面开挖隧道围岩变形规律及其监测

运用相似模型试验和数值分析成果 ,分析岩溶区公路隧道在全断面开挖过程中的围岩变形特性 .提出了岩溶区全断面开挖隧道围岩变形时空曲线的一般模式 .在此基础上 ,建立了岩溶区围岩稳定性判别标准 ,给出超前支护和二次衬砌的最佳时机 .并运用现场量测数据的结果验证了所提出的岩溶区全断面开挖隧道围岩变形规律的正确性 .     

大跨度土质隧道自然成拱优化数值模拟研究

土质隧道围岩在工程实际施工中具有明显的弹塑性变形特征.通过运用FLAC3D软件,模拟隧道实际开挖过程,可得到隧道开挖过程中围岩应力分布及周边位移变化量,为隧道的施工提供预警信息和优化隧道设计提供理论支持.在控制地表变形方面,采用交叉中隔壁法(Cross diaphragm-CRD)施工时,地表最大沉降量为20.37 mm,而双侧壁导坑法则为25.8 mm,结果表明CRD法在控制围岩变形方面要优于双侧壁导坑法.因此,为了避免隧道在开挖过程中发生塌方等事故,应优先采用CRD法开挖.然而,运用FLAC3D软件模拟CRD法开挖过程,得到开挖隧道上部导洞所引起地表的沉降量占总沉降量的50%以上.因此,对CRD法上部导洞的开挖工序进行优化,能有效地降低塌方等事故发生的概率.     

节理化炭质页岩地层隧道围岩大变形及控制技术研究

某高速铁路XHS隧道穿越节理化炭质页岩地层,在施工过程中围岩大变形、失稳坍塌现象显著,现场采用强支护和仰拱加深等措施后围岩变形控制效果不佳。针对XHS隧道节理化炭质页岩地层地质条件,结合现场监测手段、离散-连续耦合数值模拟分析围岩大变形及破坏特征,基于数值模拟提出以采取地层预加固为主的围岩变形控制措施,并通过现场试验探讨该控制措施的应用效果。研究结果表明：隧道开挖后,围岩变形具有变形量大、变形速率快的特点,围岩拱部沉降量大于水平收敛量且变形具有非对称的分布特征;受三台阶法多次开挖扰动影响,围岩卸荷范围动态发育并不断向全环扩展,松动区逐渐由浅部围岩向深部转移,并呈现出非对称的破坏特征,最终引发围岩大变形;采取地层预加固后,模型中围岩变形和松动区范围明显减小,围岩非对称变形破坏也得到了有效控制;在采用地层预加固、管棚超前支护、三台阶临时仰拱法开挖的控制措施后,围岩变形得到控制,施工效果良好,隧道恢复正常施工,保证了隧道的顺利贯通;以地层预加固为主的控制措施是此类节理化炭质页岩地层围岩变形控制的有效手段。     

高地应力富水软岩铁路隧道变形机理及施工控制措施

国家一带一路重点项目云南玉磨铁路曼勒一号隧道地处喀斯特地貌区,现场施工中遇围岩地应力高、变形量大、变形持续时间较长等问题,导致初支变形严重,影响施工进度,其中高地应力是导致围岩大变形的主要原因。本文通过建立力学模型分析与施工现场试验,提出开挖迂回导坑释放高地应力的控制措施,降低隧道围岩大变形风险。研究结果显示：通过数值模拟分析增设迂回导坑后隧道正洞围岩变形量有效降低,拱顶沉降及拱腰收敛分别降低38.46%和58.34%、围岩塑性区最大塑性应变减小25.40%,围岩及初支结构应力减少了20-24%。现场施工中,迂回导坑段隧道比仅开挖隧道正洞的围岩变形量减少了61.92%。迂回导坑的开挖有效控制变形量及变形速率,现场试验效果良好,施工进度得以加快。     

层状岩体隧道围岩稳定性的数值模拟分析

层状围岩中隧道开挖会引起非对称大变形现象,导致钢拱架扭曲、二衬开裂等工程问题。针对该问题,以四川省道219线改建工程海子山隧道为工程背景,在对该隧道围岩形变规律调研的基础上,建立基于块体离散元理论的数值模型,对层状围岩地层隧道稳定性进行数值分析。研究结果表明:隧道围岩大变形主要发生在以板岩为主的软弱岩层中,围岩的变形受层理面影响,表现出显著的非对称形变特征;当层理面与掌子面交线的视倾角等于0°时,层理面倾向角对围岩位移场及其破坏形态无影响。围岩侧压力系数λ=1、λ>1以及λ<1时,围岩的破坏形态分别受层理面、主应力方向、层理面与主应力方向共同控制;当视倾角等于90°时,围岩形变特征及其破坏形态在不同层理面倾向角的影响下存在4种模式。当视倾角不等于上述特殊情况时,在不同层面倾向角的影响下,围岩的变形特征及破坏形态存在8种模式。     

硬岩地区浅埋暗挖隧道施工地表沉降特征模型试验研究

城市地铁隧道开挖会对围岩产生扰动并破坏其稳定性,严重时甚至引起地层失稳而造成路面塌陷事故。为研究城市地铁浅埋暗挖隧道施工所引起的地表沉降基本特征,本文以青岛硬岩(花岗岩)地层为例,通过室内三维模型试验对隧道开挖过程进行了动态模拟,总结出不同工况下开挖所引起的地表沉降规律,同时将数值模拟结果与室内试验结果作对比分析。研究结果表明：浅埋隧道的开挖会引起以地表沉降为主的地层变形,其横向沉降数值分布会呈现出“两侧小中间大”的沉降槽,这与数值模拟结果较为相符,即隧道正上方的沉降变形最大,越是偏离隧道中轴线则地表受开挖扰动越小;而纵向地表沉降则分为“缓慢变形”“剧烈变形”以及“变形稳定”三个阶段,上述阶段的影响范围基本维持在距掌子面-1.6D~1.6D(D为隧道洞径)之间。因此,试验所得结果可以应用在硬岩地区浅埋暗挖施工当中。     

跨不同倾角软弱层隧道围岩变形规律

山区隧道与地下工程的建设中多会穿越软弱夹层或破碎带等软弱地层。此类软弱地层几何形态变化大,力学性能差,隧道开挖后的收敛变形往往难以控制,这也成为山岭隧道施工以及结构设计的难点所在。本文着眼于软弱地层倾角对隧道围岩开挖变形的影响规律,利用模型试验,对无支护条件下软弱层围岩的拱顶、拱腰进行研究,监测了软弱层倾角分别为45°、60°、90°、120°、135°时隧道开挖造成的收敛变形;并结合数值模拟方法,进一步对比验证了模型试验的检测规律。结果表明：软弱层倾角对隧道围岩变形的影响十分显著。随着软弱层倾角的增加,隧道拱顶、拱腰以及仰拱的围岩位移先减小后增大。不同软弱层倾角下,通过归一化处理发现,拱顶和拱腰位置数值计算和模型试验的围岩位移变化结果呈现出高度的一致性。且根据监测面的塑性区云图,剪切破坏的区域贯通,分布于隧道一周,其面积随着软弱层倾角的增加,先减少后增大。     

隧道与前方大型溶洞应力集中叠加效应

在陆家寨岩溶隧道施工期间,曾预报并揭露大型溶洞,施工过程中接近溶腔段围岩变形较大且伴随围岩块体脱落,给隧道施工带来极大的安全隐患。基于深埋球形洞室的弹塑性二次应力分布,结合新奥法隧道施工理念,利用FLAC3D模拟隧道开挖接近并进入大型溶洞的过程。在自重应力场下分析不同大小的球形洞室周围应力场对隧道围岩变形的影响。结果表明:球形洞室会在周围形成中心半径为1. 5倍洞室半径的应力集中带;隧道开挖接近应力集中带时,将引起隧道前方应力集中区与溶洞应力集中带的叠加;随着隧道继续开挖,叠加效应在下一个进尺完成后失效;分布在隧道两侧围岩,该叠加再分散的过程会造成拱顶、拱肩的变形增大,影响隧道开挖的安全。研究为中国岩溶隧道的建设有重要的参考和借鉴价值。     

客运专线大断面隧道交叉中隔壁法(CRD)和台阶法施工比较

与普通铁路隧道相比客运专线隧道跨度大,高度更高,隧道周边围岩塑性区和变形大,应力集中更严重,拱顶更不稳定。台阶法和交叉中隔壁法能较好的控制大变形,适合软岩大变形地段隧道开挖,本文采用数值模拟对这两种施工方法进行比较分析。     

月亮山隧道围岩变形规律及稳定性

隧道开挖时,控制围岩变形是工程安全的重要保障。以湖北省月亮山隧道为例,选择三个典型隧道断面数据进行围岩变形研究,得到了围岩变形-时间关系曲线。通过利用最小二乘法和nlinfit函数法对量测数据的处理,得出两种回归分析方法下拟合程度的比较分析研究,从而发现一种更简便的计算方法和更适合该隧道的回归方程,预测了收敛趋于稳定的时间和总变形量,确定预留变形量,为二次衬砌提供合理的支护时机。同时运用FLAC3D三维有限元软件进行了数值模拟,分析了该隧道施工的空间效应,得到了围岩变形稳定距离。最后对隧道围岩稳定性进行了评价,给出相应的处理建议,对隧道的设计修改和施工具有重要的指导意义。     

月亮山隧道围岩变形规律及稳定性分析

隧道开挖时,控制围岩变形是工程安全的重要保障。本文以湖北省月亮山隧道为例,选择三个典型隧道断面数据进行围岩变形研究,得到了围岩变形-时间关系曲线。通过利用最小二乘法和nlinfit函数法对量测数据的处理,得出两种回归分析方法下拟合程度的比较分析研究,从而发现一种更简便的计算方法和更适合该隧道的回归方程,预测了收敛趋于稳定的时间和总变形量,确定预留变形量,为二次衬砌提供合理的支护时机。同时运用FLAC-3D三维有限元软件进行了数值模拟,分析了该隧道施工的空间效应,得到了围岩变形稳定距离。最后对隧道围岩稳定性进行了评价,给出相应的处理建议,对隧道的设计修改和施工具有重要的指导意义。     

台阶长度对软岩隧道台阶法施工影响分析

软弱围岩隧道施工时,围岩变形过大会对施工安全造成威胁.本文利用数值软件建立成昆铁路新白石岩隧道V级围岩洞口段的三维模型,模拟分析比对微台阶法和短台阶法隧道开挖引起的围岩位移和应力变化情况.结果表明:减小开挖台阶长度能够有效减小上台阶开挖引起的拱顶沉降和地表整体沉降;采用微台阶法施工可减小开挖引起的围压变形,保证施工的安全进行.     

动态原位监测技术在顺层岩体隧道的应用—以六汉隧道为工程实例

为明确六汉隧道浅埋顺层岩体开挖后围岩应力变化规律及特征。基于FLAC_^3D数值模拟分析顺层围岩隧道变形特性,对岩层节理面处偏压应力及二衬结构变形特征进行了施工期动态原位监测。结果表明：浅埋顺层岩体地形隧道开挖致使岩层节理面两侧局部应力不均衡,出现较大偏压应力和剪切应力;基于近9个月的监测点数据显示开挖20~30 m与80~90 m后,隧道初支与围岩接触应力变化明显,前者应力变化速率达到峰值,而后者开始趋于稳定;二衬混凝土结构应变随时间变化的响应规律表明初支结构承受围岩变形大部分有效荷载,二衬分担围岩变形传递的局部不均衡应力。其现场监测结果为今后该类型隧道设计与支护荷载的计算奠定了理论基础。     

混凝土强度等级对加筋拱肋支护效应影响研究

加筋喷混凝土拱肋支护中喷混凝土强度等级不仅决定围岩稳定性,而且影响支护成本。以某交通隧道的软弱围岩段(Q=0.01)为背景,利用有限差分软件FLAC3D对比分析了C15~C45六种混凝土强度等级时该混凝土拱肋加固围岩的变形量与塑性屈服区大小。数值模拟结果表明:喷混凝土强度等级在C15~C35之间时,提高强度对限制围岩变形、减小围岩塑性屈服区体积效果明显,说明对特定软弱围岩存在一个较优强度等级取值区间,盲目采用高强度喷混凝土无助于改善拱肋支护效应且不经济。研究成果可为地下工程喷混凝土拱肋结构设计提供借鉴。     

隧道洞口段边坡开挖稳定性及加固设计

依托庙岭隧道实际工程,基于Hoek-Brown准则并通过数值模拟重点分析隧道开挖对洞口段边坡的扰动影响,获得了边坡滑移的危险区域及锚固影响范围,对锚固设计方案进行了优化.研究结果表明:隧道开挖之前坡体应力变化场比较均匀,主要是水平向的位移为主,位移主要集中在断层破碎带周围,在边坡上亦有一定范围的潜在滑移面,尤其是在断层破碎带的影响下,可能产生较大地表沉降及沿坡体向下滑移趋势;锚固支护方案较好的减小了边坡的变形量,边坡在隧道开挖过程中存在一定范围的开挖扰动区域与锚固影响区域,开挖扰动区域大约在开挖面周围50 m内,锚固影响范围一般在15~45 m;在高应力范围的基岩中,可以适当调整锚杆作用方向来加固土体、优化设计.     

山岭隧道超浅埋段开挖围岩变形分析

随着我国公路、铁路建设的大力发展,山岭隧道洞口段、冲沟段、沟谷等地段的超浅埋问题严重威胁着隧道施工及运营期的安全。本文以某超浅埋山岭隧道为分析对象,采用了数值模拟和现场监测的手段,对超浅埋隧道在开挖条件下围岩的变形进行分析。分析结果表明：当隧道埋深小于2倍隧道直径时,埋深越浅隧道开挖后拱顶下沉位移量越大;超浅埋隧道开挖后围岩的变形可分为三个阶段,即变形急增阶段、变形缓慢阶段和变形平稳阶段;其中,第一阶段围岩产生的变形最大,是隧道开挖过程中重点关注的一个阶段。最后,通过对比分析发现,实际监测数据与模拟结果变化趋势基本吻合,模拟结果的累积变形值略大于实际监测结果,这是因为监测工序晚于开挖工序。因此,掌握超浅埋隧道在开挖过程中的围岩变形规律,并制定科学合理的开挖支护措施对隧道的安全十分重要。本文的研究是基于工程实例开展的,其研究成果对同类工程具有指导意义。