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。     

浅埋扁平超大断面隧道围岩变形及核心土开挖合理长度研究

以重庆轨道交通5号线3标里程DK18+138.948~DK18+191.964区间浅埋扁平超大断面隧道工程为依托,对隧道围岩变形及双侧壁导坑法预留核心土开挖合理长度进行研究.采用数值分析软件MIDAS-GTS建立了核心土长度分别为20m、25m、30m隧道三维实体模型,将计算值与现场实测数据进行对比,验证了本文方法的正确性和有效性.通过地表沉降、围岩变形、掌子面附近拱顶下沉、掌子面挤出位移等方面综合分析,最终确定依托工程双侧壁导坑法核心土开挖的合理长度为25m,且不宜大于研究段隧道长度的1/2.本文的方法和结论为此类扁平超大断面隧道核心土留设合理长度问题的研究提供参考,并为施工提供理论支持.     

偏压隧道洞口段开挖工序分析

依托大河店隧道工程,运用ANSYS有限元软件建立了三维模型,对浅埋偏压段隧道洞口环形开挖预留核心土不同开挖工序进行数值模拟,比较分析不同工况下的支护结构的应力及变形。分析得出合理开挖工序,为大河店隧道的设计、施工提供一定依据,并可供类似工程参考。     

浅覆土盾构隧道施工引起地表沉降规律研究

为研究浅埋大直径土压平衡盾构施工穿越砂卵石地层造成的地表沉降规律,以北京新机场线9m直径土压平衡盾构隧道为背景,对10m、12m、13m、15m四种覆土厚度下的地表最大沉降、沉降槽宽度、地层损失率进行了对比分析,并用Peck公式进行拟合。分析结果表明：相同施工参数下,隧道上方地表最大沉降和地层损失率随覆土厚度增加而减小且成拱覆土厚度附近存在变化速率的突然改变;深埋隧道测点沉降稳定时间较短,约为2天,浅埋隧道时间较长,约为4天;实测沉降槽宽度及沉降槽拟合曲线的宽度系数与隧道覆土厚度相关性不明显,实测沉降槽宽度约为隧道中线两侧1.5D范围(D为开挖直径);实测地层损失率与通过Peck公式反算的地层损失率都随隧道覆土厚度增大而减小。     

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.     

回填土大跨超浅埋地铁隧道开挖稳定性研究

贵阳市地铁1号线望新区间隧道地质环境复杂,位于回填区,地下水丰富,埋深浅。针对此类环境,首次将三台阶七步开挖法引进到地铁区间隧道施工中,通过影响隧道开挖稳定性的关键因素分析及施工方法的数值模拟,结合现场实测,研究了回填土大跨超浅埋地铁隧道开挖稳定性。研究结果表明：超浅埋开挖,回填土地层承载拱难以形成;开挖过程中拱顶、拱脚及仰拱部位产生拉应力,拱腰部位出现应力集中,为压应力区;地表及拱顶沉降变形主要受上台阶导洞开挖的影响,中、下台阶导洞的影响次之,核心土开挖影响较小;核心土及仰拱开挖对拱底围岩变形产生较大影响;因此在开挖过程中要对上述位置进行重点监测,可为今后类似工程提供借鉴。     

黄土隧道围岩变形规律分析

结合石羊岭隧道工程,对高含水率黄土隧道开挖支护后围岩变形进行了研究。利用Midas/GTS有限元分析软件,建立了有限元计算模型,分析了石羊岭黄土隧道开挖支护后的位移场,并与现场监控量测数据进行了分析对比,得到了黄土隧道的围岩变形规律,给出了合理的支护方案。结果表明:留核心土施工法适用于此隧道,并从开挖过程得到隧道位移分布及影响范围;从现场监控量测数据可以得出,变形经历三个过程,最终处于稳定状态。数值计算结果与现场监测数据基本一致,并得到初期支护与二次衬砌间隔的时间为25天。     

开挖工法对浅埋黄土隧道围岩变形的影响作用研究

对于黄土隧道来说,围岩的自承力较低,隧道开挖后围岩收敛变形明显且围岩受力不断变化,因此,通过选择合理的开挖工法和支护措施来减小开挖对围岩的扰动就显得十分重要。文章依托某浅埋黄土隧道,详细地分析了三台阶预留核心土和四台阶CD法施工对隧道围岩变形的影响作用。研究结果为安全高效施工提供指导作用。     

品字形隧道安全间距与开挖长度地表沉降分析

为研究三孔平行通风隧道的开挖对围岩和地表沉降的影响,依托贵阳地铁车站新型通风结构品字形隧道工程,结合理论推导和数值模拟,分析三孔隧道的最小安全距离和合理布置方式,以及由不同隧道开挖长度产生的围岩应力和地表竖向位移.结果表明:最大直径为9 m的品字形三孔隧道的最小间距为10 m;开挖长度5～20 m对地表沉降变化几乎无影响;随着三孔隧道依次开挖,呈现出地表沉降变化率增大的递进式影响.分析了开挖小净距三孔品字形隧道的实际可行性,将模拟数据与现场监测数据进行对比,验证了本模型数据分析的准确性.     

大断面高含水率黄土隧道数值计算

针对宝兰线大断面高含水率黄土隧道施工,通过对不同埋深及不同含水率情况下的进尺、开挖步序、核心土长度、竖撑形式、封闭距离等工况进行数值计算。通过变形结果对比分析可知:在黄土隧道中,随着开挖进尺长度的增加,拱顶及拱脚沉降量也相应增大;但增加的幅度有限。低含水率下的开挖变形受进尺影响较高含水率更为明显。核心土对控制变形非常明显,在高含水率中效果更为明显。核心土长度为5 m时,对沉降控制最为有利,能够减小沉降10%~20%;其中含水率越高越明显。核心土长度大于5 m后,对控制变形的作用将减小。竖撑形式对沉降的控制作用与埋深关系不大,竖撑减小沉降的作用随着含水率的增加更为明显。仰拱封闭距离对沉降影响非常大,随着仰拱封闭距离的增加,沉降量显著增大。对于黄土隧道,尤其是高含水率的黄土隧道,早封闭对控制沉降变形极为有利。     

基于单元安全系数法的浅埋隧道三台阶法开挖进尺优化

为进一步研究浅埋隧道三台阶法开挖进尺问题,以鹅岭隧道为工程背景,采用FLAC3D有限差分法数值模拟软件建立了隧道三维稳定性分析模型,模拟了4种开挖方案,并引入单元安全系数法,计算了隧道围岩各区域的安全系数,分析了隧道围岩潜在的破坏形式,确定了三台阶法合理的开挖参数。通过对比分析围岩的安全系数、位移、应力、塑性区可得,上台阶开挖长度越长,中、下台阶开挖以及前方土体对隧道工作面的挤压越小,越有利于隧道开挖面的稳定性;而台阶越长,支护间隔越长,支护效果就越差,安全系数就越小,隧道围岩的失稳风险就越大。在施工过程中,隧道最危险的部位为拱脚与拱底处,建议采取方案一进行开挖,各台阶之间为不同步开挖,且预留核心土,上台阶开挖长度宜为5~10 m,开挖进尺宜为0.5~0.6 m。     

大断面高含水率黄土隧道数值计算分析

针对宝兰线大断面高含水率黄土隧道施工,通过对不同埋深及不同含水率情况下的进尺、开挖步序、核心土长度、竖撑形式、封闭距离等工况进行数值计算。通过变形结果对比分析可知：在黄土隧道中,随着开挖进尺长度的增加,拱顶及拱脚沉降量也相应增大,但增加的幅度有限,低含水率下的开挖变形受进尺影响较高含水率更为明显;核心土对控制变形非常明显,在高含水率中效果更为明显;核心土长度为5m时,对沉降控制最为有利,能够减小沉降10%~20%,其中含水量越高越明显,核心土长度大于5m后,对控制变形的作用将减小;竖撑形式对沉降的控制作用与埋深关系不大,竖撑减小沉降的作用随着含水率的增加更为明显;仰拱封闭距离对沉降影响非常大,随着仰拱封闭距离的增加,沉降量显著增大,对于黄土隧道,尤其是高含水量的黄土隧道,早封闭对控制沉降变形极为有利。     

浅埋暗挖地铁隧道施工方案FLAC优化分析

以北京地铁奥运支线奥森区间隧道工程为依托,将上下台阶法与预留核心土法作为拟采用的2种隧道开挖施工方案,运用FLAC软件对2种隧道开挖施工过程进行了模拟.根据FLAC模拟结果,确定预留核心土法作为浅埋暗挖的施工方案.运用FLAC模拟的结果预测地表变形规律.建议了超前小导管注浆和格栅钢架的联合施工方法为奥森区间隧道地表沉降变形的控制措施.工程实践表明,FLAC模拟建议的施工方案是合理可行的.FLAC计算预测的地表变形值与实测值基本一致.     

某水电站导流隧洞开挖与衬砌过程数值模拟研究

利用大型通用有限元软件ANSYS对潘口水电站导流隧洞开挖与衬砌过程进行数值模拟.隧洞开挖与衬砌采用ANSYS软件中的生死单元来实现,开挖与衬砌过程中的每一步荷载的施加均采用存储应力的方法来实现.衬砌跟进时间分别采用两种极端情况:(1)将隧洞部分岩体开挖后,待变形稳定后再加衬砌;(2)隧洞岩体开挖后,不允许变形,立即衬砌,也即边开挖边衬砌.这两种极端情况下的计算结果前者偏于安全、后者偏于危险,实际工程中隧洞开挖后的最佳支护时间应介于二者之间.故在两种计算结果的基础上结合工程实际情况和经验,对潘口水电站导流洞洞身段围岩及衬砌稳定进行评价,以期为实际隧洞工程设计提供依据.     

紧邻浅埋暗挖地铁隧道地下密集管线及土层变形

针对地铁隧道施工影响下紧邻密集管线保护问题,依托南昌地铁实际工程,采用ABAQUS软件建立土体-密集地下管线-隧道暗挖三维有限元模型,结合现场实测数据与数值模拟结果,分析了隧道CRD (cross diaphragm)工法施工时的地层变形规律、地下管线应力特性与地下管线变形规律,并对管线周边土体有无注浆加固时的管线力学特性进行了对比。研究结果表明：(1)隧道开挖引起的管线变形以沉降为主,管土刚度差异对管线变形和应力影响显著。(2)管土刚度差异越小,管线变形趋势与土体变形趋势越接近;管土刚度差异越大,管线对地层变形的抵抗作用也越强会产生较大应力。(3)隧道左右导洞上方管段是危险区域,需重点保护。(4)密集地下管线主要表现为管线材质、管线几何特性、管线与隧道的空间位置关系不同,保护地下管线的核心在于控制地层沉降,地下管线保护关键阶段是隧道掌子面接近管线,此时应确保超前注浆效果和初期支护快速封闭,并加强对管线变形的监测。     

深基坑开挖时隔离桩位置对邻近既有地铁隧道的变形分析

深基坑开挖时周围土体的卸荷作用将引起邻近既有地铁隧道的变形,对其正常使用产生影响,隔离桩的位置控制隧道变形的效果值得研究。基于杭州市某房建地下室基坑工程采用隔离桩保护邻近既有地铁隧道的工程案例,采用ABAQUS有限元软件进行数值模拟,建立二维模型对隔离桩在不同位置条件下隧道的变形进行了分析。研究结果表明:基坑开挖最终引起隧道下沉约3.1 mm,隧道向靠近基坑方向水平位移约1.7 mm,数值模拟计算结果与现场实测数据的相关规律吻合;隔离桩距离隧道越近,基坑开挖对既有地铁隧道变形的影响越小。     

跨越运营地铁隧道超大基坑开挖的土体参数反分析

针对跨越运营地铁隧道的超大面积深基坑建立了大型三维有限元模型,并对基坑开挖引起的周边环境和隧道变形进行分析.根据工程的重要性和信息化施工的需要,利用施工过程的变形监测数据,使用单纯形法对其土体参数进行了反分析.根据编制的单纯形反分析程序和有限元方法计算得到了相关的土体参数,并预测了基坑开挖最终引起的隧道隆起量.结果表明,计算所得隧道隆起预测结果与实际监测数据较为接近.     

基坑开挖中既有下穿地铁隧道隆起变形分析

为了研究下卧隧道的隆起变形规律及其影响因素,结合南京火车站站前广场龙蟠路隧道西段上跨地铁1号线双线盾构隧道的基坑支护工程,开展了坑内满堂加固、人工抽条和桩板支护等盾构隧道抗隆起措施设计.采用三维有限差分程序FLAC3D对基坑支护及其开挖的全过程进行了数值模拟,并通过与现场实测数据的对比分析,研究了地铁隧道的变形规律及其...