新建隧道下穿既有高速公路三维仿真分析

文章基于某新建公路隧道下穿高速公路的工程情况,采用三维数值模拟手段对高速公路路面纵横向影响范围和应力分布,以及隧道洞周位移收敛和初衬应力变化随隧道开挖的动态变化规律进行了研究,得到了既有高速公路右线为隧道下穿时的最危险区域,且路面底部有可能会产生受拉破坏,同时隧道内侧拱顶沉降和拱底隆起较大,拱脚应力集中现象比较明显,均在通过路面右线时达到最大值,进而提出了保证既有高速公路正常运营和新建隧道安全施工的方法、监测手段和加固措施。     

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。     

盾构隧道下穿铁路线轨面沉降规律分析

以某市轨道交通5号线和平公园站至红钢城站区间隧道下穿武九铁路为依托工程,采用FLAC3D软件对盾构隧道下穿铁路施工引起的轨面沉降进行三维数值模拟分析,得到了既有铁路线轨面的沉降规律。研究结果表明,在盾构隧道施工过程中,武九铁路线轨面最大竖向位移为1.94mm,穿越隧道范围铁路线纵向沉降差最大值为0.62mm,武九铁路的变形值满足相关保护标准的要求,区间盾构隧道施工不会影响既有武九铁路的正常安全运营。     

引水隧道下穿铁路线路基沉降的数值分析

以福建省九龙江北引引水隧道下穿铁路线为研究对象,采用软件FLAC3D分析双洞引水隧道的下穿开挖对鹰厦铁路双线、厦深高铁双线的铁路路基的影响,通过模拟路基未加固和加固2种工况下,隧道单线贯通及双洞贯通后的路基的沉降情况.计算结果表明:最大沉降位于两隧道中心线正上方,路基未加固:右洞开挖对路基沉降的贡献64%左右,左洞贡献36%左右;路基加固:线开挖对路基沉降的贡献66%左右,左洞贡献34%左右.对比实测数据较为一致,证明拟合较好.     

基于断层影响双护盾TBM隧道稳定性分析及加固措施研究

以深圳地铁双护盾TBM工法隧道工程为依托,基于MIDAS/GTS NX有限元软件,采用摩尔库伦弹塑性模型,根据刚度折减法建立三维数值模型,分析断层不良地质对隧道稳定性的影响,并与隧道净空收敛现场监测结果进行对比分析,研究验证了数值模型和计算参数的正确性,得到了断层对隧道结构竖向位移影响范围为断层前后1.15D,最大位移值为2.878 mm.对隧道结构水平位移影响主要在断层区域,最大收敛值为5.611 mm.管片应力主要为压应力,最大主应力顺序为拱底边墙拱顶,最小主应力顺序为拱顶边墙拱底.并根据研究结果针对断层不良地质提出几点加固施工措施,确保双护盾TBM顺利施工.     

盾构隧道近接下穿施工对居民建筑楼群的影响研究

以深圳地铁10号线福田口岸站—福民站区间盾构隧道近距离下穿福民新村民居建筑楼群工程为依托,应用有限差分软件FLAC3D建立了包括既有建筑群、建筑基础、新建隧道和地层的数值模型,并根据实际施工方案对地铁盾构隧道的施工过程进行了数值模拟,研究在注浆预加固方案下隧道下穿施工对建筑楼群变形的影响。通过对各建筑沉降数据的分析,得出以下结论:(1)盾构隧道的近接下穿施工,将会导致既有建筑群产生一定程度的不均匀沉降;(2)在注浆预加固方案下进行施工,福民新村民居建筑楼群的最大沉降及最大倾斜度分别为18. 537 mm及0. 000 623,均小于相应规范规定的控制值,说明在注浆预加固方案下进行隧道掘进,可保证各相关民居建筑的沉降及变形控制在安全范围以内。     

地铁浅埋暗挖施工对地表沉降及邻近桥基的影响

针对地铁隧道开挖诱发地表下沉,致使已有桥基变位的问题,采取经验法的叠加原理预测双线隧道开挖对地表沉降曲线的影响。以西安地铁3#线某区间为工程背景,采用三维有限差分数值(FLAC3D)软件模拟浅埋暗挖不同工况对地表和邻近桩基沉降的影响。理论分析及数值模拟结果均表明:双线隧道引发的地表沉降呈"U"型曲线分布,且沉降槽宽度影响范围和地表沉降均较单线隧道大。环形开挖预留核心土法可作为该区间隧道的主要施工工法。现场监测分析表明:该施工工法能有效地降低地表沉降和桩基变形,对黄土地区该类隧道工程具有一定的指导意义和借鉴价值。     

隧道管棚超前支护技术及其数值模拟

隧道管棚支护可以在较长的范围内实现预开挖地层的加固.基于FLAC3D数值模拟技术,利用壳单元模型模拟管棚的支护作用.通过对有、无管棚支护作用下,隧道在竖直和水平方向上位移和应力的分析,发现管棚支护能够抑制地表的沉降,减小拱脚位置的应力,提高隧道开挖的安全系数.研究结果为类似地层隧道开挖提供了指导.     

富水砂层大断面暗挖隧道施工地层演化

对于施工环境复杂的暗挖隧道工程,科学合理掌握施工地层演化过程是安全施工的前提.以北京地铁12号线光熙门站—西坝河站区间富水砂层大断面暗挖隧道工程为研究背景,借助FLAC3D有限差分软件,对工程设计施工方案进行模拟,得到了施工过程中地层孔隙水压力、地层沉降损失演化过程,并与现场监测数据进行对比验证,为工程施工规避风险源提供参考.结果 表明:施工掌子面孔隙水压力集中位置主要在暗挖隧道上方注浆形成的"注浆拱"拱顶以及断面未注浆范围;隧道施工过程中,沿施工掘进方向在施工掌子面前、后10 m到掌子面位置范围内,是发生涌水关键位置;地层沉降值经历了由沿中轴线对称分布到集中在中轴线位置处的变化过程,最后沉降值沿中轴线对称分布,导洞1施工掌子面处地表沉降值稳定在12 mm左右;初期支护拱顶沉降以及拱脚水平收敛均分别在45、30 d达到稳定;现场反馈的施工信息与模型计算地层演化过程相吻合,计算结果可为富水砂层大断面暗挖隧道施工方案的选择提供参考.     

玉磨铁路软岩浅埋隧道冒顶机理分析及防治措施

以国家一带一路重点项目云南玉磨铁路曼勒1号隧道浅埋段为依托,结合现场施工中遇邻近断层破碎带隧道塌方冒顶事故,研究了西南地区软岩浅埋隧道冒顶防治措施.采用MIDAS GTS NX有限元软件建立邻近断层破碎带的浅埋隧道模型,依据隧道冒顶机理分析及有限元模型模拟分析结果,提出浅埋隧道支护方案.研究结果表明：在强化支护措施后浅埋隧道拱顶沉降及拱腰收敛均在允许变形量范围内;围岩塑性区主要集中在拱顶两侧及拱腰处,右侧塑性区范围较大,产生塑性破坏的风险较大.围岩最大主应力及初支最大主应力显示,隧道右侧拱腰处初支出现应力集中的风险较大,围岩出现应力集中后会导致受压破坏区和受剪破坏区逐渐增加,当两种破坏区域逐渐重合后围岩会产生塑性破坏,最终导致塌方冒顶.根据模拟计算及现场实际工况,本文提出在隧道塌方冒顶段采用“大管棚+小导管”超前支护组合、洞内全环I18型钢钢架附加临时横撑的支护防治方案,为了提高围岩稳定性对断层破碎带进行注浆加固,经现场施作后防治效果良好,为今后类似工程提供指导.     

断层破碎带隧道围岩敏感性及沉降控制分析

为探明施工隧道穿越断层破碎带时何种断层形态对围岩稳定性影响最为显著,以绵九高速公路五里坡隧道不同断层形态为例,采用三因素四水平数值模拟正交试验对围岩敏感性分析。此外,为避免隧道开挖至断层破碎带时围岩发生较大变形及破坏,保证隧道施工过程安全,对断层的响应特性进行概括,需对断层段围岩注浆加固提高其稳定性。最后,对注浆加固圈厚度分别为：0m、1m、2m、3m的断层段隧道施工过程进行FLAC 3D三维模拟,采用位移控制率均值K对隧道断层及前后段整个区段的围岩控制效果进行定量评价。结果表明：1）断层倾向在各水平条件下变化时,拱顶沉降和边墙位移基本不发生改变,其余两因素对隧道拱顶沉降和边墙位移的影响程度分别为：断层厚度＞断层倾角、断层倾角＞断层厚度。2）注浆加固圈厚度由0m递增至3m时,隧道轴向位移和塑性区面积依次减少,但注浆加固效果也明显下降。3）通过围岩控制率k定量分析注浆加固对位移的控制效果,断层前后段的位移控制率均小于断层处。可见,在既能保证工程安全,又能减少注浆的使用,加固圈为2m时效果最好。     

双线盾构隧道下穿对输水暗涵影响的数值分析

为研究双线盾构隧道下穿对输水暗涵的影响,以合理选择加固方案,基于工程实际相关参数建模,采用FLAC3D对未加固、仅隧道围岩加固、仅暗涵区间地层加固、隧道围岩和暗涵区间地层联合加固4种方案进行了数值模拟研究,对数值模拟结果进行了对比分析.结果表明:上述4种方案施工引起的暗涵最大沉降值分别为26.3 mm、14.5 mm、12.7 mm和6.8 mm,未加固方案暗涵管段存在明显的应力集中,前两种方案变形缝部位出现塑性区,后两种方案暗涵变形缝部位无塑性区.联合加固方案对减少暗涵结构及地表沉降效果显著.     

高铁隧道穿越断层破碎带围岩控制效果分析

为研究高铁隧道过断层破碎段采用三台阶临时仰拱法施工下的围岩变形规律,以皇后岭隧道断层破碎段为研究对象,选取两个典型断面,通过开展现场监测,对比分析不同工况支护下围岩收敛和拱架受力以及围岩接触压力的变化规律。研究结果表明,断层破碎带下,隧道开挖支护完成后,拱顶最大下沉量10.1mm,水平收敛最大值为5.8mm,均远小于预留变形量。断层破碎段下,在距离掌子面1.2m到6m这段,拱架轴力和围岩接触压力变化速率较快,在距离掌子面12m时,拱架轴力和围岩接触压力的分布规律趋于稳定。表明断层带条件下采用三台阶临时仰拱法合理可行,以I22型钢架为核心的支护方案满足围岩控制要求,研究成果为类似工程提供了参考。     

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。     

单柱双联拱地铁隧道地表沉降分析

地铁隧道施工阶段及施工后期诱发的地表沉降是造成各种建、构筑物产生外观及功能上损害的主要原因,因此,研究由浅埋暗挖施工引起的地表沉降问题具有重要意义.以某地铁车站暗挖工程为研究背景,采用FLAC3D数值分析的方法,对该地区浅埋暗挖施工引起的单柱双联拱地铁隧道地表沉降进行了数值模拟,同时分析了隧道变形的实测数据及施工工序对沉降的影响.研究表明:中洞开挖引起的沉降较快,而由于中柱支撑侧洞开挖引起的沉降较慢,在施工过程中应当引起注意.该研究为工程的顺利实施提供了依据和指导,可供类似工程参考.     

秦巴山区某软岩公路隧道合理施工方法研究

以秦巴山区某软岩公路隧道为工程背景,采用FLAC数值模拟和现场监测相结合的方法对该隧道合理施工方法进行了研究。建立3种不同施工方法下的计算模型,数值计算结果显示,相比于台阶法施工和单侧导坑法,采用留核心土法施工引起的隧道围岩变形较小,能够满足设计要求,从经济和施工工期角度来看,留核心土法是该地区软岩隧道最为合理的施工方法。为了验证数值计算结果的可行性,在隧道周围设置了变形监测点,实测结果表明,采用留核心土法施工后,隧道最大周边收敛14.81 mm,最大拱顶沉降值为27.11 mm,隧道变形在允许范围之内。隧道围岩变形的实测值与预测值变化趋势基本一致,表明FLAC数值模拟可在隧道施工前对隧道施工方法的合理性做出评价,具有超前指导意义。     

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。     

盾构施工对已有建筑物基础沉降的影响分析

以郑州市盾构施工区实际土质情况为背景,采用数值仿真分析软件FLAC 3D,就盾构隧道对邻近已有建筑的影响进行数值模拟分析,从而讨论隧道与建筑物间距及埋深等因素对基础差异沉降的影响.计算结果表明,当隧道近距离穿过筏基下的土层时,隧道中心偏离筏基下中心线越远,不均匀沉降差越大,但超过一定范围,又逐渐减小.同时,考虑沉降量和整体倾斜两个特征变形允许值给出了可以忽略盾构施工对建筑物沉降影响的隧道位置范围.     

浅埋偏压连拱隧道洞口段数值模拟与监测研究

公路连拱隧道一般应用于中短隧道工程,常常存在地质条件较差、浅埋偏压等问题.栎斜隧道是宁波象山港公路中的一座双向四车道连拱隧道,出口段存在明显的偏压现象,围岩破碎,地质条件复杂,给施工带来一定的难度.本文采用现场监控量测和数值模拟两种手段,在监测断面进行周边收敛位移、拱顶下沉和地表沉降监测,并与数值模拟结果对比分析.监控量测和数值模拟结果一致,表明采用数值模拟的可行性,弥补了现场监控量测预见性较差的缺陷.     

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.