浅埋偏压隧道变形特征及施工方案优化

为研究隧道洞口浅埋偏压段的变形特征,采取现场隧道变形监测和围岩室内三轴率敏性试验相结合,建立隧道围岩的弹黏塑性本构模型.通过有限元软件ABAQUS的UMAT子程序开展了隧道变形三维弹黏塑性数值分析,探讨了隧道在三种开挖工法下的拱顶沉降、水平收敛位移、围岩最小主应力及围岩塑性区分布规律,以此确立合理有效的施工工法.研究结果表明:预留核心土法、三台阶法以及上下台阶法这三种施工工法引起的地表沉降,其深埋侧分别是浅埋侧的2.01,1.48,1.83倍,边墙两侧最小主应力则分别相差0.11,0.29,0.05 MPa,表明偏压隧道的应力场和位移场在开挖支护过程中呈现出不对称分布的特点;选出适宜的施工工法为上下台阶法,采用此工法可以使拱顶沉降及地表沉降减少11.7%~22.1%,而且在施工过程中支护结构受力最为合理,有利于偏压隧道的长期稳定.     

基于MIDAS的地铁隧道开挖对邻近建筑物的变形影响分析

地铁隧道规划往往会经过城市的繁华地段，不可避免的对邻近既有建筑物造成影响，如何有效控制地铁开挖过程中引起的建筑物变形沉降问题一直是研究的重难点。以南京地铁7号线为例，采用MIDAS数值模拟软件建立三维地质模型，首先分析地铁隧道开挖对既有建筑物的影响，后依次对三台阶法和交叉中隔墙(CRD)法开挖引起围岩变形进行研究，最后对隧道完工后的监测点曲线进行变形分析。结果表明：地铁隧道开挖穿越邻近建筑物这一过程，离隧道近的建筑物基础点沉降量很大，而离隧道远的建筑物基础点沉降量相对较小，由沉降差可知为不均匀性沉降；相比于CRD法，采用三台阶开挖法能有效降低隧道开挖处的拱顶沉降，提高隧道围岩的安全稳定性。由于隧道开挖导致围岩应力迅速释放以及初期支护效果的滞后性，相比于隧道周边收敛点变形而言，拱顶处的变形幅度则更大。     

基于单项预测模型筛选的隧道变形优选组合预测

采用优选组合理论,提出了基于单项预测模型筛选的隧道变形优选组合预测方法,建立了隧道变形预测系统.系统由包含各种监测成果的监测库、动态更新的变形预测模型库和模型评价库组成,采用人机对话方式在众多的经评价满足最优组合预测条件的单项预则模型中筛选出合理的单项模型,对其进行组合预测,继而再对不同的组合预测结果进行评价比较,得到较好的隧道变形组合预测结果.将该方法应用于隧道工程的拱顶下沉预测,利用前期工况的数据建模,对后期工况的未来变形量进行滚动预测,获得了令人满意的结果.     

泉太隧道围岩破碎带施工方法可行性研究

以泉太隧道为依托工程,通过Midas/GTS数值模拟软件对围岩破碎带处采用台阶法和CD法2种开挖方法进行三维数值模拟,并与现场监测数据进行了对比分析。研究结果表明:在采用台阶法或CD法开挖时,均表现为在隧道拱脚、拱腰部位围岩应力集中、水平位移最大,拱顶和仰拱处竖直位移最大。相比于台阶法,CD法开挖条件下围岩应力、衬砌受力、围岩变形更小,但2种开挖方法均能满足隧道受力及变形要求。综合考虑施工难度、施工成本、施工工期等因素,可优先采用台阶法进行开挖,若实际开挖过程中发现隧道变形过大时,应及时换用CD法开挖。现场监测的水平收敛位移和拱顶沉降变化规律与数值模拟结果趋势相同,但变形稍大于模拟值,在施工过程中应加强监测。     

大跨度变截面隧道施工监测设计与信息反馈

以成兰铁路杨家坪隧道施工为例,提出了现场监控量测的实施方案,并对该方案的监测仪器、测点布置、施工监测及量测频率进行了介绍,并选取典型断面和典型测点的监测数据进行整理分析,具体分析杨家坪隧道的拱顶下沉、周边收敛位移、围岩接触应力、钢拱内力和锚杆轴力。结果表明,隧道开挖围岩稳定性良好,并未发生失稳破坏,为后期隧道建设提供优化方案,为今后大断面隧道的施工积累了经验。     

基于Asaoka法山岭公路隧道洞口浅埋段拱顶沉降预测分析

隧道进出洞口浅埋段由于埋置较浅且多为破碎岩体,施工对岩层的扰动较大易发生坍塌、冒顶事件,而及时地掌握隧道拱顶的最终沉降,确定最佳的支护时间能够有效的避免工程事故.Asaoka法能够利用较短期的观测资料得到较为可靠的最终沉降量推算值,被广泛用于路基沉降预测中,而隧道拱顶沉降预测中却很少涉及.为此,该文依托贵州某隧道进出口断面的拱顶沉降值,运用Asaoka法进行沉降预测分析.研究结果如下：在采用Asaoka法进行拱顶沉降预测时宜选用隧道开挖后10 d内的沉降数据进行预测分析,且拱顶沉降的间隔时间最好为1 d;对于波动较大的拱顶沉降不易采用Asaoka法进行预测,但可作为其他预测方法的参考.     

隧道不同开挖进尺对围岩变形和应力变化的影响研究

本文采用数值模拟的方法,研究了隧道不同开挖进尺对围岩变形和应力变化的影响规律。结果发现,随着开挖进尺的增大,隧道的竖向位移和水平位移都不断变大,最大位移速率上升,围岩的位移变形量和位移速率越大,诱发围岩失稳的可能性越大。围岩应力随着隧道开挖进尺的增大而上升,隧道断面的最大剪应力越大,隧道发生破坏的可能性越大。     

超大深基坑的支护设计及变形预测研究

为切实积累基坑支护设计经验，并准确掌握基坑变形发展规律，以龙潭医院改造基坑为工程背景，先在阐述工程概况的基础上，开展了基坑支护设计研究，并详述了基坑支护设计内容；然后利用动态模态分解、极限学习机等构建基坑变形预测模型，通过变形预测来评价支护设计方案的合理性。实例分析表明：由于龙潭医院改造基坑属超大深基坑，加之近接建、构筑物对位移变化较为敏感，因此，基坑支护方案采用分段支护设计，包含采用放坡、挂网喷浆、管桩及支护桩等支护形式。同时，通过变形预测研究，得出预测结果的平均相对误差在2.06%～2.12%之间，训练时间在59.25～61.44 ms之间，验证了R-PSO-ELM模型不仅具有较优的预测精度，还具有较快的收敛速度，且外推预测显示基坑变形趋于稳定方向发展，最大预测值均在预警值范围内，验证了基坑支护设计方案是合理有效的。     

深基坑变形报警方法研究

深基坑开挖导致基坑周围土体的水平位移和竖向位移,可能会致使周边建筑出现裂缝,严重的会导致周边建筑失稳,所以在基坑的施工过程中需要密切关注基坑的变形情况。本文提出一种深基坑变形报警方法,建立基坑变形控制指标体系,基于该指标体系设置报警级别并进行报警。指标体系由基坑的累计变形量、变形速率及变形加速度这三项变形控制关键指标组成,所述累计变形量和变形速率具有对应的第一报警值、第二报警值和第三报警值,所述变形加速度具有对应的第四报警值。该报警方法可以及时准确地评价基坑的安全状态,提高基坑施工的安全度。     

马来西亚巴蕾水电站坝址区风化倾斜层状岩体变形特性研究

【目的】马来西亚巴蕾水电站坝址区强风化陡倾角层状岩体变形特性参数获取困难，需要对坝址区风化倾斜层状岩体变形特性进行研究。【方法】基于水平层状岩体变形模量求解模型和坐标转换理论，考虑岩体层理变形影响效应，构建任意倾角层状岩体变形模量的求解模型，推导出倾斜层状岩体变形模量的解析方程，并通过坝址区强风化陡倾角页岩的露天堆载法岩体变形试验成果对模型的准确性和适用性进行验证。【结果】研究结果表明，坝址区强风化倾斜层状岩体的压力—变形曲线均为下凹型，与岩体的层理、裂隙分布状况密切相关。【结论】考虑层理变形影响的倾斜层状岩体变形模量计算模型可准确求解任意产状的风化层状岩体的变形模量，理论解与现场实测值的相对误差较小，且准确性随岩体完整性的提高而显著提升。     

新建隧道施工引起既有铁路路堑变形仿真模型研究

为研究新建隧道施工对既有铁路路堑变形的影响,本研究选取最不利断面,建立能够模拟施工过程的二维平面应变数值仿真模型,针对新建隧道明挖法与暗挖法施工探讨新建隧道对既有铁路路堑的影响。研究表明：新建隧道施工过程中,隧道初期开挖造成岩土体应力重分布,使边坡产生较大的沉降、隆起以及水平位移的变化,随后快速趋于稳定,新建隧道与既有铁路路堑的步距较大,既有铁路路堑所产生的变形量较小,新建隧道引起的既有铁路路堑变形区域处于安全范围。该研究结果可为类似工程提供参考依据。     

采空区长期变形对桑掌隧道影响的数值模拟研究

【目的】桑掌隧道穿越阳泉二矿采空区上覆岩层，由于采空区长期变形的影响，隧道的安全运营受到威胁。为确保隧道的安全性，必须准确预测采空区长期变形对隧道的影响。【方法】采用数值模拟方法建立桑掌隧道及围岩的小尺度模型，通过施加位移场的方式，模拟采空区对该隧道及围岩的长期变形影响。【结果】结果表明，在采空区长期变形的作用下，围岩塑性区逐渐增大，隧道围岩的破坏主要集中在隧道两端洞口处，隧道洞口处的围岩处于欠稳定状态；隧道在采空区长期变形的影响下，围岩位移逐年增加，但整体增长速率逐年减少，位移最大值为257.79 mm。【结论】为确保桑掌隧道安全运营，应密切关注采空区长期变形对围岩和衬砌的影响，并采取措施确保隧道稳定，计算结果可为桑掌隧道施工和变形处置提供技术参考。     

明挖隧道施工围护结构变形分析

本文以郑州某城际铁路工程项目为例,通过对明挖隧道基坑开挖过程中的围护结构水平及沉降变形的分析对比,研究了其主要影响因素变化与围护结构变形的关系,深入探讨了明挖隧道结构施工时基坑围护结构变形特点,对类似明挖法施工的区间及隧道结构变形控制具有一定的借鉴意义。     

基于ANSYS的严寒地区公路隧道二次衬砌纵向变形特性分析

严寒地区温度变化较大,隧道二次衬砌结构会发生较大的纵向变形,从而产生开裂。研究严寒地区二次衬砌纵向变形,可以对今后严寒地区公路隧道的变形设计研究和隧道的开裂养护工作提供一定的参考,具有实际的研究价值和意义。采用ANSYS数值模拟分析方法,对在严寒地区温度场中某隧道二次衬砌结构与防水材料之间接触时发生的变形特性进行了研究。研究结果表明:严寒地区隧道二次衬砌的纵向变形受温度的影响十分明显,温差越大,其变形和应力也越大,当温差为-44℃时,二次衬砌结构内产生的应力值为2.03 MPa,超过了限定的抗拉强度2.01 MPa,就会出现开裂。     

动压巷道围岩变形特征及控制技术研究

煤炭回采带来的动压会给巷道围岩稳定性带来不利影响。以62105采面进风巷为研究对象,采用现场实测方法对动压影响下的巷道围岩变形规律进行分析,并根据围岩变形监测结果提出采用锚网索+注浆方式对动压巷道围岩进行控制。现场应用表明,巷道围岩最大变形量为95 mm,有效降低了动压对巷道围岩变形的影响,取得了显著的围岩控制效果。     

基于FLAC3D原理模拟斜井支护效果研究

【目的】斜井介于平港和竖井之间,结构受力具有一定的复杂性,因此研究斜井硐室开挖和支护的有效性和可行性尤为重要,有必要对斜井支护效果展开研究。【方法】采用FLAC^3D对斜井围岩变形及支护技术方案的应力场、位移场和塑性区的分布变化情况进行数值模拟分析。【结果】在斜井开挖过程中,未支护工况下城门型斜井拱腰、拱顶、拱脚及底板等三处是开挖围岩最不稳定区域。支护后的围岩应力场、位移场和塑性区的分布减少了较多,其中,拱顶下沉位移量从57 mm降至5.3 mm;拱腰处水平位移量从26.7 mm降至15.7 mm;底板水平位移量从11.3 mm降至7.14 mm。【结论】在支护工况下的围岩应力场、位移场和塑性区的分布得到了较好改善,对斜井围岩的位移变形、塑性区范围起到了显著的控制作用。     

深埋地下洞室柱状节理围岩变形特征分析

【目的】金沙江白鹤滩水电站输水系统中的尾水调压室规模巨大，洞室埋深大，穹顶柱状节理玄武岩发育，地质条件复杂，为了降低围岩变形破坏的风险，保证工程安全，节约生产成本，需对深埋地下洞室柱状节理围岩变形特征进行分析。【方法】依托右岸深埋地下洞室8#尾水调压室，结合现场工程地质资料及施工过程，运用非连续介质力学的数值计算方法，得出无支护条件下穹顶在柱状节理岩体及完整岩体两种情况下围岩的应力应变分布，继而分析评价两种情况下围岩可能出现的变形特征。【结果】结果表明，柱状节理的发育使穹顶开挖面附近浅层围岩强度降低、应力集中区与开挖面的距离增大，围岩塑性区深度显著增大；受初始最大主应力方向及柱状节理各向异性影响，穹顶S侧翼围岩变形值及N/S两侧翼变形值的差异均有所增大，层间错动带C5在N侧法向应力有所减弱，在S侧的松弛变形有所增大。【结论】分析方法及结果符合地下工程设计施工的一般规律，为围岩稳定、设计方案和支护安全评价提供了有力支撑，具有可靠的工程指导价值。     

富水软弱围岩隧道全断面帷幕注浆变形机理及控制研究

【目的】为进一步揭示富水软弱围岩隧道全断面帷幕注浆浆液扩散规律以及地层加固、防渗止水原理。【方法】以莞惠城际GZH-4标暗挖隧道穿越人工湖底全风化岩层为工程背景,通过现场取样及数值计算分析,对全断面帷幕注浆隧道的掌子面变形、岩层取芯率、地层水平收敛及地表沉降等进行探讨,深入分析隧道帷幕注浆浆液扩散规律及地层加固、防渗止水原理。【结果】结果表明：注浆浆脉构成的浆脉骨架可与周围岩体相黏接形成结石体,能有效提高岩体强度及地层抗渗透性能;高压注浆导致掌子面易于鼓胀或开裂,精准控制注浆初始条件和超前预测,可有效避免这一现象的发生;隧道的全断面帷幕注浆可增强岩体自承载能力,能有效抑制隧道的水平净空收敛变形;全断面帷幕注浆对富水软弱地层隧道开挖时的地表沉降有很好的抑制作用。【结论】研究成果揭示了富水软弱围岩隧道全断面帷幕注浆的变形机理,并提出了相应的控制方法,可为类似地质环境下岩体注浆提供理论支撑与技术指导。     

C194铜合金热压缩变形流变应力

在Gleeble-1500热模拟机上对C194铜合金在应变速率为0.01～10s~(-1)、变形温度为650～850℃条件下的流变应力行为进行了研究.结果表明:在实验范围内,C194铜合金热压缩变形时发生明显的动态再结晶;用Zener-Hollomon参数的指数函数形式能较好的描述C194铜合金高温变形时的流变应力行为;所获得的应变速率ε解析表达式中,参数A和β值分别为6.35×10~9 s~(-1)和0.119 MPa~(-1);其热变形激活能Q为316.11 kJ/mol.     

岩溶地区隧道施工时空效应的数值分析

结合贵州双龙航空港经济区外环北路2号隧道开挖的工程实例,利用图表研究工具和理论分析的研究思想对岩溶地区隧道开挖对地层造成的影响进行了数值分析研究。运用图表对数法对地表位移积累平均值、洞内变形积累平均值和拱顶变形积累平均值变化的规律进行预测。研究得到岩溶地区隧道开挖引起地层沉降随时间缓慢增长的时长是非岩溶地区的1倍左右。结合施工量测数据,采取极限速率法,对地表位移变形积累平均值和洞内变形位移积累平均值变化的规律进行预测,30 d内地表变形位移积累平均值预测值为6.818 mm,洞内变形位移积累平均值为4.712 mm。研究结果对指导岩溶地区隧道施工,监测并控制隧道周边地表沉降及隧道整体变形有实际参考价值。