砂土地层盾构隧道开挖面成拱临界深度分析

砂土地层盾构隧道施工过程中,合理的支护力对于开挖面的稳定性至关重要。其计算方法在深埋与浅埋工况下是有明显差异的,但是目前的研究未给出深、浅埋的明确界定。借助已有刚性截锥体破坏模式,将土压力理论的一般性与极限分析法的严格性结合,提出了适用于深、浅埋不同工况的计算方法。最后,利用理论解析法与数值模拟方法对山西中部引黄工程某标段区间盾构隧道段进行开挖面稳定性分析,理论解析法与数值模拟所得极限支护力相互印证,但理论解析法计算更为便捷,为砂土地层盾构隧道的工程实践提供借鉴与指导。     

浅埋隧道围岩破裂面的极限平衡分析

为探索浅埋隧道稳定性定量分析,采用极限平衡法和变分原理分别建立自由边界条件下浅埋隧道的垂直型、倾斜型和曲线型破裂面稳定分析方法,结合数值模拟共同分析浅埋隧道破裂面分布形式和稳定性指标。研究结果表明:当F为静止土压力时,曲线型和倾斜型破裂面条件下所获浅埋隧道破裂面分布和安全系数很接近,且所获安全系数最小,选择其作为浅埋隧道稳定性分析比较保守;浅埋隧道围岩破裂面分布受内摩擦角、内聚力和支护压力的影响相对较小,受隧道埋深影响最显著;内摩擦角和埋深对隧道安全系数影响相对较小,内聚力和支护压力对隧道稳定系数影响最显著,增加围岩内聚力和支护压力是提升隧道安全系数最有效的方法。     

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。     

非饱和岩土体中浅埋隧道稳定性的极限分析

自然土体大部分处于非饱和状态,而现有的隧道稳定性分析却假定土体是饱和的。为了研究土体的非饱和特性对隧道的影响,对非饱和土中浅埋隧道的稳定性进行了极限分析。基于非饱和土的Mohr-Coulomb强度准则和构建的浅埋隧道破坏机制,推导了围岩压力解析解。采用数值优化方法,计算了围岩压力的上限解。参数分析结果表明:基质吸力及埋深的增加有利于隧道的稳定,而地下水的存在不利于隧道稳定。     

植物根系的加筋作用对浅埋公路隧道施工稳定的影响

考虑不同类型植物根系的加筋效果,分别采用浅根加筋和深根锚固及其联合加筋模型,通过三维数值模拟分析,对比研究发现:植物根系的浅层加筋作用以及存在主根、侧根和须根的木本植物根系联合加筋作用对于软弱岩体浅埋公路隧道的施工稳定能够产生积极有利影响,而单纯主根型木本植物根系加筋对浅埋隧道施工稳定的影响不明显.对于浅层加筋来说,当隧道的埋深在植物根系影响深度范围之内时,植物根系的加筋作用对浅埋隧道施工稳定的影响效果最好.     

浅埋偏压小净距隧道围岩变形影响因素数值模拟研究

通过有限元数值模拟软件模拟了浅埋偏压小净距隧道在不同间距和不同埋深条件下的开挖,研究了隧道间距和埋深对隧道围岩变形的影响。结果表明:隧道的最大变形出现在拱顶,但并不在拱顶的正中间,而是中间偏右侧;右侧隧道的拱顶、拱底和侧墙等部位的位移均比左侧隧道的大;随着隧道间距的增大,地表沉降值不断减小,而拱顶下沉累计沉降量先减小后增大;随着隧道埋深的增大,拱顶沉降量增大,地表沉降累计值减小。     

隧底隆起偏压浅埋矩形隧道围岩应力上限分析

基于极限分析上限法,给出了考虑隧底隆起偏压浅埋矩形隧道围岩应力的解析解表达式,并对不同深埋比和岩土体抗剪强度参数对隧道围岩应力的影响进行了研究。研究结果表明:随着浅埋隧道的埋深及断面尺寸的增大,浅埋隧道极限围岩压力也将增大;浅埋隧道极限围岩压力随着岩土黏聚力和内摩擦角的增大而显著减小。     

泥质粉砂岩山岭公路隧道围岩变形

为分析不同围岩级别对泥质粉砂岩隧道的影响,依托贵州沙家坪隧道不同围岩级别的拱顶沉降和周边收敛进行分析;同时考虑隧道浅埋段多为破碎岩体,是隧道开挖工程中最危险地段;结合沙家坪隧道进出口地表浅埋段埋深数据,分析浅埋段埋深深度对拱顶沉降的影响。研究结果表明:泥质粉砂岩隧道相对其他岩类(峨眉山玄武岩、灰岩)隧道在低围压下流变滞后现象较明显,不易发生瞬态破坏,洞口段与中间深埋段围岩变形相差不大;拱顶沉降主要集中在距离洞口100~200m地下水和煤层较发育地段,平均沉降为-7mm,累计沉降在-8mm上下波动,同时煤层对隧道围岩的变形存在重大安全隐患;距离洞口0~60m隧道的累积周边收敛值及波动较大;对于泥质粉砂岩隧道,浅埋段埋深厚度对隧道围岩变形影响较弱。     

大跨度公路隧道围岩竖向压力分布特征探讨

结合龙头山大跨度隧道围岩压力监测,探讨了竖向压力与隧道埋深、围岩级别的关系;并采用深、浅埋隧道法、普氏系数法以及别尔巴乌麦尔法分别对不同的监测断面计算其围岩压力,对于高级别围岩Ⅳ、Ⅴ,普氏系数法计算结果和实测值较为吻合,而深、浅埋隧道法和别尔巴乌麦尔法计算结果比较一致,但是均大于实测值;对于Ⅱ、Ⅲ围岩,深、浅埋隧道法与实测值较为吻合,普氏系数法要小于实测值,而别尔巴乌麦尔法则大于实测值;从围岩压力与埋深的关系可以看出,深、浅埋隧道法、别尔巴乌麦尔法与实测值的变化趋势基本一致,但比实测值偏大,普氏系数法则比较接近于实测压力的平均值.根据不同的计算方法讨论了不同计算方法对大跨度隧道的适用性,为大跨度隧道围岩压力的设计计算提供有意义的参考.     

偏压填土对既有浅埋隧道稳定性影响分析

关于偏压填土影响既有浅埋隧道稳定性问题,虽然已有大量实际案例,但是其机理研究仍相对不足.以石长铁路线梅林路浅埋隧道为依托,利用MIDAS/GTS软件,建立偏压填土对既有浅埋隧道稳定性影响的三维数值模型,探讨偏压填土对隧道原有覆盖层及隧道结构的影响,研究浅埋隧道所受土压力与隧道结构位移变化规律.数值分析结果表明:隧道所受...     

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.     

地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应分析

为研究地面交通荷载对浅埋隧道的动力响应,建立地面移动荷载作用下隧道数学模型.以济南市顺河快速路南延地下结构工程为背景,将地面交通荷载进行合理近似简化;利用动力方程推导围岩波势函数表达式,结合边界条件确定的波函数展开项系数,得到移动荷载作用下隧道的动力响应,并利用数值模拟的方式对结果进行验证;讨论移动荷载速度及隧道埋深对动力响应的影响.结果表明:径向应力响应在隧道拱顶处引起较大响应;切向应力则在拱顶处和两侧均引起较大响应;车辆速度及隧道埋深是影响动力响应大小的因素.     

浅埋透水地层泥水盾构开挖面极限支护压力研究

针对浅埋透水地层的泥水平衡盾构施工的隧道,建立考虑水的渗透作用下泥水盾构开挖面极限支护压力的理论分析模型。同时,基于极限分析理论,推导相应的计算公式,并结合工程实例,通过数值模拟计算分析,验证理论分析的合理性,进而讨论隧道埋深、隧道直径、土体黏聚力、内摩擦角和水深等参数对盾构开挖面极限支护压力的影响。研究结果表明:浅埋透水地层盾构隧道开挖面极限支护压力随着隧道埋深、隧道直径以及水深增大而增大;随着土体黏聚力和内摩擦角增大反而减小。     

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.     

不同埋深条件下地铁暗挖区间隧道施工对地层的扰动分析

以北京轨道交通6号线一期暗挖区间隧道为工程背景,运用数值模拟技术研究了不同埋深条件下地铁区间暗挖隧道施工对洞周地层的扰动背景,数值计算结果基本与实验实测数据吻合,计算模型很好地反映了隧道的受力特点,揭示了隧道埋深与隧道拱顶的应力变化规律,同时还发现地表深降与隧道埋深呈负相关性的规律,对同类工程有一定指导意义。     

埋深对隧道结构地震动力响应的影响分析

不同的埋深条件下,隧道结构的地震响应差别很大,但其影响规律和特点目前尚停留在震害调查和经验认识的阶段,尚缺乏系统的分析和研究.采用FLAC3D软件,以勒不果喇吉隧道为例,运用数值分析方法对不同埋深条件下的隧道结构地震响应进行数值计算和分析,总结出其基本影响规律和特点,并提出了临界埋深的概念.     

软弱围岩下浅埋隧道稳定性的能量分析

基于能量的角度,采用极限分析理论中的上限定理对软弱围岩下浅埋隧道的稳定性进行分析,得到了围岩压力的理论公式。研究表明:埋深、土体容重越大及黏聚力、内摩擦角越小,浅埋隧道的围岩压力越大,破坏范围也越大;当埋深较大、围岩较好时,浅埋隧道由于自稳能力有可能不会发生破坏,而对于比较差的围岩,在施工过程中应采取更为安全可靠的支护措施,以防止发生垮塌破坏。     

城市地铁浅埋隧道掘进爆破地表振动试验研究

针对北京地铁某区段的浅埋复杂隧道掘进爆破振动进行现场试验研究,通过爆破振速的全程跟踪实测及数据分析,研究了掘进掌子面前后等距离处的地表振动特性。结果表明:已开挖的隧道形成的孔洞具有散射放大效应,致使掌子面后方地表处的最大波峰振速矢量总和是其前方等距离处的1.22~2.04倍;用ANSYS/LSDYNA软件进行数值模拟研究,模拟结果与实测的变化规律和特性吻合;在不改变炸药单耗及其他材料参数,仅改变隧道埋深及断面尺寸的状况下,通过数值计算分析得出,放大效应对埋深及断面尺寸的变化比较敏感,埋深越浅、断面尺寸越大,放大效应越显著。     

管棚注浆在浅埋松软地层中的预加固效果分析

管棚注浆法是浅埋地下工程通用的一种超前支护技术.为分析管棚注浆支护法在浅埋松软地层开挖中的支护效果,以某三孔框构式引水隧道洞口段浅埋松软地层为例,通过对管棚应变变化情况进行监测研究和对隧道施工过程中引起地表沉降进行现场监测,利用ADINA软件对不同支护条件下隧道开挖过程所产生地表沉降值进行数值模拟.以数值试验的定量分析作为理论基础,通过监测管棚形变和地表沉降数值变化,并对两者结果进行对比分析.结果表明,管棚注浆支护设计在浅埋松软地层开挖中应用效果显著,管棚注浆法能够在对隧道围岩进行超前预加固时形成一圈防护层,能分担部分隧道上覆岩层应力,从而较好地调节围岩应力重分布,同时又能有效地抑制围岩的变形.     

小净距隧道浅埋段围岩监测分析

为了研究隧道浅埋段岩体位移与应力动态过程,针对小净距隧道浅埋段的工程特点,对某隧道的岩体位移、支护压力进行了监测,在分析了监测结果的基础上,采用数值模拟技术,对小净距隧道浅埋段围岩动态过程进行了仿真分析.其研究结果表明:小净距隧道浅埋段中夹岩柱岩体总是向开挖侧洞室发生形变且同一断面双线间支护压力区别较大,先行洞支护压力较后行洞高