浅埋小净距偏压隧道施工工序的数值分析

采用双侧壁导坑法,对浅埋小净距双洞六车道偏压公路隧道在不同开挖顺序下进行施工力学数值模拟。分析不同开挖顺序时的围岩位移、应力、地表位移以及塑性区的变化,并进行比较。数值结果表明：先开挖深埋一侧隧道,围岩塑性区较小,左洞拱顶不会出现围岩拉裂区,右洞拱顶塑性区较小;先开挖各洞外侧,拱顶和中间岩柱的应力、位移较小;后行隧道开挖对先行隧道围岩的受力变形有很大影响,后行隧道开挖导致先行隧道洞周位移和应力大幅度增大;中间岩柱、侧墙和拱顶均是施工中应重点关注的部位。     

新城子隧道小间距段受力测试分析

高地应力大变形软岩隧道修建中,不同的开挖方法对二衬的受力影响很大,尤其在复杂结构隧道中尤为明显。兰渝铁路新城子隧道为工程背景,应用结构应力测试,数值模拟等手段,通过对常规三台阶法和超前应力释放导洞法中三个不同断面的初支和二衬的受力及变形分析,研究小间距段在超前应力释放导洞和常规三台阶两种工况下的施工力学特性以及先行洞室和后行洞室之间的相互影响,分析认为采用小导洞进行应力释放后变形和受力减小,后行洞室经过先行洞室时,先行洞室结构受力明显增大。     

不同施工工法对既有隧道影响的数值模拟研究

文章通过数值分析手段,对拟建隧道采用不同的施工方法所引起交叉既有隧道的受力、变形变化状况进行研究。全断面法与上下台阶法对既有隧道的围岩应力及变形影响是一致的,两者均引起拱顶及边墙的围岩应力降低,拱底围岩应力的增高,既有隧道特征点均将产生下沉。全断面法开挖引起既有隧道的位移量要稍大于上下台阶法,同时2种开挖方法对既有隧道二衬的受力影响几乎相当,二衬经历对称—非对称—对称3个变化过程,随着开挖深入,其应力逐渐增大,但远小于容许应力值,处于安全状态。并据此提出相应的建议。     

片麻岩大断面双洞隧道施工的动态特性

以兰州市北环路大断面双洞隧道工程为研究背景,采用台阶法进行施工,以ADINA有限元软件为计算平台,建立隧道开挖数值模型,对片麻岩大断面双洞隧道模型进行分析:研究地表位移、围岩位移与内力、锚杆轴力的特点及其变化规律.结果表明对片麻岩大断面双洞隧道采用台阶法施工时,分步开挖对地表竖向位移较水平位移影响大,最大竖向位移值为10.71mm,位于双洞隧道间岩柱上方;上、下台阶土体开挖会对隧道围岩位移及等效应力产生较大影响,应及时进行拱顶初期支护;锚杆轴力集中分布于边墙部位,且沿其辐射方向呈现不断减小的趋势,应对边墙部位锚杆进行加强处理.     

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     

小净距隧道围岩受力特征的研究

文章以某小净距隧道为例,采用三维有限元数值模拟不同净距时左右洞开挖后中壁岩柱、拱顶位移及隧道周边的围岩受力状况,从上述分析可以看出,随着净距的减小,围岩（特别是中壁岩柱）受力将逐渐增加,拱顶位移将逐渐变大,同时随着围岩物性指数的降低,围岩将产生塑性区域,其受力状态将越来越不利。     

基于衬砌结构受力的四洞并行公路隧道群施工相互影响分析

为研究多洞并行公路隧道群施工时各洞间相互影响规律,以成都天府机场高速公路龙泉山四洞并行隧道工程为背景进行数值模拟分析,研究后行隧洞开挖对先行隧洞围岩塑性区、初支受力及变形产生的影响.数值模拟结果表明:先行隧道初支受力及变形受后行相邻隧道开挖影响较大,且其影响随着隧道净距的减小和后行隧道断面的增大而增大;先行隧道初支压应力最大增量发生在靠后行隧道一侧的边墙部位,拉应力最大增量发生在拱顶部位.数值模拟以及现场监测均表明采用两侧2车道隧道先同时开挖,接着中间两3车道隧道依次开挖,同时相邻隧道掌子面错开距离控制在30 m的施工工序能够满足施工安全性要求,可为类似工程提供经验参考.     

偏压错台小净距隧道力学性态相似模型试验

试验研究了浅埋、偏压、错台条件下的小净距隧道力学性态相似模型,模拟不同的施工顺序(先开挖左洞和先开挖右洞)对隧道围岩及中间岩柱应力和沉降的影响.试验结果表明,在浅埋、偏压尤其是错台条件下,左洞和右洞开挖对中间岩柱的应力和位移均产生较大的影响;右洞先开挖引起整个上覆岩体的地表和深层沉降量比左洞大3%～48%,引起的两线隧道围岩中的应力释放量比左洞大3%～46%.左洞先开挖对隧道安全有利,应先开挖左洞.因此,针对平行的偏压小净距隧道应先开挖浅埋侧隧道的经验方法,对于错台不完全适用.数值分析和现场监测数据有力地验证了模型试验结果的合理性.     

小净距隧道洞口段围岩变形与坡体稳定性分析

针对浅埋小净距隧道洞口段施工围岩-边坡地形偏压影响及施工过程中的危险施工步问题,引用强度折减法为依据,建立浅埋偏压小净距隧道的仿真模型计算隧道安全系数,并结合现场监测数据对比分析隧道稳定性,结果表明:隧道开挖会使边坡滑移范围向坡顶和坡脚扩展,滑体在隧道中夹岩处分流,使先行洞以扩张形变为主后行洞以压缩形变为主;先行洞内侧上部、外侧上部开挖及后行洞核心土弧形导坑开挖为围岩扰动相对较大施工步,中夹岩、左洞左拱脚与右洞右拱腰为小净距隧道围岩最危险部位,应针对工程实际偏压情况加强支护措施.上半断面的开挖过程造成的围岩扰动大于下半段面.     

粉煤灰堆积体地层连拱隧道开挖错距影响分析

粉煤灰堆积体自稳能力差,受力即破碎成散颗粒,隧道穿越粉煤灰场区时失稳围岩对施工安全构成极大威胁。以盐坪坝连拱隧道为依托,根据粉煤灰力学性质对比选用了塑性-硬化本构,通过有限差分软件FLAC3D对不同开挖错距进行数值模拟,设置中导洞上下台阶以及左右洞开挖错距工况分别为5m、10m和15m,研究不同开挖错距对粉煤灰堆积地层中双连拱隧道的围岩和结构的影响。结果表明：中导洞台阶开挖错距不宜超过10m,15m错距相比10m错距应力最大值增长了36.82%,左右洞采用小开挖错距可以有效减少中导洞拱顶位移；中导洞开挖完成后左右洞拱顶竖向位移已达到其总沉降量约50%,左洞拱顶沉降位移与开挖错距近似线性增长,后行洞开挖过程中对先行洞造成的影响较大；主洞采用不同开挖错距时应力积聚分布在不同位置,开挖错距大于10m后结构受力增幅快速增长,15m错距相比10m错距应力最大值增长了17.28%。可见主洞开挖错距不宜超过10m。     

无中导洞连拱隧道掌子面纵向间距优化

作为一种大跨径地下结构形式连拱隧道结构复杂,无中导洞法能在提高施工速度的基础上降低中隔墙渗漏水。为研究连拱隧道无中导洞法施工活动对隧道先后行洞的影响程度,以陈家滩隧道为研究对象,通过数值模拟研究了不同间距下先后行洞的影响范围、先后行洞的影响程度以及中隔墙的倾覆趋势。结果表明：当先行洞开挖至控制截面5 m范围内时,对围岩的影响最大,其围岩位移释放系数增量达到了40%以上;超过控制截面10 m时其围岩释放系数达到了93%以上,影响程度较小;超过20 m时影响程度可以忽略。当先后行洞纵向间距大于35 m时,影响程度接近10%,纵向间距大于40 m时,影响程度小于10%。从中隔墙的倾覆程度来看,当先行洞开挖完成时,中隔墙的倾斜程度达到最大,倾斜度约为3.28×10^-4;而纵向间距大于30 m时倾斜度差值为0.351×10^-4,此时中隔墙倾斜程度较大极差较小,有利于中隔墙受力。故先后行洞开挖掌子面纵向间距建议控制在30～40 m。     

高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响：以玉龙雪山隧道工程为例

为研究高地应力软岩隧道超前平行导洞开挖对主洞影响,依托玉龙雪山隧道工程,基于现场长期监测数据,结合有限差分程序FLAC3D建立数值分析模型,研究超前平导对主洞围岩应力、围岩位移和塑性区分布的影响,明确主洞与平导间最优间距。研究结果表明:主洞开挖过程中,当掌子面与监测面距离为3.63倍主洞洞宽时,监测面拱顶沉降、上收敛、中收敛和下收敛值占最终变形值的80%以上,围岩变形稳定后上收敛值和中收敛值均大于拱顶沉降;平导超前开挖可有效改善主洞围岩应力环境,主洞与平导间距较大时,围岩应力改善效果不佳,随着二者间距逐渐减小,围岩应力改善效果逐渐增强,但主洞与平导间距过小时,二者开挖产生的塑性区会贯通,综合考虑,确定主洞与导洞最优间距为3.5倍导洞宽度;主洞拱顶沉降值和拱底隆起值随着主洞与平导间距的减小而增大,左右拱腰水平位移值随着主洞与平导间距的减小先减小后增大,当二者间距由5.0D减小至3.0D时,拱顶沉降值和拱底隆起值分别从-0.598m和0.426m增加至-0.679m和0.514m。     

浅埋土岩复合段隧道冒顶分析与防治

通过对正习高速公路隧道浅埋段开挖过程中坍塌冒顶事件进行分析,提出冒顶处治措施,并建立隧道风化残积深度处于拱顶以及拱顶以下1 m的数值模型,进行无超前支护不同开挖步距的变形特征数值试验,试验表明无超前支护情况下即使采用上下台阶法对隧道进行开挖0.6 m,拱顶的围岩变形最大仍达到3.578、4.789 mm,隧道拱顶残积体对隧道开挖后续支护作业产生较大安全风险。在风化残积深度处于拱顶以下1 m时,原设计小导管纵向间距由2.4 m调整为0.6 m后,开挖0.6 m的拱顶最大变形由2.348 mm降低至1.747 mm,结合现场坍塌冒顶事件,为确保后续隧道浅埋土岩复合段落施工安全,提出了冒顶防治措施并在隧道开挖施工中取得良好的效果。     

闽南小净距隧道中夹岩力学特性与加固措施

为研究山区浅埋偏压小净距隧道开挖对中夹岩力学特性的影响,以福建三明莆炎高速公路布盂隧道为工程背景,采用Midas GTS有限元软件建立三维数值模型,分析了浅埋偏压小净距隧道中隔壁法施工条件下中夹岩柱的力学特性,并提出了采用中空注浆锚杆的中夹岩注浆加固技术。结果表明,隧道浅埋偏压条件下采用中隔壁法施工,围岩与初支变形相对较小,但拱腰位置中夹岩变形应加强监控;小净距隧道开挖施工,中夹岩柱会产生水平位移,拱腰位置左右线隧道平均水平位移为 4.25 mm;采用小导管注浆加固的中夹岩柱正应变和塑性区显著减小,左右线隧道拱腰位置中夹岩应变分别减小77%和81%,拱脚位置应变分别减小85%和80%;结合数值模拟分析结果和现场设计,采用 5 m长中空锚杆对小净距段中夹岩进行注浆加固,提高了中夹岩柱的整体稳定性,保证了隧道施工安全,为后期类似工程提供了较好的借鉴意义。     

高地应力软岩隧道大变形监测及支护优化

针对高地应力软岩隧道大变形问题,对中国西北地区某高速公路隧道围岩变形监测、钢拱架应力、围岩压力等项目进行现场监测,探讨不同施工阶段围岩的变形规律和受力特点,并通过数值模拟对不同钢架间距的围岩变形控制效果进行对比分析。结果表明:上台阶开挖阶段是围岩变形增长迅速的阶段,上台阶和中台阶开挖导致的围岩变形量占总变形量的70%;初期钢架主要以受压为主,上台阶及中台阶应力均大于下台阶应力,上台阶及中台阶的初期支护承担了更大的荷载,上台阶和中台阶应"快速通过,及时支护";施工时可采用"先让后抗"的方法,适当加大预留变形量以缓解初支压力,当围岩变形速率减缓时,可提前施做二衬;数值模拟表明当初期支护参数采用I22b工字钢,间距0. 75 m,加4 m长锁脚锚杆,可以经济有效地控制围岩变形。研究成果可为类似隧道工程的设计、施工等提供借鉴和参考。     

渗流对CRD法开挖浅埋偏压隧道洞口段影响的分析

针对在隧道洞口段采用CRD法开挖过程中,因渗流作用而导致围岩的物理力学状态发生变化和引发的问题。在考虑渗流的情况下,运用FLAC_3D软件,分析浅埋偏压隧道围岩在CRD法施工时物理力学状态的变化规律。结果表明：在开挖周围产生较集中的漏斗形状的孔隙水压力区域;地形的偏压造成隧洞右侧的应力大于左侧,随着CRD法的分步开挖,每步开挖后造成的导洞在拱顶、底板、边墙处横向均产生了应力集中,左洞在完全开挖与支护后,应力集中现象逐渐减少;在考虑渗流时第三步开挖对初始开挖处围岩变形影响最大;在CRD法开挖过程中,对围岩变形影响较大的是第七步;拱腰和拱顶发生的位移,在考虑渗流时大于未考虑渗流时的情况,但拱底出现与上述相反的现象。     

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。     

超大埋深软岩隧道超前中导洞合理断面尺寸及应力峰值转移机制

在超大埋深软岩隧道中,通常地应力较高,且围岩软弱破碎,在施工过程中不可避免的会出现大变形现象,造成支护结构失效破坏。采用超前中导洞应力释放技术提前释放地应力,可以改善支护结构的受力状态,减小隧道变形量,保证支护结构的安全。本文依托丽香线哈巴雪山大变形隧道,采用文献调研、数值模拟及现场监测等手段对超大埋深软岩隧道超前中导洞合理断面大小进行研究,分析了中导洞不同断面大小工况下应力释放效果,最终确定中导洞合理断面大小。研究结果表明,超前中导洞断面为正洞断面面积的0.6倍时,应力释放效果较为理想,相比直接开挖正洞,采用合理超前中导洞断面时,正洞拱顶沉降及上、下台阶水平收敛值分别减小28.2%、27.64%和26.71%,且围岩中切向应力峰值向围岩深部转移了约4 m,同时,应力峰值数值有所减小,减小约5.04%。研究成果可为类似大变形隧道工程提供参考与借鉴。     

偏压隧道开挖方法和监测数据分析—以回头沟隧道为例

依托回头沟隧道工程,采用Mohr-Coulomb强度准则数值分析台阶法、环形开挖留核心土法、交叉中隔墙法、单侧壁导坑法四种开挖方法,结果表明单侧壁导坑法变形值最小;通过现场监测隧道地表和围岩变形情况,研究发现当地表不对称时左右两侧地表和围岩变形规律不同,深埋侧位移大于浅埋侧;当地表平坦时,左右围岩变形规律相同;监测结果与数值分析结果相同,可为今后隧道开挖方法选择提供参考。