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.     

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。     

深部软岩地层沿空巷道围岩稳定性数值模拟研究

依据城郊煤矿21403轨道平巷的实际地质资料,建立了软岩地层沿空巷道围岩稳定性的FLAC~(3D)数值计算模型,分析了巷道掘进过程中围岩的应力场、位移场和塑性区的变化规律,研究了工作面回采对沿空巷道围岩稳定性的影响规律,讨论了煤柱留设宽度对巷道围岩应力场、位移场和塑性区的影响规律,确定了合理的煤柱留设宽度。研究结果表明:(1)轨道平巷掘进后,顶底部的应力场、位移场和塑性区均大于巷道两帮,应加强巷道顶底板支护强度;四角出现了显著的应力集中区,应对四角位置岩体进行特殊处理。(2)沿空巷道煤柱帮最大应力出现在采空区前沿约5 m的位置,其值随工作面回采出现周期性的变化,应力集中系数约为1.9。(3)巷道围岩的应力场、位移场和塑性区均随煤柱留设宽度的减小而增大,煤柱留设宽度应不小于10 m。     

武汉某地铁车站深基坑开挖支护变形数值模拟研究

【目的】以武汉市唐家墩地铁车站深基坑工程为例,综合考虑场地工程地质、水文地质条件,权衡经济、安全、施工难度、工期等因素的影响,最终采用连续墙加内支撑的方式对该深基坑进行开挖支护。【方法】结合ABAQUS数值模拟软件中的Mohr-Coulomb准则进行三维建模,模拟研究了基坑开挖过程,预测了基坑开挖影响范围内土体的水平位移、垂直位移及支护结构的变形,并与现场监测资料进行了比对。【结果】研究结果表明：开挖初期主动土压力主要由开挖面以下连续墙承担,随着开挖加深和支撑设置,主动土压力在后期主要由开挖面以上连续墙承担。围护结构最大水平位移为30.3 mm,坑外最大沉降量17.5 mm,坑内最大隆起量为19 mm,与现场实测数据一致,从而验证了设计方案的可行性。【结论】基坑开挖支护方式满足一级基坑变形控制要求。模拟结果表明支护设计方案是可行的。     

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。     

深基坑开挖对邻近住宅楼的变形影响分析

【目的】深基坑工程中土体的开挖卸荷会导致土体位移变形，可能引起周围建筑物变形，因此有必要对深基坑开挖对邻近宅楼的变形影响进行分析。【方法】本研究以郑州某深基坑工程为例，在采取上部土钉墙、下部桩锚支护的联合支护方式下，使用FLAC3D对基坑的开挖过程进行数值模拟，探究不同工况下基坑开挖对周边土体和邻近建筑物的影响。【结果】研究发现：沉降量随着距基坑边缘距离的增加而减小，最终降低为零；沉降量和围护体的水平位移随着基坑开挖深度的增加而增大；邻近建筑物的沉降随着基坑开挖的加深而增大，随着距基坑边缘距离的增大而减小。【结论】本研究验证了该支护方式的可行性。     

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。     

渝昆高铁某隧道洞口段穿越破碎带安全施工技术案例分析

【目的】隧道施工在穿越破碎带过程中容易出现大变形，影响结构安全。【方法】针对在建渝昆高铁华山松隧道项目的地质特征，通过现场监控测量及类似工程案例分析，采用“地质调查法+物探（TSP）+超前钻探”等综合超前探测手段，确定“中管棚+小导管”双层超前加固，拱架型号提高、大直径锁脚及短进尺开挖等施工控制手段。【结果】结果表明：隧道拱顶最大变形量仅为20 mm，有效地控制了大变形风险。【结论】本研究可为类似工程安全施工提供借鉴与参考。     

地层纵向特性对隧道衬砌结构应力与位移的影响分析

探讨地层纵向性态变化对隧道横截面应力、位移的影响,采用midas GTS有限元分析软件,结合兰州市九州隧道实际工程,选取不同性态的土体进行数值模拟,分析对比了3种不同土体下隧道拱顶的竖向有效应力及位移.结果表明,随着土体围岩级别的提高,容重的增大,内摩擦角的减小,隧道截面竖向有效应力有所增大,且拱趾处增量最大,增长速度也最快,有效应力的增量和增长速度沿拱圈向拱顶逐渐减小,拱趾处增量是拱顶处增量的20倍以上;围岩级别提高,竖向位移有所减小,其中拱顶处位移增长最快,增量也最大,位移的增量和增长速度从拱顶沿拱圈向拱趾逐渐减小,拱顶处位移增量是拱趾处增量的1.17~1.23倍,对实际工程提供了一定的参考和建议.     

分级框架锚杆支护边坡的稳定性分析

【目的】为探究云南勐绿高速公路某分级框架锚杆支护边坡的稳定性。【方法】采用FLAC3D建立三维数值模型,对边坡分别在未支护和支护工况下进行稳定性分析。选取支护边坡中部断面,对该断面中的锚杆（锚索）轴力进行监测,研究锚杆（锚索）轴力沿长分布的特性。【结果】结果表明：未支护边坡有极大可能沿潜在滑动面发生失稳破坏,分级框架锚杆支护结构能够有效抑制边坡整体位移,改善坡体内部塑性区分布,提高边坡的安全系数;锚杆锚固边坡内部根据锚杆发挥的不同作用分为主动区和被动区;锚索最大轴力处于自由段,锚固段内轴力分布并不均匀,呈递减趋势。【结论】研究表明框架锚杆组合结构对边坡具有良好的支护效果。     

基于有限元模拟的溢洪道边坡稳定性分析

【目的】重庆市南川区鱼枧水库工程中溢洪道边坡所处位置地质条件复杂，开挖规模较大，加之不确定因素较复杂，导致该工程溢洪道边坡存在安全隐患问题。【方法】结合溢洪道左侧边坡的总体结构特征，研究选取两个典型剖面及相应的岩体力学参数，利用强度折减法对该边坡分别在不同工况和不同施工工序下进行稳定性分析。【结果】研究表明：该边坡在未开挖及开挖支护两种工况下均满足稳定性要求，而在开挖未支护时处于不稳定状态；边坡采用边开挖边支护的施工工序比先开挖后支护工序产生的整体位移缩减15%。【结结论论】本研究验证了边坡支护方式的合理性，具有一定的指导意义。     

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。     

“三软”特厚煤层巷道锚网支护技术与实践

【目的】针对焦家寨煤矿特厚煤层完整性差、松散易冒顶等突出问题,分析影响顶板冒漏的主要因素。【方法】通过现场煤层可锚性测试,确定了锚网支护的可行性;提出了长短锚索层次控制技术,优化了巷道支护方式;采用顶板超前“龙骨”预支护结构,有效防止顶煤漏冒。【结果】现场实践表明：顶板锚索受力稳定,支护效果良好,防止了顶板冒漏现象。顶底板最大移近量156 mm,两帮最大移近量82 mm,巷道变形量均在允许范围内。【结论】本研究成功实现了“三软”特厚煤层的锚网索应用。     

深部巷道锚杆与衬砌支护的数值模拟研究

采用大型有限元数值模拟软件ANSYS,对深部巷道锚杆与混凝土衬砌支护前后围岩变形规律进行了数值模拟,对不同支护后围岩位移及塑性区的变化情况进行了系统分析.结果表明,混凝土衬砌支护显著提高了围岩的强度和承载能力,可有效地控制深部巷道的损伤变形.     

三软煤层回采巷道合理支护技术研究

本文通过理论分析,提出了回采巷道采用U型钢+锚杆(索)+金属网联合支护,运用数值模拟分析了该支护体系下围岩位移、应力及塑性区分布情况,并进行了现场验证。研究结果表明:该支护体系下巷道变形得到有效控制,保证了回采巷道的稳定性。     

浅埋水工隧道支护优化方案设计研究

【目的】目前，我国对水工隧洞的开挖支护研究较少，本研究以信阳市四水同治水工隧洞为研究对象，对该工程支护方案进行优化设计，为类似工程提供借鉴经验。【方法】通过FLAC3D软件建立模型，在支护方案的锚杆数量和喷混厚度两方面进行优化模拟计算分析。【结果】研究结果表明：(1)两种优化方案云图都与施工方案相似，数值上两种优化方案虽使围岩位移有所增大，但仍在安全范围内。(2)模拟锚杆优化方案虽使锚杆应力有所增大，但未超过锚杆应力极限承受范围。(3)模拟喷混优化方案与施工方案相比仅在数值上有差异，且变形位移在安全范围内。【结论】通过以上分析表明两种支护方案优化设计在安全性和经济实用性两方面具有参考意义。     

新建隧道对既有隧道变形影响的模拟及实例研究

【目的】为了缓解地面交通拥挤的现状，地下交通设施的建设愈发频繁和密集，在工程中不可避免地面临在邻近的既有隧道附近开挖隧道的情况。新建隧道开挖会引起地应力场的改变，从而影响既有隧道围岩的受力状态，使之发生变形。【方法】为了研究岩质地层中新建隧道对既有隧道变形的影响，采用数值模拟的方法，模拟在既有隧道周围不同方位，不同距离开挖隧道。通过监测既有隧道的位移来反映其变形情况。【结果】研究结果表明：既有隧道的变形随着与新建隧道净距的增加逐渐减小，新建隧道与既有隧道位于同一埋深时，既有隧道的变形最小，新建隧道下穿既有隧道时，新建隧道对既有隧道的影响较大。【结论】本研究可以为类似工程施工和设计提供参考。     

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。     

渝昆高铁华山松隧道穿越凝灰岩段施工工法分析

【目的】凝灰岩地层容易遇水软化,自稳能力差,隧道穿越时极易发生溜塌、大变形等灾害,这就需要研究在破碎凝灰岩段隧道采用两台阶与三台阶工法下,围岩、支护结构受力及变形规律,为施工提供理论指导。【方法】以在建渝昆高铁华山松隧道为背景,通过数值模拟手段进行计算分析。【结果】研究结果表明：采用三台阶开挖时,变形情况较两台阶有一定程度的改善,其中整体最大沉降量降低14%,特征断面沉降量降低9%;在支护结构受力方面,三台阶法要比两台阶法稍有优势。隧道开挖后,为避免隧道两侧边墙部位出现压应力集中,施工中应注意观察边墙初支是否有开裂、鼓包等现象,必要时施作临时横撑,以保证施工安全。【结论】研究成果可为今后类似工程提供参考。     

深中通道某异形钢箱梁横向分块施工受力分析

【目的】为论证施加压重荷载方案的可行性，以深中通道某工程为研究背景，研究各施工阶段下梁块线形和应力情况。【方法】采用Midas Civil板单元建立钢箱梁横向分块安装有限元模型，分析箱梁吊装到临时支撑、施加压重荷载两个施工阶段，钢箱梁纵缝处的位移及主要构件的应力情况。【结果】结果表明，D、E段钢箱梁分块吊装到临时支撑后，钢箱梁横向分块后箱梁接缝处存在位移差，位移差最大值分别为5.9 mm、8.9 mm，且都发生在跨中截面处；施加不同的压重荷载后，纵缝处的最大位移差绝对值减小85%、79%，且理论位移差皆不超过2 mm；顶板、底板、腹板的应力分布规律基本一致，且应力值均不超过80 MPa。【结论】横向分块施工方案安全合理，研究成果可为同类型桥梁横向分块施工提供参考。