隧道埋深及开挖方法对于二衬支护时机的影响

为了研究隧道埋深和施工方法对二衬支护时机的影响,以广梧高速公路牛车顶隧道为工程背景,建立数值计算模型,分别改变隧道埋深和施工方法,得到相应的隧道二衬支护时机.结果表明：通过数值计算,可定量得到二衬及掌子面之间的允许距离和埋深的关系;当埋深较小时,二衬与掌子面的允许距离随着埋深的增加而增加;当埋深超过某一限值时,隧道二衬与掌子面的允许距离基本不变;开挖工法对二衬与掌子面间的允许距离影响比较显著,而对仰拱与掌子面的允许距离影响很小.随着开挖断面分部的增加,开挖对围岩的扰动减小,因而可以适当延缓构筑二衬时机.若选取Ⅲ级围岩中的全断面开挖法作为参考基准,则围岩中二衬与掌子面的允许距离将由于选择不同工法需进行修正,相应的修正值为：全断面法1.0,上下台阶法和中隔壁法均为1.5.     

公路隧道应力释放率对软弱围岩稳定性影响

近年来,由于新奥法广泛地运用于地下工程的施工过程中,围岩与支护结构之间的相互作用以及支护时机受到越来越多的关注。中条山隧道洞口段软弱围岩开挖步序多、工序及应力变化复杂,尤其是核心土解除后和二衬施工前安全风险大。本文采用有限差分软件对该隧道洞口段施工过程进行三维数值模拟,研究了洞周位移及支护结构在不同应力释放率下的力学响应,重点分析了典型断面处洞周围岩及支护结构的位移和受力情况,以及洞周位移随施工过程的动态变化规律。研究结果表明：对于软弱围岩公路隧道,应力释放率越大,围岩的塑性区发展范围越大,洞周位移越大;开挖过程中,拱顶沉降受到的持续性扰动较大;待二次衬砌施作后,仰拱隆起和收敛位移趋于稳定。     

特长铁路隧道软弱围岩破碎带试验段的现场试验

以新建宝鸡至兰州客运专线的朱家山隧道为背景,开展了软弱围岩断层破碎带条件下特长铁路隧道试验段的2组现场试验,完成了拱顶下沉、水平收敛、围岩压力、初期支护喷射混凝土应力、钢架受力、初支与二衬间压力及二衬混凝土应力等项目的现场测试,并对测试结果进行了详细分析.结果表明:在施工工法及支护参数基本一致的条件下,变质砂岩中隧道变形及受力要大于千枚岩;试验断面隧道变形超过控制标准,需调整施工方案并辅以相应的变形控制措施;围岩压力及初期支护应力受台阶施工影响明显,拱墙二次衬砌施工后,测值趋于稳定;初支承担了部分荷载,使得二衬受力减小;部分位置喷射混凝土出现了受拉开裂现象,部分钢架应力接近材料容许应力,二衬混凝土应力在容许范围内.研究结论以期为类似工程提供借鉴与参考.     

铁路隧道围岩分级细化研究及应用

对Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ各级的软弱围岩,沿用相关规范计算所得的隧道围岩荷载,因级别不同,其荷载量值的差异往往过大。在现行公路隧道岩质围岩亚级分级方法的基础上,建立了新的围岩亚级分级与铁路隧道所采用的弹性纵波速度细化之间的关系,从而避免了铁路隧道不同围岩分级时其弹性纵波速度交叉重叠的现象。对Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ级岩质围岩,在本项研究中,对铁路隧道按照围岩弹性纵波速度Vp作了更进一步细化,并用以作为围岩初期支护设计压力的计算,避免相邻分级之间其计算荷载值差值过大造成的困难。结合青岛市地铁隧道工程,采用综合模糊判别方法对施工阶段围岩进行动态细化判定和调整,使隧道设计施工更为安全有据、经济合理。     

基于蠕变效应的软岩隧道初衬厚度的研究

采用粘弹性方法,对隧道施工过程中的力学动态进行时间效应分析,分析了初衬支护厚度对围岩位移、初衬应力、二衬应力的影响。初衬厚度越大,围岩位移、初衬应力、二衬应力就越小,但是从因初衬厚度增大而减小的围岩位移、初衬应力、二衬应力与初衬厚度的比值来看,20cm厚的初衬比值较超过20cm厚的初衬的比值大。     

仰拱闭合距离对软弱围岩隧道施工变形控制研究

针对铁路隧道工程施工安全技术关于仰拱与掌子面的距离在V级围岩不得超过40 m的规定,采用MIDASGTS软件,探讨仰拱闭合与掌子面距离分别为30 m(工况1)和60 m(工况2)时,对隧道施工变形控制的影响.结果表明:仰拱闭合距离缩短,拱降和水平收敛均减小,初期支护的内力减小,围岩的应变减小;仰拱跟进距离减小,围岩的稳定性更好.同时,为隧道现场仰拱施工提供理论指导.     

寒区隧道衬砌温度场及应力场变化规律研究

为了研究保温隔热层在冬季的保温效果,选择寒区隧道为研究对象,通过对比隧道是否铺设保温层来进行数值模拟,分析在多年重复温度荷载下温度场的分布,结果表明:在隧道铺设保温层后,能有效减少围岩的冻结深度,减缓围岩的冻融循环,隧道的使用寿命明显延长.在隧道洞口附近由于受到洞口及洞内气温影响,铺设的保温层在一定年限后不能有效保证围岩温度,无法完全阻止围岩内的冻胀发生.隧道在最大冻深时,衬砌最大压应力出现在仰拱和边墙汇交处,最大拉应力出现在仰拱处,且相较自重应力场,最大压应力变小,最大拉应力变大,对寒区隧道运营及维护具有一定的参考价值.     

大断面深埋软岩隧道开挖方法适应性研究

为研究大断面隧道在深埋软岩条件下采用不同工法开挖的适应性,依托郑万高铁巴东隧道项目,运用Midas GTS NX分别模拟了三台阶法、台阶法+临时仰拱与CD法在深埋软岩中的开挖过程,并对3种开挖方法力学效应进行分析。结果表明3种工法在深埋软岩隧道施工中,围岩的最小主应力、最大位移和塑性区均出现在仰拱部位,而仰拱变形是反应开挖时围岩稳定性的重要因素。台阶法+临时仰拱对收敛位移控制较好,适用于水平应力对支护结构影响较强的地层,建议在洞口等浅埋段采用。CD法支护结构应力较大,不利于围岩稳定。三台阶法支护结构受力较小,并对仰拱变形中超前位移控制最佳,为现场施工提供了指导。     

重载列车荷载作用下穿越不同地层位置的隧道动力响应分析

当隧道穿越不同地层位置时,岩土体的性质对隧道结构稳定性的影响不能忽略。以某既有隧道为研究背景,通过激振力函数得到重载列车激振荷载,运用有限差分软件建立三维模型进行数值模拟,选取Ⅲ级围岩、Ⅳ级围岩、Ⅴ级围岩这三种典型工况,研究重载列车隧道的动力响应。发现随着围岩条件的恶化,隧道底部加速度、拱顶竖直位移以及仰拱衬砌处的最大、最小主应力峰值均随之增大。在同一工况下,加速度响应的总体趋势不尽相同,均为隧道底部加速度拱脚加速度拱腰加速度拱顶加速度;竖直位移响应总体趋势为下部大于上部,即隧底竖直位移拱脚竖直位移拱腰竖直位移拱顶竖直位移;仰拱衬砌处的最大、最小主应力响应规律基本一致。总之,重载列车穿越不同地层位置时,最不利位置主要发生在隧底和拱顶处,因而越是恶劣的围岩条件,越是应该将不利位置作为维修加固的重点予以关注。     

深埋马蹄形隧道开挖围岩应力与位移的复变函数解

利用复变函数解法中的柯西积分法,求解工程中常用的单心圆仰拱马蹄形隧道在弹性半空间内任意一点处的应力值和位移值解析解表达式。由于是深埋隧道,且埋深与孔径之比较大,故不考虑重力梯度影响,直接把重力作用化为无限远处作用有 P1、P2的外载;求解出马蹄形隧道孔洞在弹性半空间内任意一点处的应力值和位移值解析解表达式。结合典型断面,利用三维有限元分析软件M ADIS/G T S建立二维平面应变模型,对理论推导单心圆马蹄形隧道在弹性平面内的解析解公式进行验证。分析表明,有限元结果和解析解结果有较好的吻合性,证明了新方法的准确性,针对深埋马蹄形隧道开挖工程,可以快捷地评估围岩应力状态及位移变形。     

深埋软岩隧道不同施工工法力学效应分析

针对穿越软岩地段深埋隧道施工易坍塌的状况,在支护结构类型和参数一致的情况下,采用有限差分程序FLAC3D分别对四种工法(全断面法、台阶法、预留核心土法以及单侧壁导坑法)下隧道的掘进过程进行了三维数值模拟.分析了洞周围岩和支护结构在各种工法下的力学响应规律,并重点探讨了洞周围岩特征点位移、掌子面稳定性以及支护结构受力等效应.根据计算结果对上述四种工法进行了优选,并得出以下结论:从围岩变形及受力方面分析,单侧壁导坑法最优;预留核心土法更适合于深埋软岩隧道的施工;高应力大变形条件下,仰拱处变形应作为围岩稳定判据的关键因素之一;深埋隧道开挖过程中,竖向应力对支护结构影响较强,水平应力对支护结构影响较弱.     

断层特征与掘进方法对隧道围岩稳定性影响分析

以都昌至九江高速公路温泉隧道为工程背景,采用有限元方法对隧道穿越不同断层倾角、隧道与断层相对位置、隧道不同开挖方法等情况下围岩的稳定性进行了模拟计算分析。结果表明和无断层情况相比较,断层的存在使得围岩的整体位移增加,拱顶沉降增加约18.3%,仰拱隆起增加约35.1%,围岩位移最大区域向垂直于断层方向偏移,不再具有对称性;断层位于隧道拱肩处时拱顶沉降量最大,断层位于隧道拱脚时,对围岩拱顶沉降量的影响最小,围岩最为稳定;采用上下台阶法进行开挖其拱顶位移量要比采用侧壁导坑法开挖所产生的位移量大77.04%,仰拱隆起量大60.3%;断层倾角为45°时,隧道开挖时围岩相对比较稳定。     

二道垭隧道开挖与支护的数值模拟分析

大量工程实践表明，岩体工程开挖后的应力调整和变形并不是瞬时完成，本文采用大型有限元工程模拟分析软件ABAQUS，模拟二道垭隧道的开挖与支护过程，研究隧道开挖后考虑不同的应力释放比例后再支护时，围岩的变形及锚杆的受力情况. 计算结果表明：对于松软岩层来说，考虑应力释放后再支护的计算结果更好地反映工程围岩的变形和破坏特性.     

典型膨胀岩区铁路隧道基底上拱致害机理及治理措施的仿真分析

以某客运专线高速铁路在线路运营期间出现多处隧道基底上拱现象为背景，研究隧道基底上拱成因机理，采用数值模拟的研究方法对围岩强度衰减、仰拱厚度和仰拱矢跨比3个因素开展3因素3水平正交试验，使用极差分析法对模型试验结果进行数据分析得到影响铁路隧道产生基底上拱现象的主要因素和次要因素，并对采用改善仰拱结构和对仰拱进行锚杆加固2种治理措施后的治理效果进行了模拟。研究结果表明：影响上拱现象产生的主要因素和次要因素分别是围岩强度变化和仰拱厚度，模拟结果显示仰拱厚度和仰拱矢跨比的增加可以有效减少上拱变化的产生，且在进行锚杆注浆治理后，隧道基底受力变化有明显改善，验证了该病害治理方案的可行性。     

张集铁路旧堡隧道围岩初始应力反演分析及分级评价

隧道围岩初始应力分析评价是进行围岩稳定性分析、实现隧道安全快速掘进的前提.采用位移反演分析和场区构造地应力分析2种方法,对旧堡隧道围岩初始应力状态进行分级评价.研究表明,开挖区段隧道横截面上平行洞轴方向为最大主应力方向,围岩的最大、最小主应力均大于自重应力,岩石强度应力比低,该隧道围岩的初始应力属于高地应力.     

二道垭隧道开挖与支护的数值模拟分析

大量工程实践表明，岩体工程开挖后的应力调整和变形并不是瞬时完成，本文采用大型有限元工程模拟分析软件ABAQUS，模拟二道垭隧道的开挖与支护过程，研究隧道开挖后考虑不同的应力释放比例后再支护时，围岩的变形及锚杆的受力情况．计算结果表明：对于松软岩层来说，考虑应力释放后再支护的计算结果更好地反映工程围岩的变形和破坏特性．     

基于DE-BP模型隧道围岩的动态分级

针对隧道施工期间的围岩分级问题,根据地质超前预报获得围岩分级指标,提出了基于DE-BP模型的隧道围岩分级方法,并结合VTK技术、三维地质建模方法及数据库技术编写隧道围岩分级软件,将此方法应用于板石隧道的围岩分级中,进行围岩等级可视化显示与施工方案的调整.结果表明:DE-BP模型的均方差明显小于BP神经网络,分级精度显著提高;DE-BP模型围岩分级结果与勘查设计等级基本相同,验证了该模型的合理性,更加适用于隧道围岩动态分级.     

圆形隧道的粘弹性应力分析

《工程力学》,第7卷,第1期,1990 本文讨论圆形隧道的粘弹性应力分析问题。文中给出了在隧道围岩自重作用下,衬砌与围岩均为粘弹性材料时,求解衬砌与围岩变形及内力的一般性解答。求解的方法是:将衬砌与围岩相互作用的径向力和切向力表示成三角级数,按弹性问题分别求解衬     

金鸡山隧道拓宽方案离散元分析

结合福州金鸡山隧道拓宽改造工程,通过建立离散元计算模型,对拓宽改造方案进行了优化分析.分别研究了不同方案下隧道围岩屈服、围岩变形、拱顶下沉、衬砌内力特征及中夹岩柱应力状态,研究结果表明:方案1能够保证满足隧道建成后的安全要求,对既有建构筑物的扰动最小,且隧道整体受力状态较好,是最佳方案.研究结果可为今后类似工程的设计、施工提供借鉴与参考.     

仰拱在隧道塌方险情处置中的作用效果分析

针对仰拱支护在隧道塌方险情处置中的应用问题,结合松建高速公路杜布隧道工程实际,首先详细分析了杜布隧道洞口浅埋段施工期间塌方险情的形成机理,通过对施工监控量测结果的分析,阐明了抢险期间仰拱快速施做起到的有效作用;基于有限差分理论,从隧道实际地质模型入手,通过对有、无仰拱支护情况下,隧道周边围岩的位移场及初期支护结构的受力状况进行对比分析,进一步阐明了仰拱支护在预防塌方发生中的有效作用,为今后指导类似工程的设计与施工提供了借鉴与参考.