鹙窝梁隧道二次衬砌数值模拟及衬砌安全性分析

采用有限元分析软件ANSYS对鹙窝梁隧道二次衬砌进行数值模拟分析,得出了衬砌结构受力变化规律,并通过衬砌强度的安全系数计算分析,寻求衬砌的合理施工厚度。     

新建隧道施工对既有隧道影响的试验研究

通过新宝塔山隧道施工过程对既有宝塔山隧道的影响进行了数值模拟,并实测了新隧道开挖过程中既有隧道衬砌结构的变形和衬砌混凝土的应变变化情况。数值模拟结果和现场实测数据表明,既有隧道衬砌结构的变形和衬砌混凝土的应变变化较小,新隧道施工对既有隧道影响不明显,对后续工程施工有指导意义。     

媒体重头文章概览

正《施工技术》24/2018软弱围岩隧道二次衬砌合理施作时机研究为确定软弱围岩隧道开挖过程中,不同施工工法对应的二次衬砌合理支护时机,采用FLAC3D软件建立数值分析模型对三台阶预留核心土法和CRD法的开挖过程进行模拟,分析二次衬砌支护时机对围岩和支护结构受力变形的影响,并确定出合理的二次衬砌支护时机。研究结果表明:二次衬砌的支护时机对隧道围岩的变形有显著     

模型尺寸对地铁隧道动力响应数值分析的影响

以上海地铁为背景,分析运营期间隧道衬砌结构的状态。结合有限元法,选用实体单元模拟隧道衬砌结构和土体,仿真分析运营状态下的隧道衬砌结构,通过Newmark积分算法分析其动力响应,并比较不同尺寸模型的计算结果。结果表明,列车荷载作用下,隧道衬砌结构在竖向的动力响应最大,沿列车行驶方向的动力响应最小,横向加速度响应和列车运行位置有关。通过几种模型尺寸分析,衬砌结构在深度的变形量最大,但是宽度方向和长度方向的变形量在实际工程中不可忽视。模型尺寸的深度变化对其动力响应和变形影响明显,模型深度尺寸增加,变形量先增大后减小,而宽度变化的影响相对较小。通过数值模拟可为工程结构的监测分析提供理论依据,为计算模型的选择提供参考。     

一种隧道衬砌模板支撑结构受力分析计算

混凝土二次衬砌在铁路及公路工程中被广泛采用,隧道衬砌模板支撑结构分析计算关系到衬砌结构的稳定性。为保障隧道二次衬砌结构安全和工程质量,采用一种带斜撑杆封闭框架结构作为模板支撑体系。并对结构受力进行分析,推导出结构内力,变形计算公式。在假定隧道二次衬砌处于稳定围岩压力作用下,采用斜杆支撑的框架结构,利用结构力学刚性连结型式,推导出结构内力、变形计算公式。经工程检算表明,计算方法简单明了,计算结果满足工程安全要求,可供类似工程设计施工参考。     

矩形隧道衬砌结构优化数值模拟分析

为提出合理的明挖法城市地下矩形隧道结构优化形式,建立了衬砌厚度和衬砌拐角优化后的荷载-结构力学模型,运用有限元软件对衬砌结构的内力和变形进行数值模拟分析。研究结果表明:当对衬砌结构厚度进行优化时,矩形隧道结构的最大变形值与衬砌结构厚度成反比;衬砌厚度减薄,对整体结构内力分布变化影响较小,但是在衬砌结构拐角处产生应力过大的现象。而对衬砌拐角处结构形式进行优化时,衬砌结构的变形量明显减小,整体结构变形分布较均匀,而产生水平位移最大值的位置出现"下移"的现象;衬砌结构形式的优化,使衬砌结构内力分布特征产生较大差异,对整体结构受力是有利的。因此考虑结构受力和使用空间等方面的要求,采用该种衬砌结构优化形式,不仅能够充分发挥衬砌结构的潜能,而且可以节约工程造价。     

特长山岭隧道衬砌监测及模拟研究

 在新奥法的隧道设计理念中，现场的监控量测工作是必不可少的重要组成部分。监控量测不仅能准确反映围岩的稳定性，而且通过对监测数据的分析及在此基础上的数值模拟工作，可以较好地优化隧道的衬砌结构，从而使动态设计、信息化施工成为可能。为实时掌握隧道施工期间的围岩变形和支护结构的受力特点，某特长山岭隧道进行以应力监测和位移监测为基础的全程监控量测工作。并以应力监测为基础，采用有限元软件对隧道衬砌结构在不同级别围岩中的受力状态进行模拟，以监测位移值做标准，对数值模拟结果的正确性进行验证。计算出不同衬砌结构在相应级别围岩中的临界荷载，以指导现场监控量测工作。从而保证隧道的施工安全并优化衬砌设计，为后续工程的设计提供指导。     

某油气管道隧道结构设计与分析

油气管道隧道断面形式小,荷载条件复杂,其衬砌的受力特性和普通的铁路、公路隧道有所不同。以某油气管道隧道为例,建立岩体结构平面应变分析有限元模型,对隧道围岩地层的应力、位移、变形和内力进行结构计算,得出隧道衬砌的强度安全系数及结构裂缝宽度,确定和验证了隧道围岩的支护方式。分析可知,用有限元数值方法对隧道进行结构模拟计算能较真实地反映隧道结构的内力和变形情况,可以用于对二次衬砌结构安全性能进行评价,为类似隧道的结构设计提供科学依据。     

盾构隧道纵向地震响应分析研究

广东地区地层情况为条件,研究盾构隧道在不同埋深以及不同地震波激励作用下的地震响应特性,利用有限元软件ADINA中的弹簧阻尼单元模拟粘弹性人工边界,进而可以有效地分析结构-地基的动力相互作用问题。对盾构隧道在地震作用下衬砌结构的应力场与位移场进行数值模拟计算,分析衬砌结构的稳定性和变形,并对计算结果进行了对比研究。     

横通道施工对隧道衬砌结构影响的研究

以青海某高速隧道工程为依托,采用三维有限元数值模拟和现场实测的方法,对横通道施工阶段主隧道衬砌结构的变形和受力特性与裂缝分布进行分析。得到如下结果：（1）横通道施工的初期使主隧道衬砌的变形、主应力加剧,随着开挖深度的增加,逐渐趋于稳定;（2）横通道的施工导致主隧道衬砌产生变形、应力变化;（3）横通道的施工使主隧道衬砌产生不对称的变形、内力;（4）变形、应力变化比较大的位置也是裂缝分布比较多的位置。研究成果对类似工程的设计与施工具有借鉴作用。     

某公路隧道二次衬砌厚度偏差值影响分析

隧道二次衬砌对隧道结构安全,起着至关重要的作用。为了有效解决和控制二次衬砌厚度不足产生的问题,以某公路隧道为工程背景,对二次衬砌厚度设计和实际施工偏差值进行分析,选取具有代表性的衬砌断面,采用有限元方法,建立数值计算模型,对不同范围的偏差值进行建模分析,得出二次衬砌厚度偏差值在不同范围应采取不同的处治措施,并对处理范围进行了划分。该模拟分析结果对同类隧道工程二次衬砌厚度不足的处理具有一定的借鉴作用。     

马鞍子梁软岩隧道围岩变形规律及支护技术模拟分析

结合马鞍子梁隧道工程,采用FLAC数值模拟方法对该隧道上下台阶法施工全过程进行模拟分析,完成了现场监测研究,与数值模拟预测的结果进行了比较,得到了软岩隧道的围岩变形规律,提出合理的支护方案。结果表明,该开挖方法适用于此软岩隧道,竖向位移主要集中在拱顶和拱底处,拱顶位移比较大,水平位移主要集中在隧道两肩和两脚处。现场监测表明:隧道开挖初期拱顶下沉与水平收敛变形速率比较大,处于不稳定状态,随时间变形速率较小,曲线趋于稳定状态。FLAC数值模拟预测结果与实测结果基本一致,一次支护和二次衬砌的合理间隔时间为30d。     

挤压性软岩隧道大变形灾害及控制措施研究

软岩大变形隧道修建时,由于围岩自稳能力弱,隧道时常发生较大收敛问题。根据云南省云临高速公路大亮山隧道地质勘察报告,对ZK20+160～ZK20+320段初期支护大范围开裂、仰拱隆起严重等问题采用有限差分数值方法进行模拟研究。通过对数值模拟结果的分析得出软岩大变形隧道变化规律,并由此提出相应的设计施工优化措施。研究表明：隧道拱顶沉降与仰拱隆起大,隧道围岩塑性区半径大,符合高地应力下软岩大变形隧道开挖的物理力学变化特征;将数值模拟二次衬砌拱顶沉降曲线与现场实测拱顶沉降曲线对比分析,结果表明两者变化规律一致;针对现场初期支护开裂、仰拱隆起与钢拱架扭曲变形等工程问题并结合数值模拟结果,建议采用双层支护、增设锁脚锚杆和仰拱尽早封闭等优化措施控制隧道变形开裂问题。     

基于数值评价的隧道衬砌裂缝成因分析与维修设计

地下工程衬砌裂缝是隧道工程常见病害之一。由于衬砌裂缝对隧道结构体受力、防排水等安全方面产生不良影响,有必要对裂缝成因加以分析并采取有效措施来降低裂缝对隧道的影响。以四川省某铁路隧道为研究对象,现场调查衬砌裂缝情况,分析隧道边墙纵向开裂原因。采用应力解除法对该隧道进行地应力测试,测点处围岩初始应力处于极高应力状态,分析得出高地应力作用是导致衬砌开裂主要原因。为检验这一推断,采用扩展有限元(XFEM)对该段衬砌结构性能进行数值模拟,根据XFEM得到破坏区域衬砌结构破坏演化、二衬安全系数,模拟结果与实际衬砌损伤形式一致。最后,针对隧道衬砌结构开裂提出一种具体的维修方案,根据数值计算结果及现场施作情况,验证所提维修方法的有效性及安全性。     

隧道斜交横通道施工对主隧道衬砌结构的影响研究

针对隧道斜交横通道施工对主隧道衬砌结构产生影响,以哈尔滨绕城高速天恒山公路隧道工程为依托,采用现场实测和三维有限元数值模拟的方法,对横通道施工阶段主隧道衬砌结构的变形规律和受力特性进行研究.研究结果表明:(1) 横通道施工导致交叉口附近一定范围内的主隧道衬砌产生变形和应力集中,其影响范围在交叉口锐角一侧为1.82D(D为主隧道洞跨),在交叉口钝角一侧为1.32D;(2) 衬砌变形以拱部下沉为主,在边墙部位产生外扩现象;(3) 横通道的开挖破坏了主隧道原有的成拱效应,使交叉口处的衬砌产生应力集中;(4) 随着横通道开挖深度的增加,主隧道衬砌结构的变形和应力逐渐减小,趋于稳定;(5) 交叉口两侧的主隧道衬砌结构强度安全系数均大于设计值2.0;(6) 交叉口锐角一侧的变形和应力集中程度大于钝角一侧,而安全系数小于钝角一侧.研究成果对类似工程的设计与施工具有借鉴作用.     

地铁隧道下穿既有建筑物的施工数值模拟与分析

隧道开挖必然对临近建筑物及新建隧道产生影响,如何在隧道施工前预测既有建筑物和新建隧道变形并提出相应预防与保护措施显得尤为重要。文章采用三维有限元方法对下穿紧贴已建建筑物的隧道暗挖施工进行了数值模拟,分析了隧道动态开挖施工时对既有建筑物以及在挖隧道衬砌受力和变形的变化规律,指出了既有建筑物变形最大区域。结合变形控制标准提出了相应的预防措施,研究结果为类似工程设计提供了依据。     

盾构衬砌环开裂后的应力与变形分析

结合运营盾构隧道实例,建立了衬砌环开裂后三维非线性有限元计算模型;结构计算模型采用实体单元,衬砌结构裂缝及接头作用分别用古德曼(Goodman)单元及组合弹簧模拟,应用有限元程序GTS分析荷载作用下带裂缝衬砌结构的应力与变形情况,且与衬砌结构不考虑裂缝影响力学性能进行了对比,最后用实测数据验证了数值分析结果。结果表明:考虑衬砌环带裂缝模型可以有效地分析结构的应力和变形性质,可作为衬砌结构开裂后力学性能分析手段;衬砌结构开裂后对结构受力与变形影响较小,主要集中在裂缝周围小区域内,即对承载力影响较小,主要考虑对耐久性的影响。     

在役隧道岩体破碎区溜坍段修复及安全分析

本文以西南某在役隧道修复工程为例,为修复穿越破碎岩层段的病害衬砌结构,建立了隧道衬砌结构修复技术体系。针对隧道结构修复过程中发生的溜坍灾害,建立起了一套结合反填注浆和吹砂回填的工艺体系,并采用数值模拟方法,分析该灾害段处治后相应修复措施的安全性。结果表明:回填体的平均应力约5MPa,最大位移为5.3mm,处于安全的范围内。该隧道溜坍段结构修复技术体系,保证了修复后隧道整体结构的稳定性,衬砌变形与受力状态均在允许范围内。     

内爆炸作用下隧道衬砌结构动力响应数值分析

为准确研究内爆炸作用下隧道衬砌结构的动力响应,建立了“炸药 空气 结构 土体”流固耦合模型对全比例隧道衬砌结构的内爆炸试验进行了数值模拟。模拟首先采用精细网格的一维轴对称模型计算起爆阶段爆炸波在自由场中的传播,并在爆炸波抵达衬砌结构前将一维轴对称模型计算结果映射至三维流固耦合模型中继续计算爆炸波、衬砌结构以及土体的相互作用。数值模拟获取的超压时程及衬砌结构破坏形态与试验结果吻合较好,说明了所建立数值模型以及映射模拟方法的适用性。基于数值仿真结果对于隧道衬砌内爆炸过程的爆炸波流场特征进行了分析。研究表明：偏心爆炸工况下冲击波在爆炸远区出现了较长时间的汇集,此区域的衬砌结构承受了较大的冲击波超压及冲量作用,为抗爆设计的薄弱部位。     

某铁路隧道明洞衬砌加固安全性分析

为研究隧道明洞衬砌加固对衬砌结构位移和内力的影响，以福建省某隧道为工程背景，通过有限元数值模拟方法对围岩卸载不注浆和卸载注浆两种加固方案进行比较，分析衬砌结构的位移变化规律，并对衬砌结构承载力安全性进行验算。研究结果表明：注浆后隧道沉降数值大幅减少，约为注浆前的一半；通过理论论证可知两种工况下所选衬砌类型满足加固后的承载力要求，衬砌裂缝宽度符合有关规范要求。