偏压连拱隧道围岩稳定性数值仿真

连拱隧道作为公路隧道新的结构型式,理论上还不成熟,特别是在复杂应力条件下隧道的应力、位移分布及稳定性研究很少.文章以元磨高速公路的一座连拱隧道作为工程背景,采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟偏压条件下直墙连拱隧道的施工工况,得出了施工过程中偏压连拱隧道围岩位移、应力和塑性区分布规律,这对今后偏压条件下连拱隧道的设计和施工具有一定的理论意义和应用价值.     

浅埋偏压连拱隧道非对称支护结构受力性状分析

针对浅埋偏压连拱隧道施工中出现的受力非对称问题,结合药水峡连拱隧道的实际情况,通过有限元分析与现场监测,分析浅埋偏压连拱隧道非对称支护结构的受力性状,采用非对称设计方法对支护结构进行优化.结果表明:对浅埋偏压连拱隧道支护结构进行非对称设计施工是可行的;连拱隧道先施工洞室的受力大于后施工洞室,此结果与隧道偏压状态关系不明显;浅埋偏压连拱隧道围岩压力分布宜按圆形洞室的径向荷载考虑.因此,在进行类似浅埋偏压连拱隧道设计施工时,应注意施工顺序,支护结构可进行非对称设计.     

连拱隧道施工力学行为

通过对深埋连拱隧道的施工力学进行三维数值计算分析,研究了复杂施工工序下连拱隧道的受力特征、支护时机和空间效应等问题,指出了深埋连拱隧道的基本受力规律,对比了两种不同中墙结构型式的受力性能和使用条件,对指导连拱隧道的设计与施工具有重要意义。     

特大断面连拱隧道中墙偏压机制及施工影响分析

 中墙作为连拱隧道的主要承载结构,自身的稳定性直接影响着隧道工程整体的稳定性,是连拱隧道设计和施工的重点。中墙失稳的主要力学原因是中墙受力不均而产生偏压失稳,因此,控制中墙稳定的关键是控制中墙偏压及其偏压程度。中墙偏压的出现源于隧道工程自身的地层偏压和非对称式施工产生的施工偏压,根据中墙受力状态可以确定地层偏压、施工偏压下中墙偏压的条件及偏压发生部位;利用有限元计算方法对地层偏压、施工偏压条件下不同施工工序进行计算,分析不同工序对中墙偏压的影响;根据得到的规律对施工工序进行优化分析;最后,给出双向八车道连拱隧道的工程实例。     

偏压连拱隧道中隔墙力学特征数值分析

中隔墙作为连拱隧道的中枢结构和重要承载构件,其受力及位移情况往往对工程成败和安全起着决定性作用。本文采用有限元方法对某浅埋偏压连拱隧道的开挖过程进行模拟,对连拱隧道中隔墙受力特征作了计算分析。结果表明,中隔墙是连拱隧道最主要的受力构件,偏压开挖容易在中隔墙引起较大偏心荷载,偏压连拱隧道采用复合曲中墙结构将有助于改善中隔墙受力状况,减小应力集中及上部位移;并结合中隔墙主筋轴力量测,对连拱隧道中隔墙施工进行了监控分析,监测结果表明,隧道由于偏压荷载的存在,应先开挖深埋侧隧道,此时中隔墙结构的扭转和偏心都较小。     

偏压连拱隧道中隔墙优化研究

通过对比,对连拱隧道中隔墙的结构形式、受力特点作了探讨,利用数值模拟的方法,对偏压连拱隧道中隔墙的结构、施工进行了优化,对偏压连拱隧道的中隔墙设计施工提出了建议,从而进一步完善连拱隧道的设计与施工。     

软弱地层双连拱隧道中隔墙结构型式选择及稳定性研究

中隔墙作为连拱隧道最主要的受力结构,其稳定性既关系到施工期间的结构安全,还直接影响后期隧道的运营安全。如何确保中隔墙的稳定是软弱地层双连拱隧道设计施工的关键难题之一,而不同结构型式的中隔墙对双连拱隧道整体结构和中隔墙稳定性影响较大。文中以南山路双连拱隧道为背景,从中隔墙受力机理入手,通过理论分析、三维数值模拟并结合现场实测,分析对称和不对称型式中隔墙的受力特点及稳定性。结果表明:(1)非对称式中隔墙在地表偏压区适应性更强,比对称式中隔墙有明显的优势;(2)在双连拱隧道开挖过程中,中隔墙始终有向先行洞一侧偏转的趋势;(3)双连拱隧道开挖过程中,中隔墙应力变化复杂,墙顶处偏压明显,在后行洞上台阶开挖时其偏压最大;开挖结束后,中隔墙仍存在局部偏压。因此,为防止中隔墙倾覆,建议先行主洞施工时要在中隔墙另一侧施加横撑或回填片石作为临时支撑。     

浅埋双连拱隧道中墙的合理选用

双连拱隧道的中墙是结构受力的关键构件,又对隧道防排水有较大影响,因此,合理选用中墙形式至关重要。通过建立双连拱隧道的三维有限元模型,模拟了不同围岩级别条件下浅埋双连拱隧道不同中墙形式的力学行为,得出了中墙的基本受力规律,提出了不同围岩级别条件下修建浅埋双连拱隧道所采用的合理中墙形式,为双连拱隧道的中墙设计提供依据。     

偏压连拱隧道施工方法数值分析

通过有限元软件对偏压连拱隧道施工方法进行数值模拟,结果表明偏压隧道施工方法对结构受力过程影响较为明显,如设计及施工合理,可有效保证围岩稳定.     

连拱隧道围岩压力计算方法与动态施工力学行为研究

由于双连拱隧道的多分部开挖支护的结构荷载转换过程多,围岩应力变化和围岩与结构相互作用关系复杂,目前在设计、施工中仍然存在一些问题:(1) 勘察设计围岩分类与施工揭露实际围岩级别常有差异,并难以实现及时变更.(2) 尚无满足连拱隧道特点的围岩压力理论,特别是在浅埋偏压条件下围岩荷载估计偏差较大.(3) 施工中经常出现支护失效、衬砌裂缝及渗漏泄水等工程安全、质量问题.针对连拱隧道中的问题,进行围岩压力计算方法和动态施工力学行为研究,主要研究成果有:(1) 对于连拱隧道,围岩塑性区受中墙及施工方案影响较小,主要与最终开挖跨度有关.在计算荷载时要考虑最不利工况,连拱隧道坑道宽度取整个连拱隧道的宽度是合理的,偏于安全的.(2) 应用比尔鲍曼理论求得塌落拱曲线方程,然后用作图法在连拱隧道外侧作一个切线与以地形的坡度求出的塌落拱曲线方程的切线相平行,两平行线的距离即为地形偏压临界覆盖厚度.运用此方法求得连拱隧道大跨度条件下的偏压连拱隧道地形偏压临界覆土厚度,为偏压连拱隧道设计提供可靠依据.(3) 针对连拱隧道断面远大于单线隧道,围岩压力大于按单线隧道宽度修正结果所出现的问题,提出对于大跨度双连拱隧道,在极浅埋、浅埋条件下,仍然分别采用全土柱理论荷载和谢家烋理论荷载;在深埋条件下,推荐双连拱隧道竖直地层压力采用适合双连拱大断面隧道特点的修正比尔鲍曼理论围岩压力计算公式.(4) 对于浅埋偏压连拱隧道,不仅要考虑非对称的地层主动荷载,还要调整浅埋侧地层被动荷载,提出浅埋偏压连拱隧道地层主动偏压荷载和被动不均匀荷载确定方法及地形偏压情况下隧道支护结构的合理计算方法,并求得不同坡率、不同围岩级别条件下浅埋侧土体的弹性抗力系数的合理取值,为设计中偏压连拱隧道采用荷载结构模式计算时浅埋侧土体的弹性抗力系数取值提供参考.(5) 在充分吸收国内外围岩分类经验的基础上,针对隧道施工期间的现场围岩判别特点与要求,提出一种现场围岩快速评价方法,该方法以定量与定性指标相结合,现场观察、量测及快速评价.另外针对隧道围岩实际力学指标难以获取的难题,提出应用围岩Q指标和现场点荷载强度推测围岩物理力学参数的方法,并结合围岩快速评价结果,综合确定隧道围岩实际力学指标.(6) 对于浅埋偏压连拱隧道,侧导洞应该先开挖深埋侧侧导洞,而主洞应该先开挖浅埋侧主洞;而对于非偏压连拱隧道,在围岩条件较好时主洞开挖可采用上下台阶法,且主洞开挖合理的工作面间距应约为2.0D～3.0D(D为单拱跨度);在中隔墙完成后,部分回填,使正洞初期支护能直接作用在中隔墙上,不仅有效提高支护整体刚度,还使中隔墙受力更合理,改善中隔墙受力状态.经富溪偏压连拱隧道工程施工与现场监测结果检验,提出的连拱隧道坑道宽度取值、偏压连拱隧道深浅埋分界、围岩主动压力与围岩被动压力计算方法、现场围岩级别快速评价以及施工方法正确合理,可为工程建设提供重要技术支持和经验.     

墩山双连拱隧道综合施工技术

主要介绍了陕北地区双连拱隧道的开挖方法,衬砌步骤及中隔墙防排水、综合量测施工技术,通过施工实践,总结了一套双连拱隧道施工经验,最后指出该施工技术对陕北地区双连拱隧道的设计与施工具有一定的指导意义.     

偏压连拱隧道施工数值模拟及方案比选

对在建的西安—汉中高速公路上的皇冠偏压连拱隧道进行二维有限元数值模拟分析,从应力、应变角度对比分析了先开挖浅埋侧和先开挖深埋侧两种不同开挖顺序对隧道围岩、初期支护、二次衬砌及中隔墙的影响,为偏压连拱隧道的设计和施工提供了科学依据及技术指导。     

Stability analysis and optimization of excavation method of double-arch tunnel with an extra-large span based on numerical investigation

The Xiamen Haicang double-arch tunnel has a maximum span of 45.73 m and a minimum burial depth of 5.8 m. A larger deformation or collapse of the tunnel is readily encountered during tunnel excavation. It is therefore necessary to select a construction approach that is suitable for double-arch tunnel projects with an extra-large span. In this study, three construction methods for double-arch tunnels with extra-large spans were numerically simulated. Subsequently, the deformation behavior and stress characteristics of the surrounding rock were obtained and compared. The results showed that the double-side-drift method with temporary vertical support achieves better adaptability in the construction of such tunnels, which can be observed from both the numerical results and in situ monitoring data. In addition, the improved temporary support plays a critical role in controlling the surrounding rock deformation. In addition, the disturbance resulting from the excavation of adjacent drifts was obvious, particularly the disturbance of the surrounding rock caused by the excavation of the middle drift. The present findings can serve as the initial guidelines for the construction of ultra-shallowly buried double-arch tunnels with extra-large spans.     

浅埋大断面大跨度连拱隧道支护体系现场监测试验研究

浅埋大断面大跨度连拱隧道跨度大、埋深浅、围岩稳定性差,地质条件复杂,为保证施工顺利进行,需加强隧道施工监测,根据监测调整后续施工方法。对浅埋大断面大跨度连拱隧道支护体系的现场监测试验方案及不同开挖工序下隧道支护体系受力特点进行了分析与研究。研究结果表明:①左右洞上台阶开挖引起支护体系应力分布较大变化,是隧道支护主要监测控制点;②右洞上、下台阶开挖引起中墙内力较大变化,是中墙稳定主要监测控制点;③右洞上、下台阶开挖对支护应力的纵向影响范围约为隧道跨度的1/3和1/2;④对于浅埋大断面大跨度连拱隧道,应及早施作二衬,封闭成环,以改善结构受力。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

双连拱隧道施工技术

针对连拱隧道埋深浅、长度短、偏压及跨度大的特点,进行了双连拱隧道施工方案比选,论述了三导洞施工技术在连拱隧道中的应用,并指出三导洞施工法的应用既保证了隧道顺利安全地完成,又确保了工程进度,赢得了社会效益。     

Case studies of groundwater flow into tunnels and an innovative water-gathering system for water drainage

Groundwater inflow into tunnels can constitute a potential hazard and also is an important factor influencing the speed of tunnel excavation. In this paper the results of numerical modelling are presented to investigate the groundwater flow and the distribution of the pore pressure around tunnels. Two types of tunnels, double-arch tunnel and twin-tube tunnel, were studied. Potential leakage places are identified for the two types of tunnels. The most permeable place in the double-arch tunnel is at the contact interface between the middle wall and the overlying rock. The results of numerical modelling are compared with field observations in the case studies. Based on the results of numerical modelling and the field investigations, an innovative water-gathering system for reducing water leakage was proposed and applied in some tunnels on ChangJi Expressway in China. The water-gathering system can be quickly glued to the rock surface and easily installed for tunnelling. It can be applied in tunnels where water-bearing fractures are well-developed in the rock mass.     

既有隧道改扩建成双连拱隧道施工技术探讨

以杭州市临平邱山隧道改扩建工程为例,介绍了既有隧道改扩建成双连拱隧道的施工关键技术,指出采用曲型中隔墙,双洞分离式防排水,解决了连拱隧道中隔墙渗漏水的技术通病。     

Stability of strip footings above concrete-lined soft ground tunnels

There are cases that footings are underlain by shallow tunnels. The presence of underground tunnels may adversely affect the stability of the overlying footings. Presently, there is no widely accepted analysis or design methodology available to ensure the stability of such footing-soft ground tunnel systems. As a step toward the development of such a methodology, this study was undertaken to investigate the effect of underground tunnel on the bearing capacity of strip footings. In this study, a two-dimensional plane-strain elasto-plastic finite element computer program was used for analysis. Using this computer program, the stability of strip footings was analyzed for a wide range of soil type and tunnel conditions, including tunnel size, tunnel location, and lining thickness. Based on the results of analysis, the mechanistic behavior of the footing-tunnel system was evaluated. Furthermore, bearing capacity equations for strip footings above concrete-lined soft ground tunnels were formulated. The developed equations are shown to be capable of predicting the bearing capacity of footings located above concrete-lined tunnels reasonably well     

小净距隧道净距研究及施工技术应用

小净距隧道是继分离式隧道、连拱隧道后出现的一种适应性较强的新型隧道形式,我国已有一定的成功经验,表现出其良好的安全、经济实用性.随着我国高等级公路的发展,小净距公路隧道将成为高等级公路隧道的重要组成部分.通过对国内外小净距隧道合理净距的研究、对施工对策等方面的进展情况进行的分析,指出了小净距公路隧道设计施工中亟待解决的问题.