隧道施工动态仿真分析

由于隧道开挖施工引起围岩应力重分布,使得围岩局部产生应力集中,因而隧道容易产生塌方、变形过大等危害。因此掌握隧道施工过程中围岩及衬砌的状态,对隧道的稳定性和安全性分析尤为重要。FLAC3D数值模拟软件可以模拟隧道开挖、支护施工的整个过程[1],并可分析各施工时段的围岩应力和变形以及跟踪点的应力、变形全过程曲线,从而判断隧道的稳定性。结合在建摩天岭1#通风斜井工程采用FLAC3D软件对隧道的动态施工进行了仿真模拟分析,通过对跟踪点的位移、应力的分析,得到了不同级别围岩下的变形和应力的全过程曲线以及影响范围,为隧道的设计和施工提供了理论依据。     

杨房沟水电站地下厂房洞室群排水廊道合理施工顺序数值模拟研究

杨房沟水电站地下洞室群规模巨大,洞群空间布置十分复杂,施工期大型洞室群周边小洞室的不同开挖顺序也将直接影响到整个洞室群的安全。综合地质条件和施工进度安排等因素,通过采用FLAC3D软件,考虑洞群效应影响,对不同洞室群排水廊道开挖顺序方案进行对比分析研究,获得了不同方案下的围岩变形特征及应力分布,并据此拟定各层排水廊道的合理施工顺序,为最优开挖方案的确定提供了重要参考依据。     

考虑应变软化的软岩浅埋隧道施工工法对比研究

为探求适合软岩浅埋隧道的施工工法,以某软岩浅埋隧道为依托,采用FLAC3D软件建立数值分析模型。首先根据位移释放率求得不同施工工法下的应力释放率;然后基于应力释放控制开挖的原理,对不同施工工法下隧道洞周变形及初期支护受力等进行分析;最后通过实测数据对数值模型的可靠性进行验证。模拟结果表明:CRD法对围岩受力变形的控制效果最佳,三台阶核心土法次之;三台阶核心土法下,开挖面前方围岩稳定性最好且初期支护受力最为合理。因此,推荐三台阶核心土法进行软岩浅埋隧道的开挖。     

预应力锚杆技术在水电站深埋隧洞围岩支护中的应用

为了有效控制高地应力作用下隧道施工过程中的围岩变形,以某水电站为例,通过应用FLAC3D数值模拟软件,对主厂房硐室开挖后预应力锚杆支护前后的围岩变形进行模拟。同时,结合现场主厂房开挖支护后硐室围岩收敛变形实验数据,探讨隧道开挖过程中围岩变形特点及采用预应力锚杆支护前后硐室围岩位移变化规律。研究发现,预应力锚杆支护可以有效抑制围岩变形,改善围岩受力条件,在一定程度上保障了施工安全,并为施工过程中锚杆参数的合理选取提供了一定依据。     

软弱围岩浅埋隧道施工工法研究

针对浅埋公路隧道的软弱围岩地质情况,基于三维有限差分软件FLAC3D,建立软弱性围岩浅埋隧道变形预测模型,采用预留核心土法对现场施工过程进行仿真模拟,将模拟结果与现场监控量测数据进行对比,验证预测模型的合理性。基于预测模型,计算并分析不同工法下洞周围岩在掘进过程中的变形规律和开挖面稳定性等。结果表明:CD法施工时的拱顶沉降与开挖面最大内空位移是3种工法中最小的,但由于其开挖过程工序繁多,对围岩造成的扰动效应与开挖引起的收敛位移较预留核心土法大,综合经济效益,在实际工程中采用预留核心土法是非常合理的。     

软岩大断面浅埋暗挖隧道施工工法比选数值分析

城市地铁隧道开挖必然会对隧道围岩产生扰动,由此引起的围岩变形会对隧道本身及地表建筑物造成损害。浅埋暗挖隧道因受地质条件、断面大小、岩性情况等影响,在施工过程中易发生开挖面失稳、坍塌等工程事故。为了保证施工安全,合理控制隧道围岩变形,运用FLAC3D有限差分软件,对浅埋暗挖隧道施工工法比选进行数值分析。研究表明:全断面法、台阶法、台阶留核心土法、CD工法、CRD工法开挖引起的拱顶下沉、地表沉降、水平收敛值均逐渐减小,但底部回弹量却以全断面工法最小,现场施工应根据实际工程需求,合理选择施工工法。     

循环开挖下的水工隧道成洞质量数值研究

在隧道开挖等施工过程中，对隧道成洞质量进行把控，可以防止隧道变形、坍塌等工程事故的发生，但实际工程中影响隧道成洞质量的因素较为复杂。为了探究水工隧道成洞质量的影响因素，借助三维有限元模拟软件FLAC3D,结合实际水工隧道工程，通过设置不同工况下循环开挖，研究不同岩性下的隧道及其道口的沉降与应力变化特征，发现岩体参数的强弱是影响隧道成洞质量的主要因素，并建议在岩性较弱区域进行支护或封闭施工。     

大断面蚀变岩圆形引水隧洞施工期稳定性研究

四川甘孜硬梁包水电站引水隧洞开挖断面半径最大达7.82 m,采用超前小导管预支护下的多台阶分层开挖方法。采用FLAC3D数值分析软件对过沟浅埋段隧洞开挖变形进行了数值研究,研究结果表明在过沟浅埋段针对Ⅳ类围岩采用台阶法开挖,能很好的控制隧洞变形,并且能满足支护结构的安全性要求。分层开挖对隧洞变形有影响,在上层开挖时,主要影响拱顶沉降变形,在开挖中层时,拱顶沉降较小,隧洞变形主要存在于水平向,在后期进行中层开挖时,应注意水平收敛变形的监测,并保证中层锁脚锚杆的施工质量。     

深埋软岩隧洞施工过程动态数值模拟研究——以西藏某引水隧洞为例

以西藏某引水隧洞工程施工为例,采用通用软件FLAC3D对深埋软岩隧洞施工开挖过程中的围岩稳定性和锚固支护受力演化过程进行分析,揭示了塑性区、围岩变形和应力分布的总体规律。通过对该引水隧洞施工开挖和锚固支护的模拟计算,论证了隧洞开挖的稳定性以及锚杆、喷混凝土、钢拱架的支护作用,并提出洞室结构锚固支护合理时机宜为滞后掌子面一个施工进尺。对同类深埋软岩隧洞工程具有一定借鉴意义。     

盖挖逆筑法隧道施工过程模拟研究

盖挖逆筑法是一种快速发展中的浅埋隧道施工方法,由于能有效减少对地面交通的影响,有利于保证基坑及周边建筑物的安全、大量减少基坑支撑、缩短工期、确保铺轨工期的顺利实现等特点,在城市地铁隧道施工中得到越来越广泛的应用。本文结合深圳地铁五号线上-下水径区间隧道工程的设计和施工,通过采用有限差分法程序FLAC3D,探讨了盖挖逆筑法施工全过程的模拟技术,分析了盖挖逆筑法施工过程中的地铁结构受力和变形规律,结果表明采用FLAC3D模拟施工过程是可行的。     

小净距隧道施工顺序FLAC3D模拟分析

第三系灵山组砾岩胶结程度较差,且软硬不均,该地层中修建水工隧洞难度颇大.保定市大水系湾子隧洞主洞全长4468m,在第三系地层中修建如此规模的隧洞在河北省尚属首例.煤矿悬臂式非全断面掘进机在该工程中的应用.为水工隧洞施工提供了新思路和成功范例.以此为例,说明在第三系砾岩等类似特殊地质条件下修建水工隧洞,在满足相关规范的基...     

双线平行地铁隧道盾构同向推进纵向安全间距研究

为加快双线地铁隧道施工,采用2台盾构机同时开挖,盾构横向间距不变情况下,纵向间距过近会加剧对土体的扰动,影响地表建(构)筑物安全。以武汉地铁三号线为工程背景,选取双线平行隧道盾构同向推进为研究对象,采用现场监测和数值模拟计算方法,综合分析盾构开挖时隧道横向、纵向地表变形特征,揭示双线平行隧道盾构同向推进时的纵向相互影响规律。结果表明:数值计算结果与现场监测数据相吻合;盾构通过后地表形成沉陷槽,隧道拱顶上方地表变形最大,距离隧道轴线越远,地表变形越小;开挖过程中盾首上方隆起值达到最大,盾构穿过后沉降迅速增加,最终趋于稳定;双线地铁隧道盾构同向推进中,盾构的二次扰动加剧了地表最终变形量,盾构纵向间距对地表最终变形量没有影响,随着盾构纵向间距增加,地表总体沉降速率减缓,当盾构纵向距离大于50 m时较为安全可靠。研究成果旨在为今后的地铁隧道安全快速的施工提供依据。     

黄河冲积互层深基坑围护桩插入比优化分析

济南西北部为黄河下游冲积黏-砂互层地质结构,深基坑稳定性受地层条件影响较大,土层质量直接影响围护桩插入比的取值。以山东省会文化艺术中心深基坑为工程背景,通过理论计算和数值模拟对桩体在不同插入比下的稳定性进行分析。研究发现:土层质量参数与插入比存在线性关系,可引入土压力折减系数计算围护桩入土深度;通过实际工程数值分析得到最佳插入比为0.55;根据现场0.58插入比实测数据对数值模拟进行验证,结果发现桩顶侧向位移最大值为0.05%H(H为基坑深度),沉降最大值为0.04%H,基坑结构足够稳定且有相当大的安全储备,因此,可减小插入比以降低工程造价,缩短施工工期,实现工程的绿色建设。研究成果对济南特殊的黄河冲积层地区深基坑建设具有借鉴意义。     

雅砻江锦屏水电枢纽辅助洞工程监理的思考

锦屏水电枢纽辅助洞是锦屏水电枢纽的关键工程,该洞全长17 5km,沿线覆盖层巨厚,地质地形条件极为复杂,开挖时由东、西两端同时掘进,独头掘进的长度长达8000～9500m,月进尺要求在250m以上,施工工期非常紧张,其施工监理由2家单位联合承担。文中据此分析了辅助洞工程监理项目的特点,并针对性地提出了处理该联合监理项目的一些想法。     

地下水封洞库洞室轴线方向优化方法

地下水封洞库洞室轴线方向对围岩稳定性、支护费用及施工安全等具有重要影响。基于洞库工程特性,提出了洞室轴向综合优化方法和评价指标。首先,依据国内规范确定出洞室轴向可选范围;然后,基于等效连续介质模型和非连续介质模型,以围岩最大位移、塑性区体积、稳定系数及结构面最大剪位移为评价指标,确定出各模型条件下的最优洞室轴向;基于关键块体理论,以支护压力为评价指标,确定出该条件下的最优轴向;最后,全面分析各评价指标计算结果,综合确定出最优洞室轴向。结果表明:构建的数值模型应包含掌子面,以全面反映施工过程安全性;基于强度折减法确定围岩稳定系数时,使用位移-折减系数曲线的位移突变点作为临界折减系数评判方法较计算不收敛评判法更为合理。将提出的洞室轴向综合优化方法应用于山东某地下水封洞库工程,优化结果证实了该方法的可行性和可靠性,可为相关工程提供参考。     

不同开挖方式对软土区深基坑连续墙变形的影响分析

以上海地区某地下变电站深基坑工程为背景,根据工程实测数据分析基坑开挖对支护结构变形的影响规律。结果表明:基坑开挖过程中,连续墙的位移呈抛物线形,且位移值随着开挖深度增加而增加,但最大水平位移的位置始终保持在开挖面附近;基坑支护结构的变形受到明显的坑角效应影响。采用有限元软件Plaxis分别对该工程顺作法和逆作法施工过程进行数值模拟,通过分析比较得出不同施工方案对基坑变形的影响规律。将数值模拟结果与实测数据对比,分析逆作法施工方案的可行性与优势。     

基于时间效应理论的软土深基坑变形分析

由于软土的蠕变特性,在基坑开挖过程中存在着时间效应。以宁波某基坑为工程背景,基于SSC模型并利用PLAXIS有限元软件对深基坑的开挖过程进行了数值模拟,分析了开挖工程中支护结构及基坑自身的变形特点。计算结果表明:基坑开挖时地连墙水平位移、地表沉降及支撑内力均随时间发展而增大,但相比之下,基坑隆起的流变效应不甚明显。其中不同工况对应地连墙水平位移最大值发生位置随开挖深度的增大而下降,而地表沉降最大值基本发生在距坑壁10 m位置,且地表沉降累计最大值与累积施工时间满足多项式函数关系;同时不同工况下地连墙弯矩、剪力随深度变化曲线趋势基本一致并呈“S”形。另外随着支撑结构的施加,地连墙水平位移和地表沉降的增加速率均受到一定限制,因此可通过及时施加支撑的方法抑制支护结构的变形及控制内力的急剧变化。上述结论可对宁波地区基坑开挖的施工提供理论指导,以保障施工过程的安全实施。     

Numerical calculation of hydrodynamic characteristics of tidal currents for submarine excavation engineering in coastal area

In coastal areas with complicated flow movement, deposition and scour readily occur in submarine excavation projects. In this study, a smallscale model, with a high resolution in the vertical direction, was used to simulate the tidal current around a submarine excavation project. The finite volume method was used to solve Navier-Stokes equations and the Reynolds stress transport equation, and the entire process of the tidal current was simulated with unstructured meshes, generated in the irregular shape area, and structured meshes, generated in other water areas.The meshes near the bottom and free surface were densified with a minimum layer thickness of 0.05 m. The volume of fluid method was used to track the free surface, the volume fraction of cells on the upstream boundary was obtained from the volume fraction of adjacent cells, and that on the downstream boundary was determined by the water level process. The numerical results agree with the observed data, and some conclusions can be drawn: after the foundation trench excavation, the flow velocity decreases quite a bit through the foundation trench, with reverse flow occurring on the lee slope in the foundation trench; the swirling flow impedes inflow, leading to the occurrence of dammed water above the foundation trench; the turbulent motion is stronger during ebbing than in other tidal stages, the range with the maximum value of turbulent viscosity, occurring on the south side of the foundation trench at maximum ebbing, is greater than those in other tidal stages in a tidal cycle, and the maximum value of Reynolds shear stress occurs on the south side of the foundation trench at maximum ebbing in a tidal cycle. The numerical calculation method shows a strong performance in simulation of the hydrodynamic characteristics of tidal currents in the foundation trench, providing a basis for submarine engineering construction in coastal areas.     

湛江湾高水头深挖圆形竖井结构平面简化计算

湛江湾深挖圆形竖井结构位于砂层中,承受高水头压力,其中出发井最大开挖深度达28.5 m,其结构主要由连续墙及内衬墙组成,采用两种软件对竖井出发井施工阶段进行平面数值模拟,考虑连续墙及内衬的拱效应,分析其受力规律,结果表明,两种平面模型出发井的计算结果趋势一致,均表现为基坑侧弯矩大于挡土侧,且分层开挖厚度为6 m时弯矩值大于3 m计算结果。深基坑程序计算结果略大于MIDAS/GTS平面模型结果,可能由于深基坑程序不能在开挖前预先考虑地下连续墙的环向效应所致。不论分层开挖厚取3 m或是6 m,出发井实际配筋面积都满足弯矩要求,结构安全。其成果可为类似工程提供参考。     

大朝山水电站地下厂房洞室群立体开挖施工

大朝山水电站地下厂房设计最大开挖尺寸为233.90 m×26.40 m×67.30 m(长×宽×高),总开挖量27.92万m3,原计划1999年12月开挖结束. 为确保施工进度和工程安全,经优化方案比较,采用"竖向多层次、平面多工序"的立体开挖方案,于1999年8月5日全面停止爆破,开挖工期提前近5个月.同时,由于立体开挖方案的顺利实施,使得母线洞、压力引水隧洞及尾水管洞等地下洞室提前与主厂房贯通,各交岔洞口柔性支护及时完成,确保了地下厂房洞室群开挖期间整体稳定,保证了施工安全和工程安全.提前工期效益及间接经济效益显著.