岩体隧道三维建模及围岩非连续变形动态分析

结合东北地区某隧道工程,根据获取到的隧道工程岩体结构现场原始数据,应用自主开发的GeoSMA-3D系统,基于简单块体模型间相互组合构建复杂岩体模型的原理,采用不连续面网络图模拟真实岩体的几何特征,对隧道围岩的岩体结构面进行三维空间模拟,建立了该岩体隧道工程三维数值模型,并采用一种基于网格划分的块体识别方法,获得结构面划分岩体得到的所有块体。将所建立的三维数值模型选取其中某一典型断面的数据信息,导入二维非连续分析程序DDA针对二维平面内的应力及位移进行计算分析,对隧道围岩的破坏过程进行动态分析,得到的动态位移图和模拟结果对隧道工程超前预报、开挖支护具有一定的借鉴意义。     

基于有限元模拟与神经网络的隧道反演分析研究

依据某隧道施工设计及现场施工建立线弹性的隧道有限元模型,描述围岩位移场的空间分布.分析了隧道埋深、围岩性质、衬砌厚度、开挖方法及空间效应对监测点位移的影响情况.在此基础上建立围岩力学参数的反演分析流程,并建立位移与围岩力学参数的神经网络关系,最后用工程实例来证明该反演方法的可行性和有效性.     

开挖进尺对岩堆体隧道施工的影响

基于某高速公路隧道穿越岩堆体的工程实践,建立了岩堆体隧道采用三台阶七步工法的三维数值计算模型,分析不同开挖进尺下岩堆体隧道围岩塑性区、拱顶下沉以及围岩水平位移的变化规律。结果表明:合理的开挖进尺能明显改善围岩受力,控制周边围岩位移。进行岩堆体隧道开挖时,建议采用短进尺,开挖进尺控制在1m左右。所得结论可为岩堆体隧道施工提供有益参考。     

浅埋双侧偏压小净距隧道衬砌荷载及其参数敏感性分析

为了研究浅埋双侧偏压小净距隧道开挖的破坏模式及衬砌荷载分布规律,通过现场调研和数值模拟的方法对4种典型计算模型进行分析,分别获得了该类型隧道先行洞开挖和双洞开挖后隧道的破坏模式。然后针对该类型隧道的破坏特点,在基本假定的基础上建立了浅埋双侧偏压小净距围岩压力计算的力学模型,并结合公路隧道设计规范中有关成果,推导出能够考虑隧道左、右洞先后施工过程的隧道围岩压力计算理论。此外,通过数值模拟的方法对该类型隧道的围岩压力计算参数进行敏感性分析,获得了各计算参数对该类型隧道围岩压力的敏感性影响规律。     

高速铁路隧道围岩参数空间变异性的力学响应分析

 针对大断面高速铁路隧道围岩的参数变异性及空间相关性等问题,在随机场理论的基本框架下,将非侵入式随机分析、地层结构模型、有限差分法和蒙特卡洛模拟有机结合,提出考虑围岩参数空间变异性的非侵入式随机有限差分分析模型。运用该模型对隧道开挖后围岩的力学响应进行分析,得到围岩参数空间变异性的2个基本要素：参数变异性和空间相关性,其特征参数的取值变化会直接影响到围岩变形特性、塑性区发展模式以及地表沉降形态。同时与确定性模型的计算结果进行比较,提炼出隧道开挖后围岩参数空间变异性的4种典型工程效应：(1) 围岩结构性低强度荷载占优效应;(2) 围岩结构空间相关各向异性效应;(3) 功能函数敏感性差异及非线性效应;(4) 功能函数转变分布类型效应。研究成果为拓展基于空间变异性的高速铁路隧道工程稳健性设计奠定了一定的基础。     

剪胀围岩隧道开挖响应曲线的等价圆近似法

针对岩体受开挖影响进入塑性状态后存在剪胀及非圆形隧道围岩响应状态无法解析求解的现状,选用反映围岩剪胀的本构关系,围绕建立各种断面形状隧道围岩开挖后的响应特征描述函数展开研究。首先,建立各种断面形状隧道开挖数值模型并进行模拟分析,利用其结果绘制矩形、直墙拱形和曲墙拱形等常见断面隧道围岩对开挖的响应曲线。然后在同样条件下绘制矩形、直墙拱形及曲墙拱形断面在5种等价圆形断面方法下,基于Duncan-Fama提出的考虑剪胀的圆形断面隧道开挖围岩响应弹塑性特征曲线。最后,比较它们与数值模拟结果绘制曲线的接近程度,获得与数值模拟结果曲线最接近的等代圆方法,为任意断面形状剪胀围岩隧道开挖响应特征解析函数的建立提供了便利。     

功互换定理研究土质隧道开挖引起的地面沉降

介绍基于功互换定理计算土质隧道开挖引起地面沉降的弹塑性方法。首先构建浅埋圆形隧道两组具有独立受力状态的计算模型,并分别给出两组弹性和弹塑性状态下应力、应变和位移解析,然后利用由虚功原理推导的弹塑性Maxwell-Betti功互换定理建立该隧道开挖引起地层损失率VL的解析表达式,最后将其引入Peck公式即可得到相应地面沉降的表达式。将该方法与Sagaseta法等4种方法对某土质隧道理想化模型进行地面沉降预测的比较分析,及在4个隧道工程实例的应用发现:其与Sagaseta等其他方法一样可应用于预测隧道开挖引起的地面沉降;考虑围岩塑性变形的地面沉降结果比基于弹性分析的Sagaseta法和Verrijt-Booker法偏大;该方法计算结果更接近实际监测沉降值。分析表明:该方法能较好反映开挖围岩弹塑性变形对地面沉降的影响,并在工程应用上具有一定的合理性和可靠性,尤其适用于围岩土质较硬且分布均匀的浅埋隧道。     

台阶法开挖高度对小净距隧道围岩力学特性及稳定性的影响分析

在小净距隧道施工开挖过程中围岩的变形与稳定性是工程考虑的重要问题,为了研究小净距隧道在台阶法施工中采用不同台阶高度对隧道围岩力学特性及稳定性的影响,文章依托济南顺河高架小净距隧道实际工程,采用数值分析结合现场实测数据对顺河高架南延二期工程地下道路小净距隧道台阶法施工的过程进行分析,建立了不同台阶高度模型,对该小净距隧道不同上台阶高度的施工过程进行了模拟,通过对比不同上台阶高度下小净距隧道围岩的力学特性和稳定性变化规律,得到台阶法施工中开挖台阶高度的合理判定依据,并为有关工程施工提供了参考。     

单洞四车道公路隧道开挖的模型试验

通过对某单洞4车道公路隧道在2种不同围岩条件下3种开挖方案的相似模型实验研究,得到了4车道公路隧道在相似模拟开挖中的位移规律和隧道围岩最终位移,并对依托工程隧道施工进行了指导。     

小净距隧道不同开挖方法的数值模拟分析

以六某岳高速公路小净距隧道的V类围岩,两洞净距为6.31m的小净距隧道为例,建立了弹塑性平面应变模型,对小净距隧道开挖的侧壁导坑法、反侧壁导坑法和台阶法三种施工方法进行了数值模拟分析研究,从三种开挖方法最终的围岩应力、位移曲线分析可以认为:本工程V类围岩小净距隧道开挖,侧壁导坑法为最优选方案。     

地铁隧道施工对地下管线的影响

地铁隧道施工对近邻管线的影响已成为地铁工程中的重点问题之一。概述了目前地铁遂道施工对管线影响的因素。进一步论述了管线变形沉降机理及预测方法。结合有关管线安全性的评价标准，论述了利用三维有限元分析模型及土工离心机模型试验对地下管线的安全性进行预测的可行性。     

地铁小竖井转横通道施工大跨隧道数值模拟分析

狭小场地施工大跨暗挖隧道是城市地铁建设中的常见问题,而小竖井施工浅埋暗挖大跨隧道的安全控制是狭小场地修建城市地铁的关键技术,在施工时容易发生横通道坍塌或引起地表过大沉降及周围建筑的破坏。本文以广州市轨道交通五、六号线换乘站区庄站南端浅埋暗挖大跨隧道施工为背景,介绍竖井横通道内利用桩梁体系转向施工及狭小场地施工地铁浅埋暗挖大跨隧道的关键技术。利用大型有限元分析软件ABAQUS对超前小导管、超前管棚等预加固措施进行论证,并对小竖井施工大跨隧道过程进行三维数值分析。计算结果表明:开挖到横通道顶标高后在竖井四个角增设一榀竖向格栅,加固横通道马头门、采用超前小导管对通道进行预支护,有效地保证了支护结构安全和隧道围岩稳定;在竖井转入横通道后采用桩梁体系成功地解决了因上部荷载过大引起的横通道稳定问题,并有效地控制了地表沉降。     

某基坑支护方案对相邻地铁区间的影响分析

城市地下空间的发展经常会遇到基坑开挖影响地铁隧道安全的难题。本文结合工程实例,建立弹塑性土体-围护结构有限元计算模型,对两个基坑方案中邻近盾构区间隧道变形、隧道内力变化进行分析。结果表明:(1)地铁周边深基坑开挖对区间隧道影响与众多因素有关,属于较为复杂的土力学行为,因此,在设计阶段应对设计方案加以比选并进行有效地分析,以减小施工过程中对隧道的影响;(2)基坑与隧道的相对距离越大,基坑开挖对隧道影响越小。基坑支护结构水平位移最大值并不出现在坑底,而是坑底下一定范围内;(3)靠近地铁侧基坑需加强支撑,并需在基坑与隧道之间增加测斜监测。     

Design of sequential excavation method for large span urban tunnels in soft ground – Niayesh tunnel

Modern tunnel design and construction requires appropriate techniques and technologies during all phases of a tunnel project. Selecting a suitable excavation procedure for large span urban tunnel projects in soft ground is a key factor for successful construction of the project. The costs and time for tunnel construction are strongly influenced by the choice of the excavation procedure. This research focuses on the selection of excavation method, excavation sequence and optimum trailing distance between different excavation stages in soft ground urban tunnelling. Considering soft ground condition and the big cross section of the Niayesh urban road tunnel project, sequential excavation method (SEM) was selected for tunnel construction. In this phase, Central Diaphragm (CD) and Side wall Drift (SD) methods were proposed for tunnel construction and appropriate method was selected based on its potential to limit surface settlements. Then, different excavation sequences considering side wall drift method were planned and modelled using three dimensional finite element method and optimal excavation sequence was selected. Finally, the trailing distance between different excavation stages were analysed numerically and the optimal distance with minimum surface settlement was determined.     

广西乐百弄衣隧道企业级BIM技术应用

广西乐百弄衣隧道属于特长隧道,在隧道施工过程中,由于地质构造异常复杂,对于质量、安全的控制非常严格。隧道开挖的地质预报资料尤为重要,需排除前方不良地质、水纹条件,同时,隧道开挖过程中的超挖、欠挖工程量统计成为了传统施工的一个难点。此外,隧道的不均匀沉降监测数据实时记录更新及现场进度、质量、安全等均急需新型项目管理工具来辅助提升协同管理效率。针对以上隧道的施工重点难点,团队经过多次不同BIM系列软件的比对分析,采取了Revit+Dynamo+Civil3D+BIM5D的BIM解决方案,可解决从BIM模型搭建到项目各阶段的管理应用难题,如：清单工程量统计分析、以日为基准单位的施工进度管理、按每延米桩号定位辅助解决施工质量安全问题等等。利用本隧道BIM解决方案可根据现场施工实际信息数据进行深化模型,并多方位多角度辅助解决各类传统隧道施工的难点。本项目课题研究的成果可供类似公路工程BIM应用提供专业的技术解决参考方案。     

隧道开挖对邻近非连续接口地埋管线的影响分析

隧道开挖引起的地面沉降会引起邻近区域地埋管线的附加受力和变形，甚至会引起管线的开裂破坏。将隧道开挖引起的地面沉降效应作为外界条件施加于地埋管线上，基于改进的Winkler地基模型，并采用虚拟节点以考虑管线接口处的力学特性，提出了刚度非连续接口管线在隧道开挖条件下响应的简化理论分析方法。通过与弹性理论法、离心机试验和实际工程对比，验证了该方法的合理性。并通过与层状弹性理论解的对比，得到了该方法在非均质地基中的适用性。参数分析认为忽略管线接口存在的连续管线假设在分析接口地埋管线有不合理处。     

特大跨度连拱隧道岩体节理的精细化描述及其块体稳定性分析

 福州长乐国际机场高速二期金鸡山隧道是双向八车道连拱隧道,隧道区域内节理发育,开挖过程易于产生块体,而块体稳定则是公路隧道施工过程中最为关键的问题之一。通过对金鸡山隧道中导洞开挖掌子面及其他出露区域的节理进行精细化采集与描述,经统计分析后预测隧道正洞区域内的节理分布,运用关键块体理论分析中导洞节理精细采集断面所对应的隧道正洞区域在开挖过程中可能产生的关键块体的位置、大小、下滑力、安全系数等与关键块体稳定相关的参数。对各关键块体在先后施加锚杆和衬砌加固的情况下进行力学计算,分析块体的稳定性,评价支护方案,为隧道的设计与施工提供依据。     

盾构井开挖及暗挖法施工对既有地下隧道安全分析

盾构隧道下穿既有隧道或构筑物时,为降低对其地基、桩基础等产生不利影响,可采用先行暗挖施工,然后盾构空推的方案。依托穗莞深城际深圳机场至前海段区间隧道下穿桂湾一路地下市政隧道安全评估项目,通过Midas GTS NX有限元分析软件模拟注浆加固、PHC桩基切除、暗挖隧道施工等工序,得出了隧道施工监控数据要求等。结果表明:该方案施工地下隧道结构安全、位移指标选取合理。同时可为隧道开挖、桩基切除、二衬施工中的结构受力模型转换等工况提供建议和指导。     

工程大开挖施工对地铁隧道影响的空间效应分析

在现有地铁隧道上部进行大开挖施工时如何确保隧道安全,是近年来城市建设中学术界和工程界普遍关注的问题。针对需要垂直跨越地铁五号线建设的广州市珠江新城地下空间项目,借助ANSYS软件建立了三维弹塑性有限元模型,模拟了地下空间施工过程中对原有地铁隧道的施工效应。数值分析结果表明,在拟定的隧道结构保护措施和施工方案下,施工期间原有地铁隧道没有安全隐患,并取得了一些有意义的结论和建议,为该工程的实施和类似项目的开展提供了指导作用和借鉴意义。