软土基坑引起下卧隧道隆起的非线性流变

软土地区深基坑开挖改变了周边土体的初始应力,引起周边土体的位移,对周边构筑物造成不均匀沉降、混凝土开裂等不利的影响,并且可能危及临近地铁隧道的安全。对基坑开挖引起的下卧隧道的隆起变形进行了研究并提出了实用的预测方法。基坑开挖土体卸载引起的土体变形采用了Boussinesq应力解进行求解,隧道反力引起的土体变形采用了弹性半空间Mindlin应力解进行分析。隧道本身变形采用了弹性的地下连续梁进行分析,并且考虑隧道与土体的相互作用。通过引入软土的非线性流变模型,考虑了软土变形的时间效应,因此可以对复杂开挖过程进行模拟分析。还对基坑开挖对隧道隆起的效应进行了讨论,通过上海市某重点工程实例的隧道隆起量的预测结果与实测值对比分析,隧道隆起的监测结果证实了该方法的有效性。     

黄土地区浅埋暗挖地铁隧道衬砌受力分析

为了解黄土地区浅埋暗挖地铁隧道衬砌结构的受力特征,得出荷载在衬砌结构各部分中的分担比例,以西安地铁 2 号线实体工程为依托,开展了较大规模的现场测试工作,对围岩与初期支护接触压力、初期支护与二次衬砌接触压力及二次衬砌结构应力进行了研究。结果表明：在三连拱大断面地铁隧道中先开挖洞室初期支护各部位所受的围岩压力均大于后开挖洞室初期支护所承受的压力;左、右线中墙顶、底部初期支护承受的压力较大,表明隧道中隔墙承担了较大的上部土体荷载;初期支护与二次衬砌承受的荷载比例为 52.81% 和 47.19% ;二次衬砌混凝土基本受压,左、右中隔墙二次衬砌混凝土受压最大。在标准断面地铁隧道中左、右线墙脚位置初期支护与围岩之间接触压力较大,表明这两位置承受了大部分垂直压力;初期支护与二次衬砌承受的荷载比例为 40% 和 60% ;二次衬砌混凝土基本受压,拱腰及以上位置应力较大,仰拱处应力较小。     

特大断面黄土隧道静力稳定性分析

用六节点曲边节理单元模拟复合式衬砌中间防水层,采用二维弹塑性静力有限元模拟某黄土隧道的开挖修建过程,分析了该隧道的静力稳定性。计算中用释放荷载法模拟开挖效应,采用Mohr-Coulomb屈服准则及关联流动法则,采用初始刚度迭代法求解平衡方程,对超过屈服点的应力进行调整。文中最后提出了抑制隧道围岩变形的技术措施,给出了隧道衬砌支护参数的建议。     

盾构法隧道施工引起地表变形分析

采用有限元软件ANSYS对盾构隧道动态开挖过程进行数值模拟,将硐周节点应力逐级释放来模拟开挖施工过程,在模拟过程中考虑了土体的分层特性、土体材料的本构非线性以及注浆施工对土体变形的影响。并采用明德林解考虑了盾壳和土体之间纵向摩擦力对土体变形的影响。分析中提出了考虑衬砌与土体共同作用的硐周结点荷载释放系数法。通过对工程实例分析验证了该方法的可行性。     

软土隧道工程开挖支护及其数值模拟研究

随着城际各地交通便利的逐渐增多,越来越多的隧道工程被纳入到城际规划建设的范畴之中。隧道开挖施工会引起所在土体应力场和变形场的变化,诱发土体变形,因此研究隧道开挖支护稳定性具有重要意义。以西安至安康高速铁路某隧道段为研究对象,首先在MIDAS数值模拟软件中建立三维剖面模型,分析模型在不同网格密度下的变形区别,然后从隧道开挖支护衬砌混凝土强度以及衬砌厚度两个角度分别分析支护效果。分析结果表明：针对本工程项目,选取网格密度为1m时,能得到最接近实际的效果;并不是混凝土强度等级越高,衬砌支护厚度越大,支护效益越好;选取C30混凝土材料以及支护衬砌厚度为0.3m相对是综合最优支护材料。     

带衬砌浅埋隧道开挖受非对称收敛变形影响的地层位移和衬砌应力分析

 盾构隧道施工引起的环境土工效应分析一直是城市轨道交通安全控制的关键课题。由于目前该领域较少考虑隧道衬砌与土体相互作用带来的影响,尤其是较少针对衬砌应力进行分析,由此提出带衬砌浅埋隧道开挖受非对称收敛变形影响的地层变形计算方法;同时考虑地层与衬砌之间的非对称收敛协调变形模式,建立带衬砌隧道开挖的Airy应力函数解析解答。通过实例研究,得到带衬砌隧道非对称变形模式下的地层沉降和水平位移曲线,并与实测数据进行对比验证;通过参数分析,获取土体和衬砌的材料特性、隧道几何特性以及隧道埋深等主要参数对浅埋隧道开挖地层变形和衬砌应力的影响规律。结果表明：非对称收敛变形模式对地层位移的影响明显,在此条件下得到的沉降槽和水平位移曲线与实测值吻合较好,地表最大沉降值更接近于实际;隧道半径或土层硬度对土体沉降最大值有较大影响,减小半径和硬化土层对减少土体沉降量效果显著,而衬砌几何参数的改变对沉降量的影响不大;衬砌轴力和弯矩整体关于90°/270°轴即隧道竖轴线严格对称,其中轴力沿圆周呈倒“8”字分布,而弯矩随着k值的增大,沿圆周方向由“8”字形向“0”字形过渡,最大轴压力和最大负弯矩发生在拱腰位置,土体侧压力系数k的取值对衬砌轴力和弯矩的分布和大小影响明显。分析成果可为正确预估软土浅埋盾构开挖变形提供一定的理论依据。     

黄土隧道锚杆受力与作用机制

 为探讨黄土隧道锚杆作用效果及机制,对陕西省吴堡-子洲高速公路上3座黄土隧道中的48根锚杆应力进行现场测试和统计分析,结果发现：黄土隧道在钢架支护条件下,拱部系统锚杆受压且应力值较小;拱脚处锁脚锚杆以受拉为主,锁脚锚杆应力普遍大于拱部锚杆应力。从土体的变形和锚杆与土体的锚固效果2方面分析黄土隧道拱部系统锚杆的力学状态,分析认为隧道开挖后,浅埋黄土隧道拱部发生整体沉降,锚杆并不存在锚固段;深埋黄土隧道开挖后土体产生较大塑性区,目前以“短而密”原则设计的系统锚杆也不存在锚固段;锚杆与土体采用水泥砂浆或药卷式锚固剂黏结效果差,因而黄土隧道锚杆锚固力不大;锚杆锚固于初期支护上,并伸入土体中,从内部约束土体变形,在初期支护施作后,相对于土体的后续变形,拱部系统锚杆受到土体向下的摩阻力,相当于桩承受负摩阻力,因而拱部系统锚杆受压。综合以上分析表明,在黄土隧道中,钢架支护条件下的系统锚杆支护效果不明显,可以取消。工程实践证明,钢架支护条件下黄土隧道取消系统锚杆,可减少施工环节,更有利于隧道施工安全和结构稳定,可缩短工期和降低工程造价,有着特别显著的社会经济效益。     

考虑气压效应的浅埋隧道开挖影响解析解答

 基于隧道开挖椭圆化变形模式,针对盾构施工分别考虑气压效应与无气压效应2种工况,提出饱和土中浅埋隧道开挖引起的地层长、短期变形和隧道衬砌内力位移的计算方法。结果表明：椭圆化变形模式下得到的位移曲线与实测值吻合较好,考虑气压效应条件下隧道开挖施工引起的土体变形大于非气压工况,长期影响解大于短期影响解。通过参数调整研究衬砌洞周处位移分布规律时,发现衬砌径向负位移在90°拱顶处达到最大值,在270°拱底处取得最小值,反映了衬砌明显的椭圆化和整体下沉变形趋势,并且随着半径增大以及土体模量减小,椭圆化变形趋势越明显;切向位移值基本以90°/270°隧道中轴线为分界轴,正值取在隧道左半圆,负值取在隧道右半圆,增大半径以及减小土体模量提高了切向位移值的整体水平。通过参数调整研究衬砌内力分布规律时,发现硬土质和大间隙时隧道轴力更容易表现出明显的椭圆化分布趋势,弯矩值随着隧道埋深、隧道半径以及土体重度减小而减小,随着土体侧压力系数k的减小而增大。盾构气压水平的提升,使衬砌轴力受压区范围增幅明显,并使衬砌的正、负弯矩值均增大。分析成果可为正确预估复杂工况下盾构开挖变形提供一定的理论依据。     

Ⅲ类围岩全断面开挖隧道喷砼最小厚度初探

喷射混凝土是隧道初期支护的重要组成部分 ,是提高支护结构整体刚度 ,有效控制围岩变形 ,改善隧道结构的应力分布状态 ,减少隧道突发性坍塌发生的重要步骤。本文用有限元静力数值分析方法 ,对青龙背隧道 类围岩全断面开挖喷混凝土厚度进行了计算分析 ,对同类工程也有一定的指导意义。     

饱和土中考虑衬砌界面排水的浅埋盾构隧道开挖影响分析

盾构隧道施工引起的环境土工效应分析一直是隧道及地下建筑工程领域中研究的热点问题。由于目前该领域较少考虑饱和土质以及隧道衬砌与土体间界面排水工况所带来的影响,尤其是较少针对隧道施工长期变形影响以及衬砌应力进行解析分析。由此基于隧道开挖椭圆化变形模式,考虑衬砌界面完全排水以及完全不排水两种工况,提出了饱和土中浅埋隧道开挖引起的地层长短期变形和隧道衬砌应力计算方法。结果表明:椭圆化变形模式对地层短期变形和长期变形的影响均较明显,在此条件下得到的位移曲线与实测值吻合较好。在计算衬砌内力时,衬砌轴力和弯矩整体关于90°/270°轴即隧道竖轴线严格对称,其中轴力沿圆周呈上大圆下小圆的倒“8”字形分布;而弯矩沿圆周呈上下圆基本一致的“8”字形分布,其中下圆稍大。土质和界面排水条件显著影响衬砌内力值的大小,其中饱和土长期排水工况下衬砌内力值一般大于不排水工况解,且其与饱和土短期不排水解相比差距明显。分析成果可为正确预估饱和土浅埋盾构开挖变形提供一定的理论依据。     

软岩隧道支护结构设计优化研究

以某单线铁路矿山法隧道工程为例,利用正交试验设计方法,结合数值分析手段对其支护结构进行了优化设计研究。优化的内容包括初次锚喷支护时机和喷射混凝土厚度、二次衬砌施作时机和二次衬砌厚度。分析了影响初支喷射混凝土中最大拉、压应力和二次衬砌钢筋混凝土中最大拉、压应力的主要因素。以初支喷射混凝土和二次衬砌钢筋混凝土内最大拉、压应力作为考察指标,得到了初次锚喷支护时机、喷射混凝土厚度、二次衬砌施作时机和二次衬砌厚度的优化组合,与传统设计方法相比,隧道支护工程量大大减小。研究成果可供矿山法隧道支护结构的设计借鉴。     

黄土隧道初期支护结构受力特性研究

为研究黄土隧道初期支护结构受力特性,对刘家坪3号隧道的初期支护结构进行受力监测,监测项目包括钢架应力和喷射混凝土应力。监测结果表明喷射混凝土应力均为压应力,且分布不均。格栅拱架内、外侧均为压应力,分布不均。采用有限元分析软件对隧道施工过程进行了数值模拟分析,计算结果和实测结果较为一致。     

Ⅲ类围岩全断面开挖隧道喷砼最小厚度初探

喷射混凝土是隧道初期支护的重要组成部分,是提高支护结构整体刚度,有效控制围岩变形,改善隧道结构的应力分布状态,减少隧道突发性坍塌发生的重要步骤。本文用有限元表我力数值分析方法,对青龙背隧道Ⅲ类围岩全断面开挖喷混凝土厚度进行了计算分析,对同类工程也有一定的指导意义。     

大断面软弱地层隧道施工围岩变形试验及预测

针对大断面碳化泥质板岩隧道在施工过程中极易发生塌方、拱架扭曲变形以及频繁换拱的特点,在小盘岭隧道进出口段选择多个监测断面作为试验段进行现场试验研究。分别对净空收敛变形、拱顶下沉、围岩压力、锚杆轴力、喷射混凝土应变、钢拱架支撑应力、二次衬砌混凝土应变、二次衬砌背部围岩压力进行测试。研究结果表明,隧道持续变形一般到48 d才能稳定,并且累计变形量很大,拱顶沉降最大能达到334 mm,累计收敛值最大能到318 mm。在控制围岩变形方面,对支护参数的监测发现:采取0.5 m的开挖步距,采取I20钢支撑,以及采取隧道衬砌背后的径向注浆,能有效的降低围岩变形及衬砌结构的受力。同时利用BP神经网络方法,能够比较准确的预测隧道围岩在施工过程中的拱顶沉降及围岩收敛,对隧道的开挖具有较大的指导作用。     

软岩地层隧道喷射混凝土衬砌研究

通过试验和数值模拟分析，研究了隧道喷射活性粉末混凝土单层衬砌支护技术。并对所采用的混凝土配合比设计以及喷射混凝土单层衬砌的抗渗性和耐久性进行了分析。结果表明，采用喷射活性粉末混凝土单层衬砌取代复合式衬砌，可提高软岩地层隧道的承载和防水能力，改善隧道环境。研究结果可为进一步提高隧道施工和支护技术提供参考。     

软岩隧道施工特性及其动态力学行为研究

采用三维快速有限差分软件，以软岩小净距隧道在不同施工方式下达到稳定后围岩和复合衬砌的力学效应为对象，重点分析不同施工方式下锚杆、喷射混凝土层的受力特点，以及洞周围岩特征点的变形和府力。对推荐的施工方式，分析了锚杆轴力、喷射混凝土层弯矩随开挖顺序的变化过程。计算结果表明：施工小净距隧道应慎重选择后继施工隧道的开挖方式，后继施工隧道的开挖方式直接对先行既有隧道锚杆、喷射混凝土层的应力状态产生很大影响。提出了复合衬砌应重点关注的薄弱部位和可能采取的工程措施。     

沉管隧道干坞有限元分析

针对干坞开挖后土体的变形情况,采用大型有限元分析软件ABAQUS建立Duncan-Chang非线性弹性模型,对基坑开挖变形性状进行了三维非线性有限元分析,得出了干坞开挖后土体水平变形及基底回弹变形值并且论述了产生这些不同变形的机理.     

土钉支护变形性能的有限元分析

通过建立三维有限元模型，对土钉支护的变形性能进行分析。在分析中，考虑土的非线性应力－应变关系、土钉与土体的相互作用，以及分步施工过程。通过计算给出一个工程实例的水平位移计算结果，对不同开挖阶段的计算值与实测值进行比较，计算结果与实测结果基本吻合，验证了有限元分析方法的可靠性。所建立的土钉支护有限元分析方法具有工程应用前景。     

冻融引起黄土隧道洞口段应力变形分析

通过试验获得了原状黄土冻融后的强度参数,并利用有限元方法分析了冻融对黄土隧道洞口段应力及变形的影响。分析结果表明,在冻融作用下,覆土厚度和冻融次数均会对拱顶位移和拱顶上部土体水平压应力产生影响。覆土厚度越大,隧道在开挖和经历冻融后,拱顶沉降也越大;且冻融第1次后对拱顶沉降影响最大。拱顶上部土体水平压应力最大值随覆土厚度的增加而增大;距拱顶较近土体的水平压应力随冻融次数增加逐渐减小,距拱顶较远土体的水平压应力值随冻融次数增加逐渐增大。     

地下隧道施工对相邻建筑物及地表沉降的影响

地下工程或地下洞室的修建会使周围一定范围内的既有建筑物受到影响,对地面产生变形。本文基于黄土地层模型,采用邓肯-张的非线性弹性本构关系,考虑了隧道施工开挖过程中的支护、衬砌的影响,运用同济曙光分析软件,对黄土场地的地下隧洞埋深及其与邻近建筑物的距离对地表沉降的影响进行了数值分析,得出了有关规律性和有益的结论,可为黄土地区的地下工程建设提供一定的参考。