韩门大断面隧道预留核心土法施工中软弱围岩变形预测与控制

为研究核心土法施工中软弱围岩超大断面隧道结构变形规律,以韩门大断面隧道为依托,采用三维数值分析与现场监控相结合的手段,研究了环形开挖预留核心土法对软弱围岩超大断面隧道围岩变形的影响,并通过研究隧道分部开挖进尺对拱顶竖向沉降和横向位移的影响,确定了合理的开挖长度和支护要求。计算结果表明：预留核心土可以有效减少掌子面的挤出变形,对约束围岩竖向沉降与横向位移有重要作用,拱部核心土留设长度应不小于4 m;上台阶拱部开挖是引起隧道围岩变形的重要因素,施工中超前下台阶开挖不宜大于20 m;仰拱闭合施工对控制变形也有重要作用,工作中应及早封闭仰拱并浇筑二次衬砌。     

渗流－应力耦合下深埋引水隧洞变形稳定性分析

隧洞开挖过程中,地下水渗流作用引起围岩应力重分布,其对围岩稳定性的影响不容忽视．依 托日照市沭水东调引水隧洞工程,基于渗流－应力耦合理论,利用ＭＩＤＡＳ－ＧＴＳ有限元分析程序,对 有无渗流作用下隧洞的开挖过程进行仿真分析,得出了隧洞开挖过程中围岩孔隙水压力分布及围 岩变形规律．计算结果表明：开挖使一定范围内的围岩孔隙水压力降低,并导致围岩内孔隙水压力 呈环形带状分布;渗流－应力耦合下围岩位移空间分布规律与未考虑孔隙水压力时相似,耦合作用 对拱顶的竖向位移影响最大．     

台阶法施工对隧道变形影响分析

介绍了乾山隧道的施工方法和隧道监控量测的内容、方法。通过对监测结果的分析,得出隧道在相应支护条件下不同围岩等级位移变形趋势基本一致的结论:位移变形在最初10 d左右增加较快随后趋缓,并在30 d左右基本达到稳定;采用台阶法开挖时,变形由大到小依次为上台阶、中台阶和下台阶,并且下台阶开挖对上台阶变形有明显影响。这可为合理确认二次衬砌的时间提供参考依据,也可为类似地质条件下的工程施工提供参考。     

隧道开挖面附近约束损失分析

隧道开挖面附近呈现三维应力状态,分析开挖面附近围岩与支护的相互作用较为复杂。这种复杂的应力分析往往需通过三维数值模拟来解决。然而,采用径向虚拟支护压力的约束损失概念,能近似地将三维应力转换为二维应力进行分析。隧道约束损失通常以洞壁径向位移为研究对象,本文采用隧道围岩弹性变形以及塑性变形的收敛线,分析这两种情况下的约束损失与位移释放的关系,介绍了位移释放率沿隧道纵轴线的分布规律。采用FLAC3D模拟了静水应力场下无支护圆形隧道,研究了岩体膨胀角、摩擦角以及粘聚力对开挖面的位移释放率的影响,并和已有公式的纵断面曲线进行了比较。研究结果表明,隧道的位移释放率受岩体膨胀角影响较大,而受粘聚力的影响很小。     

黄土地区暗挖段隧道中洞施工地层变形特性分析

以西安地铁隧道为工程背景,在现场实测和数值模拟的基础上,研究了浅埋暗挖地铁隧道穿越黄土区时围岩的位移变形规律.结果表明,采用台阶法施工,上导引起的沉降量远小于下导引起的沉降量,下导开挖后应在最短时间内进行初期衬砌支护;上台阶开挖所引起的拱顶沉降量大于下台阶引起的沉降量,其沉降值在下导掌子面通过2D(D为隧洞洞径)距离后逐渐趋于稳定.     

浅埋偏压小净距隧道施工扰动空间效应研究

为揭示浅埋偏压小净距隧道施工对隧道围岩的扰动规律,以义东高速防军隧道为工程背景,基于有限元软件MIDAS GTS NX建立隧道进口小净距段三维模型并分析其空间效应,采用预留核心土法模拟隧道洞口段动态施工过程,研究了隧道围岩位移场和应力场演化特征与规律。结果表明：隧道开挖后,地表沉降呈现明显的非对称现象且先行洞和后行洞开挖前期对地表沉降位移影响较大;隧道开挖面空间约束的作用范围为开挖面前后1～1.5倍洞径;开挖面前后0.5倍洞径范围为强影响区,0.5～1倍洞径范围为弱影响区;后行洞开挖对围岩主应力偏压比影响较小,后行洞开挖后拱脚位置受偏压影响较大,隧道施工时应及时封闭支护结构,还应对应力集中位置重点监测。     

黄土连拱隧道开挖的模型试验与压力拱分析

针对黄土连拱隧道复杂的施工力学特性,研究黄土连拱隧道动态开挖全过程中隧道轮廓位移、围岩的应力及压力拱分布规律.通过大型室内模型试验模拟黄土连拱隧道中的导洞开挖,利用相关监测元件对隧道轮廓位移、围岩的径向及环向应力进行采集和分析;采用有限差分软件对开挖过程的位移及压力拱进一步分析.研究表明：随着黄土连拱隧道不同导洞的开挖,各监测点位移时程曲线总体形状呈台阶形增长,且各台阶的增长对应各导洞初期开挖的位移突变;黄土连拱隧道的压力拱范围比同等级围岩的连拱隧道更大,先行导洞开挖完时,其拱顶压力拱大约为1D（D为隧道洞高）,单洞开挖完时,其拱顶压力拱范围大约1.5D;从第一先行导洞开挖到双洞完成,中隔墙上部围岩压力拱范围经历了0.5D→1D→0.5D→1D的变化,形成了多次应力重分布,对此范围的围岩应及时注浆或打入锚杆,加强支护.     

某偏压连拱隧道分步开挖时边坡位移响应分析

采用现场监测和数值模拟2种方法,对偏压连拱隧道分步开挖过程的边坡位移响应进行对比分析,结果表明:在隧道分步开挖过程中,1)隧道正上方位置边坡沉降变化最为明显,谷侧隧道上台阶开挖步为对沉降影响最为明显的开挖步;2)隧道正上方中间部位及边坡下部水平位移较大,边坡上部较小。谷侧隧道上台阶开挖步为对水平位移影响最大开挖步;3)边坡地表位移有增大趋势。开挖对边坡体位移的影响范围从隧道向上直至边坡自由面,在其他方面约为3倍隧道尺寸。其中,隧道正上方地表位移量远大于边坡上部与下部位置,谷侧隧道上台阶开挖步为边坡中部地表位移影响最大的分析步。     

基于3DEC节理岩体隧道开挖与支护的数值模拟

隧道在穿过节理裂隙较发育的地质环境时,地下水与支护条件等因素会对隧道开挖后围岩的稳定性产生影响.因此,以国内某山岭高速公路隧道为背景,基于离散元理论,考虑裂隙水压力作用,分析了砂浆锚杆与混凝土衬砌等支护条件在隧道开挖后对围岩稳定性的影响,并基于3DEC软件,对裂隙岩体隧道的开挖与支护进行了数值模拟.模拟结果表明:地下水...     

深埋交叉隧道动态施工力学行为研究

分离式独立双洞之间的横通道开挖,再一次引起主隧道围岩和支护结构的应力释放与重分配,引起交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化。结合高地应力区深埋隧道工程,通过3D弹塑性有限元数值仿真模拟,分析横通道不同施工方案和动态施工过程对主隧道围岩与初期支护结构力学行为的影响。分析结果显示,横通道的开挖对围岩应力和位移影响较大,对交叉侧主隧道侧壁初期支护应力及交叉对侧主隧道侧初期支护3σ和XY平面的剪应力影响较大。为深埋隧道交叉段监控量测系统的设计、施工方案优化及安全控制提供了依据。     

裂隙岩体中隧道开挖流固耦合模型及开挖诱发损伤分析

裂隙岩体中隧道开挖会诱发强烈的流固耦合效应,从而引发显著的岩体损伤和水压力扰动,针对该问题,首先建立了一种计算裂隙岩体中隧道开挖和后续排水诱发损伤和裂隙变形的流固耦合模型,然后对不同参数化裂隙网络进行了模拟,最后针对模拟结果给出了实例分析。研究结果表明:所建模型可有效模拟含裂隙网络的岩体中隧道开挖和后续排水降压过程以及岩体损伤发展、裂隙变形和地下水渗流过程;岩体裂隙网络显著影响应力分布的均匀性,隧道开挖和地下水渗流的耦合作用造成隧道周围极易出现高应力区,且局部应力、裂隙变形和水压力之间呈现出显著相关性;不同裂隙网络的分布特征在隧道开挖诱发损伤发展中起到主导作用,进而影响隧道开挖扰动区和损伤区的形成与发展程度。     

两郧断裂带十漫高速公路隧道围岩稳定性研究

应用非线性有限元法和施工过程力学的基本原理,研究十漫公路隧道的开挖、支护的原理,根据两陨断裂带的岩体特征,采用分步加载和荷载释放的原理,对隧道的整体稳定性以及围岩和支护结构的受力特征进行了详细分析.由数值模拟结果可知:隧道环向处产生应力集中,且初次衬砌和二次支护结构应力较大;局部断裂破碎带对二道垭隧道的影响较大.因此需要在施工中采用合理的开挖支护方法,确保隧道的施工期及正常运营期的稳定性.     

压力隧洞渗透稳定的参数敏感性分析

为了研究压力隧洞渗透稳定性与围岩变模、围岩渗透系数、地应力、衬砌类型及厚度等的关系,建立了压力隧洞内水外渗的渗流-应力-开裂耦合计算模型,拟定了不同围岩渗透系数、不同围岩变模、不同初始地应力、不同衬砌类型及厚度等组合的一系列工况,运用上述计算模型对压力隧洞内水外渗进行了计算.根据计算结果,以隧洞综合透水率和破坏内水压力为渗透稳定性指标,对围岩渗透性、围岩变模、地应力及侧压力系数、衬砌是否配筋、衬砌厚度等影响因素进行了参数敏感性分析,给出了各参数对压力隧洞综合透水率及破坏内水压力的影响程度.研究成果可为压力隧洞设计,尤其是衬砌型式选择提供参考依据.     

浅埋偏压隧道进洞施工围岩稳定分析

针对破碎岩体浅埋偏压隧道围岩稳定性问题和进洞工法的取选,选用ABAQUS有限元软件对广西岭顶隧道分别采用三层台阶法、中隔墙法和双侧壁导坑法施工进行数值模拟研究,分析不同施工方法下围岩及支护结构的应力、应变及塑性区分布变化等情况.结果表明:由于隧道存在明显的浅埋和偏压作用,进洞适宜采用中隔墙法和双侧壁导坑法施工作业,能较...     

含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性试验

针对含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性问题,设计制作了主要由模型箱、水循环系统、盾构隧道与开挖面模型、饱和地层模型和量测系统组成的试验装置。通过模型试验,量测开挖面逐渐失稳过程中的地层沉降和开挖面饱和土压力以及前方地层孔隙水压力。结果表明:渗流条件下,开挖面前方地层孔隙水压力,会因地层黏-砂比的增大而增大,且会随开挖面体积损失的增大而增大;渗流会使开挖面极限有效土压力明显增大,开挖面极限有效土压力与地层黏-砂比基本上呈线性增加关系;地层极限失稳范围主要取决于开挖面前方和后方以及横向的破裂角,其中,后方破裂角受地层黏土含量和渗流的影响不大;无渗流时,地层极限失稳范围会因黏-砂比的增大而增大,而有渗流时,地层极限失稳范围会因黏-砂比的增大而减小。研究成果改进了对含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性的认识,可以为实际工程以及有关的稳定性极限分析提供参考。     

隧道开挖过程中复杂裂隙围岩的固流耦合分析

隧道通过裂隙岩体的含水区段时,人为扰动了裂隙岩体、地下水等构成的复杂地质系统,是造成各种涌水、突水、突泥事故的重要原因。为了研究复杂地质条件下隧道开挖过程中岩体变形、流体运移相互作用过程,探讨其对隧道涌、突水的影响,在上述复杂过程进行理论分析的基础上,根据深埋隧道围岩裂隙发育规模与工程尺度的关系,建立可以同时考虑不同级别裂隙网络的复杂裂隙岩体水力学模型,采用有限元法对复杂裂隙岩体中开挖隧道的固流耦合过程进行了数值模拟,模拟结果体现了主干裂隙在渗流中的强导水作用和网络状裂隙的贮水功能与渗流滞后效应,开挖过程中复杂裂隙岩体渗流场与应力场的耦合作用显著的增加了隧道围岩屈服区。     

岩石隧道渗流模型试验相似材料的研制及应用

为提高岩石隧道渗流场分析的合理性,通过大量以控制渗透系数为核心的配比试验,提出适用于岩石隧道渗流模型试验的围岩、注浆圈及初衬等新型相似材料及其原料配比.试验以黏土、细砂和玻璃纤维为原料配制围岩相似材料,以水泥和炭渣配制注浆圈相似材料,由多层编织土工布模拟初衬相似材料.结果表明:随细砂含量加大,围岩相似材料渗透系数呈非线性增长,稳定性逐渐降低,改变玻璃纤维的含量对其渗透系数影响不明显;注浆圈相似材料渗透系数值随炭渣含量增加近于线性增长,2.5 m水头下的试验值较1.35 m水头时更大;随着编织土工布叠加层数增加,初衬相似材料平均渗透系数呈快速减小并逐渐收敛的趋势,且单次渗透系数测试结果也趋于稳定;相同隧道排水量时,二衬外拱底处水压力远大于拱顶,逐步减小隧道排水量后,拱顶水压力值上升幅度大于拱底,调水阀接近闭合时,拱顶和拱底位置的水压力接近初始水压力.研制的相似材料工作性能稳定,并成功应用于工程渗流试验中.