大跨扁平连拱隧道施工时空效应试验

大跨扁平连拱隧道设计上具有开挖跨度大和断面扁平的特点,而在施工中,由于其施工工序较多,围岩将受到多次扰动,衬砌结构也将受开挖的多次影响。因此,其受力和变形极为复杂,施工过程中开挖时空效应与四车道连拱隧道或分离式隧道存在较大的差异。利用“公路隧道结构与围岩综合实验系统（CTSSSRH）”,对大跨扁平连拱隧道的施工动态全过程进行了三维物理模拟,分析了围岩位移、应力随开挖步的变化规律,提出了大跨扁平连拱隧道施工时空效应。     

城市大跨度浅埋暗挖隧道近接施工技术应用

针对城市复杂条件下大跨浅埋多层立体近接隧道群的施工,通过建立三维实体动态仿真模型,对近接隧道施工力学机理进行了理论分析,成功解决了新建立体交叉隧道群同时开挖的施工技术和施工过程时空效应对隧道结构及复杂地层力学行为的隐性影响控制技术.     

基坑开挖施工对邻近地铁隧道结构的影响研究

随着城市建设步伐的加快,越来越多的建(构)筑物施工会对已建成的地铁结构造成影响。为了研究新建明挖基坑施工对邻近既有地铁区间的影响,以福州市世茂帝封江A地块项目基坑施工临近福州地铁5号线成型隧道为背景,论文利用有限元计算软件建立基坑与相邻地铁隧道的三维数值模型,模拟建筑基坑开挖卸载过程,得到基坑施工对既有地铁区间隧道的影响。研究结果表明,基坑采用SMW工法桩+三轴搅拌桩止水帷幕的基坑支护方案,基坑开挖施工对地铁隧道结构的影响可控,能够达到满足地铁隧道保护的目的。     

临近地铁隧道的软土深基坑施工影响分析

以杭州某临近地铁隧道的软土深基坑工程为背景,运用有限元方法动态模拟基坑开挖过程,分析基坑变形以及对地铁隧道的影响,并对不同计算模型进行对比分析.研究结果表明:HSS模型考虑了地下水及时空效应的影响,较HS硬化模型能更好地模拟基坑施工过程;为控制基坑开挖对邻近地铁隧道的影响,需辅助其他措施,如分块开挖、基坑降水等;地下连续墙成槽过程无法模拟,施工中应尽量减小成槽对周边土体和隧道的影响.研究结论可为类似工程提供借鉴与参考.     

基坑开挖对隧道稳定性影响的数值分析

结合江苏银行苏州分行园区办公大楼基坑工程,利用有限元软件ANSYS建立了三维计算模型,对基坑的开挖、围护引起临近的地铁隧道的变形性状进行了三维非线性有限元分析,从隧道的垂直沉降、水平方向变形等角度探讨了基坑开挖、围护对临近地铁隧道的影响,分析方法和所得结论可为该工程的设计与施工提供有益的科学依据。     

山地城市隧道开挖对既有建筑物的影响研究

城市浅埋暗挖隧道施工下穿既有建筑物的工程安全问题越来越受到重视。以重庆曾家岩嘉陵江大桥工程南侧主线隧道下穿、侧穿市政府办公楼,邻近戴笠公馆等建筑物为工程背景,通过FLAC3D建立了三维办公楼框架模型、三维地质地层模型和三维曲线连拱隧道模型,对双连拱隧道开挖过程中的邻近建筑物的变形规律及开挖后地表建筑物的变形和受力进行了分析。研究表明:下穿隧道开挖过程中,框架结构桩基的沉降变形值受距隧道轴线的距离及开挖步的影响较大,而水平变形值受开挖步的影响较大,受距隧道轴线距离的影响较小;隧道开挖将使框架结构底部地基梁的轴向力和弯矩发生较大变化,使桩的轴向力略微增加,弯矩略微变化。     

关角隧道施工涌水对居民饮用水源的影响分析

分析了关角隧道施工涌水对居民饮用水源的影响，分析结果表明，关角隧道主洞穿越和斜井开挖不同含水层的影响半径小于切格日曲地表水源头与隧道主洞的最小垂直距离，隧道施工不会对切格日曲基流量产生影响。     

基于流固耦合理论的连拱隧道围岩稳定性分析

以湖南省常吉高速公路新修建的一些大跨度连拱隧道为工程背景，基于流固耦合分析理论，利用快速拉格朗日有限差分法对连拱隧道围岩稳定性进行分析。主要考虑流固耦合效应作用时，围岩级别、隧道埋深、地下水位以及施工工法和初期支护等因素对围岩稳定性的综合影响，得到Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ级围岩在各种情况下隧道开挖后围岩最大主应力、洞周位移、塑性区、孔隙水压力分布以及喷锚支护受力特征等结果，探讨连拱隧道开挖渗流机制，并分析深埋连拱隧道开挖后的孔隙水压力场分布特征。研究结果直接指导该高速公路二期工程中的隧道防排水施工和支护措施的改进提高，为富水地层条件下的隧道工程开挖设计提供一定的理论参考。     

基于隧道最大开挖进尺的支护时机研究

利用有限元软件ABAQUS对圆形截面隧道开挖过程进行模拟,采用三维弹塑性有限元模型计算隧道围岩位移,根据规范和工程类比法确定最大开挖进尺,从空间效应角度,提出将最大开挖进尺定围岩的最佳支护时机,使隧道的施工更加高效、有序.     

大跨度扁坦隧道动态施工的相似模拟与数值分析研究

 利用研制成功的公路隧道结构与围岩综合实验系统(CTSSSRH) , 以渝黔高速公路重庆段真武山隧道为例, 对大跨度扁坦隧道的开挖过程进行了1∶36 的大比例尺相似模型实验, 并建立了相似模型四分部开挖方法及全断面法、上下台阶法、左右分部法的三维力学模型, 用3D2R程序分别对其动态施工过程进行了数值分析。同一开挖方法同一施工阶段相应测点的围岩位移对比表明, 相似模型实验与数值分析结果较为吻合。     

Optimum model extent for numerical simulation of tunnel inflow in fractured rock

The objective of this study is the introduction of an optimum model extent in discontinuous rock masses for tunnel inflow assessment using numerical models. Tunnel groundwater inflow is an important problem in tunneling, and numerical simulation is widely used for estimating the amount of tunnel inflow. An adequate size of the model domain is of very high importance when using such models. On the one hand, if the tunnel boundary is too close to the outer model boundary, the simulated inflow rate into the tunnel is significantly overestimated (which will be shown in the present study). On the other hand, if the model domain is very large, models may become “unhandy”, and simulations become very expensive with respect to computer memory and CPU. In this technical note, an approach is presented that derives an optimum model extent for numerical simulation of tunnel inflow in fractured rock. The approach uses the two-dimensional universal distinct element code (UDEC). The impact of different model parameters, such as tunnel radius, groundwater level, joint spacing, joint dip/dip direction and joint aperture on the optimum model extent has been evaluated. Based on the results, an optimum model extent chart is presented that allows modelers a quick determination of the optimum model extent as a function of the most significant parameters, which are the tunnel depth under the groundwater level, tunnel radius and joint spacing.     

基于GIS的厦门海底隧道涌水预报系统研究

应用GIS技术开发海底隧道施工涌水预报系统,实现涌水量动态预测,为施工安全提供技术决策。研究中涌水量的预测采用了解析法和数值模拟方法。技术路线为根据工程施工前的地质勘探资料,进行隧道的涌水量预测,其成果作为背景数据库存放在评价系统中。结合隧道施工过程中的地质信息和地下水信息,对涌水量模型参数进行修正,利用修正后的参数,更新涌水预测评价的基础数据库,以更新后的结果作为施工前方涌水量预测结果。系统实现了海底隧道涌水的动态预测,在厦门海底隧道工程施工应用中表明:系统可为隧道安全开挖中的探水工作提供相对正确而直观的水文地质依据和工程技术保障。     

Grout and bentonite flow around a TBM: Computational modeling and simulation-based assessment of influence on surface settlements

Adequate consideration of the various interactions between the Tunnel Boring Machine (TBM) and the surrounding underground is a pre-requisite for reliable prognoses in shield supported tunneling based upon numerical analysis. In addition to face support and the grouting of the annular gap the contact conditions along the shield skin between the moving TBM and the surrounding, deforming soil constitute the most relevant component of TBM-soil interactions in mechanized tunneling. This paper is concerned with the analysis of the interface conditions between the shield skin and the soil and its adequate numerical representation in the context of a process-oriented numerical simulation model for mechanized tunneling. The situation around the shield skin is influenced by the design of the Tunnel Boring Machine, the deformational behavior of the surrounding underground and by a possible inflow of process liquids into the steering gap. A novel simulation method is proposed which allows to model the viscous flow of the process liquids into the steering gap and its interactions with the face support, the tail void grouting, the deforming soil and the moving TBM. The proposed numerical model for the TBM-soil interaction is part of a recently developed three-dimensional, process-oriented finite element model for shield tunneling (Nagel et al., 2010). It allows to investigate the effects of the inflow of process liquids into the steering gap during TBM advance considering realistic machine-related and geological conditions. It is, in particular, capable to compute the pressure distribution within the developing liquid film in association with the face support and grouting conditions and to predict its influence on the surface settlements and the overall TBM-soil interaction affecting, e.g. the hydraulic jack forces or shield deformations.     

深埋长大隧道渗流数值模拟

隧道工程凸现长、大、深、难的特点。地下水对隧道施工构成威胁，并引起诸如塌方、冒顶、突水等工程问题。地下水赋存具有离散性，渗流具有筹向异性等特点。依托甘肃省最长公路隧道——新七道梁隧道工程，应用岩体非连续介质渗流的研究成果，进行最大涌水区段渗流数值模拟。模拟各种工况条件下地下水的渗流特性以及地表水体的水位变化。与实测结果的对比表明，理论分析正确，计算结果可靠。     

蝴蝶山隧道工程水文地质条件分析

拟建的蝴蝶山隧道设计断面大,地处华南地块的武夷—戴云隆褶带和台湾海峡沉降带,洞身穿越岩性主要为强～弱风化凝灰熔岩。隧道建设场区虽未见明显断层,但隧道洞身处约ZK253+600～+800上方左侧75m为一居民饮用水蓄水库,本隧道施工过程可能发生的最大问题是地下水渗漏和处治问题。在区域水文地条件分析基础上,采用降水入渗法和地下水动力学法进行隧道涌水量计算,ZK253+840～+878.5洞顶为碎块状强风化带,富水性较强,稳定性很差,施工中处理不当易产生突水、突泥、冒顶等不良地质现象,应引起高度重视。     

富水地层中重叠隧道施工引起土体变形研究

重叠隧道施工易产生隧道结构不稳定和地层变形等问题。重叠隧道富水地层施工时,土层开挖应力释放和地下水渗流共同作用使得地层和隧道变形问题显得更加突出,增加了施工难度。以深圳地铁5号线重叠隧道为背景,采用数值方法研究了开挖应力释放和渗流作用在重叠隧道施工不同阶段对隧道结构和土层变形的影响,得到富水地层重叠隧道施工土层变形规律,同时提出了控制地层变形措施。重叠隧道下洞施工时,采用设置超前注浆支护能有效控制开挖应力释放引起拱顶沉降,开挖完成后隧道拱顶在渗流作用下沉降稳定,而隧道上覆土层因失水固结产生较大工后沉降,同时地表沉降槽深度和半径在渗流作用下不断增大;为避免下洞隧道在渗流作用引起上洞隧道整体沉降,上洞在下洞施工引起土体变形稳定后进行施工。上洞开挖应力释放引起较大地层沉降,开挖应力释放引起较大地层沉降,渗流因素引起地层工后变形较小,地表沉降槽深度迅速增大而影响半径保持稳定。     

高家坪隧道地下水系统识别及涌水量预测

以宜保高速高家坪隧道为研究对象,重点剖析高家坪隧道工程区的地质条件,在此基础上,综合采用地下水示踪试验、地下水化学组分测试、降雨量与地下水动态长期观测等多种技术手段对高家坪隧道区域岩溶发育特征、岩溶隧道突涌水条件进行了分析和探索,查明了各岩溶水系统的边界及之间的水力联系,分析了岩溶系统与隧道的空间关系及其对隧道安全的影响,揭示了岩溶系统的水文响应特征,并采用分布式TOPMODEL流域水文模型模拟流域的流量过程,预测了隧道的正常和最大涌水量。结果表明:隧道ZK45+500~ZK46+900段涌水最大峰值流量可达3.56 m³/s,滞后降雨3 h,最大涌水量47 984.7 m³/d,与实测值吻合较好。本文工作可为我国岩溶地区类似隧道工程的突涌水灾害预防提供参考和指导。     

山岭隧道穿越富水破碎带施工灾害预报及稳定性分析

结合某山岭高速公路隧道,运用超前地质预报（激发极化法）、数值计算分析等手段对隧道穿越富水破碎带施工灾害预报及控制进行了分析研究。分析结果表明：激发极化法能够准确可靠地判断出富水破碎带的位置和规模,可以为施工顺利通过富水破碎带提供科学依据;通过数值模拟研究隧道富水段开挖后的渗流场、应力场及位移场分布等情况可以为合理地选择隧道开挖及支护方案提供技术支撑;通过对施工灾害的预报及控制研究,分析出隧道穿越富水断层围岩变形的一般规律,可以为今后类似工程提供有益的借鉴。     

不考虑开挖扰动影响的隧道涌水量预测模型试验研究

 采用大型施工及运营期矿山法隧道渗流模型试验系统,在不同的注浆圈和初衬渗透系数下,不考虑隧道开挖的扰动影响进行涌水量预测,并以Visual-modflow软件进行数值建模分析,结果表明：两者涌水量结果和规律基本吻合,随注浆圈或初衬的渗透系数减小,其试验平均涌水量值均呈非线性下降,各工况单次试验测试值的离散性也逐渐减小,而降低注浆圈渗透系数对涌水量的影响更为明显;改变注浆圈渗透系数,各工况连续采集涌水量结果呈先减小后增大至逐渐平衡的趋势,而改变初衬渗透系数则呈现涌水量逐渐减小直至平衡的趋势;非扰动开挖使地下水向隧道内汇集,隧道周围水力坡度明显增大,等水位线分布密集,掌子面附近等水位线沿隧道开挖方向凹陷;完善的防水体系(初衬及注浆圈)对保持地下水稳定起到显著作用,可有效减弱局部水力联系,减小渗流影响范围,地下水降幅也明显减小。研究方法及成果对类似工程设计和施工具有一定的指导作用。     

Excavation-induced hydraulic conductivity reduction around a tunnel – Part 2: Verification of proposed method using numerical modeling

During tunnel excavation in a jointed rock mass, significant joint closure takes place in the immediate vicinity of tunnel due to joint effective normal stress increase, and the equivalent hydraulic conductivity is largely reduced within a zone approximately one tunnel-radius thick around the tunnel. A significant pressure drop takes place across this zone, and the actual raise of pore-water pressure in the surrounding rock mass is steeper than that estimated from the analytical solution that considers the jointed rock mass around the tunnel as a homogeneous, isotropic medium. This paper presents a numerical modeling of the mechanical and hydraulic behavior of a jointed rock mass around a tunnel and provides estimates of the groundwater inflow rate to be compared to those estimated from generally used analytical solutions. The numerical analysis results presented here verify the validity of the analytical method described in the Part 1 paper for estimating groundwater inflow rate into a tunnel considering excavation-induced hydraulic conductivity reduction.