高地应力软岩隧道开挖方案优化研究

麻竹高速公路黄家寨隧道围岩强度低,且属于极高地应力区。隧道现场监测数据显示,围岩整体变形速率快、累计变形量大且变形时间长,呈现显著的蠕变变形特点。采用Phase2软件对隧道开挖支护方案进行了模拟,分别计算在两台阶开挖不支护、两台阶开挖支护、预留核心土开挖支护、三台阶开挖支护四种工况下围岩的塑性区和位移。计算结果表明:通过初期支护可以有效减少围岩塑性区及位移,支护后围岩最大变形部位由拱顶转移到拱脚。对比不同开挖方案下的计算结果,可知采用预留核心土开挖方法时,隧道围岩塑性区深度和拱顶沉降小于其他两种开挖方案;采用三台阶开挖方法时,围岩最大位移最小,但拱顶沉降最大。由于该隧道水平收敛远大于拱顶沉降,因此建议黄家寨隧道采用对围岩水平收敛控制效果较好的三台阶开挖方案。     

复杂硐室交叉口转向挑顶施工力学行为研究

长大隧道的辅助坑道与正洞交叉段施工工序繁多,围岩易受到开挖扰动,进而产生失稳破坏。以伏牛山隧道为工程背景,借助有限元软件PLAXIS3D构建三维数值模型,模拟了辅助坑道进入正洞的施工过程,研究了小导洞转向挑顶施工及正洞反向台阶法开挖的施工力学行为与三维空间效应,分析了施工过程中围岩应力、拱顶沉降、洞周横向收敛位移及围岩塑性区演化规律。结果表明:横向通道交叉口段施工会导致交叉口附近风机房正洞围岩产生应力重分布,在正洞拱顶及右拱腰处形成拉应力,沿风机房纵向影响范围约为1倍洞径; 风机房拱顶最终沉降量为3.7～3.9 mm,在交叉口及其附近,以小导洞爬坡挑顶阶段和风机房正洞反向开挖通过时引起的拱顶沉降量最大,小导洞转向挑顶施工引起的拱顶总沉降量相对较小; 联络通道左侧进洞使得正洞左侧横向位移增加,进而导致正洞左右两侧横向位移呈现不对称分布; 交叉口处联络通道与风机房产生了连续的塑性区,塑性点主要在开挖侧壁,拱腰处最为集中,向上延伸至拱肩,拱脚处向下发展至一定深度; 针对小导洞扩挖施工过程中交叉口、上台阶侧壁、底面出现的少量受拉破坏点,施工中应对这些部位予以重点关注,及时施作初期支护,防止局部掉块。     

大阪山隧道三台阶七部开挖法数值模拟与施工监测

以大阪山隧道为依托,采用有限元数值模拟和现场监测数据相结合的方法,对该隧道Ⅳ级围岩的三台阶七步开挖法进行了数值模拟,分析了在不同开挖阶段围岩位移场的变化规律,发现隧道拱顶、拱脚、拱腰、拱底处应力较为集中,且拱顶、拱底处竖向变形均较大,左侧拱脚,右侧拱腰和右侧仰拱脚处也产生了较大水平位移。以此确定了施工现场重点监测和加固区。结合实测监控量测数据,利用加权回归分析方法对监测数据进行处理,得出各监测点实测围岩变形值。通过对数值模拟结果与现场监测数据的对比分析,判定隧道围岩的稳定状态,结果表明,利用有限元对隧道进行数值模拟和加权回归分析对监测数据进行处理,两种方法相结合对判断三台阶七部开挖法的安全性具有很好的效果。     

某隧道在自重应力场下的FLAC3D数值分析

利用现阶段国内外流行的岩土数值分析软件,模拟分析了半圆拱直墙形隧道围岩在自重应力场作用下隧道开挖后的拱顶下沉和边墙水平收敛大小以及围岩中的塑性区大小。对隧道工程的设计和施工有指导作用和参考价值。     

超大断面隧道不同工法引起软弱围岩变形机理分析

运用商用数值模拟软件模拟隧道开挖施工过程,通过对大断面隧道开挖引起塑性区分布、地层分层沉降的数值模拟成果的分析,得出了在同一围岩条件下,采用不同的施工方法开挖隧道引起地表变形、塑性区分布、地层分层沉降的特性和机理,在此基础上提出了相关的施工技术措施,使隧道在整个施工过程中都处于安全可靠控制范围之内。     

软弱围岩小净距隧道动态施工力学行为分析

基于新奥法施工理念,结合某大跨度、小净距隧道工程浅埋段施工过程,根据采取的双侧壁施工方法,建立了数值模型,对其施工过程进行了三维有限元弹塑性模拟。分析了施工过程中随着各部的开挖,隧道周边各点竖向位移的变化;通过对开挖后地表沉降、支护受力和塑性区的模拟计算以及隧道拱顶沉降监测值与计算值的对比分析,进而对施工过程中隧道结构的安全性及围岩稳定性作出评价。数值计算结果表明,在软岩浅埋隧道中,超前小导管的设置可起到加固围岩和抑制隧道变形的作用,有效控制双线隧道开挖引起的反复扰动是小净距隧道施工成败的关键。     

扁平率对浅埋大跨度隧道围岩稳定性的影响

隧道扁平率会对围岩稳定性产生影响,为研究这一影响规律,采用FLAC软件分别对跨度为18,20,22 m,扁平率为0.55,0.70,0.85,1.00的隧道进行数值模拟。研究表明:扁平率对地表沉降的影响主要集中在沉降槽宽度系数范围内,随着扁平率的减小,地表沉降越来越大,并且呈现出加速的趋势;随着扁平率的减小,拱顶沉降越来越大,底部隆起越来越小;扁平率对两帮收敛的影响较小,当扁平率较大时,两帮收敛曲线在掌子面处发生突变;随着扁平率的增大,隧道拱肩对拱顶支撑作用增强,最大主应力在拱顶的应力集中减小,隧道前上方因拱顶下沉产生的拉应力减弱;掌子面在径向上的塑性区分布与隧道断面形状具有很好的一致性,在纵向上隧道周边的塑性区与掌子面上的塑性区不相交。     

隧道大跨段施工围岩变形及受力特征分析

以重庆樵坪山隧道大跨段为研究对象,应用有限元法,对CD法(中隔壁法)和双侧壁导坑法两种隧道开挖工法进行数值模拟研究,对比分析了两种不同开挖工法条件下,隧道围岩竖向位移、应力分布以及支护结构受力特征.结果表明,采用双侧壁导坑法进行隧道施工开挖,其拱部沉降要低于CD法,双侧壁导坑法的拱顶最大沉降和最大上鼓比CD法分别低57...     

软弱围岩偏压连拱隧道正洞合理施工布局研究

浅埋偏压连拱隧道左右洞的施工顺序和布局对围岩稳定和支护受力影响较大,为了明确浅埋偏压连拱隧道合理施工顺序,本文依托广东省南山路连拱隧道工程,结合现场监测以及数值模拟方法,研究了软弱围岩浅埋偏压连拱隧道左右正洞不同开挖布局时初期支护受力变形规律。通过建立数值模型对先开挖浅埋侧正洞和先开挖深埋侧正洞两种分案下的拱顶沉降、初期支护受力、塑性区分布、中隔墙水平侧向位移及受力等模拟结果的分析,得出:(1)不管采用哪种开挖顺序,先行洞的拱顶沉降均小于后行洞的拱顶沉降;(2)后行洞上台阶开挖后为中隔墙倾斜最为严重阶段,隧道施工完成后中隔墙向浅埋侧倾斜;(3)先行洞的初期支护整体受力较大,后行洞的初期支护受力较小;受力较大的部位一般在先行洞上台阶与中隔墙连接处以及靠近中隔墙侧拱腰处;(4)先开挖浅埋侧正洞方案较优,该方案支护受力变形较小,有利于支护结构的稳定。研究结果指导了现场工程施工,现场监测数据与计算结果较为吻合,研究结论可为类似工程提供参考。     

马鞍子梁软岩隧道围岩变形规律及支护技术模拟分析

结合马鞍子梁隧道工程,采用FLAC数值模拟方法对该隧道上下台阶法施工全过程进行模拟分析,完成了现场监测研究,与数值模拟预测的结果进行了比较,得到了软岩隧道的围岩变形规律,提出合理的支护方案。结果表明,该开挖方法适用于此软岩隧道,竖向位移主要集中在拱顶和拱底处,拱顶位移比较大,水平位移主要集中在隧道两肩和两脚处。现场监测表明:隧道开挖初期拱顶下沉与水平收敛变形速率比较大,处于不稳定状态,随时间变形速率较小,曲线趋于稳定状态。FLAC数值模拟预测结果与实测结果基本一致,一次支护和二次衬砌的合理间隔时间为30d。     

地应力释放对盾构隧道围岩稳定性和地表沉降变形的影响

针对广州地铁二号线越秀公园—三元里区间隧道,采用弹塑性有限元法分析了地应力释放对盾构隧道围岩强度和变形以及地表沉降变形的影响。计算结果显示:随着地应力释放值增加,隧道开挖面洞周拱顶、拱底、拱腰变形增大,围岩塑性区明显扩大,由稳定状态向不稳定状态转化;地表沉降变形也大大增加。     

挤压性软岩隧道大变形灾害及控制措施研究

软岩大变形隧道修建时,由于围岩自稳能力弱,隧道时常发生较大收敛问题。根据云南省云临高速公路大亮山隧道地质勘察报告,对ZK20+160～ZK20+320段初期支护大范围开裂、仰拱隆起严重等问题采用有限差分数值方法进行模拟研究。通过对数值模拟结果的分析得出软岩大变形隧道变化规律,并由此提出相应的设计施工优化措施。研究表明：隧道拱顶沉降与仰拱隆起大,隧道围岩塑性区半径大,符合高地应力下软岩大变形隧道开挖的物理力学变化特征;将数值模拟二次衬砌拱顶沉降曲线与现场实测拱顶沉降曲线对比分析,结果表明两者变化规律一致;针对现场初期支护开裂、仰拱隆起与钢拱架扭曲变形等工程问题并结合数值模拟结果,建议采用双层支护、增设锁脚锚杆和仰拱尽早封闭等优化措施控制隧道变形开裂问题。     

软岩公路隧道全断面开挖下拱顶沉降和掌子面挤出变形研究

为研究软弱围岩隧道在全断面开挖方式下的施工安全,对隧道的拱顶沉降变形进行现场实测,并通过数值模拟研究隧道的拱顶沉降、掌子面挤出变形及其相互关系。得出隧道的现场监控量测数据比数值模拟结果小,因为实际监测数据仅监测隧道开挖支护后的沉降,未考虑隧道的先行位移;在隧道监控量测数据的处理中,只把拱顶沉降作为隧道围岩稳定的判定指标是不够合理的,还应该考虑到拱顶沉降的收敛速率;在隧道掌子面强度不足时,掌子面会发生水平左右大致对称、竖向中心偏下的"啤酒肚"形状的挤出变形;在掌子面上的各处的挤出变形均与该掌子面处的拱顶沉降变形大致呈线性关系。     

浅埋大断面地铁隧道施工方法模拟优化分析

以乌鲁木齐地铁1号线三-新区间大断面隧道为例,采用MIDAS/GTS有限元软件,针对CD法、CRD法、双侧壁导洞法等3种工法分别进行数值计算。以对比分析不同工法下围岩变形、应力、塑性区及地表沉降规律。研究结果表明,采用CD法产生的地表沉降最大,CRD法施工可以有效减小隧道拱腰、拱肩处的水平变形,相对来说双侧壁导洞法能够有效控制拱顶沉降。     

单裂隙隧洞类岩模型力学特性的数值模拟

为了研究隧道围岩中裂隙分布形态对临空面岩体力学特性的影响,对不同裂隙长度、倾角和空间位置的类岩模型进行单轴压缩颗粒流数值模拟试验,并进行了不同试验工况的对比分析。结果表明：模型中裂隙长度与隧道拱顶围岩内部水平拉应力基本呈反比关系,并在拱圈附近一定范围处存在水平拉应力稳定区,进一步得出隧洞拱顶围岩中垂直应力随着隧道埋深的增大而增大,裂隙长度对其影响程度更大。而模型中裂隙倾角与隧道拱顶围岩内部拉应力、拱肩附近围岩内部压应力呈正比关系。此外,随着裂隙空间位置H增加,拱顶围岩内部拉应力与拱肩围岩内部压应力均出现先减小后增加的变化规律,并进一步得出围岩待加固区宽度(系统锚杆长度最小值)与裂隙长度、拱圈半径之间的相互关系式,可为隧道锚杆设计提供一定的理论依据。     

初始水平地应力对高地应力隧道施工稳定性的影响

高地应力是山岭隧道常见不良地质条件之一。文章以某典型高地应力硬岩公路隧道为例,基于有限差分软件FLAC3D,建立三维数值模型,在不同初始水平地应力条件下,对隧道开挖的稳定性进行了研究。结果表明:初始水平地应力的大小对高地应力隧道施工的围岩稳定有显著影响。当初始水平地应力逐步增加时,洞周围岩的最大位移位置从拱顶、拱底向拱腰处转移;隧道拱顶处围岩最小主应力近似呈线性增长;洞周形成的塑性区范围增大,在拱肩处尤为明显;二次衬砌内力均会有所增大,且显著高于非高地应力的一般情况。     

基于Midas GTS对某隧道硐室施工的数值模拟分析

以吉林省舒兰市某隧道工程为例,运用Midas GTS有限元软件对隧道的施工过程进行了模拟分析,研究结果表明：随着隧道的不断开挖,隧道拱顶及其上覆岩土体逐渐发生沉降,且距离拱顶越近的位置,其沉降值越大,地表受隧道开挖影响而引起的沉降范围约为10倍的隧道跨度,隧道硐室底面的岩土体则随隧道开挖而产生向上的隆起位移,最大隆起位置位于硐室底面中心处,隧道衬砌结构在施工过程中所受的最大剪力与弯矩分别位于隧道的拱肩和拱顶位置。通过模拟分析得出此隧道施工过程中的变形及受力特点,可为相似的隧道工程设计、施工以及预防措施等方面提供一定的参考。     

浅埋隧道围岩位移及应力变化规律研究

采用有限元软件MIDAS/GTS对黄董坡隧道的开挖过程进行了数值模拟,分析了浅埋隧道的围岩变形规律和受力情况,同时结合现场监测数据,最后得出围岩位移最大值和应力最大值分别出现在拱顶部位和拱腰部位的结论,因此控制隧道拱顶沉降和缓解拱腰部位的应力集中现象是浅埋隧道施工中的重要环节,这就要求进行必要的超前支护、及时施做初期支护以及密切监测危险区域,确保施工安全。     

深埋软岩公路隧道大变形段双层支护方案研究

根据云南省云临高速公路大亮山隧道穿越复杂地质条件时出现的初期支护开裂、仰拱隆起等灾害，单层初期支护无法抵抗围岩压力，采用双层初期支护进行优化设计。利用有限差分数值模拟软件对单层初期支护与双层初期支护开挖后围岩与支护结构力学响应进行对比，并与现场监测数据对比分析。研究结果表明：单层初期支护拱顶沉降、仰拱隆起、二次衬砌内力、塑性区半径均大于双层初期支护，采用双层初期支护可以保障隧道安全掘进；针对隧道拱顶沉降与仰拱隆起变形曲线，建议采用扩大拱脚、尽早施作仰拱、增设锁脚锚杆等措施控制隧道的变形、开裂等灾害。     

浅埋偏压条件下三台阶七步法沉降规律分析

以典型的浅埋偏压隧道工程为背景,采用数值模拟方法 ,研究了三台阶七步法施工过程中的拱顶沉降变化规律,分析了地层变形、围岩塑性区分布等特点,为合理有效控制隧道拱顶沉降提供依据,明确工程控制重点。在三台阶七步法的施工过程中,应加强对上台阶开挖沉降控制,及时进行位移监测,动态指导施工。同时,临时仰拱应及时施做,尽早封闭成环。