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。     

超浅埋大跨偏压隧道双侧壁导洞法施工力学特性分析

超浅埋跨偏压隧道由于跨度大、埋深浅、地形偏压,加上施工期间各道工序的相互影响,围岩的多次扰动等因素,导致施工过程中力学行为复杂,极易发生失稳乃至坍塌事故。利用有限元软件ABAQUS建立三维模型,对超浅埋大跨偏压隧道双侧壁导坑法施工过程进行三维模拟计算,分析了隧道围岩在开挖过程中位移场、应力场及支护结构受力的变化特征。结果表明(1)同一断面上地表沉降与拱顶沉降比值接近于1,深埋侧地表监测点沉降大于浅埋侧沉降;(2)开挖过程中,围岩应力不断变化,拱顶、深埋侧拱腰及拱底部位主要承受较大拉应力,浅埋侧拱腰以及左右边墙承受较大压应力;(3)当左右导洞下台阶开挖时,中导洞核心土会出现围岩塑性贯通区。(4)初衬受力随着开挖不断变化,当全断面闭合后,主要在拱底和拱顶出现拉应力集中现象,而二衬则在拱底会出现较小拉应力。     

软土地层地铁盾构隧道施工引起衬砌结构变形规律研究

以无锡地铁3号线一期工程04标盛岸站至吴桥站区间盾构隧道为背景,基于海瑞克S-729土压平衡式盾构机掘进数据建立模型模拟盾构隧道开挖、同步注浆、管片拼装的流程。分析在软土地层中隧道衬砌结构的应力分布规律及拱顶、拱底与两侧拱腰在x, y, z方向的位移变化趋势,绘制在开挖过程中管片的变形分布曲线,结果表明盾构在软土地区掘进时,管片在拱顶、拱底与两侧拱腰处出现较大应力,同时拱顶与拱底处均在隧道竖直方向出现较大位移,而拱腰在隧道纵向位移达到最大值,须及时监控管片变形。     

隧道穿越软弱破碎带超前支护加固效果分析

为研究管棚支护在软弱围岩中对隧道的影响，文章依托亚曲滩隧道穿越软弱围岩的浅埋暗挖工程进行模拟分析。研究结果表明：拱顶管棚挠度沿隧道纵向逐渐减小，洞口位置处挠度较大，末端挠度最小。拱腰管棚的挠度值相对较小，约为拱顶管棚挠度的1/2，且变形由两侧拱腰向拱顶递增。拱顶管棚轴力沿隧道纵向先受压后受拉，拱腰管棚轴力也是先受压后受拉，但拱顶轴力约为拱腰轴力的两倍，并且轴力由拱顶向拱腰两边递减。随着管棚直径的增大，隧道拱顶、拱底和拱腰逐渐减小。管棚直径对拱顶沉降的控制效果最好，其次是拱底，最后是拱腰。随着直径的增大，隧道拱顶、拱底受直径的影响逐渐减弱，变形速率逐渐下降。间距的增大导致隧道拱顶、拱底的变形增加，变形速率逐渐上升。管棚加固区厚度的增大使得隧道拱顶、拱底和拱腰的变形逐渐减小。管棚加固区厚度增大对拱顶沉降的控制效果较好，其次是拱底，最后是拱腰。在管棚加固时，应特别关注隧道拱顶的情况。该研究结果可为类似工程提供一定的借鉴作用，对隧道结构的安全有积极作用。     

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。     

单层洞桩法暗挖车站初支扣拱拱顶应力应变规律研究

为研究单层洞桩法暗挖车站初支扣拱拱顶应力应变规律,本文以某单层洞桩法暗挖车站为例,介绍了初支扣拱期间导洞拱顶围岩压力、初支格栅钢筋内力、初支及二衬拱顶竖向位移的监测方案设计,并对监测数据进行了分析总结.得出了单层洞桩法施工期间的三次围岩应力重新分布节点,初支拱顶竖向位移不代表拱顶围岩的竖向位移,只有施工扰动造成的松动围...     

浅埋连拱隧道围岩参数反演及施工数值模拟

本文结合怀新高速公路的界牌坳隧道的实际情况,利用现场荷载试验的测点位移,通过有限元反演理论的模拟退火法反演计算隧道破碎带围岩基本参数.将反分析计算得到的隧道围岩参数输入界牌坳隧道二维弹塑有限元计算模型,对隧道的施工过程进行数值模拟,分析了采用三导洞法施工时围岩和中墙的受力变形规律,计算结果表明,两主洞拱部开挖是连拱隧道施工过程中两个比较关键的施工步;两主洞拱顶及右洞左拱肩位置的围岩出现了较大的位移或应变而有可能引起隧道塌方或破坏;浅埋偏压连拱隧道受山体偏压和不对称施工的影响,中隔墙在整个施工过程中基本处于偏心受压状态.     

湿陷性黄土隧道应力应变特性的离心模型试验研究

湿陷性黄土对建筑物的安全稳定的影响较大,因此研究处于湿陷性黄土中的隧道的应力分布规律及沉降变形特征对工程施工有重要意义。本文以西安市轨道交通临潼线(纺织城至临潼北二环)某断面为研究对象,采用离心模型试验方法,揭示了处于湿陷性黄土中的隧道在黄土遇水湿陷下的应力分布特征及应变规律,为实际工程施工及地基处理方案设计提供依据。结果表明,黄土浸水湿陷后,衬砌的拱顶,拱肩,边墙,仰拱底环向应力均增大,拱脚所受环向应力有所减小,应力变化最大的位置出现在拱脚和仰拱底;隧道基底沉降曲线类似于开口向下的二次抛物线,沉降最小沉降值出现在拱底;浸水后土压力成"W"型分布,土压力增大约12%。变化最大的位置出现在仰拱底的位置。     

邻近隧道盾构施工的现场实测分析

为研究新建隧道对既有隧道的附加作用,本文通过现场监测,从附加应力、附加变形两方面研究了新建盾构隧道施工对既有隧道的附加作用。分析了既有隧道管片附加作用的动态变化规律,给出了附加作用与掌子面距离的关系,同时对管片附加作用的空间分布规律进行了分析。监测结果表明:①既有隧道管片的附加环向、径向应力远大于附加走向应力。②既有隧道拱顶、拱底处环向附加应力为拉应力,且拱顶处拉应力远远大于拱底处拉应力,两侧拱腰处为压应力,靠近新建侧附加压应力大于远离侧附加应力,前者约为后者的2倍。③既有隧道管片的走向附加应力是压应力,其中拱底处最大,近侧拱腰处次之,拱顶处较小,远侧拱腰处最小。④既有隧道管片的径向附加应力为压应力,大小为0.1~0.5 MPa,近侧拱腰处最大,远侧拱腰处次之,拱顶较小,拱底最小。其表现为“侧向大,竖向小”“近大远小,上大下小,不对称”的分布规律,即逆时针旋转90°的“非对称葫芦形”分布。⑤附加地表沉降呈对称U型沉降槽分布,影响半径为1倍埋深,影响角约45°,沉降最大点在隧道正上方,当掌子面到达监测断面时沉降速率最大。⑥既有隧道管片的附加净空收敛值依次经历了侧向收缩、缓慢扩张、快速扩张、缓慢回落,趋于稳定5个阶段。净空收敛值回落至峰值的三分之一,其变化范围在-1~3 mm。⑦既有隧道管片的附加拱底沉降依次为上浮、回落、快速上浮、快速回落、回落至初始状态,其变化范围为-1.0~2.5 mm。     

盾构隧道双线斜跨既有隧道施工变形影响研究

针对某地新建地铁隧道斜穿上跨既有地铁隧道形成的双层四线叠交隧道的近接施工问题,采用基于有限差分法的数值模拟手段,深入研究了新建隧道左右线不同施工方案对既有线的变形影响规律。结果表明:(1)先左后右施工方案中,新建隧道左线通过四线叠交处至新建右线掘进到达四线叠交处,既有线左线拱顶、拱底位置处竖向位移变化幅度较大,分别为655.22%、920.04%;(2)先左后右施工方案中,新建隧道右线通过四线叠交处至施工结束,既有线右线拱顶、拱底位置处竖向位移变化幅度较大,分别为174.46%、191.45%;(3)先右后左施工方案中,新建隧道右线通过四线叠交处至新建隧道左线掘进到达四线叠交处,既有线右线拱顶、拱底位置处竖向位移变化幅度较大分别,为524.09%、744.87%;(4)先右后左施工方案中,新建隧道左线通过四线叠交处至施工结束,既有线左线拱顶、拱底位置处竖向位移变化幅度较大,分别为217.94%、223.92%;(5)既有隧道左线、右线左、右拱腰最大水平位移绝对值先右后左施工方案分别为先左后右施工方案的3.99倍、3.53倍、2.03倍和8.12倍。从横断面方向看,距既有线远侧隧道线先施...     

通透肋式拱梁隧道结构分析

 基于对浅埋傍山隧道稳定性控制因素以及传统设计方案缺陷的分析,提出一种全新的隧道结构——通透肋式拱梁隧道,该隧道由拱顶山坡横向管棚支护体系和肋式拱梁结构有机组成,形成了完整的承力体系,最大程度地避免了山坡切削,无需通风采光系统,综合体现了工程安全、环保、节能和景观协调的统一。结合实际工程,对通透式拱梁隧道设计原理和结构特征进行分析,并采用数值模拟方法对其变形受力特征和整体开挖加固方案进行了系统研究,确定隧道围岩的松弛范围,制定拱顶山坡横向管棚注浆的加固方案,并通过不同开挖方案的对比分析,提出“先暗后明”的总体建设方案。最后,以施工监测数据及其工程实践的成功实现,验证分析成果的合理性和通透肋式拱量隧道建设方案的可行性。     

连拱隧道围岩压力的释放率分析

连拱隧道作为公路隧道新的结构型式,理论上还不成熟.以云南省元磨高速公路的两座连拱隧道作为工程背景,按弹性阶段相似原则进行两组连拱隧道室内模型试验,包括隧道处于常规应力状态下和偏压状态下的模型试验.采用压力盒量测施工过程中隧道围岩压力,并提出了围岩压力释放率的概念,对连拱隧道开挖过程中围岩压力的变化特征进行了分析,同时对两种应力状态下的试验结果进行了对比分析.得出的结论对连拱隧道的设计和施工有积极的指导作用.     

交叠隧道相互影响性研究

随着隧道邻近建筑物施工的增多,如何确保邻近建筑物与隧道结构物交叉段的安全成为施工中的难题。采用三维有限元方法,对具有横洞隧道下穿既有隧道进行模拟和分析。研究表明,当新建隧道下穿既有隧道时,二者相互“吸引”,既有隧道沉降沿自身轴线呈“拱形”曲线分布,且受力增大,远离交叉段影响逐渐减小;横洞开挖对主洞的影响表现为交接处拱顶、拱腰受力增加,下沉量增加,周边收敛减少,出现应力集中现象。研究成果对具有横洞的交叉隧道的安全施工有一定的指导意义。     

地震作用下立体交叉下穿隧道动力响应振动台试验研究

随着国家路网的不断建设与规划,大量铁路隧道或公路隧道近接平行、交叉等工程现象不断涌现,受地形、地质条件以及线路走向等因素的限制,隧道近接交叉的工程问题越来越复杂.以立体交叉草莓沟1#隧道和盘道岭隧道为例,着重选取盘道岭隧道(下穿隧道)为研究对象进行振动台试验,重点分析受上跨隧道影响,超小净间距小角度立体交叉下穿隧道拱顶...     

软弱破碎带不同施工工法隧道围岩变形分析

依托中条山特长公路隧道,采用有限差分软件FLAC3D,对隧道开挖支护过程采用的不同施工工法下的施工过程进行了数值分析,对各工况下围岩变形规律进行了研究,研究结果表明:单侧壁导坑法施工拱底隆起与拱顶沉降的差值较小,可防止因拱底隆起过大而造成的隧道底板的破坏,核心土在维持掌子面稳定方面作用显著,在软弱围岩地层中台阶法与预留核心土法相比优先选用预留核心土法。     

深埋长大泰宁隧道现场监控量测及分析

结合泰宁隧道的工程实践,通过拱顶沉降、围岩收敛、围岩压力和钢拱架内力的现场监控量测工作,研究复杂地质条件下上下台阶法施工时围岩的稳定性。研究的方法、分析过程和结论可为类似条件下隧道工程的设计、施工、监测和进一步的理论研究提供参考和借鉴。     

公路隧道微震监测系统构建与微震特性分析

以紫荆隧道为研究对象,结合钻爆法施工过程建立了紫荆隧道微震监测系统。通过现场仪器设备的安装布设、信号采集识别及分析处理和围岩微震特性的分析,对交通隧道钻爆法施工开挖岩体微破裂萌生、发育、扩展的全过程进行监控,实现了微震活动的全天候全时段监测,并采用RFPA2D模拟隧道开挖过程中的岩体破裂行为,建立了一套适用于隧道钻爆法施工的微震监测体系与技术方法。微震监测结果表明,隧道开挖后拱顶和右拱脚区域微震活动活跃、震级较大,其余区域零散的分散着微震事件,微震事件在拱顶区域更为集中。模拟结果显示,开挖后拱顶区域破坏事件较多,声发射能力较大,最终发生似“X”型破坏,且破坏前出现了事件数量的突增现象。     

隧道新型装配式临时支撑结构研发及技术研究

针对目前隧道传统临时支撑的不足,自主研发设计了一种全装配式竖直临时支撑结构,该结构采用预制装配式模块+现场拼装的方式进行施工。分别对该支护结构的横向支撑杆件及连接方式、挡土板及连接方式和顶部连接方式做了4种不同方案进行比选,最终分别采用水平板状横向支撑+插销式连接、挡板+T形插销式连接和顶部的螺栓连接。以桑园子隧道为背景,采用MIDAS/GTS数值模拟软件,对比分析了分部开挖施工中采用传统弧形支撑和新型竖直临时支撑的隧道围岩位移及支护结构力学特征,并结合现场实测数据对模拟结果进行验证。结果表明:从最终位移可以看出,两种临时支撑结构下拱顶和左、右边墙处围岩的变形近似相同,竖直临时支撑隧道围岩的拱顶以及左、右拱腰处的沉降相对弧形临时支撑较均匀,对隧道拱底变形的控制效果也更明显,且弧形临时支撑结构总变形量比竖直临时支撑大2.17倍; 对比力学特征可知,竖直临时支撑参与的受力效果较好,其最大压应力为弧形支撑的29.88倍,从而减少了隧道拱顶和拱底的应力; 对临时支撑24步开挖的变形进行分析得到,前20步开挖竖直临时支撑变形略大于弧形临时支撑,21步开始时弧形临时支撑变形迅速增大,导致施工段21～24步弧形临时支撑变形量均大于竖直临时支撑,说明竖直临时支撑结构自稳性更好,装配式临时支撑结构采用竖直形状更优,能满足隧道侧壁导坑法施工要求。     

隧道周边不同位置径向裂纹对隧道围岩稳定性影响规律的研究

在爆炸载荷作用下,隧道周边会产生大量的径向裂隙,研究在双轴压缩荷载作用下不同位置处径向单裂纹直墙拱形隧道的破坏规律,分两种情况进行研究,一种是裂纹在隧道拱肩或拱顶部位,以拱顶半圆圆心为基点的径向裂纹;另一种是裂纹在隧道底板或边墙部位,其裂纹面与隧道底板、边墙成135°夹角。采用模型试验和数值模拟方法进行研究,模型试验采用水泥砂浆制作隧道模型,数值模拟计算隧道模型裂纹尖端应力强度因子和应力云图,模拟结果与试验结果对比较吻合。结果表明:1裂隙会降低隧道整体的稳定性以及抗压强度;2当裂纹在隧道拱肩或拱顶部位时,裂纹倾角θ=45°时,隧道的稳定性最差,最容易破坏;3当裂纹在隧道底板与边墙交界处时,隧道最容易破坏,整体稳定性最差。     

特大型岩溶地段隧道爆破数值模拟研究

为研究特大型岩溶地段爆破施工对隧道及溶洞结构稳定性产生的影响,提高隧道爆破施工的安全性,结合那丘隧道特大型溶洞地段工程,运用MIDAS软件对爆破动荷载作用下隧道的稳定性进行数值模拟研究。从应力、位移、速度三个方面分析得出:(1)在爆破荷作用下,隧道拱顶、拱脚及溶洞顶壁发生应力集中现象;(2)隧道拱顶竖向峰值位移为7.51 mm,溶洞顶壁峰值位移为2.46 mm;(3)隧道围岩质点峰值速度出现在拱顶为17.45 cm/s,溶洞围岩质点速度从顶壁峰值9.81 cm/s向左逐步衰减,左侧岩壁影响很小;(4)依据以上特征提出重点支护区域,同时将现场监测与岩石动力学理论研究相结合,提出那丘隧道爆破施工安全振速标准。