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。     

大跨度扁坦隧道施工的力学响应及施工方法的研究

 在岩土工程中, 工程的施工力学行为是一个十分重要的, 具有极大生产实用价值的研究课题。长期以来,由于理论、实验、模拟及与施工相结合的难度等各方面的原因, 系统的研究成果还不多见。论文总结了国内外前人的研究成果之后, 利用相似模拟、数值计算和理论分析的方法较全面和系统地研究了大跨度扁坦隧道不同开挖方法、支护型式及其力学行为。所获得的研究成果对大跨度扁坦隧道的设计与施工具有特别重要的指导作用。论文的主要贡献和创新之处如下:(1) 以真武山隧道的施工设计为背景, 在交通部重庆公路科学研究所新研制的“公路隧道结构及围岩综合实验系统”试验平台上进行了多种工法的模拟实验, 全面测试了开挖过程的位移响应, 揭示了应力2变形的时空变化规律; 利用3D2R程序进行的三维弹塑性数值模拟得出了具有一定规律性的施工力学响应图谱。(2) 提出了以模拟实验得出的位移来反推并验证二次衬砌设计尺寸的新思路以及用弹性位移释放系数和当步弹性位移释放系数来描述开挖瞬时弹性释放位移的新见解。(3) 研究了锚喷支护与围岩的关系, 进行了支护层的结构型式及材料受力性能的对比分析, 提出了隧道地层压力的统一公式。(4) 将灰色建模理论用于隧道施工过程围岩失稳和坍塌是一个新的探索, 论文所提供的一个以定量预测为基础的安全判定方法是很有价值的。     

大跨度扁坦隧道动态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,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３Ｄ－α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。     

超大断面分岔隧道施工力学特性模拟及监测分析

采用数值模拟与现场监测相结合的方式,结合工程实例,分析了超大断面隧道围岩应力分布的特点及施工力学特性。研究结果表明Ⅲ级围岩超大断面隧道单侧壁导坑法开挖时,受拉破坏区域均存在于台阶处,上部导坑掌子面未发生受拉破坏,塑性破坏分布于开挖台阶两侧;上部导坑若一次性开挖,面积过大,掌子面出现较大范围塑性屈服破坏区域,需采用上下台阶法开挖上部导坑。本文工程隧道拱顶最大下沉量、钢拱架所受最大拉应力和最大压应力、拱顶处围岩压力均处于安全状态;现场监测与数值模拟计算结果较为吻合,验证了超大断面隧道采用单侧壁上下导洞法开挖的安全可行性。     

大跨度公路隧道施工模拟及风险分析

结合双向六车道小间距公路隧道,针对其跨度大、净距小、埋深浅、围岩破碎等特点,对隧道施工方案、施工工况进行模拟计算分析,得到了在初期支护未闭合就拆除临时支撑、开挖上部核心土等不同工况下的结构安全系数和施工过程摔制的关键环节;通过安全风险评估的理论和方法,对隧道施工过程中可能发生的风险事件、风险源进行了辨识、分析与评价,提出了具体的风险控制措施,保证了隧道施工安全.     

地铁渡线隧道施工性态的三维数值模拟与分析

深圳地铁大～科区间渡线隧道工程是一个结构极为复杂的洞群系统工程，由于地质条件差且周围环境条件限制严格，施工难度和风险极大。对该工程进行了施工优化分析，建立了复杂的三维有限元计算模型，并对该工程的施工过程进行了三维弹塑性仿真分析，取得了一些有意义的成果。工程实践表明，分析结果是合理的。     

地铁分岔隧道施工性态的三维数值模拟与分析

深圳地铁大一科区间预留2^#接口线隧道是一个结构极为复杂的洞群系统工程。由于地质条件差，且周围环境条件限制严格，施工难度和风险极大，因此，对该工程进行了施工优化分析，建立了复杂的三维弹塑性有限元计算模型，并对该工程的施工过程进行了三维动态仿真分析，从理论上探讨了所拟定的施工方案的合理性和可行性，并取得了一些有意义的成果，为该工程的顺利施工提供了依据和指导。工程实践表明，理论分析结果是合理可靠的。     

隧道施工中地表沉降变形监测及数值模拟研究

文中利用有限元模拟法建立了隧道的仿真模型,分析了不同隧道断面的变形特征及支护结构内部力学响应,并与实测值进行对比。结果表明,K32+700及K33+900断面处的最大地表沉降量分别为23.5及20.5 mm。隧道断面的塑性区主要位于隧道拱顶、拱脚和仰拱的底部。K32+700位置处的实测值和模拟值最为接近,K33+900实测值与模拟值的误差在10%以内,验证了文中所建模型的可靠性。     

铁路隧道下穿公路隧道段的施工力学数值模拟

由于地下空间的不断利用,出现了重叠隧道。这种情况下两座隧道将会相互影响。应用ANSYS程序对出现此现象的温福铁路?头岭隧道下穿同三高速公路?头岭隧道左右线进行开挖中的力学过程模拟。计算表明:重叠隧道拱顶下沉及两隧道间土体的稳定难以控制,上面第1孔隧道易发生结构整体下沉,?头岭隧道所采用的施工方法是合理有效的。     

半明半暗隧道洞口段力学特征分析与现场监测

 由于结构复杂和荷载多变,不同条件下的半明半暗隧道洞口段在各施工阶段的力学行为差异很大,给施工和监控带来很大困难。根据洞口段结构承受水平荷载和垂直荷载的比重不同,将半明半暗洞口分为受推型、受压型和推压组合型3类。应用有限元软件对3类结构进行数值模拟,研究不同条件下半明半暗洞口的位移和应力分布规律,得到其在不同施工阶段的受力变形特征,掌握各类结构在不同施工阶段的薄弱部位,并提出监测要点。根据研究得出的监测要点,对4处实体工程进行现场监测,结果表明：(1) 结构的实际位移和应力分布与理论分析结果相符;(2) 结构破坏部位和破坏形式与理论分析相符;(3) 根据相应结构类型的受力变形机制选取合理处治措施,能够有效地控制结构异常变形。研究结果可供类似工程设计、施工和现场监测参考。     

软土地区盾构法隧道施工三维数值模拟

本文采用三维有限元方法,考虑软土的固结作用和隧道开挖与周边建筑物变形的相互作用,对隧道施工的全过程进行数值模拟,分析盾构法隧道施工对周边建筑物的影响。数值计算结果表明:在考虑流固耦合的条件下,盾构法隧道开挖时3~4倍洞径范围内的土体变形可能会超过土体位移的规范规定值,施工中应加强该距离范围内的土体和周边建筑物的监测;盾构法仅对开挖掌子面处附近局部区域的孔隙水压力有影响,说明软土地区盾构法隧道施工对地下水的扰动很小;通过监测数据与计算值的对比分析可以得出,典型监测点的变形规律与监测规律相同,说明在工程条件相似的软土地区采用数值模拟对盾构法隧道施工进行预测和仿真分析是可行的,具有一定的工程参考价值。     

大湾沟隧道开挖顺序FLAC~(3D)数值模拟研究

隧道的不同开挖顺序对围岩的变形及后续支护工作具有重要的影响,但由于隧道开挖顺序主要依赖于工程类比和现场量测设计方法,不能很好地选出合理的开挖方案。应用FLAC3D对大湾沟隧道不同开挖顺序进行模拟,通过综合分析不同开挖顺序的隧道围岩位移、塑性区、围岩应力等指标,从而确定大湾沟隧道开挖顺序的最佳方案。     

工程大开挖施工对地铁隧道影响的空间效应分析

在现有地铁隧道上部进行大开挖施工时如何确保隧道安全,是近年来城市建设中学术界和工程界普遍关注的问题。针对需要垂直跨越地铁五号线建设的广州市珠江新城地下空间项目,借助ANSYS软件建立了三维弹塑性有限元模型,模拟了地下空间施工过程中对原有地铁隧道的施工效应。数值分析结果表明,在拟定的隧道结构保护措施和施工方案下,施工期间原有地铁隧道没有安全隐患,并取得了一些有意义的结论和建议,为该工程的实施和类似项目的开展提供了指导作用和借鉴意义。     

西安地铁区间隧道开挖过程中的数值模拟研究

利用数值模拟方法进行隧道开挖过程模拟分析。通过计算,分析不同开挖步骤中隧道围岩应力的变化以及进行加固施工前后围岩的应力和位移的变化比较,得出暗挖隧道在开挖过程中的应力变化规律,为施工提供一些参考和依据。     

沉管隧道接头三维非线性数值模拟

接头是沉管隧道中很薄弱但是非常关键的环节,接头的防水则更是被重点关注的内容。管段的不均匀沉降会导致接头的错位和张开,给接头的安全止水带来很大威胁。采用三维数值模拟方法,考虑接头GINA止水带和管端混凝土的非线性接触,以历年监测数据所反映的沉管位移作为边界条件,分析了沉管隧道接头GINA止水带在接头处于压缩、剪切和扭转等变形及复合状态下的力学性态,得到了接触应力在接头断面上的分布规律。结果表明,GINA止水带渗水接触应力的控制点通常位于GINA止水带截面下缘;接触应力在顶板、底板和侧壁分部较均匀,在转角部位易集中;在现有沉降水平下,接头GINA止水带的安全止水性能是可靠的。     

隧道开挖引起地表位移的数值模拟研究

隧道开挖扰动隧道上覆岩土层,原有的应力平衡状态发生破坏,导致地表发生移动和变形从而对周边建筑物产生影响.以某地铁隧道为例,应用ANSYS计算隧道开挖这一动态过程引起的地表沉降,分析地表沉降对周围环境尤其是建筑物的影响,并提出相应的防御解决措施,以此来减少隧道开挖对建筑物的影响.     

三维数值模拟在既有隧道上方进行深基坑开挖工程中的应用

利用MADIS GTS专业计算软件,在既有隧道上方的深基坑开挖过程中,对下卧隧道性状产生的影响进行三维数值模拟预演分析,并提出了基于理论计算的施工分阶段控制指标,为分层、抽条开挖等控制隧道变形的技术措施的制定提供了理论依据.     

地下大跨度隧道开挖支护过程的数值模拟

地下洞室开挖和支护过程的应力南应变状态对隧道工程安全性评估至关重要.文章采用LS-DYNA软件的动力松弛法确定围岩和结构的初始应力和应变状态,然后对开挖、喷锚支护和衬砌支护过程进行数值模拟,分析了围岩Von-Mises应力、塑性应变、最大主应变和位移变化情况.分析表明:开挖和支护方案对围岩应力和应变状态影响较大.大跨度地下工程在开挖和支护过程中出现的塑性变形主要局限于锚杆能够达到的区域,说明喷锚支护设计方案合理;另外,在围岩中会出现一定规模的拉伸应变,主要区域集中在围岩直墙和底板的交界处,但喷射混凝土和衬砌上没有塑性应变发生,拉伸应变的数值也很小;锚杆上的轴力远小于锚杆能承受的最大拉伸轴力,开挖和支护过程结束后整个结构系统均是安全的.     

小间距隧道施工动态监测与数值模拟分析

主要对小间距隧道在洞口偏压和两个洞口有错台的情况下进行施工动态监测和平面数值模拟分析.以云南省平年隧道为例,通过分析现场监测数据,得出现场量测的洞口地表沉降值对预测洞口塌方有重要的作用的结论.应用施工动态反馈的原理对选定断面的洞周收敛和地表沉降量测值进行分析,得到了正常施工情况下的拟合函数,可为后续步骤的施工提供参考价值.再通过二维情况下的数值模拟分析,与实测结果进行对比,反映了一些规律性问题,重点研究了两个隧道中夹岩体的稳定性.     

基坑工程的三维数值模拟分析

根据基坑工程实例,利用岩土工程有限差分软件对基坑的土体开挖、结构支护进行了数值模拟,分析了基坑施工引起的深层水平位移和基坑周围的地表沉降。