浅埋特大断面小净距隧道施工方案优化研究与应用

利用有限元计算法对浅埋大断面小净距隧道V级围岩的2种施工方法(双侧壁导坑和CRD法)进行模拟。计算和比较2种施工方法下围岩应力和位移控制效果,结果表明,双侧壁导坑法在围岩应力控制上略优于CRD法;CRD法对隧道两侧边墙水平位移控制比较有利,但对隧道顶部围岩沉降控制不如双侧壁导坑法有效;两者对中间岩柱变形及地表沉降的控制效用相当。结合工程实践,采用CRD法既保证了围岩的稳定性,又减少工序、节省投资、缩短工期,取得了明显经济效益。     

单拱四车道公路隧道施工方法的数值分析研究

采用不同施工方法,对单拱四车道公路隧道进行施工力学数值模拟,分析了不同施工步时的位移和应力集中系数变化曲线,并对施工方法进行比较.研究结果表明:拱顶围岩是否稳定是选择施工方法时必须考虑的关键因素,拱部围岩适宜采用分部或分块开挖;双侧壁导坑法和CD法是开挖Ⅴ级围岩单拱四车道公路隧道较优的施工方法;边墙是最易出现应力集中的部位.     

双连拱隧道模型试验研究

结合某双连拱隧道实际工程,利用相似模型在Ⅱ、Ⅲ类围岩条件下,采用三导坑法、双导坑法和中导坑拓展法三种施工方法进行模型试验研究。得出：最大的周边径向位移发生于拱顶,其次为拱腰部位,径向位移收敛警戒值的范围不能超过10 mm；从洞室的失稳特征分析,衬砌最容易在隧道边墙及中墙与衬砌搭接处出现裂缝；通过模型试验得出了连拱隧道在Ⅲ类围岩中采用中导坑拓展法施工,对围岩扰动较小,有利于隧道稳定的结论。     

分岔隧道超大断面段施工方案研究

分岔隧道兼有大跨度隧道、连拱隧道、小净距隧道和分离式隧道的所有特点,结合在建的大连市南部滨海大道东端桥隧建设工程,建立有限元数值模拟分析模型,针对分岔隧道超大断面段施工方案进行对比分析。分别研究CRD法、双侧壁导坑法和三台阶七步法3种施工方案下隧道拱顶下沉、水平位移、围岩应力和初期支护内力的变化规律。分析结果表明,双侧壁导坑法在隧道周边拱顶下沉、水平位移以及围岩的稳定性控制方面较CRD法和三台阶七步法更有效,是分岔隧道超大断面段最优的施工方案。     

基于围岩位移控制的超大断面黄土隧道施工方法研究

为了确定超大断面黄土隧道的最优施工方法,考虑隧道衬砌结构和土体的弹塑性本构关系,利用有限元软件——ANSYS,采用6种施工方法(CD法、CRD法、单壁导坑法、双臂导坑法、预挖开挖法和预留开挖法)对超大断面黄土隧道进行了数值仿真。通过对围岩控制点位移的对比分析可知:对于超大断面黄土隧道的施工,CRD法为最优施工方法;施工中加临时支撑时,中部临时支撑对于围岩稳定性具有较大影响,临时支撑拆除前后隧道围岩的塑性等效应变均增加了约20%。     

不同开挖方式对近距离交叠隧道影响模拟研究

研究不同开挖方式对近距离交叠隧道的地层和围岩的影响,揭示不同开挖方式下交叠区围岩及既有隧道衬砌的变形及应力–应变变化规律,为近距离交叠地下工程的变形控制、支护设计和开挖优化设计提供理论依据。通过FLAC3D数值模拟,研究在台阶法、眼镜法、CRD法3种不同开挖方式下交叠区围岩及既有隧道衬砌的变形及应力–应变发展规律、交叠区围岩塑性破坏规律,研究结果如下：(1) 不同开挖方式对交叠隧道施工过程中不同位置的影响程度不同,揭示既有隧道衬砌变形机制演变过程和衬砌破坏的危险点;(2) 根据围岩塑性区发展和隧道衬砌变形量,开挖下部新线隧道时CRD法优于眼镜法和台阶法,CRD法开挖下部隧道时对变形控制效果最好;(3) 新建隧道穿越既有隧道时,比较理想的施工方案为台阶法→CRD法→台阶法;(4) 任何开挖施工方法都会使已建隧道衬砌的4个部位(拱顶、拱脚、直墙边及拱底)承受拉应力,且拱脚处的最大、最小主应力最大,最易发生破坏。     

双向六车道连拱隧道设计与施工建议

针对吴家庄双向六车道连拱隧道围岩与结构受力特点,结合宛坪高速公路其他隧道的施工和设计实践,对双向六车道连拱隧道施工与设计提出了一些建议,对双向六车道连拱隧道的设计与施工有一定的指导意义。     

复杂结构形式隧道的围岩位移监测分析

 厦门市梧村隧道为双向六车道隧道,隧道结构形式设计复杂,分别由双连拱、小净距、初期支护连拱和分离式隧道组成。现场监测工作以隧道拱顶沉降和围岩收敛为主,结合施工措施和开挖工序进行全面分析。研究成果表明：三导洞法施工主洞沉降所占比例不到侧导洞沉降的一半,双连拱隧道结构型式适用于对沉降控制要求较高的隧道工程;CRD1部开挖产生的拱顶沉降可以超过累计沉降值的50%;核心土开挖后布设测点造成的总损失量约占累计沉降值的37.5%;采用全断面帷幕注浆措施加固围岩对控制隧道拱顶沉降取得较好的效果;管棚区域出现较大下沉与管棚工作室的断面稍大以及管棚两端受其自重影响较大有关;临时支护的拆除对拱顶沉降和围岩收敛的影响较小;开挖和注浆是引起围岩出现较大收敛变形的主要施工因素,其中注浆对围岩的收敛位移影响更大;初期支护连拱隧道右洞开挖对左洞二次衬砌的收敛稳定有一定的影响。     

大断面浅埋暗挖隧道施工稳定性分析及安全预警

随着城市地铁的大量修建,隧道施工方法的选择成为大断面浅埋暗挖隧道安全施工的关键。以某市地铁工程为背景,借助ANSYS软件对该地铁施工采用的CRD法和双侧壁导坑法进行数值模拟,研究了不同施工方法引起的围岩位移场、应力场和支护结构内力的变化规律。通过对比得出,双侧壁导坑法施工引起的拱顶和地表沉降值及围岩应力值均小于CRD法,其支护结构内力状态优于CRD法。在此基础上,结合双侧壁导坑法现场监测结果,对双侧壁导坑法施工时围岩的稳定性进行了系统分析与安全预警。     

节理岩体中隧道围岩变形特征分析

金鸡山隧道是国内首例双向八车道连拱隧道,隧道区域内节理发育,围岩破碎,隧道围岩位移受节理展布特征影响显著。通过对施工中中导洞开挖掌子面、区段断面及其它出露区域节理的采集,利用统计分析方法对隧道正洞区域内的节理展布预测。在此基础上,利用自行编制的非连续变形分析计算的断续节理扩展过程的模拟算法,对金鸡山隧道的位移特征进行分析。结果表明,金鸡山隧道在2组节理作用下隧道围岩位移以竖向位移为主,且最大位移发生在外侧拱肩部位,研究成果为隧道施工中支护加固提供依据。     

特大断面隧道支护结构现场试验与三维效应分析

与普通公路隧道相比,双洞八车道特大断面隧道的结构受力更加复杂、施工方法更为多样化。结合目前国内规模最大的四车道特大断面隧道,对特大断面隧道进行现场试验,并基于现场试验结果,详细地分析特大断面隧道双侧壁导洞法开挖引起支护结构变形及受力的三维效应。研究结果表明:在特大断面隧道施工过程中,左导洞下台阶和核心土上台阶开挖对支护结构受力及变形影响较大,是支护稳定性控制的主要工序;特大断面隧道开挖的纵向影响距离大致为1~1.5倍导洞跨度,约为8~12m。研究成果可为日后类似工程的设计、施工和研究提供有益的借鉴和参考。     

特大断面连拱隧道中墙偏压机制及施工影响分析

 中墙作为连拱隧道的主要承载结构,自身的稳定性直接影响着隧道工程整体的稳定性,是连拱隧道设计和施工的重点。中墙失稳的主要力学原因是中墙受力不均而产生偏压失稳,因此,控制中墙稳定的关键是控制中墙偏压及其偏压程度。中墙偏压的出现源于隧道工程自身的地层偏压和非对称式施工产生的施工偏压,根据中墙受力状态可以确定地层偏压、施工偏压下中墙偏压的条件及偏压发生部位;利用有限元计算方法对地层偏压、施工偏压条件下不同施工工序进行计算,分析不同工序对中墙偏压的影响;根据得到的规律对施工工序进行优化分析;最后,给出双向八车道连拱隧道的工程实例。     

断续节理扩展算法在隧道围岩稳定分析中的应用

利用虚节理力学性质参数弱化函数,在 Jennings 强度准则基础上 提出了应用于非连续变形分析计算的断续节理强度形式;然后,将虚节理力学性质参数弱化规律和断续节理强度表达式运用于非连续变形分析计算程序中,实现了对断续节理扩展过程的模拟算法 ;并通过剪切试验计算结果与室内试验结果的比较,验证了该算法的正确性。利用该算法对节理岩体中金鸡山隧道进行了围岩稳定性分析,分析结果客观反映了节理展布特征对隧道围岩的变形影响和节理岩体隧道围岩位移分布特征,表明了断续节理扩展算法在隧道围岩稳定性分析方面具有良好的应用前景。     

隧道原位单侧扩挖围岩力学特性解析分析

为通过解析计算分析隧道单侧扩挖围岩力学特性的特点,考虑到围岩支护对隧道围岩的稳定起到重要作用,针对已有的隧道围岩力学解析解,在考虑支护反力作用的情况下,结合Schwarz交替法进行求解,提出了隧道原位扩挖围岩力学特性计算的解析算法。经大帽山隧道原位扩挖工程的围岩变形监测数据与abaqus数值模拟验证,结果表明:在考虑支护情况下隧道原位扩挖Schwarz交替法能得到较精确的围岩力学性质,该方法有较好的适用性。随着扩挖宽的的增加其围岩特性如下:(1)在相切处即原隧道在开挖施工部分应力值变化较大,扩挖部分的环向应力在拱顶处有拉应力产生。(2)原隧道竖向,水平位移值变化较小,较稳定。扩挖部分的竖向位移有增大趋势,水平位移有收敛趋势。(3)相较于无支护的情况,有支护力作用下,隧道扩挖水平位移变形趋向于稳定,竖向位移变化较小。     

偏压连拱隧道施工方法数值分析

通过有限元软件对偏压连拱隧道施工方法进行数值模拟,结果表明偏压隧道施工方法对结构受力过程影响较为明显,如设计及施工合理,可有效保证围岩稳定.     

大跨径悬索桥隧道锚变位分析

四渡河大桥是我国首次采用隧道式锚碇的大跨径悬索桥。基于实测综合确定的岩体参数,用三维弹塑性有限元法对包括下部公路隧道施工、隧道锚开挖、浇注、预应力施加、挂缆等全部工序进行了模拟。围岩和锚体混凝土离散为8节点三维实体单元,隧道和锚碇的喷射混凝土及二次衬砌离散为4节点三维壳单元。围岩采用修正的Mohr-Coulomb破坏模型。围岩开挖应力的释放用场变量相关折减弹性摸量法模拟。研究结果表明,浇注锚体混凝土阶段顶部围岩最大下沉位移2.3 mm,底部围岩竖向位移趋近于0。在正常缆力下,两个锚体围岩的位移场有部分的独立性,缆力增大时两锚体围岩形成共同的位移场。锚碇可能的破坏形式是两锚体向外侧歪斜拔出;锚碇周围岩体的位移均处于毫米的量级,远小于桥塔顶部位移的容许值。数值分析的结果为该大桥的设计与建造提供了可靠依据。     

大跨度隧道施工方法数值模拟研究

利用有限元程序模拟了Ⅴ级围岩深埋地质条件下大跨度隧道的动态施工过程,以隧道施工后周边围岩稳定性和初期支护及临时支护安全性为指标比较了CD法和CRD法的开挖效果。结果表明,CRD法是该级围岩条件下的合理工法,同时给出了二次衬砌应滞后掌子面的合理距离。     

大跨度隧道CRD法穿越含水软弱层沉降变形控制

 正在施工的厦门翔安海底隧道两端陆域段采用CRD法长距离穿越含水软弱层,为保证施工安全快速的通过,施工中通过差分软件计算分析及结合现场监控量测数据,探讨CRD法隧道拱顶下沉量及其在各个导坑开挖过程中的分配比例以及导坑施工顺序对沉降的影响。计算及现场量测结果都表明,CRD1开挖产生的拱顶沉降所占整体沉降的比例约为40%,拱顶下沉通常为最后收于一稳定值的台阶状上升曲线,初期支护全封闭后,结构整体仍有一定量的下沉,一般小于10%,尽快闭合仰拱对减小拱顶下沉有很大帮助。施工时应控制施工进尺,相邻导坑间距不大于10～15 m,并尽早设置临时仰拱,使支护结构成环。     

基于差异进化算法反演参数的隧道稳定性分析

在隧道和地下工程弹性问题的位移反分析中,当基本未知数多于三个时,在各参数可能的变化范围内找到一组使误差最小的最佳参数的优化反分析方法是当前岩土工程反分析研究的热点问题。论文结合一种新型的优化算法(差异进化算法),依托摩天岭1＃斜井隧道工程施工,跟踪施工进行了典型断面围岩位移监测,以现场量测位移作为基础信息求得了斜井隧道全局最优值的最佳力学参数组合。根据以上采用差异进化算法求得的反演参数,对摩天岭1#斜井隧道单层衬砌支护稳定性进行了三维数值模拟分析,分析表明,摩天岭1#斜井隧道III级围岩段喷15 cm厚钢纤维混凝土支护后,斜井隧道围岩最小应力明显降低,围岩位移明显减小,因此建议摩天岭1#斜井洞身段III级采用15 cm厚度的钢纤维喷射混凝土单层衬砌。以上研究直接指导了摩天岭隧道单层衬砌设计和施工。