深埋TBM隧洞围岩稳定与衬砌支护时机研究

结合某市供水项目TBM有压输水隧洞工程,建立三维数值分析模型,考虑开挖面空间约束效应,采用FLAC3D进行施工开挖期的围岩稳定与衬砌支护时机研究,分析了深埋TBM隧洞围岩的变形过程和在不同衬砌支护时机条件下围岩的变形与衬砌受力规律。计算结果表明,开挖掌子面的空间效应明显,对围岩的变形过程有较大影响;衬砌支护越早,围岩的变形量越小,但会造成衬砌应力水平显著提高,对衬砌结构的安全不利;因此建议综合考虑围岩稳定状态与衬砌应力量值决定衬砌支护时机。     

引汉济渭工程秦岭隧洞围岩稳定性有限元分析

对引汉济渭工程秦岭引水隧洞开挖的初期支护施工过程围岩结构的塑性变形分布规律进行分析研究,结合计算结果,为初期支护过程围岩的稳定性提供分析依据,以便对现场施工提供合理化建议。采用非线性弹塑性有限元法,依据地下结构设计理论及岩石的Drucker-Prager屈服准则,考虑围岩和初期支护衬砌结构的整体性,对秦岭引水隧洞的Ⅲ、Ⅳ类围岩开挖和初期支护结构的施工过程进行了模拟,计算了开挖施工过程三种不同工况下围岩顶拱及侧向的塑性变形。结果表明:秦岭隧洞初期支护施工过程的三种工况下围岩结构的塑性变形主要集中在顶拱120°范围内及两侧边墙,隧洞围岩结构整体处于安全状态。     

深埋软岩输水隧洞开挖支护时空效应研究

云南滇中引水工程中所穿越的滇中红层软岩流变特性显著,隧洞开挖及支护过程中围岩变形量大,对隧洞开挖支护体系及后期衬砌混凝土结构受力影响显著。重点对软岩蠕滑变形时空效应进行了分析,研究了隧洞开挖的衬砌预留变形量、支护体系合理施做时机及衬砌受力情况。研究表明,在确保隧洞围岩稳定的条件下,通过充分发挥围岩的自稳能力,改善支护体系受力条件,最终实现了隧洞支护参数的最优设计。     

水工隧洞围岩稳定性有限元分析研究

随着中国工程建设局面的不断展开,目前铁路、水利工程等遇到越多的围岩稳定问题,故隧洞岩体结构的稳定性分析有着非常重要的作用,文章结合引水隧洞开挖的初期支护施工过程,对引水隧洞不同围岩类别在开挖和初期支护结构的施工过程进行模拟,计算开挖施工过程3种不同工况下围岩顶拱及侧向的塑形变形,分析其分布规律,计算成果为初期支护过程围岩的稳定性提供分析依据。     

古城水电站引水隧洞围岩稳定分析及支护结构设计

结合古城水电站工程实际,对施工开挖过程中的围岩稳定问题进行了分析论证,并分析了典型工况下的衬砌受力。为验证引水隧洞施工开挖方式及衬砌型式的合理性,通过平面非线性有限元计算分析,确定各类围岩初期支护及二次支护参数,确保工程质量。     

复杂地质条件下引水隧洞围岩稳定性分析

地下工程具有广阔的发展前景,而其围岩的稳定性关系到工程的施工安全以及运行安全。采用有限元分析方法,对计算模型的有限变形原理、洞室参数的选择进行了介绍。依托柳坪水电站引水隧洞工程,依据相关设计参数,建立三维整体模型,模拟了复杂地质条件下引水隧洞在开挖不支护、开挖支护完成后、地震工况条件下围岩稳定性计算结果,说明隧洞围岩主要受到压应力的作用,且通过衬砌能有效地控制围岩变形。并对结果对比分析,得出了3种工况的安全系数均大于1,隧洞围岩结构稳定性较好,且引水隧洞垂直方向变形均大大超过水平方向等结论,为施工及结构设计提供参考。     

隧洞支洞群施工及运行期围岩及衬砌结构应力变形数值分析

采用弹塑性D-P模型对缅甸太平江水电站引水发电洞支洞群稳定性进行了分析,探讨了在开挖及运行工况下围岩稳定性、衬砌混凝土结构的应力变形分布规律以及不同开挖顺序对围岩应力变形影响。结果表明:在施工及运行工况下,围岩稳定,运行工况下现有衬砌结构能够满足要求,不同开挖方案对围岩应力变形影响不大。分析成果为该工程设计及施工提供参考。     

直墙半圆拱导流洞衬砌结构优化研究

根据国内外对于地下洞室围岩稳定性及衬砌结构优化设计的研究思路,运用ANSYS数值分析软件对某直墙半圆拱导流洞工程进行分析,选取典型断面建立有限元分析模型。分析开挖期的围岩应力分布情况与变形规律,优化后运行期围岩及支护的稳定性态。得出如下结论：隧洞全段采用分层开挖、喷锚支护的开挖支护方案,对衬砌结构进行优化验算后,对于Ⅲ1类围岩采用70cm厚的C25钢筋混凝土衬砌;Ⅲ2类围岩采用90cm厚的C25钢筋混凝土衬砌;IV类围岩采用90cm厚的C25钢筋混凝土衬砌。     

陕西省引汉济渭二期工程引水叉洞施工变形特性研究

在已建引水隧洞旁新建叉洞会引起交叉段围岩和支护结构的应力释放与重分配,使得交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化,影响已建引水隧洞的安全可靠性。基于引汉济渭二期工程,通过建立黑河引水隧洞与连接洞交叉段三维有限元模型,采用摩尔库伦屈服准则,研究在Ⅲ类围岩条件下,连接洞开挖、引水隧洞正常运行、预留岩塞段开挖及引水隧洞交叉段衬砌拆除等施工过程对引水隧洞位移、应力等影响。结果表明：连接洞前段开挖对引水隧洞的影响变形在0.02 mm以下,影响较小;引水隧洞正常运行时,在距交叉口20 m内范围内,岩塞体最大变形在0.08 mm内,因此预留20 m岩塞可以保证安全;预留岩塞段开挖,交叉口附近15 m范围内衬砌最大下沉变形为0.6 mm,衬砌未出现拉应力,引水隧洞结构安全;交叉段衬砌拆除后,剩余衬砌最大变形小于1.0 mm,引水隧洞衬砌受压,最大压应力在4.0 MPa以内,衬砌结构安全。     

高地应力条件下输水隧洞断面选型及支护设计

在高地应力条件下选择合理的隧洞断面型式以及支护结构,对保证施工期围岩稳定及隧洞长期运行安全具有重要意义。针对滇中引水工程高地应力洞段,通过对比分析不同断面型式下隧洞围岩应力、变形及塑性区分布规律及量值大小,确定了隧洞断面型式为马蹄型,有利于隧洞围岩受力及结构稳定。在综合分析隧洞围岩的应力变形情况及塑性区深度的基础上,结合工程类比法确定了隧洞施工过程的临时支护措施及永久衬砌方案。通过对比支护前后隧洞围岩的变形数值及塑性区分布范围发现:临时支护措施能够有效的控制围岩的变形及减小围岩的塑性破坏范围,经永久衬砌后的隧洞围岩处于稳定状态,无明显的塑性破坏产生。     

深覆盖高地应力水工隧洞围岩稳定及支护结构优化有限元分析

结合工程实例,采用非线性有限元软件,对深埋高地应力花岗岩隧洞开挖及喷锚支护进行模拟计算,分析了施工期、运行期及检修期围岩稳定及支护结构内力,给出了施工期、运行期及检修期围岩变形及支护结构受力情况。对支护结构进行了优化计算,得出优化方式下,满足围岩稳定和支护结构的安全要求。     

高温深埋引水隧洞施工过程热-应力-蠕变分析

高地温热害不仅恶化了施工环境,在热-应力-蠕变作用下,还严重影响工程结构的安全稳定。以新疆某深埋高温引水隧洞为依托,对高温深埋引水隧洞施工过程热-应力-蠕变作用下围岩及衬砌的时效力学响应进行计算。研究结果表明,隧洞开挖后,轴向未开挖岩石在施工期的瞬态温度场扰动范围有限,温度场影响范围约为3 m深度,大约为1倍洞径。自洞口向掌子面,围岩温度逐渐升高,且呈现显著的非线性;在衬砌的作用下,围岩变形量有所减小,衬砌结构可使围岩蠕变变形降低16.91%;衬砌结构变形受开挖过程影响明显,长期的蠕变甚至可能使衬砌结构失效。研究成果可为高地温相关工程设计提供参考。     

Phase2在导流隧洞初期支护数值分析中的应用

不同地质条件下,导流隧洞开挖后的初期支护对减少围岩受施工扰动产生的应力释放,限制围岩变形,确保洞内施工安全有重要意义,采用Phase2模拟了导流隧洞开挖及初期次支护过程,分析了不同地质条件下(Ⅲ、Ⅳ、V类围岩)的围岩应力及隧洞初期支护结构的稳定性,可为验证设计的初期支护措施提供依据。     

排水结构设置后软岩隧洞的渗流-应力耦合分析

高外水作用下,深埋软岩隧洞围岩-支护结构安全将受到极大挑战。为了降低高外水压对软岩隧洞围岩-支护体系的影响,较常见的工程处理措施为在隧洞周围布置排水结构,以降低洞周外水压力。笔者首先提出了一种简便的隧洞围岩-衬砌结构渗流-应力分析思路。然后,以某过断层带深埋软岩隧洞为研究对象,通过开展隧洞施工期、运行期渗流-应力耦合分析,研究了软岩隧洞排水结构的排水效应。研究发现,在注浆圈和排水结构的综合作用下,隧洞衬砌附近的水力比降较小,注浆圈水力比降较大,使注浆圈承担绝大部分外水荷载,而衬砌承担少部分外水荷载;在软岩和衬砌的变形协调作用下,最终形成注浆圈与衬砌的协同承载效应,有效提高了隧洞的运行安全水平。     

夹岩水利枢纽工程长石板隧洞施工 开挖支护方案优化调整研究

夹岩水利枢纽长石板隧洞4号与5号支洞之间洞段全风化围岩在富水状态下,施工期出现围岩变形松弛、初期支护拱壁收敛缓慢、施工扰动基岩泥化,导致出现支护钢拱架变形、喷混凝土开裂和渗水等问题。文章结合地质揭露成果,按已挖段、试验段和待挖段三个洞段,实施隧洞开挖及支护方案优化设计,并及时调整支护结构参数,成功解决了软岩、强岩溶等地质段围岩抗变形稳定问题。优化调整方案与工程实际匹配性好,支护衬砌结构经济合理。     

基于压力拱理论的极软岩隧洞衬砌应力变形研究

软岩隧洞开挖后未能及时支护时,会导致围岩变形过大而坍塌,进而对后续衬砌结构造成不利影响。通过采用压力拱理论和数值模拟结合计算分析的方法,对仅一衬支护、仅二衬支护(厚度0.5、0.8 m和1 m)和一衬与二衬联合支护等3种工况下拱顶中心内侧、拱肩内侧和边墙中心内侧等3个监测点应力及变形进行分析。结果表明：仅一衬支护工况下3个监测点以及仅0.5 m厚度二衬边墙中心的拉应力均超过强度设计值,可能会发生拉坏现象;3种工况下作用在衬砌上的压应力均未超过设计强度值,说明衬砌在山岩压力的作用下出现压坏现象的可能性较小。研究结果可为极软岩隧洞坍塌形成压力拱后支护设计提供理论支撑。     

基于ANSYS的输水隧洞围岩及衬砌结构有限元分析

根据某配水工程输水隧洞的实际情况,利用ANSYS对V类围岩隧洞典型支护断面建立二维有限元模型,仿真模拟了初始应力状态、毛洞开挖、毛洞支护等施工过程,并拟定内、外水压力不同工况组合,研究了围岩和衬砌的应力、应变状态。结果表明,隧洞周边围岩拉应力值较小,压应力较大值主要集中在隧洞中部;衬砌变形呈现向下变位的特点,拐角处可能存在应力集中现象,弯矩最大值出现在衬砌中部,衬砌的最大拉应力超过了混凝土的抗拉设计强度,最大压应力未超过抗压设计强度。     

透水衬砌设计理论在惠蓄高压隧洞设计中的应用

应用透水衬砌设计理论,对惠州抽水蓄能电站高压隧洞进行数值计算分析.根据高压隧洞实际施工及运行过程,分别依次计算了隧洞开挖、衬砌灌浆和充水运行等工况.为模拟高压隧洞的充水过程,计算了不同内水头时的隧洞内压工况.为反映不同参数对高压隧洞结构的影响,对围岩弹性模量、渗透系数、灌浆圈围岩弹性模量、灌浆圈围岩渗透系数等参数进行了敏感性分析.     

红层软岩隧洞施工过程围岩大变形特征及其支护

红层软岩作为一种特殊的地质结构具有变形量大及流变性的特点,在该地质条件下开挖隧洞 可能会出现围岩大变形甚至发生失稳坍塌等安全事故。针对滇中引水工程的磨盘山隧洞部分洞段要穿 过红层软岩地区并面临着围岩大变形的难题,采用有限元软件对隧洞围岩变形规律及支护措施进行数 值分析。结果显示:隧洞开挖后洞周发生较大的应力集中,导致围岩变形量和塑性区范围较大,在软弱 断层带部位变形量高达２８５．５ｍｍ,塑性区深度达１０ｍ左右,远远大于硬岩对应值。隧洞开挖后对围岩 进行临时支护以及永久衬砌,两者对减小围岩变形量和塑性区范围均有较为明显的作用。     

不良地质条件下排水隧洞开挖一次支护稳定分析

不良地质条件下排水隧洞开挖后的一次支护对于限制围岩变形、确保围岩稳定及隧洞结构安全具有重要作用。在考虑围岩初始地应力场的基础上,采用三维非线性有限元模型模拟了排水隧洞开挖及一次支护过程,分析了不良地质条件下(Ⅴ类围岩)的围岩应力及隧洞一次支护结构的稳定性,可为隧洞支护三维有限元结构设计优化和合理安排支护时机提供依据。