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。     

隧道管棚失效原因分析及安全开挖长度分析

结合某隧道施工过程中管棚失效的案例,分析了管棚的受力特征及现场失效原因。计算得出,108mm的管棚最大承载弯矩为15.50kN·m,而当纵向连接不良时,最大承载弯矩仅为2.57kN·m。结合现场,得出管棚失效的原因主要为管棚纵向连接处刚度不足,且注浆未能起到良好的加固围岩作用。同时,浅埋隧道埋深对隧道最大安全开挖进尺有显著的影响,在浅埋条件下单侧壁开挖时最大安全完全进尺为1m。     

基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站结构安全分析

北京地铁14号线将台站主体结构基于大直径盾构隧道扩挖形成,设计提出的扩挖方案为CRD法。在充分考虑扩挖车站部位地质条件及环境条件的基础上,分析了设计方案的弊端,提出采用洞桩法(PBA工法)作为扩挖大盾构隧道建造地铁车站施工方案,为有效控制地面沉降及扩挖施工对周围环境的影响,取消地面施工降水方案,扩挖前洞内采用超前深孔注浆堵水。并以将台站作为工程背景,采用有限元数值模拟方法,针对车站扩挖施工的优化方案,研究了关键施工阶段的结构体系受力转换规律。计算结果表明：在扩挖施工中,结构受力转换频繁,封顶块管片两侧的小管片拆除后,中洞拱部的初期支护压应力数值急剧增大,且超出了初期支护强度允许值,根据计算结果对中洞的初期支护参数和开挖方案进行了调整。从侧导洞开挖到中洞开挖支护期间,管片最大主应力为压应力,且未超出管片结构强度允许值,在封顶块两侧的管片拆除后,尽管管片结构的最大主应力由压应力变为拉应力,但由于拱部已经完成开挖支护,两侧管片的应力状态并不制约结构的整体稳定性;中隔墙最大主应力也出现在封顶块两侧的管片拆除后,但未超出中墙结构强度允许值。数值模拟结论和施工实践均表明基于本工程地质条件及环境条件所提出的车站扩挖施工优化方案能够保证车站结构安全。     

箱涵施工对下方已运营地铁盾构隧道的影响分析

本文结合广州市某道路快速化工程中箱涵所在场地的勘察资料及下方地铁区间隧道结构设计情况,采用MIDAS—GTS数值分析软件．建立了该箱涵施工及使用对下方地铁区间隧道结构影响的三维数值分析模型,以及考虑实际荷载情况的隧道平面结构荷载法分析模型,分析评估了本箱涵开挖卸荷对下方既有地铁隧道变形和受力情况的影响。研究表明,该箱涵开挖施工及修筑回填期间,下方地铁区间隧道的最大水平及竖向位移均位于箱涵正下方的管片顶部,总体位移的最大值为4．74mm,小于地铁保护要求的总位移控制值。同时,下方盾构隧道结构的最大正弯矩值为11．8kN·m,最大负弯矩为-12．3kN·m,管片及接头的弯矩均远小于相应的弯矩控制值。由此可见,该箱涵施工及使用不会危及到下方地铁区间隧道的结构安全．不影响地铁的正常运营。     

谈既有铁路隧道改扩建开挖施工技术

结合实际的隧道扩挖施工工程,深入探讨了既有铁路隧道改扩建工程中的开挖施工技术。详细介绍了隧道的衬砌状况与相关问题,包括施工特点、原有衬砌拆除风险、低等级围岩施工难点以及对施工的影响。探讨了不同的开挖方法选择,包括常规开挖方法(手工法和机械法)以及先进开挖技术(预裂控制爆破技术和TBM技术)。分析了开挖施工过程中的关键技术,包括衬砌拆除与支护、扩挖施工流程。通过深入研究和探讨,旨在为隧道改扩建工程的实际应用提供有益的参考,促进隧道施工技术的不断创新与发展。     

潜埋富水偏压隧道施工稳定控制分析

以新疆玉希莫勒盖隧道工程为依托,通过FLAC3D软件对其洞口段施工过程进行模拟,分析施工过程中围岩以及支护结构的变形、应力分布规律,及围岩开挖次序和地下水位对其的影响。研究结果表明:潜埋富水偏压隧道的最大竖向和水平位移位于隧道斜向4个角点位置,同时高压侧的围岩变形明显大于低压侧,且在隧道第1步开挖时差别最为明显;隧道开挖完成后,隧道底部围岩塑性区将会与泄水洞上方围岩塑性区连通成为一个整体,隧道围岩在隧道周边的破裂范围为底部4.2m、顶部5.6m、低压侧4m、高压侧7.6m;对于采用4步CRD法开挖的潜埋富水偏压隧道,应先开挖低压侧隧道上部土体,再开挖低压侧下部土体,最后再开挖高压侧上部和下部土体。     

山子顶公路隧道软弱围岩施工方案优化研究

以山子顶软弱围岩公路隧道为依托,由于施工现场所采用的环形开挖留核心土法并不能保证隧道施工的顺利进行,故本研究基于ANSYS有限元方法,建立了系统锚杆+钢纤维喷射混凝土支护、长系统锚杆+加厚喷射混凝土支护、管棚+系统锚杆+喷射混凝土支护、扩挖支护+喷射混凝土支护共4种三维计算模型对施工方案进行对比分析优化。研究得出:扩挖支护是软弱围岩隧道一种相对优越的施工方案,且当扩挖支护厚度达到60 cm时初期支护的主压应力为16.4 MPa,主拉应力为0.486 03 MPa,满足其材料强度要求。为了进一步论证扩挖支护施工措施对初期支护结构受力特性影响的合理性、全面性及优越性并为上述结论提供理论支撑,本研究继续构建了扩挖支护厚度为0 cm、20 cm、30 cm、40 cm、50 cm、60 cm共6种三维计算模型,进而较系统的分析了扩挖支护与初期支护力学行为。本研究结果可为其它类似工程提供参考。     

大横琴山隧道大跨段施工变形受力分析

为研究大横琴山一号隧道施工时围岩位移及应力变化规律,采用有限元模拟软件,对大横琴山一号隧道进行三维数值模拟,得到隧道围岩竖向位移云图、地表沉降及围岩应力云图。结果表明:在右半导洞开挖时隧道上方竖向位移呈扇形分布,左半导洞开挖时呈树杈形分布;在开挖完毕后,先开挖部分的围岩应力较后开挖部分的围岩应力大。     

高边坡下浅埋偏压隧道施工动态监测与分析

浅埋偏压段隧道围岩稳定性较差,施工时易发生坍塌、冒顶等事故。针对晋祠隧道高边坡偏压段的浅埋暗挖施工问题,制定了施工监测方案,通过对隧道和钢拱架支护变形、围岩压力和边坡水平位移的监测,获得了施工过程中隧道围岩的受力与变形规律。结果表明,隧道拱顶沉降、水平收敛随着隧道施工逐渐增大;隧道左拱脚处有最大的围岩压力、右拱腰处有最大拱架弯矩;边坡水平位移随隧道开挖有明显的台阶式跳跃变化,当仰拱封闭后,隧道变形、围岩压力、钢拱架弯矩和边坡水平位移等监测指标均逐渐趋于稳定。研究可为偏压浅埋段隧道的施工提供实践经验。     

深埋交叉隧道动态施工力学行为研究

分离式独立双洞之间的横通道开挖,再一次引起主隧道围岩和支护结构的应力释放与重分配,引起交叉段附近岩体与支护结构力学行为发生变化。结合高地应力区深埋隧道工程,通过3D弹塑性有限元数值仿真模拟,分析横通道不同施工方案和动态施工过程对主隧道围岩与初期支护结构力学行为的影响。分析结果显示,横通道的开挖对围岩应力和位移影响较大,对交叉侧主隧道侧壁初期支护应力及交叉对侧主隧道侧初期支护σ3和XY平面的剪应力影响较大。为深埋隧道交叉段监控量测系统的设计、施工方案优化及安全控制提供了依据。     

邻近隧道的岩质深基坑开挖影响研究

目前基坑开挖对邻近隧道的影响研究主要集中于软土地层,在土岩组合地层当中研究较少。以重庆临江门开挖深度近30 m、邻近隧道的岩质深基坑工程为例,运用数值模拟方法与工程现场监测成果对基坑开挖所造成的影响进行分析研究。研究结果表明：岩质基坑变形总体较小,支护桩加分阶预留岩墙作为围护体系比较有效,支护结构变形主要集中于土层部分;有邻近隧道时,拱圈所对应支护桩弯矩比无隧道时要大,直墙段所对应支护桩弯矩比无隧道时要小;由于受连续介质及隧道几何形态的影响,隧道会改变位移场传递的方向,并且竖直方向改变大于水平方向,隧道主要表现为横向变形。衬砌拱顶、左拱脚、左墙中的弯矩明显增加,隧道具有明显的偏压效应。     

塔楼结构及其支护体系抗震性能分析

为了研究塔楼结构及其支护体系的动力稳定性、抗震性能,并分析支护结构对塔楼抗震性能的影响,以西安市某塔楼结构及其排桩挡墙为研究对象,基于ABAQUS软件建立三维仿真模型进行分析。结果表明:在0.2g(g为重力加速度)的El Centro波作用下,支护结构整体侧向位移划分为2个时间段,0 s≤t≤5 s支护结构在初始平衡位置往复振动,5 s<t≤30 s支护结构位移急剧增大,背土侧的水平位移达到10 mm后发生破坏; 动弯矩峰值出现在桩身高度16 m处,地震波幅值为0.1g时最大动弯矩为6 200 kN·m,当地震波幅值变化到0.2g时,最大动弯矩增加了3 900 kN·m,当地震波幅值变化到0.4g时,最大动弯矩增加了9 100 kN·m,随着地震波幅值增加,最大动弯矩增长幅度越来越大,说明地震波幅值对桩身弯矩的影响较大; 支护后的塔楼在8度设防烈度下各层最大水平位移在整体上小于支护前,小震作用下最大水平位移比支护前减小了2.27 mm,中震作用下最大水平位移与支护前基本持平,大震作用下最大水平位移比支护前减小了22.63 mm,支护后的层间位移角也略有减小,说明排桩挡墙有效保障了塔楼的抗震性能。     

爆破施工下小净距隧道围岩稳定性分析

针对辽宁地区某公路隧道的地质情况和施工条件,重点讨论了小净距隧道爆破过程对施工中围岩应力、位移和间距的影响。提出采用有限元法研究小净距隧道爆破施工过程中每步开挖围岩的应力应变状况,以此优化设计方案。爆破荷载以均布压力荷载的形式垂直于洞壁方向作用在隧道洞壁上。结合本隧道台阶法开挖过程提取8个关键点应力应变值。模拟结果显示,开挖前期拱腰受力明显,此后边墙底部应力增长迅速,两洞的内侧边墙应力都普遍大于外侧边墙应力,而应变矢量和最大处主要集中在洞顶。中岩柱左侧的应力应变始终大于右侧说明开挖过程对先行洞侧的中岩柱扰动影响最大,同时左洞中台阶开挖完毕后中岩柱两侧位移差逐渐增大说明中岩柱有膨胀破环的趋势。     

Stability analysis and optimization of excavation method of double-arch tunnel with an extra-large span based on numerical investigation

The Xiamen Haicang double-arch tunnel has a maximum span of 45.73 m and a minimum burial depth of 5.8 m. A larger deformation or collapse of the tunnel is readily encountered during tunnel excavation. It is therefore necessary to select a construction approach that is suitable for double-arch tunnel projects with an extra-large span. In this study, three construction methods for double-arch tunnels with extra-large spans were numerically simulated. Subsequently, the deformation behavior and stress characteristics of the surrounding rock were obtained and compared. The results showed that the double-side-drift method with temporary vertical support achieves better adaptability in the construction of such tunnels, which can be observed from both the numerical results and in situ monitoring data. In addition, the improved temporary support plays a critical role in controlling the surrounding rock deformation. In addition, the disturbance resulting from the excavation of adjacent drifts was obvious, particularly the disturbance of the surrounding rock caused by the excavation of the middle drift. The present findings can serve as the initial guidelines for the construction of ultra-shallowly buried double-arch tunnels with extra-large spans.     

冬季施工装配式剪力墙抗弯性能试验

为了研究低温条件下灌浆施工的装配式剪力墙的抗弯承载力,对采用电伴热法施工的装配式剪力墙节点进行了单向低周面外加载试验,采用了分级循环加载方案,得到了该剪力墙底部测点的滞回曲线及骨架曲线,分析了该低温灌浆剪力墙节点的破坏特征。结果表明:构件的滞回曲线呈"反S"型;当加载弯矩为52.5 kN·m时,剪力墙底部与楼板拼缝处出现初始裂缝,加载弯矩为60 kN·m时,裂缝开始出现在墙体预留孔洞上侧,随着加载进行,裂缝主要在墙体孔洞上沿向墙体两侧边缘发展;骨架曲线的线性段末端所对应的试验构件弯矩为60 kN·m,试验构件所能承受的最大弯矩为82.5 kN·m,均大于设计弯矩值。     

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。     

无衬砌隧道压力拱的变化规律

结合衬砌与围岩的相互作用,分析无衬砌隧道开挖后压力拱的形成过程,根据隧道衬砌后应力位移的分布规律来研究衬砌施工时间对隧道压力拱的影响,得到如下结论:隧道开挖后,不进行衬砌施工,应力重新分布后顶部水平应力和侧边垂直应力增大,顶部垂直应力和侧边水平应力减小;随着时间的发展,形成的压力拱的垂直外界基本不变,垂直内界逐渐减小,水平内外界逐渐减小,压力拱拱体内最大应力均逐渐增大;隧道围岩较好时,衬砌时间选在稳定压力拱形成的时间,而围岩较差时,衬砌时间选在隧道压力拱开始形成的时间。     

地下水位对某地下综合管廊稳定性影响研究

基于Midas软件,采用有限元分析方法开展数值模拟,分析了不同标高地下水位条件下,地下综合管廊的变形、内力和某一截面的安全系数。并将不同条件下的各项力学指标进行对比分析发现,随着地下水位不断上升,地下综合管廊主体结构最大弯矩由66.4 kN·m变为106.4 kN·m,最大剪力由134.7 kN变为224.3 kN,出现位置也从中间转变为腋角,同时最大水平位移大幅增加,由0.22 mm变为1.71 mm。某一截面安全系数由8.12降低到7.1,地下综合管廊主体结构虽仍处于安全的稳定状态,但稳定性不断下降。本文综合分析了地下水位升高对地下综合管廊稳定性的影响,为实际工程中不同地下水位条件下地下综合管廊保持稳定提供参考。