乌鞘岭隧道F7断层施工力学行为研究

结合软岩隧道工程地质和支护特点,对乌鞘岭隧道F7断层软岩施工中的力学性态进行了计算分析.对于施工中出现的软岩挤压大变形问题,从岩体流变学和隧道施工力学的观点与方法出发研究围岩的受力和变形,分析了隧道施工过程的三维时空效应,有机地耦合了作业面的空间效应和软岩时效特性.考虑围岩流变特性,分析了围岩-支护系统变形、受力随时间发展规律,并将计算成果和现场实测数据进行了比较验证,以使力学计算更好地参与到隧道信息化设计和施工中.     

双洞交叉的施工稳定性分析及支护设计

对紫坪铺水利工程1#泄洪洞“龙抬头”段与前期导流洞交叉重叠段在施工开挖阶段围岩及支护结构的强度与变形稳定性进行了有限元数值仿真分析和优化设计。并根据隧洞新奥法施工原理,针对该段双洞交叉影响的工程特殊性作了详细的开挖过程仿真分析。对导流洞支护采用的喷素混凝土并不设锚杆方案进行了施工期强度校核;对导流洞在运行期的素混凝土衬砌方案进行了高外水荷载下的强度与稳定性分析;对施工导流完成后的封堵及泄洪洞的开挖这一复杂的施工过程进行了围岩、封堵混凝土与喷层的稳定性与强度分析,在此基础上提出了合理的施工开挖、支护、衬砌方案与设计指标。对于其他类似的洞型与工程,具有良好的实践意义与指导意义。     

饱水土质隧洞变形特性分析及影响因素研究

基于新疆库尉引水隧洞现场监测资料,对饱水土质隧洞变形特性及影响因素进行深入分析。根据其主导影响因素将土质隧洞的变形分为3个阶段:横向空间效应影响阶段→纵向空间效应+时间效应影响阶段→时间效应阶段,横向空间效应影响为开挖时出现塌方、冒顶的主要因素,可通过超前支护、减小横向空间面积等方式降低其影响;纵向空间效应+时间效应主导着第二阶段的变形,其合理的分离可为参数反演提供依据;第三阶段的时间效应主要为流变变形。对不同埋深、围岩类型以及支护强度影响下监测的变形数据的分析可知:低液限粉(黏)土整体性较好,主要发生与埋深有较大关系的形变变形,埋深越大,变形越大,且具有一定的流变特性;粉土夹砂层和粉细砂夹砾石排水量大,开挖过程中易发生小范围塌方,其变形主要以洞周一定范围内的松动变形为主,且与夹砂层的位置有较大关系,埋深对其变形影响不显著,在采取强支护措施及分步开挖方式下,监测到的变形量值均较小。支护结构在拱顶和边墙部位的变形特性有很大差异:拱顶变形稳定时间短,变形量小;低液限粉(黏)土围岩边墙处围岩塑性区范围随埋深增大,应力释放时间效应明显,形变压力不断增长,收敛变形量大。对于土质隧洞,钢拱架在限制围岩变形方面比钢格栅更为显著,考虑造价等因素,应根据不同地质条件、埋深合理选择支护方式。     

基于有限差分法的隧道新型支护结构稳定性分析

聚丙烯纤维混凝土具有良好的变形性能,可以很好地适应隧道施工过程中围岩应力释放而产生的围岩压力;混凝土湿喷技术的引入可有效地改善隧道内工作环境,提高混凝土喷射质量。将湿喷聚丙烯纤维混凝土和锚杆应用于隧道支护结构,可起到良好的经济效益和支护效果。为了确保隧道施工过程的安全性和稳定性,采用FLAC有限差分计算软件对该支护结构性能和隧道的稳定性进行了计算和分析。分析模型中考虑围岩材料的非线性特性,以及围岩–支护结构体系位移场、塑性区和锚杆轴力的分布特征。分析结果表明:这种支护结构可有效地降低拱顶下沉,底板上鼓,提高成洞空间;围岩和支护结构体系协同工作,极大地发挥围岩的自承载能力。     

黄土隧道喷射混凝土衬砌有限元分析

腰岘河单线铁路隧道穿经老黄土Q_2,埋深40米,全长311米。首次在55米长的地段上试验采用喷射混凝土作为永久支护。为了从理论上验证,进行了线弹性的和非线性的有限元分析。计算参数均由现场测试和实验室试验所确定。在线弹性分析中假定隧道一次开挖完毕且衬砌一次做好,计算了土体和衬砌的应力和变形。在非线性分析中,考虑了分阶段开挖与衬砌的时间效应;采用了Duncan建议的双曲线本构关系,惟由试验指出,黄土的初始弹性模量与应力无关。分析结果表明:不考虑开挖过程的时间效应以及材料的应力—应变非线性关系的线弹性有限元分析,其所算得的变形值偏小,衬砌应力值偏大;而考虑这些因素的非线性有限元分析,能反映隧道衬砌与周围土体的实际受力变形情况,算得的变形值与实测值符合良好,衬砌应力值较为合理。用喷射混凝土支护黄土隧道,能保证其稳定性,而喷层强度则为其抗剪强度所控制。     

隧道围岩力学特性的敏感性分析

在深埋软岩引水隧洞工程中,为掌握隧洞施工期围岩变形特征,开展对隧洞支护时机的研究,需要确定准确的岩石力学参数以反映真实的围岩力学特性。文章依托实际隧道工程,借助有限差分软件FLAC3D建立反映隧洞开挖支护工序以及蠕变过程的三维数值仿真计算模型,采用极差法研究隧洞围岩基本力学参数对围岩变形的影响,并确定待反演参数;基于正交试验设计构建25组待反演参数组合,代入到数值模型中进行计算,得到监测断面各测点位移值。研究结果表明,隧洞围岩参数敏感性大小排序为：弹性模量、粘聚力、内摩擦角、泊松比。在隧洞施工过程中,掌子面附近围岩变形受开挖扰动影响明显,随着时间的延后,位移不断增大但位移速率逐渐减小至一稳定值。     

软岩隧道湿喷纤维砼支护施工过程非线性分析

在赣州-龙岩铁路DKl33 095～DKl38 237段软弱围岩单线隧道施工过程中,采用湿喷纤维混凝土作为支护结构.介绍了隧道围岩的地质情况和隧道湿喷纤维混凝土支护结构施工工艺,采用非线性有限元法对软弱围岩条件下的铁路隧道施工过程进行了数值模拟.分析模型考虑了台阶步施工过程中围岩应力的释放效应,分析了围岩和支护结构体的非线性力学行为的应力场分布、位移场,围岩塑性区分布特征,并指出台阶步开挖时拱顶下沉、底板上鼓、墙腰收缩的主要控制因素.     

隧道围岩-喷射混凝土界面应力解析

根据喷射混凝土支护隧道围岩的界面力学特点,考虑喷层与围岩结合界面受力和变形协调关系,并结合围岩承载拱效应,建立了围岩喷层结构的复合曲梁共同承载模型,然后通过各微单元静力平衡推导复合曲梁的径向位移的控制微分方程,得到任意分布荷载作用下喷层与围岩界面应力以及喷层与围岩各自内力的解析式,可迅速获取喷层与围岩结合界面的力学状况,进而判断围岩稳定性与预测安全性,为隧道施工决策提供技术支撑。最后经隧道台阶法开挖的算例研究表明,喷层支护通过其与围岩的结合界面上传递应力使围岩内部形成压应力带,有利于围岩的稳定。     

考虑岩体时效深埋隧洞施工过程的理论解析——开挖、锚喷与衬砌支护的全过程模拟与解答

对具有时效特性的流变岩体,施工过程对围岩力学响应有显著影响。针对黏弹性时效岩体中深埋圆形隧洞的断面及纵向开挖、锚喷和衬砌施工,用圆柱型正交各向异性弹性体模拟锚固后岩体,建立材料特性变化后锚固区力学响应的计算方法,进而导出Burgers岩体全施工过程的封闭解析解。根据解答分析了锚固区各向异性程度、锚固及衬砌支护时刻、锚固厚度对锚固区应力、位移的影响。分析表明：锚固区环向刚度的改变可显著影响岩体力学响应,而改变径向刚度则变化极小;衬砌受力与其施加时刻相关,而受锚固时刻影响不大;增加锚固区厚度可减小位移,优化锚固区受力,但对衬砌的受力影响很小。本解答可进行相似条件下隧洞初步设计。     

巷道钢纤维喷射混凝土支护结构的数值分析与工程应用

根据钢纤维混凝土的力学特性和支护结构的力学作用机理,研究钢纤维混凝土喷层在煤矿巷道支护中适用性。通过数值分析,得出钢纤维混凝土喷层比素混凝土喷层变形要小,钢纤维混凝土喷层中的应力分布较均匀,有较好的柔性让压性能,同时拱顶角度对支护结构的应力也将产生一定影响,分析表明半圆拱形受力形式最好。结合现场应用,钢纤维混凝土喷层表现出韧性好、回弹损失率低和裂缝产生量少等特点,具有较高的应用推广价值。     

钢拱架应力反分析隧道初期支护力学性能的研究

适时分析软弱破碎围岩段衬砌结构的内力状态是隧道动态施工中的关键性问题之一,对判断隧道施工安全状态和评价支护结构稳定性具有重要意义。考虑钢拱架已作为软弱围岩段公路隧道初期支护的重要形式,现通过分析隧道施工现场钢拱架支护的自身特点和受力特性,建立含有钢拱架和喷射混凝土的隧道复合初期支护的地基曲梁力学模型。然后运用地基曲梁相关理论,通过现场监测的钢拱架应力推求出隧道复合初期支护内力解析式,从而迅速得到隧道支护结构的应力集中部位。最后,经由台阶法施工的隧道工程实例运用表明,基于实测钢拱架应力求解隧道初期支护内力的解析研究是分析软弱破碎围岩段隧道支护力学性能的一种新方式,并能及时有效地为隧道现场施工安全提供直观、可靠的力学依据和技术支持。     

盾构隧道双层衬砌横向力学结构参数优化研究

随着水下盾构隧道建设及运营环境日益复杂,安全要求日益提高,盾构隧道双层衬砌有望在工程中得到较为广泛的应用。本文依托武汉轨道交通8号线越江隧道工程,采用双层衬砌盾构隧道三维壳—弹簧力学分析模型,研究了不同工况下二次衬砌强度及厚度对双层衬砌内力及变形的影响,并对二次衬砌是否应当配筋的问题进行了探讨。研究结果表明:二次衬砌强度变化对管片衬砌结构内力影响甚微,但二次衬砌弯矩量值略有提高,同时通过提高二次衬砌强度来抑制隧道竖向变形的效果不明显,考虑到工程造价问题,二次衬砌强度不宜过高,取C40为宜;二次衬砌厚度增加对管片横向内力影响甚微,但对其结构受力有不利影响,综合考虑隧道运营期火灾以及列车撞击等因素,二次衬砌厚度取30~40 cm为宜;在外荷载增大情况下,二次衬砌拉应力量值显著增加,超过混凝土规范容许拉应力值,因此,实际工程中建议对二次衬砌进行配筋设计。研究结论可为盾构隧道双层衬砌的设计及施工提供有益的借鉴。     

浅埋大断面隧道围岩稳定性数值模拟及现场监控量测

浅埋大断面隧道由于开挖断面大、埋深浅、围岩物理力学性质差,开挖后容易产生大变形及变形速度过快,严重影响施工进度和施工安全.本文基于RFPA数值模拟软件,模拟了隧道开挖时掌子面围岩的应力、位移及变形破坏特征;在数值模拟的基础上采用应力和声发射联合法对隧道现场开挖围岩的应力和岩体应力调整进行监测,分析开挖过程中岩体变形与时...     

浅埋大断面黄土隧道初期支护安全性分析

以大西客运专线忻州隧道三七微台阶法开挖为工程背景,采用FLAC^3D模拟分析施工过程中初期支护结构的受力特性,并与锚杆轴力和喷射混凝土应力的现场测试结果进行对比分析,最后结合型钢混凝土截面受力计算方法,评价型钢混凝土初期支护结构的安全性。研究结果表明:①型钢混凝土主要承受压应力,且沿隧道中线呈轴对称分布,最大压应力出现在拱腰位置,而拱脚处局部承受拉应力,为施工中的薄弱部位,喷射混凝土应力实测值相对计算值偏小,但分布规律与计算值吻合性较好;②隧道系统锚杆主要承受拉力作用,最大拉力在锚杆1 m位置,沿隧道轮廓从拱顶到拱脚递减,且计算值略大于实测值,两者分布规律一致;③型钢混凝土结构安全系数从隧道拱顶到拱脚依次递增,且同一部位轴力安全系数小于弯矩安全系数,轴力安全系数最小值为3.86,满足规范要求,可适当增大钢拱架支护间距或减小喷射混凝土强度。     

浅埋黄土隧道衬砌结构受力分析

通过对三十里铺隧道的现场测试,研究浅埋黄土隧道一衬和围岩接触应力、锚杆轴力、喷射混凝土表面应变、二衬中钢筋应力和浇注混凝土应变随时间变化规律及分布特征。结果表明,围岩释放应力最大值在7～10 d,位置在拱腰处;锚杆轴力稳定时间为30 d左右,且在空间上出现压应力区;喷射混凝土表面应变较大且常出现跳跃性变化;二衬钢筋应力初期为拉应力;边墙处的稳定时间为6～8 d后,拱顶处30 d后仍然递减;二衬混凝土应变由初期的拉应变向压应变变化。隧道衬砌的受力分析结果为支护系统的优化提供依据,对同类工程的设计提供借鉴。     

隧道钢纤维喷射混凝土性能试验及其工程应用

 根据钢纤维喷射混凝土结构力学原理,为了研究钢纤维混凝土喷层在隧道单层永久衬砌支护中适用性,先分析钢纤维在混凝土中的增强力学作用机制,然后完成钢纤维喷射混凝土合理配比、抗拉、抗压、抗折及抗折初裂强度和弯曲性能等指标的室内试验;并结合具体的隧道现场喷射试验,以及围岩应力、钢纤维混凝土喷层应力及洞周附加水平收敛等监测数据进行分析。研究结果表明,钢纤维喷混凝土抗拉、抗折强度高,韧性好,喷层中的应力分布较均匀,具有较好的让压能力,喷射作业回弹损失量减少,说明钢纤维喷射混凝土是一种理想的单层衬砌支护材料,具有较好的推广应用价值。     

浅埋黄土隧道衬砌结构受力分析

 通过对三十里铺隧道的现场测试,研究浅埋黄土隧道一衬和围岩接触应力、锚杆轴力、喷射混凝土表面应变、二衬中钢筋应力和浇注混凝土应变随时间变化规律及分布特征。结果表明,围岩释放应力最大值在7～10 d,位置在拱腰处;锚杆轴力稳定时间为30 d左右,且在空间上出现压应力区;喷射混凝土表面应变较大且常出现跳跃性变化;二衬钢筋应力初期为拉应力;边墙处的稳定时间为6～8 d后,拱顶处30 d后仍然递减;二衬混凝土应变由初期的拉应变向压应变变化。隧道衬砌的受力分析结果为支护系统的优化提供依据,对同类工程的设计提供借鉴。     

基面粗糙度对喷膜防水层粘结性能影响的试验研究

针对隧道渗漏水严重的问题,采用一种新型隧道喷膜防水技术以建立与前、后混凝土均具有粘结性能的隧道支护结构形式(CSL)。从而克服混凝土加防水板的传统支护结构在防水性能上的弊端。喷膜防水层与前、后混凝土间的粘结性能是CSL设计的一个重要参数,直接决定CSL的防水和支护性能。鉴于此,开展了CSL隧道支护结构喷膜防水层粘结性能试验,研究了基面粗糙度对CSL粘结性能的影响。研究表明:增大基面粗糙度,可以提高防水膜层与基面的粘结性能;通过扫描电镜观察接触面微观形貌,界面处观察到由喷射混凝土到膜层的过渡区,即膜材料填充喷射混凝土的粗糙面、表面孔隙结构,增大了喷膜层与喷射混凝土间的机械咬合力,从微观角度解释了增大基面粗糙度可以提高粘结性能的机理。研究结果对喷膜防水技术在隧道中的应用具有实际意义。     

隧道开挖步距对地层位移影响研究

以深圳地铁暗挖隧道施工资料为基础,利用三维模拟程序对暗挖隧道施工过程及支护结构进行了模拟分析。对于喷射混凝土和格栅钢架组成的隧道初支系统,考虑了喷射混凝土的时间效应及格栅钢架与喷射混凝土的不同刚度。在模拟过程中,研究了不同开挖步距对地层位移的影响规律。从分析结果可以得出,隧道拱顶沉降和地表沉降随着开挖步距增加而增大,其沉降与开挖步距近似服从二次多项式的函数关系。     

某高速公路浅埋段隧道支护参数对比与分析

分析了采用不同支护参数的两座隧道在施工过程中支护结构的变形特点,对施工过程进行了仿真,并对该两座隧道的实际施工效果进行了比较.结果表明,尽管采用现浇模筑混凝土作为初次支护有其刚度大的优点,但也有其不利的一面.对于类似条件下的隧道施工,建议采用锚喷支护作为初期支护.