地铁浅埋隧道初期支护变形侵限换拱施工技术

成都地铁18号线太平隧道为单线隧道,全隧岩体为V级围岩,隧道为进口向出口单向施工,采用矿山法施工,出口端为缓坡出洞,埋深5～10 m,洞段岩体为软弱土质围岩。在隧道施工到出口浅埋段时,左右线均出现沉降变形且变形较大,造成部分初期支护侵限二衬,现场对变形侵限部位的拱架进行了更换与加固处理。浅埋隧道软弱围岩初期支护侵限换拱加固后取得了良好的效果,最终监控量测结果证明:在进行初期支护支护换拱后,结构稳定,达到了结构安全要求,保证了隧道净空和二衬混凝土厚度。针对太平隧道软弱围岩段初期支护变形侵限换拱技术进行了阐述,可为类似工程提供借鉴。     

方钢混凝土拱架在软岩大变形斜井中的支护技术

2020年11月，滇中引水工程香炉山隧洞4号施工支洞发生突泥涌地质灾害，在治理过程中，引用“方钢混凝土拱架”进行支护施工，经不断试验优化总结，摸索出一套较为适用4号洞大倾角高埋深极富水条件下抑制软岩大变形的方钢混凝土支护体系。     

考虑拱效应的矩形巷道顶板稳定性

为了研究煤矿矩形巷道顶板稳定性问题,根据土力学与弹性力学的基本理论,建立了矩形巷道顶板稳定性分析力学模型,分析了矩形巷道不同跨距、顶板支护强度、两帮加固岩层厚度、顶板围岩深度等因素对顶板稳定性的影响。结果表明:矩形巷道顶板围岩内应力分布呈现明显的应力拱型分布;顶板围岩浅部应力等值线呈独立卵形拱分布,随着围岩深度增加,两独立拱相互叠加,围岩应力等值线总体呈现圆弧拱分布,该拱将两独立墙包裹在拱跨之间;随着巷道跨距增加至2≤l/b≤5,拱效应衰减较快,顶板围岩自身承载能力降低迅速,当l/b>5时,顶板围岩内部附加应力主要为支护反力作用,直立墙A和B附加应力叠加基本为0,拱效应逐渐消失。并基于摩尔库伦强度理论推导出了顶板稳定性控制方程。     

水泥土连拱支护结构的工作性状分析

采用有限元程序,建立空间计算模型,分析了水泥土连拱支护结构中拱跨、拱高、拱长以及拱脚桩桩径、桩长变化时,支护结构变形及控制内力的变化规律.结果表明,该新型支护结构在控制基坑侧移及地面沉降方面具有显著的作用,基于变形协调条件进行性能优化设计,可有效改善支护结构的受力变形状态.     

拱肋间距对喷混凝土拱肋加固效应的影响研究

喷混凝土拱肋是加固软弱围岩的一种有效支护形式,其间距主要根据经验确定,可能偏大或偏小。为了揭示拱肋间距对加筋拱肋加固效应的影响,采用基于有限差分法的FLAC3D软件对施工期某地下厂房交通洞软弱围岩在拱肋间距分别在1.0―5.0m之间变化情况下变形、应力和屈服区等分布规律进行了对比仿真模拟。仿真结果表明:拱肋间距越大,围岩变形、顶拱最大主压应力和塑性屈服区越大,拱肋承受荷载越大;且拱肋间距介于2.0―3.0m时,能充分发挥围岩自承作用和拱肋支护潜力,围岩变形稳定满足要求,支护成本最低。本文的研究成果为确定喷混凝土拱肋合理间距提供了重要参考。     

复杂支护结构软弱地层深竖井施工过程仿真分析

在软弱地层中修建深竖井工程存在围岩失稳坍塌与支护结构破坏等施工安全风险,而合理可靠的开挖支护施工方案是软弱地层深竖井工程施工期围岩稳定与支护结构安全的重要保障。针对某抽水蓄能电站软弱地层排风深竖井工程,建立考虑其复杂支护结构体系的施工全过程仿真分析模型,分析设计开挖支护方案下软弱地层围岩-支护结构体系的应力变形状态,并对施工期围岩稳定性与支护结构安全性进行了评价。在此基础上,通过对比不同开挖层厚、不同衬砌施作时机条件下的软弱地层围岩-支护结构体系施工力学性态,给出针对设计开挖支护方案的合理调整建议。     

埋深及断面尺寸对隧洞围岩稳定性的影响

埋深及断面尺寸是影响隧洞围岩稳定性的重要因素.基于卸荷岩体力学理论,利用有限元分析程序ANSYS和大型岩土工程差分软件FLAC3D,对不同埋深和不同断面尺寸隧洞围岩的稳定性进行了模拟分析.结果表明:随着埋深的增大卸荷作用对隧洞围岩变形的影响越来越大;在埋深由小变大过程中,围岩经历了“压力拱”出现和消失过程;断面尺寸对浅埋隧洞围岩稳定性的影响较小,对深埋隧洞围岩稳定性有较大影响,并且随着埋深的变化其影响表现出不同的规律.     

浅埋引水隧洞穿越第三系变形特征研究

针对滇中引水工程浅埋第三系软岩隧洞的变形问题,选取柳家村隧洞进口段建立数值模型,研究了浅埋第三系软岩隧洞在开挖和支护后的变形破坏特征。结果表明:影响隧洞变形破坏的主要因数是围岩强度和隧洞埋深。隧洞开挖后,由于隧洞后段的围岩强度比隧洞前段大,在隧洞后段的变形量要大于隧洞前段的位移量,塑性区的分布范围也比前段广。支护后,隧洞的径向变形量和塑性区分布都得到了很好的控制,支护效果明显。在浅埋第三系洞段,开挖后的变形量与隧洞埋深有一定关系,即埋深相对较大洞段,开挖后的变形量也更大,在此洞段,应加强支护。研究成果对引水工程中的浅埋第三系软岩隧洞施工提供指导。     

高埋深地下洞室围岩稳定性分析

高埋深地下洞室的围岩稳定性一直为理论界和工程界所关注。尤其是对于埋深为2000m以上的超高埋深地下洞室,由于工程实例较少导致对于类似埋深地下洞室的研究经常等同于浅埋地下洞室,造成研究结果与实际情况相差甚远。利用大变形有限元程序对某超高埋深输水隧洞的开挖过程进行三维动态数值模拟。分别对硬岩和软岩时的围岩稳定性进行了分析和研究,得出了一些对类似工程有参考价值的结论。     

某引水隧洞深埋软岩洞段围岩变形量敏感性分析

通过深入分析西南某深埋长引水隧洞软岩洞段地应力钻孔实测资料,得到了水平构造应力侧压系数随隧洞埋深的变化规律。在此基础上,采用快速应力边界法开展数值计算,探讨洞型、围岩类别、埋深等因素对该段围岩变形量的影响及其变化规律,开展了围岩变形量敏感性分析。结果表明,该洞段围岩变形量随围岩类别降低而增大,随埋深增加而增大。研究成果可为该类隧洞深埋软岩洞段开挖支护设计提供借鉴。     

地震断裂带高铁大跨拱桥钢管拱肋的力学特性与施工技术

徐盐高速铁路徐洪河特大桥位于地震断裂带上,跨度为400 m(100 m+200 m+100 m)的预应力混凝土连续梁拱桥是目前国内同类型桥梁跨度最大的,200 m跨钢管拱肋施工是工程中重要的施工难题。为解决大跨度钢管拱肋施工问题,选取合理的施工方案,并验证其可行性。运用有限元分析软件Midas-Civil,建立拱肋支架法安装各阶段的有限元模型,分析各工况下结构内力和变形。结果显示:对钢管拱肋安装支架进行内力和变形分析,结构最大应力发生在跨中支架的中部,其值为58.9 MPa,结构最大位移发生在中部支架顶端,其值为横桥向8.3mm;分析钢管拱肋吊装各阶段工况结构的内力及变形,结构最大应力发生在两端第一根立柱底部,其值为97.8 MPa,结构最大位移发生在中部支架顶端,其值为横桥向20.7 mm;对支架最高单根立柱进行稳定性验算证实,立柱最大应力发生在立柱底端,其值为11.0 MPa,最大位移发生在立柱顶端,其值为横桥向19.1 mm,允许应力170 MPa、控制变形2H/1 000,各分析结果均满足规范要求。研究表明:200 m跨钢管拱肋采用支架法施工,在施工过程中安装支架强度、刚度及稳定性均满足规范要求,方案可行,且为同类型工程施工提供参考。     

深大坑中坑基坑围护结构离心模型试验研究

圆形地下连续墙作为一种受力合理的围护结构,由于空间"拱效应"的存在,作用在拱圈上的土压力主要在地下连续墙内自身平衡,地下连续墙的水平位移相对较小。基于某深大圆形基坑工程实际,采用离心模拟技术研究基坑开挖过程中基坑围护结构的水平位移和弯矩分布规律。分析表明,基坑地下连续墙最大水平位移为11.6mm,位于上部基坑的中下部,并且随着开挖深度增大,墙体位移逐渐增大且最大位移点不断下移。研究成果可为圆形基坑开挖和支护过程中围护结构的变形规律分析提供参考。     

ABAQUS在深基坑设计及施工中的应用

以大连地铁某车站基坑开挖为研究背景,综合考虑深基坑降水、开挖、内支撑架设及预加轴力等施工过程,以大型有限元软件ABAQUS为平台,采用相应的数值模拟技术对支护桩系统简化,对施工过程进行合理模拟,建立能够反应实际开挖施工的有限元模型,对各个施工过程进行计算;将有限元计算值与实际开挖过程中的监测值比较分析,验证模拟方法的正确性,得到支护系统的变形及内力随开挖过程变化的规律:支护桩最大水平位移随开挖深度的加深向下移动呈凸形,内支撑轴力在架设后一层时发挥作用最大。研究得到了基坑的数值计算方法的建模思路,可为类似基坑工程提供参考。     

隧道围岩变形及其衬砌内力特征研究

位于土层和岩层交界地层中的隧洞,其力学特性和水文地质条件均发生显著的变化,从而导致塌方或者围岩变形过大等。利用数值计算方法,建立二维有限元模型,对某工程隧洞土、岩接触地层中隧道开挖围岩变形和衬砌受力特性进行分析,并采用不同施工方法进行比较。结果表明,土、岩接触地层中隧道开挖围岩沉降位移场是非对称的,沉降位移最大位置在拱顶30°处,正是需要加强支护的位置;先墙后拱开挖在隧道三种施工方式中围岩最大沉降位移最小,正台阶开挖方法围岩沉降位移最大,留核心土开挖方法介于二者中间。合理的支护方式和开挖方式是土、岩层交界地层中隧洞周边岩体稳定的基本条件。     

兰州某地铁车站深基坑开挖变形特性及环境影响分析

针对兰州城区工程地质水文条件复杂的问题,为了研究该地区地铁车站深基坑开挖过程中支护结构的变形受力特点和对周边环境的影响,以迎门滩站深基坑工程为典型案例进行分析。该车站基坑所在区段属黄河漫滩区,地铁穿过地层主要为卵石土,水位5～8 m。该基坑围护结构采用钻孔灌注桩+钢管内支撑体系。采用PLAXIS 3D有限元分析软件对该基坑建立三维有限元计算模型,土体本构模型采用土体硬化(HS)模型,依据工程实际开挖工况进行分部开挖计算,根据计算结果对桩撑式支护结构的变形和受力及基坑周边地表和地下管线的变形进行了分析。结果表明:围护桩的变形量、地表沉降量和管线位移量会随着基坑开挖深度的增加有逐渐累积的趋势,但在架设内支撑并施加预应力后,这些变形量的增速会减缓甚至变形量会减小。内支撑施加预应力之后自身轴力会有较大增加,之后基本保持不变,对其他内支撑轴力的影响较小。各变形量均在控制范围之内,满足设计和环境要求,表明该深基坑采用的钻孔灌注桩+钢管内支撑支护体系设计合理。研究成果可为后续黄土地区类似地铁车站深基坑工程建设提供一定的参考依据。     

地震断裂带高铁大跨拱桥深基坑钢板桩围堰支护试验与监测

针对大跨度高速铁路拱桥建设对深基坑开挖施工的安全性要求,为了研究钢板桩围堰支护在大跨度高速铁路拱桥深基坑施工中的可行性,以新建徐盐高铁徐洪河特大桥工程项目为依托,通过数值模拟及现场试验监测,对深基坑钢板桩围堰支护在施工过程中的形变及受力情况进行分析。结果表明:通过有限元模拟分析,钢板桩围堰最危险受力点处于钢板桩中部、中上部及四角连接处,围堰第4道内支撑内力较其他3道内支撑大。整个施工过程中工况5为施工最不利工况。由监测结果可知,在施工过程中钢板桩单日最大位移值为2.8mm,最大累计位移值为24.0mm,均未达到预警值,施工过程中钢板桩形变稳定。钢支撑轴力受基坑周边荷载的影响明显,围堰钢支撑最大压力值为147.31kN,最大拉力值为24.95kN,未达到预警值,结构安全。研究结果可供同类型工程施工参考。     

瀑布沟水电站泄洪洞出口段偏压应力及边坡稳定性分析

瀑布沟水电站泄洪洞出口段隧洞偏压问题十分突出,运用非线性有限元法模拟泄洪洞开挖过程,分析了天然边坡和加固边坡条件下隧洞与边坡的相互作用、隧洞围岩的变形与稳定性。结果表明：设计上提供的现有边坡加固方案总体上较为合理,可以有效地改善边坡的整体稳定性,建议加强泄洪洞上半洞开挖过程中顶拱的及时喷锚支护。     

糯扎渡地下厂房开挖围岩变形及支护应力监测

为了掌握糯扎渡电站地下厂房的开挖质量,开挖施工期间,针对地质情况和开挖设计方案,在厂房顶拱和边墙等典型部位布置了8个主要监测断面,对围岩应力、变形进行监测。监测成果表明：地下厂房开挖方式和支护体系设计合理,厂房顶拱和边墙岩壁光爆和预裂效果好,开挖对围岩变形影响小,桥机运行后,岩壁梁锚杆应力与岩壁间裂缝未显著增加。     

营尔岭隧道浅埋段连续坍塌原因分析及预防

双侧壁导坑法是现有大断面隧道施工方法中最为理想的一种方法。以某隧道浅埋段连续坍塌为例,通过MIDAS/GTS NX有限元软件对较大断面侧壁导坑上台阶开挖时出现连续坍塌事故进行了分析,并对添加临时仰拱这一措施对改善支护结构稳定性及预防坍塌发生的效果进行验证。浅埋条件下,初期支护结构未得到有效封闭连接是引起侧壁导坑上台阶开挖时出现连续坍塌的主要原因,施做临时仰拱能够有效防止坍塌的发生,这一结论对具有相似条件的工程具有借鉴意义。     

咬合灌注桩钢支撑联合支护的相邻型基坑稳定性分析

对于形状复杂的地铁基坑的开挖,安全性越来越需要重视。基坑支护变形及稳定性分析尤为重要,要对基坑两侧不同水压力产生的影响进行分析,以防基坑整体围护结构沿一侧移动。运用 FLAC3D数值模拟软件,针对相邻型基坑进行研究分析,基坑支护结构主要为咬合灌注桩及钢支撑支护,其坑与坑之间的支护结构具有透水能力,其他围护结构不透水,一个坑开挖过程中,另一个坑与小坑同时降水。随着开挖深度增加,第一个坑整体支护结构向相邻基坑侧移,通过研究对比分析,得出侧移原因。通过在另一坑一侧的围护结构增加一排钢护结构,来保证相邻型基坑的稳定。