偏压双连拱隧道信息化施工与仿真分析

针对湖南一高速公路偏压双连拱隧道进口段埋深浅、地质条件复杂以及隧道结构受力复杂等情况，对隧道典型断面的拱顶下沉量、中墙顶部位移和收敛位移进行现场监控量测，结合隧道开挖情况和工程地质条件分析其发展规律和产生原因，给设计和施工反馈围岩变形信息，指导现场施工。同时，对隧道的施工全过程进行有限元仿真模拟分析，把有限元计算结果与现场监测数据进行比较，结果表明二者反映围岩位移的变化规律是一致的，能够动态地指导偏压双连拱隧道全过程施工，确保施工安全。     

浅埋偏压连拱隧道洞口段施工技术研究

黄山地区某连拱隧道的洞口施工段存在浅埋偏压的不利地质条件。为保障该项目的顺利开展,本文利用岩土工程有限元分析软件Midas建立三维实体模型,对有、无超前管棚支护两种条件下浅埋偏压连拱隧道洞口段施工过程进行模拟分析。计算得到了隧道在采用不同支护措施时各阶段围岩及支护结构的变形和应力变化情况。数值模拟结果表明在穿越破碎断层带浅埋偏压连拱隧道洞口段的施工中,采用超前管棚预支护技术可以较好地控制住围岩变形,保证开挖中和开挖后隧道的稳定性。最后,将现场3个监测断面的量测数据与模拟分析的结果进行了对比研究。现场监测数据证明超前管棚支护在浅埋偏压连拱隧道洞口段的施工中可以有效控制围岩的位移变形,避免不利工程地质灾害的发生。所得结论可为具有类似地质地形情况的隧道设计和施工提供技术参考。     

连拱隧道围岩压力计算方法与动态施工力学行为研究

由于双连拱隧道的多分部开挖支护的结构荷载转换过程多,围岩应力变化和围岩与结构相互作用关系复杂,目前在设计、施工中仍然存在一些问题:(1) 勘察设计围岩分类与施工揭露实际围岩级别常有差异,并难以实现及时变更.(2) 尚无满足连拱隧道特点的围岩压力理论,特别是在浅埋偏压条件下围岩荷载估计偏差较大.(3) 施工中经常出现支护失效、衬砌裂缝及渗漏泄水等工程安全、质量问题.针对连拱隧道中的问题,进行围岩压力计算方法和动态施工力学行为研究,主要研究成果有:(1) 对于连拱隧道,围岩塑性区受中墙及施工方案影响较小,主要与最终开挖跨度有关.在计算荷载时要考虑最不利工况,连拱隧道坑道宽度取整个连拱隧道的宽度是合理的,偏于安全的.(2) 应用比尔鲍曼理论求得塌落拱曲线方程,然后用作图法在连拱隧道外侧作一个切线与以地形的坡度求出的塌落拱曲线方程的切线相平行,两平行线的距离即为地形偏压临界覆盖厚度.运用此方法求得连拱隧道大跨度条件下的偏压连拱隧道地形偏压临界覆土厚度,为偏压连拱隧道设计提供可靠依据.(3) 针对连拱隧道断面远大于单线隧道,围岩压力大于按单线隧道宽度修正结果所出现的问题,提出对于大跨度双连拱隧道,在极浅埋、浅埋条件下,仍然分别采用全土柱理论荷载和谢家烋理论荷载;在深埋条件下,推荐双连拱隧道竖直地层压力采用适合双连拱大断面隧道特点的修正比尔鲍曼理论围岩压力计算公式.(4) 对于浅埋偏压连拱隧道,不仅要考虑非对称的地层主动荷载,还要调整浅埋侧地层被动荷载,提出浅埋偏压连拱隧道地层主动偏压荷载和被动不均匀荷载确定方法及地形偏压情况下隧道支护结构的合理计算方法,并求得不同坡率、不同围岩级别条件下浅埋侧土体的弹性抗力系数的合理取值,为设计中偏压连拱隧道采用荷载结构模式计算时浅埋侧土体的弹性抗力系数取值提供参考.(5) 在充分吸收国内外围岩分类经验的基础上,针对隧道施工期间的现场围岩判别特点与要求,提出一种现场围岩快速评价方法,该方法以定量与定性指标相结合,现场观察、量测及快速评价.另外针对隧道围岩实际力学指标难以获取的难题,提出应用围岩Q指标和现场点荷载强度推测围岩物理力学参数的方法,并结合围岩快速评价结果,综合确定隧道围岩实际力学指标.(6) 对于浅埋偏压连拱隧道,侧导洞应该先开挖深埋侧侧导洞,而主洞应该先开挖浅埋侧主洞;而对于非偏压连拱隧道,在围岩条件较好时主洞开挖可采用上下台阶法,且主洞开挖合理的工作面间距应约为2.0D～3.0D(D为单拱跨度);在中隔墙完成后,部分回填,使正洞初期支护能直接作用在中隔墙上,不仅有效提高支护整体刚度,还使中隔墙受力更合理,改善中隔墙受力状态.经富溪偏压连拱隧道工程施工与现场监测结果检验,提出的连拱隧道坑道宽度取值、偏压连拱隧道深浅埋分界、围岩主动压力与围岩被动压力计算方法、现场围岩级别快速评价以及施工方法正确合理,可为工程建设提供重要技术支持和经验.     

偏压连拱隧道围岩稳定性数值仿真

连拱隧道作为公路隧道新的结构型式,理论上还不成熟,特别是在复杂应力条件下隧道的应力、位移分布及稳定性研究很少.文章以元磨高速公路的一座连拱隧道作为工程背景,采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟偏压条件下直墙连拱隧道的施工工况,得出了施工过程中偏压连拱隧道围岩位移、应力和塑性区分布规律,这对今后偏压条件下连拱隧道的设计和施工具有一定的理论意义和应用价值.     

浅埋偏压连拱隧道非对称支护结构受力性状分析

 针对浅埋偏压连拱隧道施工中出现的受力非对称问题,结合药水峡连拱隧道的实际情况,通过有限元分析与现场监测,分析浅埋偏压连拱隧道非对称支护结构的受力性状,采用非对称设计方法对支护结构进行优化。结果表明：对浅埋偏压连拱隧道支护结构进行非对称设计施工是可行的;连拱隧道先施工洞室的受力大于后施工洞室,此结果与隧道偏压状态关系不明显;浅埋偏压连拱隧道围岩压力分布宜按圆形洞室的径向荷载考虑。因此,在进行类似浅埋偏压连拱隧道设计施工时,应注意施工顺序,支护结构可进行非对称设计。     

复杂地质条件下连拱隧道变形规律及施工方法

结合富溪双连拱隧道的实际施工方案,使用有限差分程序FLAC3D系统地研究了软弱破碎围岩浅埋偏压段施工的隧道变形和围岩应力变化规律,分析了现场监控量测数据,验证了数值模拟的正确性.     

偏压连拱隧道施工方法数值模拟研究

结合云南元磨高速公路上的忠爱桥偏压连拱隧道的设计、施工和地质情况,对软弱围岩条件下的公路偏压连拱隧道采用左右两洞不同施工顺序时的力学响应进行了数值模拟,分析了围岩和支护结构在不同施工顺序下的地应力场、位移场,通过对比分析研究,确定了先施作深埋洞,再施作浅埋洞为公路偏压连拱隧道最优施工方案,并且二次衬砌在此条件下不仅是“安全储备”,它对隧道的稳定性有重要作用。     

连拱隧道动态施工模型试验与三维数值仿真模拟研究

连拱隧道作为公路隧道新的结构型式，理论上还不成熟。以云南省元磨高速公路的一座连拱隧道作为工程背景，按弹性阶段相似原则进行连拱隧道室内模型试验，模拟连拱隧道的施工工况，采用压力盒、数码摄像、沉降板等仪器量测施工过程中隧道围岩应力和位移分布，采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟连拱隧道的施工工况，得出施工过程中隧道围岩位移、应力和塑性区分布规律，其结果与模型试验所得结果基本一致。     

高速公路偏压隧道施工动态监测与有限元仿真模拟

对崇遵高速公路龙井隧道进口段施工过程现场监测数据以及有限元分析结果进行对比研究,得出了在偏压作用下隧道施工过程中围岩位移的变化规律。阐述了现场动态监控量测与有限元仿真模拟相结合的方法对实现隧道信息化施工的重要性。     

偏压连拱隧道渗流-应力耦合分析及处治技术研究

基于渗流-应力耦合分析理论模拟偏压连拱隧道开挖过程,分析连拱隧道在偏压条件下围岩位移变形特性及稳定性的影响,给出偏压连拱隧道施工过程中左洞上台阶与中隔墙连接处、以及右洞拱腰处为相对薄弱位置并有针对性地进行处治。     

基于BP网络的隧道围岩位移预测方法

介绍人工神经网络模型法的基本原理与步骤,探讨了隧道围岩收敛监测数据与人工神经网络间的联系,并建立了基于人工神经网络的隧道围岩收敛预报模型。以工程实例为背景,对隧道围岩的收敛变形进行预报分析。研究结果表明:BP网络预测值与实测值吻合程度很好,完全满足工程及控制的要求。     

洞室围岩位移长期预报混沌-神经网络模型

为实现开挖结束后大型地下洞室围岩位移的长期预报,及时评价围岩长期稳定,结合位移混沌力学参数优化BP神经网络结构,建立混沌-动态时间延滞神经网络长期预报模型。将嵌入维数m作为神经网络的输入层个数,增加神经网络预报反馈模式,动态生成预报训练样本,选取较大的时间延迟τ,预测步数为h,使相点间的时间延迟为hτ,通过有限预测步数,实现位移长期预报。实例表明,模型计算速度快,计算稳定性好。当预测步数h≤5,预测次数不大于10次时,预报精度在10%以内,预报结果实时有效,实现了大型地下洞室位移的长期预报,为大型地下洞室围岩稳定性评价提供了快速有效的新思路。     

基于奇异值分解和免疫克隆BP网络的隧道围岩变形位移的前推修正模型

 针对隧道围岩变形位移的监测中普遍存在着不能有效地剔除监测位移中的虚假噪声以及监测点不能完全紧跟掌子面步设致使隧道开挖后部分重要的前期位移释放值丢失2个典型难题,提出了基于奇异值分解和免疫克隆BP网络的隧道围岩变形位移的前推修正模型。实例表明该模型对隧道围岩监测位移信息进行的降噪处理和前推修正能取得很好的效果,可为评判隧道围岩的稳定状态提供真实可靠的数据资料。     

巴郎山隧道围岩稳定性前期分析

以巴郎山隧道为例,在施工过程中对隧道围岩变化情况进行监控量测,本文采用BP神经网络模型和灰色理论GM(1,1)模型对围岩的前期变化进行分析。结果表明两种模型拟合预测精度均较高,能较好地反映隧道在施工过程中,水平位移收敛的变化情况,其中灰色模型拟合平均精度较优,并且没有误差较大的跳跃点,而神经网络模型拟合平均精度稍弱且局部误差较大,通过对比有利于施工者在开挖前期,选择适应性更强的模型对隧道稳定性进行判断。     

隧道位移反分析研究

以兰渝铁路线天池坪隧道为工程背景,以现场监控量测资料为依据,基于ISTOPT中的通用全局优化算法克服了当今世界上在优化计算领域中使用迭代法必须给出合适初始值的难题,而由1STOPT随机给出,找出最优解来预测围岩最终位移值,再分别基于Matlab中BP神经网络和径向基神经网络进行位移反分析法,为保证系统训练样本符合工程实...     

基于最大间隔分类器的围岩级别判断方法

岩体的复杂性以及围岩分类中存在大量的不确定因素给围岩的正确分类造成了一定的困难.将支持向量机方法用于对围岩的分类,并与ART1神经网络和BP神经网络的预测结果进行对比,表明:将支持向量机用于围岩分类是可行的,并且具有很好的精度.     

高速公路隧道开挖围岩变形测试分析

随着高速公路网的不断完善,山区修建高速公路时有发生。考虑山区复杂地质条件,探索山区公路隧道围岩的变形特性,达到评估其围岩整体稳定性目的,一直是工程界面临的主要课题之一。基于此考虑,依托某高速公路隧道工程为背景,采用现场测试方法,对隧道开挖面洞口围岩收敛和拱顶位移测试数据进行分析,并在此基础上对累积20年围岩变形规律进行预测。结果表明,公路隧道拱顶位移和围岩收敛随时间变化均呈快速、缓慢和稳定增长状态,其中拱顶位移控制在5mm以内,围岩收敛控制在2.5mm以内;围岩变形在建设期基本完成,建设期测试累积变形约占20年预测累积变形的90%以上。隧道围岩变形相对较小,验证其整体稳定性较高,研究成果能够为类似工程实践提供参考。     

基于神经网络的隧道围岩位移反分析研究

根据重庆鹰嘴岩隧道现场监控量测资料,基于BP神经网络理论,进行了公路隧道围岩位移反分析研究。首先利用FLAC3D对隧道开挖衬砌过程进行模拟分析,建立各围岩参数组合与位移计算值的对应关系,形成用于神经网络训练和检验的样本,通过训练样本和检验样本分别对网络进行训练和检验,得出较为理想的位移反分析模型;然后通过此模型根据重庆鹰嘴岩隧道现场监控量测的围岩位移资料对有关围岩稳定性的力学参数进行了反演,为隧道围岩稳定性评价分析提供了重要的力学参数。     

基于有限元模拟与神经网络的隧道反演分析研究

依据某隧道施工设计及现场施工建立线弹性的隧道有限元模型,描述围岩位移场的空间分布.分析了隧道埋深、围岩性质、衬砌厚度、开挖方法及空间效应对监测点位移的影响情况.在此基础上建立围岩力学参数的反演分析流程,并建立位移与围岩力学参数的神经网络关系,最后用工程实例来证明该反演方法的可行性和有效性.     

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。