不同开挖方式对近距离交叠隧道影响模拟研究

研究不同开挖方式对近距离交叠隧道的地层和围岩的影响,揭示不同开挖方式下交叠区围岩及既有隧道衬砌的变形及应力–应变变化规律,为近距离交叠地下工程的变形控制、支护设计和开挖优化设计提供理论依据。通过FLAC3D数值模拟,研究在台阶法、眼镜法、CRD法3种不同开挖方式下交叠区围岩及既有隧道衬砌的变形及应力–应变发展规律、交叠区围岩塑性破坏规律,研究结果如下：(1) 不同开挖方式对交叠隧道施工过程中不同位置的影响程度不同,揭示既有隧道衬砌变形机制演变过程和衬砌破坏的危险点;(2) 根据围岩塑性区发展和隧道衬砌变形量,开挖下部新线隧道时CRD法优于眼镜法和台阶法,CRD法开挖下部隧道时对变形控制效果最好;(3) 新建隧道穿越既有隧道时,比较理想的施工方案为台阶法→CRD法→台阶法;(4) 任何开挖施工方法都会使已建隧道衬砌的4个部位(拱顶、拱脚、直墙边及拱底)承受拉应力,且拱脚处的最大、最小主应力最大,最易发生破坏。     

施工顺序对地下洞室稳定性的影响研究

一建设工程地表下12m拟建一岩石隧道,隧道正上方地面拟建35层的建筑物。采用PLAXIS和FLAC进行数值模拟对比分析,考虑先修建隧道与先修地上建筑两种工况,分别得到隧道洞顶的沉降位移、洞室周围围岩变形、拉压破坏区。两种软件的计算结果均表明先开挖隧道后修建房屋对洞室稳定性更为有利。并且发现两种软件计算模型不同,研究其围岩变形和地表变形特征适合采用PLAXIS,研究拉应力区和塑性区开展规律FLAC更适合。     

不同节理倾角对红层地区偏压隧道围岩稳定性的影响

以达州至万州高速公路沙坝湾隧道靠近洞口偏压段为研究对象,采用数值模拟的方法,研究了红层地层不同节理倾角下隧道围岩力学响应、变形特性。研究表明:红层地层中节理倾角对围岩应力和变形有较大的影响;当节理倾角与偏压坡面垂直时,隧道周边围岩水平方向应力与变形最大;当节理倾角与偏压坡面平行时,隧道周边围岩竖直方向应力最大。     

德格隧道施工过程分析及冒落成因机理

为探明公路隧道过深埋破碎带施工中地层变形与受力特性,揭示围岩碎裂形成冒落破坏的成因机理,依托川藏公路新建德格隧道,对隧道施工过程进行了三维数值模拟和力学分析。研究表明:受构造破碎带和埋深影响,隧道过冲沟深埋段施工中拱顶位移均较大且会有突变,施工在竖向对围岩压应力的影响非常明显,而在水平方向对拉应力的影响更为显著,围岩竖向与水平向较大的压应力差值增加了围岩松弛区范围;深埋自重应力场较大,受施工扰动位于冲沟底部的破碎带围岩碎裂变形加剧出现冒落体,因松动地压超过支护结构承载力最终导致冒落破坏。     

带衬砌浅埋隧道开挖受非对称收敛变形影响的地层位移和衬砌应力分析

 盾构隧道施工引起的环境土工效应分析一直是城市轨道交通安全控制的关键课题。由于目前该领域较少考虑隧道衬砌与土体相互作用带来的影响,尤其是较少针对衬砌应力进行分析,由此提出带衬砌浅埋隧道开挖受非对称收敛变形影响的地层变形计算方法;同时考虑地层与衬砌之间的非对称收敛协调变形模式,建立带衬砌隧道开挖的Airy应力函数解析解答。通过实例研究,得到带衬砌隧道非对称变形模式下的地层沉降和水平位移曲线,并与实测数据进行对比验证;通过参数分析,获取土体和衬砌的材料特性、隧道几何特性以及隧道埋深等主要参数对浅埋隧道开挖地层变形和衬砌应力的影响规律。结果表明：非对称收敛变形模式对地层位移的影响明显,在此条件下得到的沉降槽和水平位移曲线与实测值吻合较好,地表最大沉降值更接近于实际;隧道半径或土层硬度对土体沉降最大值有较大影响,减小半径和硬化土层对减少土体沉降量效果显著,而衬砌几何参数的改变对沉降量的影响不大;衬砌轴力和弯矩整体关于90°/270°轴即隧道竖轴线严格对称,其中轴力沿圆周呈倒“8”字分布,而弯矩随着k值的增大,沿圆周方向由“8”字形向“0”字形过渡,最大轴压力和最大负弯矩发生在拱腰位置,土体侧压力系数k的取值对衬砌轴力和弯矩的分布和大小影响明显。分析成果可为正确预估软土浅埋盾构开挖变形提供一定的理论依据。     

单斜构造软硬互层围岩隧道变形特征及控制对策

为探究单斜构造软硬互层围岩隧道在不同岩层倾角下的变形特征,以渭源至武都高速公路木寨岭隧道工程为依托,对炭质千枚岩和砂质板岩互层围岩隧道开展了现场调研和现场监测,分析了隧道变形特征及影响因素; 利用有限差分软件FLAC 3D建立三维数值模型,研究了不同岩层倾角下的隧道变形规律; 针对不同的变形特征,总结了针对性的隧道变形控制措施。结果表明:隧道变形主要受岩层倾角和地下水影响,在单斜构造地层条件下隧道呈现出明显的非对称变形,隧道一侧岩层易发生弯曲变形和破坏,建议采用“非对称布设和长-短组合搭配”的预应力锚索对围岩进行主动加固; 在地下水汇集的情况下,隧道另一侧岩层易沿弱面发生顺层滑移破坏,应注意排水,避免地下水在初期支护背后汇集,减小地下水对围岩稳定性及初期支护变形的影响; 当岩层倾角小于50°时,隧道变形表现为沉降大于水平收敛; 当岩层倾角大于50°时,隧道变形则表现为水平收敛大于沉降; 隧道最大沉降随岩层倾角呈三角函数规律变化,当岩层倾角为40°～50°时,隧道沉降达到最大值; 最大收敛变形随岩层倾角呈指数规律变化,即岩层倾角越大,隧道收敛变形越显著。     

强震后软岩隧道变形与破坏机制分析

强震后软岩隧道的变形和破坏特征与一般隧道不同。根据“5.12”强震区唐家山隧道围岩变形与应力监测数据,对震后软岩隧道变形与破坏机制进行了分析。研究表明:(1)震区软岩隧道变形空间分布不对称,水平收敛是拱顶沉降的2~4倍,这是震后软岩的扩容性质和隧道所处的垂直方向高地应力环境所共同决定的;(2)隧道变形的空间效应约束范围为2~3D,在开挖面约束范围内,变形是空间效应和时效应的耦合;(3)隧道不同部位的围岩变形与破坏方式与围压性质密切相关,边墙处围岩在“形变压力”作用下易发生松弛大变形;拱部一定范围内的岩体存在整体下沉现象,拱部围岩易被架空而形成“松散压力”并诱发位移突变和破坏。研究对同类工程具有一定参考价值。     

贵阳轨道交通1号线地铁隧道某区间围岩力学性质研究

基于相似原理,采用模型试验和数值模拟方法对贵阳轨道交通1号线地铁隧道某区间围岩力学性质进行研究。经过系统分析和系列试验,设计并制作了试验模型箱和调配出模型材料的配合比。试验采用电钻模拟掘进机并模拟不同埋深条件下的隧道全断面开挖过程,观察隧道围岩应力变化规律和围岩体变形破坏情况;采用有限差分软件FLAC3D建立隧道模型,分析和观察隧道围岩变形、围岩应力及围岩塑性区的基本情况和变化规律。研究表明,模型试验开挖过程受电钻和围岩体坍落影响较大,出现应力曲线交叉现象,与数值分析结果比较规律不明显,但总体符合一般规律性。     

矩形顶管近接上穿施工对地铁隧道影响研究

依托苏州人民路矩形顶管工程,对矩形顶管施工引起临近地铁隧道变形原因进行了分析,从土体扰动规律及地铁隧道变形机理方面进行了论述,提出了地层损失是地铁隧道不均匀变形的主要原因;依据现有监测方案及监测数据,发现矩形顶管顶进过程中,地铁隧道最大变形区域位于顶管轴线正下方,且离轴线越远其变形越小,拱顶、道床表现为隆起状态,拱腰向始发井方向偏移;利用ABAQUS有限元分析软件,对顶管上穿地铁隧道施工过程进行模拟,发现模拟结果基本符合现场实测结果,验证了现场实测的合理性和所选模型的可靠性。     

软土地区临近隧道的深大基坑变形控制方法

采用有限元软件对上海市临近已建地铁10号线的吴中路项目基坑开挖进行二维数值模拟,主要分析计算了地下连续墙最大侧向位移及隧道变形,并对地下连续墙最大侧向位移及隧道变形监测值进行了研究。监测结果与数值模拟结果对比分析表明,二维数值模拟分析模型可以较好地给出地下连续墙最大侧向位移及隧道变形规律;从基坑围护设计角度出发,通过数值模拟进一步分析了地下连续墙的插入比、被动区加固宽度对地连墙及隧道变形的影响,对于类似工程的基坑支护设计有一定的参考意义。     

下穿既有建筑物的地铁隧道注浆施工之安全性评价

以某地铁线下穿某既有建筑为例,采用现场监控量测和数值计算的方法,分析评价了该建筑物在下穿过程中的安全性。并通过Flac3D分析了采用全断面注浆施工,对地层变形控制,支护结构受力的影响。     

偏压富水软岩大断面隧道下穿建筑物地层变形及影响分析

 偏压富水软岩大断面隧道施工引起的地层变形是多方面影响因素叠加的结果。结合武广高铁尖峰顶隧道下穿地表高压输电线塔的工程实践,首先对隧道施工前后地层变形监测和分析提出控制大变形的工程措施,然后采用综合统计和理论分析,研究地形条件、地层产状、隧道和通道施工、地面荷载、地表坍塌造成的地层变形与建筑物位移的关系,最后以流固耦合数值分析为手段对影响地层变形的关键因素进行量化分析。结果表明：(1) 偏压富水软岩大断面隧道下穿工程,地表地形引起的地层变形是影响地表建筑物水平位移和倾斜的主要因素;(2) 地层变形叠加效应对建筑物倾斜的影响存在明显的方向性,当多重因素引起的地层变形产生互逆方向位移叠加时对控制建筑物倾斜有利;(3) 软岩顺层斜坡地面下的大断面偏压隧道施工,地层变形在垂直于隧道轴线两侧呈非对称分布,变形最大区域位于向山坡侧;(4) 从影响地层变形长期效应上看,因施工引起的地层变形增量波动大但收敛快,地表地形引起的地层变形在施工后仍持续发展,成为影响建筑物安全性的长期潜在因素。     

浅埋偏压连拱隧道施工优化及支护结构安全性分析

两江连拱隧道所穿区域地形偏压严重,且岩体破碎,连拱隧道施工开挖对围岩扰动大,不同的施工方案及施工工序隧道支挡结构受力影响较大,本文结合穿越严重偏压地层的两江连拱隧道为例,基于数值分析方法,对在不同施工工序方案下隧道结构内力、变形及偏压支挡结构力学特征进行分析。研究认为:对于复杂地质条件下浅埋偏压连拱隧道,先开挖浅埋侧隧道后开挖深埋侧隧道的施工顺序,比先开挖深埋埋侧隧道后开挖浅埋侧隧道的施工顺序更有利,先开挖浅埋埋侧右洞时,隧道初期支护结构内力、变形及偏压支挡结构桩的内力均比先开挖深埋侧左洞时小,但不管是采用哪种开挖顺序,深埋侧隧道拱顶位移均大于浅埋侧隧道,内排桩的所受弯矩也均大于外排桩。     

Numerical modeling of large deformation and nonlinear frictional contact of excavation boundary of deep soft rock tunnel

Roadways excavated in soft rocks at great depth are difficult to be maintained due to large deformation of surrounding rocks, which greatly influences the safety and efficiency of deep resources exploitation. During the excavation process of a deep soft rock tunnel, the rock wall may be compacted due to large deformation. In this paper, the technique to address this problem by a two-dimensional (2D) finite element software, large deformation engineering analyses software (LDEAS 1.0), is provided. By using the Lagrange multiplier method, the kinematic constraint of non-penetrating condition and static constraint of Coulomb friction are introduced to the governing equations in the form of incremental displacement. The numerical example demonstrates the efficiency of this technology. Deformations of a transportation tunnel in inclined soft rock strata at the depth of 1 000 m in Qishan coal mine and a tunnel excavated to three different depths are analyzed by two models, i.e. the additive decomposition model and polar decomposition model. It can be found that the deformation of the transportation tunnel is asymmetrical due to the inclination of rock strata. For extremely soft rock, large deformation can converge only for the additive decomposition model. The deformation of surrounding rocks increases with the increase in the tunnel depth for both models. At the same depth, the deformation calculated by the additive decomposition model is smaller than that by the polar decomposition model.     

Numerical modeling of large deformation and nonlinear frictional contact of excavation boundary of deep soft rock tunnel

Roadways excavated in soft rocks at great depth are difficult to be maintained due to large deformation of surrounding rocks, which greatly influences the safety and efficiency of deep resources exploitation. During the excavation process of a deep soft rock tunnel, the rock wall may be compacted due to large deformation. In this paper, the technique to address this problem by a two-dimensional (2D) finite element software, large deformation engineering analyses software (LDEAS 1.0), is provided. By using the Lagrange multiplier method, the kinematic constraint of non-penetrating condition and static constraint of Coulomb friction are introduced to the governing equations in the form of incremental displacement. The numerical example demonstrates the efficiency of this technology. Deformations of a transportation tunnel in inclined soft rock strata at the depth of 1 000 m in Qishan coal mine and a tunnel excavated to three different depths are analyzed by two models, i.e. the additive decomposition model and polar decomposition model. It can be found that the deformation of the transportation tunnel is asymmetrical due to the inclination of rock strata. For extremely soft rock, large deformation can converge only for the additive decomposition model. The deformation of surrounding rocks increases with the increase in the tunnel depth for both models. At the same depth, the deformation calculated by the additive decomposition model is smaller than that by the polar decomposition model.     

盾构隧道叠交施工引起的土层位移场分布规律

考虑盾构隧道叠交施工之间的相互影响,应用边界单元法对相邻隧道开挖过程中的三种典型叠交位置关系,引起的地层位移场分布规律及相互影响进行分析。分析结果表明:单条隧道开挖引起的地表最大沉降值出现在隧道轴线的正上方,而两左右或上下相邻隧道开挖的地表及土层内部的最大沉降值则出现在两隧道的纵轴线之间,且偏向上方埋深较浅的隧道。隧道开挖引起的地层深层与浅层变形趋势是一致的,但在两隧道轴线上方深层土体的沉降要远比浅层土体大。叠交隧道的埋深及其相对空间位置关系对土层的位移场有较大的影响。     

隧道浅埋段的超前地质预报与监控量测

隧道超前地质预报与监控量测是新奥法施工不可缺少的一部分,能够准确预报掌子面前方一定距离内围岩质量的好坏,并实时通过围岩变形的监测与分析检验围岩是否稳定及支护是否合理。结合杉溪隧道工程实例,通过对隧道浅埋段的超前地质预报和监控量测数据进行分析研究,得出隧道浅埋段围岩变形速率受施工干扰影响较大,钢支撑内力及围岩压力与围岩断面变形量变化趋势基本一致。通过研究隧道浅埋段的围岩变形规律和支护结构受力特征,可为以后类似项目积累经验,提供施工依据。     

超大断面隧道围岩的稳定性分析

根据地下结构设计理论和岩石屈服的Dmcker—Prager准则,考虑到围岩的自身承载能力,采用有限元对广西柳州一处公路隧道围岩的稳定性进行了分析。考虑到开挖方式、开挖顺序对围岩稳定性的影响,对围岩的开挖过程进行模拟。确定不同开挖方式下隧道围岩的位移、应力状态,以及位移、应力状态随时间的变化规律,为隧道施工过程中开挖方案的制定、支护时间的选取提供了依据。     

浅埋暗挖地铁隧道下穿建筑物施工工法研究

在浅埋暗挖隧道施工中,以超前地质预报和钻探为基础,洞内超前深孔注浆、地面袖阀管注浆加固为核心,严格控制开挖进尺与爆破振速,施工中对地表沉降、建筑物沉降、拱顶沉降、净空收敛等项目持续监测,各监测项目变形均在允许的范围之内,施工技术可为类似工程的施工提供参考。     

隧道施工对上覆框架结构建筑物的影响

重庆市同茂隧道地处老城区,开挖跨度大、埋深浅、上覆建筑物密集、类型多且年代已久,为隧道设计和施工带来了一定的难度。结合同茂隧道工程实际,以框架结构建筑物为研究对象,建立三维有限元模型,通过隧道施工过程对建筑物影响的有限元分析,主要对桩基变形及框架结构的弯矩、轴力和变形进行了研究,揭示桩基变形及框架结构的弯矩、轴力和变形随施工过程的变化规律。本研究可为类似工程隧道施工对上覆框架结构建筑物的影响研究提供借鉴和指导。