隧道复杂交叉结构围岩稳定性及结构安全性分析

文章结合工程实际采用数值模拟方法,对交叉结构采用台阶法、预留核心土法和CRD法进行数值模拟分析研究。研究结果表明:开挖引起的隧道围岩沉降和衬砌结构第一主应力,台阶法最大,预留核心土法次之,CRD法最小; CRD法形成的塑性区最小,三种施工方法造成的围岩塑性区主要分布在主隧道拱腰区域,塑性区最大值区域同样出现在主隧道与车行横通道交叉部位;在衬砌结构内力方面,三种施工方法都存在明显偏压现象,各个截面安全性均满足规范要求。     

邻路基变坡条件下浅埋偏压隧道施工工法及合理开挖工序研究

邻路基变坡条件下浅埋偏压隧道施工工法及开挖顺序的合理选择直接影响隧道周边围岩及支护结构的安全性。依托安徽省某高速公路浅埋偏压隧道,比选台阶法、CRD法、环形开挖预留核心土法,作为施工工法;并研究CRD法合理开挖工序。研究结果表明:邻路基条件下浅埋偏压隧道采用CRD法为施工工法在控制围岩变形、保证结构安全性上均优于台阶法及环形开挖预留核心土法;比较CRD法先开挖深埋侧与先开挖浅埋侧两种开挖工序,数值计算结果表明先开挖浅埋侧方案隧道洞周位移值、地表位移及支护结构内力值较先开挖深埋侧小,更能够保障施工安全与结构稳定。所得结论可为类似地质地形条件下的浅埋偏压隧道设计与施工提供技术参考。     

隧道不同开挖方式初期支护极限位移值

初期支护极限位移值是隧道开挖支护过程中围岩应力状态变化的重要的反馈信息,是判断隧道围岩稳定性状况的直接依据。为了计算极限位移值,采用Hoek-Brown屈服准则,运用尖点突变特征值作为极限状态的判据,依据JTG/T D71—2004《公路隧道交通工程设计规范》和工程经验选取断面形式、支护方式以及材料参数,运用FLAC3D分别确定正台阶法、环形开挖预留核心土法、单侧壁导坑法、双侧壁导坑法等4种开挖方式在不同埋深、围岩级别和支护参数影响下,拱顶、拱腰和拱脚的极限位移值。通过对计算结果的统计分析,可知环形开挖预留核心土法可有效控制拱脚的变形,而双侧壁导坑法则能很好地限制拱顶沉降值与拱腰的收敛值,并确定了掌子面变形的主要区域。同时提出应明确洞周变形控制点,细化埋深范围,依据不同的开挖方式划定不同的位移允许范围。     

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。     

浅埋偏压大断面隧道施工力学分析

针对某大断面公路隧道洞口浅埋偏压段采用CRD法进行施工,利用ANSYS有限元分析软件,对隧道的开挖过程进行了数值模拟,重点分析了地层的沉降、临时支护和初期支护的内力随开挖过程的变化情况。结果表明:采用CRD法施工,围岩应力呈不对称分布,以拱肩、拱脚和临时支护与永久支护结合处较大;深埋侧的拱肩、拱脚和地表的位移量都较浅埋侧大。     

厚层松散堆积体偏压隧道施工方法优化研究

由于穿越厚层松散堆积体浅埋偏压洞口隧道的围岩性质十分不稳定。因而选择合理的开挖工法对隧道安全施工极其关键。本文依托飞仙关公路隧道洞口工程,对中隔壁法、两台阶带临时仰拱法和两台阶预留核心土法三种施工方法进行比选,通过数值模拟,比较三种工况下的围岩塑性区和围岩位移。研究得出在洞口Ⅴ级围岩段宜采用两台阶预留核心土法施工;Ⅳ级围岩段宜采用两台阶带仰拱法施工。该研究成果可为隧道洞口工程施工提供一定参考。     

浅埋偏压隧道施工方案优化及受力变形特性分析

结合永吉高速毛坪隧道浅埋偏压段下穿高压线塔工程实例,提出环形开挖预留核心土加钢管桩施工工法。借助于FLAC3D有限差分软件对开挖方案进行施工过程模拟,分析隧道关键位置的受力与变形特性,并与传统环形开挖预留核心土法和CRD法进行对比,取得合理施工工法。然后针对偏压特性,对深浅埋侧的开挖顺序进行了对比。结果表明:(1)CRD法在施工前期效果较好,但整体效果不如环形开挖预留核心土法;(2)施加钢管桩对控制围岩变形,减小围岩应力方面效果突出;(3)先施工浅埋侧比先施工深埋侧相对偏于安全;(4)深埋侧整体应力值明显大于浅埋侧的,隧道存在整体侧移的趋势。     

浅埋偏压隧道洞口段合理开挖工序及受力特征分析

 浅埋偏压隧道洞口段为典型的三维问题,而且其初始地应力以自重应力为主,精确模拟实际地形和地层情况可以获得较为真实的初始地应力,增大计算结果的可靠性。利用FLAC3D程序对厦蓉高速公路贵州境内的老寨隧道浅埋偏压洞口段采用的施工过程进行三维仿真分析,比较环形导坑预留核心土法先开挖浅埋侧与先开挖深埋侧2种开挖工序,得到老寨隧道在采用不同开挖工序时各阶段围岩及支护结构的变形和应力变化情况;通过对比得到较优方案,并运用释放荷载法和主应力迹线法对开挖方案的合理性进行解释。最后,分析现场3个监测断面的量测成果,经过数据整理和计算得到老寨隧道洞口段围岩及支护的受力特征。所得结论可为老寨隧道及具有类似地质地形情况的隧道设计和施工提供技术参考。     

黄土隧道的开挖

本文介绍了采用台阶分部法——环行开挖预留核心土法在黄土隧道施工中的应用,重点分析了采用环行开挖预留核心土法的原因和理由,详细阐述了采用环行开挖预留核心土法施工黄土隧道的工艺流程及施工过程,最后笔者提出了在参与修建黄土隧道时应注意的几点事项,以供借鉴。     

软弱地层大断面隧道施工方案优化与施工技术

研究了软弱地层大断面隧道的基本力学特征,结合工程实例,探讨了软弱地层大断面隧道施工方案的优化措施,并对CRD开挖方法与三台阶七步开挖方法作了对比分析,指出三台阶七步开挖法在进度等方面具有明显的优势,应用前景广阔。     

海底隧道浅埋暗挖段CRD法不同施工工序比较

 在建工程厦门东通道(翔安)海底隧道是我国大陆地区第一座海底隧道,陆域浅埋暗挖段地质条件较差,多为全、强风化花岗岩,且含水量高、强度低,因而采用CRD法施工,该施工段围岩条件差、结构跨度大,且国外相同工程条件下可借鉴的经验也较少。据此,对该施工段采用现场监控和数值模拟2种手段,分析了不同施工工序各部开挖对拱顶下沉、水平收敛及结构内力的影响,2种方法所得结果吻合良好。研究结果表明,在此特定隧道围岩条件下,CRD1,2超前与CRD1,3超前相比,各施工部的开挖引起拱顶下沉量的比例基本相同,但前者所引起的CRD1,3拱顶下沉量分别高出后者约70%,45%,而CRD1的绝对收敛值约大于后者15%,结构内力也略大于后者。以上研究成果为隧道的信息化施工提供了依据,也为今后的相关工程积累了经验。     

广州永龙隧道浅埋暗挖段设计

介绍广州永龙隧道浅埋暗挖段的工程特点,采用空间有限元法对浅埋暗挖段进行力学分析,提出合理的隧道开挖和支护方案,同时针对浅埋暗挖段特殊的地质条件提出相应的施工注意事项。     

浅谈大窝山隧道进口段软弱围岩短台阶施工

结合大窝山隧道进口工程实例,介绍了大断面隧道软弱围岩采用短台阶七步流水开挖法进行作业的施工技术,并提出了质量控制要点,总结了七步开挖法施工的优点,从而使施工质量和施工安全完全处于可控状态.     

浅埋大跨度隧道施工过程地表沉降变形特征研究

 结合青州至临沭高速公路穆陵关隧道,对浅埋三车道大跨度隧道施工引起的地表沉降变形特征进行现场监测,探讨浅埋大跨度隧道的开挖方式,分析采用三台阶七步平行线流水开挖引起的隧道地表沉降变形特征。通过现场试验研究发现,在浅埋大跨度隧道管棚施过程中和开挖到达掌子面前方时,地表已经发生先行沉降位移。采用三台阶七步开挖法,影响隧道中心附近地表变形的关键步序分别为上、中台阶开挖以及下台阶和仰拱施做,处于左右洞之间的地表变形受到左右洞两次施工干扰,大于左右洞外侧变形。掌子面施工对地表沉降变形影响范围主要集中在掌子面之后的1倍洞径(D)范围内,距掌子面1D距离之后,其变形逐渐变缓,最终地表沉降变形分布呈现整体向优先开挖一侧的偏态性。采用三维连续介质快速拉格朗日元模拟隧道的施工过程,研究隧道地表沉降变形特征,其结果与现场监测所得结果具有较好的拟合性,所得结论对其他类似工程具有重要的借鉴意义。     

穿越地表建筑物浅埋隧道开挖引起的地表沉降

采用解析法研究穿越地表建筑物浅埋隧道开挖对地表沉降的影响,推导出了穿越地表建筑物浅埋隧道施工引起的地表沉降公式,依托广州地铁五号线右线区庄区间隧道穿越地表建筑物工程实例,验证了此方法的可行性,可为类似穿越已有建筑物隧道工程提供一定指导。     

膨胀土条件下隧道下穿既有地铁车站CRD开挖工法优化

为保证膨胀土条件下新建隧道施工和既有结构的安全,以合肥地铁5号线下穿既有地铁车站工程为依托,考虑膨胀土胀缩性及裂隙性等不良特性,对其采用了袖阀管注浆加固方法.基于CRD工法的开挖工序和循环步距提出了不同优化方案,并通过PLAXIS3D岩土有限元软件,模拟了计算隧道及周边地层的受力和变形,选择出了最优方案.该研究表明:不...     

上覆地表车载作用下群洞隧道动力响应研究

依托浅埋四孔小净距隧道工程实践,基于行车动载理论,建立了三维弹性半空间隧道振动分析模型,分析车速和载重等10种激励作用下隧道竖向位移及应力响应规律。结果表明,在不同激励力作用下中隔带路面沉降最大,影响范围至隧道拱腰 拱脚位置,呈倒槽型分布,且4条隧道均在拱顶出现位移峰值,峰值随载重大致呈线性关系,车行及人行隧道位移曲线近似呈镜面对称的“漏斗型”曲线和渐变曲线。隧道最大主应力峰值主要分布于左、右拱肩,主应力峰值随载重大致呈线性关系。车行及人行隧道主应力近似呈镜面对称的不规则“双峰型”曲线和渐变曲线。公路下穿段范围隧道位移及主应力变化速率较大,但车速对隧道竖向位移及主应力影响并不明显,载重是关键影响因素。结合分析结果,给出了监控加密部位、交通管制及加固措施等建议。     

交叠隧道相互影响性研究

随着隧道邻近建筑物施工的增多,如何确保邻近建筑物与隧道结构物交叉段的安全成为施工中的难题。采用三维有限元方法,对具有横洞隧道下穿既有隧道进行模拟和分析。研究表明,当新建隧道下穿既有隧道时,二者相互“吸引”,既有隧道沉降沿自身轴线呈“拱形”曲线分布,且受力增大,远离交叉段影响逐渐减小;横洞开挖对主洞的影响表现为交接处拱顶、拱腰受力增加,下沉量增加,周边收敛减少,出现应力集中现象。研究成果对具有横洞的交叉隧道的安全施工有一定的指导意义。     

复杂硐室交叉口转向挑顶施工力学行为研究

长大隧道的辅助坑道与正洞交叉段施工工序繁多,围岩易受到开挖扰动,进而产生失稳破坏。以伏牛山隧道为工程背景,借助有限元软件PLAXIS3D构建三维数值模型,模拟了辅助坑道进入正洞的施工过程,研究了小导洞转向挑顶施工及正洞反向台阶法开挖的施工力学行为与三维空间效应,分析了施工过程中围岩应力、拱顶沉降、洞周横向收敛位移及围岩塑性区演化规律。结果表明:横向通道交叉口段施工会导致交叉口附近风机房正洞围岩产生应力重分布,在正洞拱顶及右拱腰处形成拉应力,沿风机房纵向影响范围约为1倍洞径; 风机房拱顶最终沉降量为3.7～3.9 mm,在交叉口及其附近,以小导洞爬坡挑顶阶段和风机房正洞反向开挖通过时引起的拱顶沉降量最大,小导洞转向挑顶施工引起的拱顶总沉降量相对较小; 联络通道左侧进洞使得正洞左侧横向位移增加,进而导致正洞左右两侧横向位移呈现不对称分布; 交叉口处联络通道与风机房产生了连续的塑性区,塑性点主要在开挖侧壁,拱腰处最为集中,向上延伸至拱肩,拱脚处向下发展至一定深度; 针对小导洞扩挖施工过程中交叉口、上台阶侧壁、底面出现的少量受拉破坏点,施工中应对这些部位予以重点关注,及时施作初期支护,防止局部掉块。