山岭隧道开挖应力释放率研究

在隧道开挖与支护过程的数值分析中,确定隧道开挖应力释放率是比较困难的一个问题。本文通过数值模拟方法,分析了围岩等级、开挖形状、开挖尺寸、隧道埋深以及侧压力系数等5个因素对隧道开挖应力释放率的影响程度。结果表明:影响开挖应力释放率的主要因素为围岩等级,并得到不同等级围岩隧道开挖应力释放率取值范围;其余4个因素对开挖应力释放率影响相对较小,为次要因素。因此,在数值模拟隧道开挖时,可以主要依据围岩等级来确定隧道开挖应力释放率。     

隧道大跨段施工围岩变形及受力特征分析

以重庆樵坪山隧道大跨段为研究对象,应用有限元法,对CD法(中隔壁法)和双侧壁导坑法两种隧道开挖工法进行数值模拟研究,对比分析了两种不同开挖工法条件下,隧道围岩竖向位移、应力分布以及支护结构受力特征.结果表明,采用双侧壁导坑法进行隧道施工开挖,其拱部沉降要低于CD法,双侧壁导坑法的拱顶最大沉降和最大上鼓比CD法分别低57...     

浅谈微台阶开挖工法在黄土隧道中的应用

隧道开挖的方法多种多样,可根据不同的地质条件、安全因素、施工造价及施工进度等方面选择。微台阶开挖法是一种新型的开挖工法,它是由台阶法演变而来的,主要是在台阶长度上进行了优化,以某山岭隧道施工为例,从微台阶开挖法施工原理、施工工艺、施工优缺点、施工注意事项进行了介绍,并通过对微台阶施工工法与三台阶施工工法功效分析,得出了微台阶施工工法具有应用范围广、封闭成环快的特点,降低了隧道塌方、软岩大变形的安全风险。     

贵阳地铁2号线下穿铁路桥三维数值模拟分析

文章以贵阳地铁2号线下穿既有川黔铁路桥为工程背景,运用FLAC 3D有限差分软件,分析了在不同应力释放率的情况下,隧道下穿施工对桥梁沉降和拱圈应力的影响,提出了相应的位移和应力控制要求,为隧道安全施工提供依据。研究表明:隧道开挖时围岩压力释放率越大,铁路桥产生的沉降越大,且桥体沉降随着与隧道开挖面的距离增加而减小,桥梁拱圈基本以受压为主;对比不同围岩压力释放率下的桥面沉降和拱圈应力,按设计方案施工时,隧道围岩压力释放率约为70%。实际施工时,围岩压力释放率应通过观察桥梁沉降获得;建议采用隧道左右线掌子面错开施工,及时施作初期支护等措施来保证既有铁路桥的运营安全。     

流变岩体中任意形状隧道分部开挖响应的理论解

针对流变岩体中任意断面形状隧道的任意复杂分部开挖问题,根据复变函数理论结合Laplace变换建立黏弹性位移、应力与复位势之间的关系,给出了各施工阶段力学响应(位移与应力)理论解的一般求解方法和解答。从解答可以看出,各步增量位移是新开挖边界处释放面力作用下的流变位移与之前所有各施工步边界释放面力在本步时段中的增量流变位移的和,与施工路径相关。以圆形断面隧道分两阶段(从半圆形到圆形)任意分部开挖为例,导出了各步开挖过程围岩位移与应力的解析解。为验证解答的正确性,针对圆形断面上下开挖方式,将理论结果与有限元结果进行了对比,两者一致。利用解答对上下开挖、右左开挖两种方案下圆形隧道的位移、应力分布特点进行了分析。根据本文方法,可以得到任意黏弹性模型岩体中,复杂孔型任意分部开挖过程的解答。依据解答可建立快速预测系统,给出更方便、快捷地进行相似工程条件下初步设计的可选方法。     

非静水压力场中考虑应力释放的圆形隧道黏弹性解

在非静水压力场中考虑应力释放的圆形隧道弹性解基础上,先利用对应性原理求解应力释放率λ为常数时隧道的黏弹性解。然后考虑到施工过程中应力逐步释放,隧道内壁(r=R0)处边界条件随开挖面和研究断面之间距离x变化,距离x取决于掘进速度v和时间t,从而边界条件可以表示为时间t的函数。采用斯蒂尔杰斯积分法将常应力释放率时黏弹性解中的λFi(t)(i=1～11)转换为Fi(t)对应力释放率导数dλ(t)的积分形式,可得非静水压力场中考虑应力释放的圆形隧道黏弹性解。该解在侧压系数k0=1时,可转化为静水压力场中考虑应力释放的黏弹性解;在λ=1时,可以转化为非静水压力场中不考虑应力释放的黏弹性解,所以后2种解均为非静水压力场中考虑引起释放圆形隧道黏弹性解的特例。考虑非静水压力场,求解边界条件能较好地反应工程实际中原岩应力分布;考虑应力释放能够反应隧道掘进过程中围岩应力及变形分布情况。故所提出的黏弹性解能够为隧道设计、施工阶段及长期变形及稳定性预测提供理论依据。     

高应力硬岩隧道开挖施工技术及其数值分析

蒙华铁路桐木隧道为高应力硬岩隧道段,该隧道为单线单洞隧道,埋深深,施工时易产生变形、岩爆等施工风险。基于上述特点,提出全断面施工工法,提前打应力释放孔或做好超前摩擦锚杆支护,用短进尺掘进,减少爆破频率,喷射混凝土,并辅助其他工法进行超前支护和加固,从而在很大强度上降低岩爆频率和岩爆强度,采用弹塑性有限单元法对隧道施工全过程进行了数值模拟。结果显示:高应力硬岩隧道采用全断面开挖法辅以超前支护法可有效地控制隧道变形和隧道岩爆。施工方案是合理可行的,数值模拟计算结果与现场测试结果基本吻合,可为类似隧道工程提供参考。     

富水地层中重叠隧道施工引起土体变形研究

重叠隧道施工易产生隧道结构不稳定和地层变形等问题。重叠隧道富水地层施工时,土层开挖应力释放和地下水渗流共同作用使得地层和隧道变形问题显得更加突出,增加了施工难度。以深圳地铁5号线重叠隧道为背景,采用数值方法研究了开挖应力释放和渗流作用在重叠隧道施工不同阶段对隧道结构和土层变形的影响,得到富水地层重叠隧道施工土层变形规律,同时提出了控制地层变形措施。重叠隧道下洞施工时,采用设置超前注浆支护能有效控制开挖应力释放引起拱顶沉降,开挖完成后隧道拱顶在渗流作用下沉降稳定,而隧道上覆土层因失水固结产生较大工后沉降,同时地表沉降槽深度和半径在渗流作用下不断增大;为避免下洞隧道在渗流作用引起上洞隧道整体沉降,上洞在下洞施工引起土体变形稳定后进行施工。上洞开挖应力释放引起较大地层沉降,开挖应力释放引起较大地层沉降,渗流因素引起地层工后变形较小,地表沉降槽深度迅速增大而影响半径保持稳定。     

超大断面小净距隧道工法适用性研究

超大断面小净距隧道往往处于洞口段,具有地质条件差、工序多、干扰强等特点。施工中分部过多会影响工效、分部过少易导致失稳,所以合理的开挖工法至关重要。依托济南绕城高速连接线大岭隧道工程,采用数值分析、现场实测方法对半步CD法、CD法和双侧壁导坑法三种可能的开挖工法进行适用性比选研究。以拱顶沉降、夹岩水平位移、夹岩应力为指标对不同工法的施工力学行为进行分析,发现大岭隧道后行洞施工对先行洞产生影响,不同工法的影响程度排序：半步CD法>CD法>双侧壁导坑法。但半步CD法影响程度并未显著高于CD法和双侧壁导坑法,其增加量最大为12%,现场可采用半步CD法进行施工。最后钢架应力、位移等监测数据表明：半步CD法可以保证工程安全、缩短工期、降低成本,是三种工法中最适用的工法。半步CD法的使用产生了较好的经济效益和社会效益,可为类似地质条件下超大断面小净距隧道的设计和施工提供技术指导。     

超大断面隧道工法转换段支护结构受力特性分析及安全性评价

超大断面隧道钻爆法施工时,采用单一的开挖方法很难满足隧道安全、快速、经济施工的要求。目前国内外大断面隧道钻爆开挖工法转换这方面的理论研究及工程经验的相关文献较少,不同开挖工法之间的转换具有很大的主观性与经验性,选择不当或转换不及时很容易造成施工进度缓慢、工期延误,严重时甚至会导致隧道发生塌方事故,因此,开展高速公路隧道钻爆开挖工法转换技术具有重要的工程应用价值。文章使用FLAC~(3D)有限差分软件建立双侧壁导坑法向三台阶七步开挖法模型,通过分析两种工法及转换段隧道支护结构内力、安全系数等评判指标,成功实现两种工法的转换,为超大断面隧道施工提供相关借鉴价值和科学依据。     

紧邻建筑物的浅埋隧道开挖施工方案仿真分析

以重庆轻轨6号线小什字车站区间隧道为例,利用FLAC3D软件建立了由建筑物造成的浅埋偏压隧道计算模型;运用有限差分数值方法对三种不同开挖施工方案进行了数值仿真,得出了浅埋、偏压隧道围岩的地层变形与塑性区的分布受开挖施工先后顺序影响较大.研究结果表明,采用CD法开挖小什字浅埋偏压隧道,首先开挖右导坑是不适宜的;实际施工采...     

基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站关键工况控制措施研究

 北京地铁14号线将台站基于大直径单洞双线盾构隧道采用PBA工法扩挖形成。以地铁将台站作为工程背景,根据实际施工工序,分析了PBA工法扩挖大直径盾构隧道建造地铁车站的关键工况。利用“地层-结构”相互作用有限元法,模拟开挖过程,着重研究了盾构隧道两侧中洞非对称开挖和两侧K管片非对称拆除这两个关键工况的结构体系受力转换规律。结果表明：由于两侧中洞的非对称开挖扣拱及两侧K管片的非对称拆除,导致中洞初期支护、管片以及中隔墙的应力分布呈现非对称状态;管片环的最大主应力由压应力变为拉应力;中洞拱部初期支护最大主应力出现在一侧的K管片拆除后;在中洞开挖阶段,中隔墙最大主应力出现在一侧中洞开挖后;在K管片拆除阶段,当一侧的K管片拆除后,中隔墙承受偏压,两侧的K管片均拆除后,中隔墙的偏压现象消失,此时中隔墙主应力最大。表明在两侧中洞非对称开挖和两侧K管片非对称拆除工况下,中隔墙承受明显的偏压。根据数值模拟结果和管片拆除试验段的中隔墙应变监测结果,针对“中洞支护参数、中洞开挖方法、K管片拆除方法”等设计方案进行了优化,以确保车站扩挖施工安全和车站结构安全。     

扁平特大断面公路隧道核心土模拟与分析

破碎围岩段大断面隧道施工时,较多采用双侧壁导坑法,预留核心土对在开挖过程中隧道的围岩变形和支护受力有很大影响,对隧道围岩稳定性起着至关重要的作用.文章依托广州龙头山单向4车道公路隧道,对扁平特大断面公路隧道在破碎围岩段采用双侧壁导坑法开挖时,预留核心土厚度的区别和开挖方式的不同进行了有限元模拟,分析了围岩应力、围岩塑性区、拱顶沉降、二衬和核心土临时支护的内力,得出了核心土的合理厚度及较为合理的开挖方式.结论对扁平大跨隧道的设计和施工具有指导意义.     

地铁联络线洞室群施工安全性分析

为了分析地铁联络线洞室群施工的安全性,依托徐州地铁2号线中心医院站-淮塔东路站区间段施工工程,采用有限元的分析方法,建立了横通道竖井开挖段的数值计算模型,设置了5种不同的区间隧道开挖进洞的施工工况,分析了横通道两端5个洞室采用不同的开挖进洞顺序施工时对横通道和周边环境的影响,提出合理安全的区间隧道的施工进洞顺序,同时也对横通道两侧的开挖段进行了分析,得出D型断面开挖进洞施工对整个横通道竖井开挖段的影响最大,并指出了各区间隧道开挖进洞时横通道段的不利位置,最后将相应监测点处的模型计算结果与现场监测资料对比分析,验证了模型的正确性。     

复杂地质条件下大埋深隧洞衬砌与围岩协同作用#br# 物理模型试验研究

围岩-支护协同作用是地下工程支护结构设计的核心问题,关乎着地下工程建设的成败。为揭示深埋隧洞围岩与支护结构协同作用机理,以滇中引水最大埋深约1512m的香炉山隧洞为研究背景工程,首次开展复杂地质条件下深埋隧洞衬砌与围岩协同作用真三维地质力学模型试验,真实再现隧洞开挖与支护的施工全过程。模型试验研究表明：1）不同地质条件下隧洞围岩的应力释放过程不同,硬岩隧洞围岩应力释放速率先慢后快,软岩隧洞应力释放速率先快后慢;2）不同地质条件下隧洞衬砌与围岩接触压力的分布形式不同,硬岩隧洞最大接触压力位于拱肩,软岩隧洞最大接触压力位于拱顶;3）衬砌与围岩协同作用包括两种应力释放机制、3个施工阶段和4种承载状态;4）不同地质条件下隧洞衬砌施作后围岩和衬砌承担的荷载比例不同,硬岩隧洞围岩平均承担约85%的荷载,衬砌约承担15%的荷载,软岩隧洞围岩平均承担约25%的荷载,衬砌承担约75%的荷载。     

盾构法和浅埋暗挖法结合建造地铁车站的模型试验

 针对目前国内区间盾构施工和车站施工工期矛盾的问题,提出盾构法和浅埋暗挖法结合建造地铁车站的新方案。通过1∶10大比尺模型试验研究,介绍模型地层、开挖方案和支护方案的模拟,比较真实地再现新型车站的施工过程。得到盾构管片应变、收敛变形和洞周土体变位在整个车站施工过程中的变化规律。试验结果表明在模型地层构造和地应力的条件下,采用试验中的施工开挖方案和支护方案能够保证车站洞室在整个施工过程中的安全稳定,证明提出的新型车站施工技术是可行的。     

基于经济安全系数比的隧道穿越超浅埋大偏压段方案优化研究

在黄土高原地区,由于沟壑众多,在隧道选线过程中出现了一种最不利的地形条件,即隧道需穿越超浅埋大偏压地段。为了研究其经济、安全、可靠的穿越方案,提出经济安全系数比的概念及计算原理。对隧道穿越超浅埋大偏压段的方案先进行设计,然后采用有限元强度折减法和相关定额计算出各方案的经济安全系数比,并结合数值模拟方法对3种典型穿越方案下的隧道围岩应力、洞室变形和初期支护应力等进行计算分析。经过综合对比,得出按反压法设计的穿越方案最优。该方案既有利于超浅埋大偏压隧道的整体稳定,又有利于减少工程造价。     

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。     

引水隧洞开挖释放荷载模拟方法的对比研究

岩体工程开挖后的应力调整和变形与施工的具体方法和时空间效应相关,对于开挖边界等效释放荷载的模拟问题,常用的方法有应力释放法和参数弱化法。总结了应力释放法和参数弱化法两种方法的原理和优缺点,考虑在无渗流场和渗流场的两种情况,对一典型引水隧洞开挖问题中释放荷载的模拟,分别采用上述方法进行数值计算和对比分析,并采用其中的应力释放法应用于锦屏深埋引水隧洞施工开挖围岩稳定分析。分析结果表明,等效荷载释放率相同时,无渗流场情况和有渗流场情况均为应力释放法对隧洞周边应力扰动最大,应力释放法和参数间接弱化法计算结果较为相似,直接参数弱化法计算结果与二者相差较大;锦屏隧洞在实际开挖时应该采取措施控制水平方向的等效荷载释放,实际开挖工程中的同一断面不同位置的荷载释放会存在差异,将影响最终开挖损伤区的范围和损伤程度。