基于回归正交试验的高地应力TBM隧道变形影响因素敏感性研究

依托某国家重点铁路工程隧道穿越高地应力TBM施工段,通过精细化三维数值模拟与回归正交试验相结合,运用多元线性回归方法对试验结果进行研究,分析不同支护因素的敏感性并判明其对控制围岩变形起到的利弊作用,同时得到该试验的一次回归方程,为结构优化提供快速计算公式,以此来调整参数,优化支护结构。一次回归正交试验选取短锚杆长度、长锚杆长度、钢拱架间距、锚杆环向和纵向间距、喷射混凝土等级与地应力水平作为研究影响因素,采用L8(27)正交表,不考虑交互作用进行回归正交试验,计算常数项与各偏回归项系数,建立回归方程,对试验结果进行方差分析与失拟性检验。检验结果表明:因素地应力水平F值大于F0.001,地应力水平对围岩变形起到决定性影响,短锚杆长度、钢拱架间距与锚杆纵向间距的F值均大于F0.025,其均对控制围岩变形有显著影响;所建立的回归方程显著,失拟性检验不显著,回归方程具有较好的拟合程度。在设计施工时首先应考虑采取措施释放地应力,其次在选取支护参数时应将短锚杆长度、钢拱架间距与锚杆纵向间距纳入重点考虑内容。

敞开式TBM穿越高地应力隧道支护优化研究

依托国家重点铁路工程雅林段孜拉山隧道穿越高地应力TBM施工段,通过精细化三维数值模拟,分析在高地应力条件下,不同支护体系对围岩变形、塑性区深度、支护结构受力情况的影响规律。研究结果表明,在高地应力条件下,围岩的超前变形在总变形量中占比较高;较早的施作刚性较大的支护,支护结构所受压应力过大,进而导致初期支护的变形与破坏,降低施工安全性。选用超前支护、多次喷混凝土与长短锚杆相结合的支护体系,与原有施工方案相比,较好地控制了掌子面前方岩体超前变形,减小了围岩总变形量,降低了支护结构的应力水平,提高了围岩及支护的稳定性。

考虑动态效应的隧道“零刷坡”顶进法进洞施工全过程数值模拟

顶进法数值模拟研究中,均采用静力学模拟方法,未见顶进法进洞全过程动态顶进模拟。采用显式动力学方法模拟了顶进法进洞动态全过程力学响应,对比了隐式静力学和显式动力学方法模拟结果,证明显式动力学结果可靠;并对显式动力学方法进行了进一步研究,在计算过程中使用基于时间和空间的单元删除算法,解决了ABAQUS显式动力学不能模拟开挖的问题。模拟结果表明,显式动力学方法可有效模拟顶进法进洞施工过程。综合顶进力大小、经济性和施工效率,顶进法进洞施工可不进行注泥浆减摩。推导了洞口带有坡度情况下的顶进力理论公式,较好地反映了洞口坡度对顶进力的影响。

手掘式顶进法进洞施工顶进力计算与后背结构力学特性

顶进法施工中,顶进力的计算尤为重要。对于进洞施工埋深随顶进距离变化(洞口有一定坡度)的情况,尚未有相关理论公式,推导了洞口带有坡度情况下的顶进力理论计算公式,并与模拟结果进行对比,结果表明推导的顶进力理论计算公式较为准确,反映了洞口坡度对顶进力的影响。对3种不同的后背结构型式受力变形特征进行了模拟计算,结果显示连续墙+钢筋混凝土墙效果最好,连续墙+钢架次之,摩擦桩+钢架最差,采用连续墙+钢架后背结构时需着重注意钢架与连续墙的连接型式。

富水岩溶隧道涌、积、排水过程结构稳定性分析

以华丽高速控制性工程营盘山隧道2#斜井工区主洞涌积水为工程背景,运用数值模拟方法研究隧道涌水前后、不同积水时间及分阶段排水过程中隧道围岩稳定性特征。结果表明:涌、积、排水各阶段中积水阶段围岩稳定性最优;隧道积水时长对围岩和初支稳定性影响较小;斜井与主洞交叉连接处围岩所受压应力以及变形值在涌水发生后至排水完成期间均为隧道各处最大;排水后隧道稳定性明显降低,围岩塑性应变值增加显著,约比排水前增加385%。