不同侧覆土厚度条件下连拱隧道的偏压特性研究

起凤山隧道进、出口浅埋偏压严重,上覆土层较薄,稳定性差,开挖扰动后上部土层易发生滑动.后行洞开挖时常会出现围岩变形过大、坍塌、失稳等安全事故.本文结合现场连拱隧道的地质条件和围岩的力学特点,采用理论分析和数值模拟方法对开挖后连拱隧道埋深、侧覆土层厚度与围岩应力和位移的变形规律展开研究,研究结果表明:隧道在竖向方向受到的偏压应力随着埋深的增加而减小,埋深越浅其偏压作用越明显,当埋深超过20 m后偏压作用的偏压应力增加量逐渐减小.对不同侧覆土层厚度的隧道开挖引起的岩体竖向变形特性进行分析,结果表明:竖向位移随侧覆土层厚度的增加逐步减小,当侧覆土厚度超过21 m时,竖向位移受侧覆土厚度的影响较小,基本只受围岩本身岩土性质的影响.

基于MIDAS/GTS NX的偏压隧道施工阶段围岩稳定性数值模拟研究

文章结合辽宁某隧道的工程实际,采用MIDAS/GTS NX有限元方法对不同侧覆土厚度下偏压隧道围岩拱顶沉降的时空演化规律进行研究,研究结果表明:当侧覆土厚度较小时,隧道最大沉降位移发生在左拱肩位置处,当侧覆土厚度较大时,偏压隧道的最大沉降位移由左侧拱肩处逐渐向拱顶转移,隧道的整体位移逐渐由倾斜方向转变为竖直方向,近似呈水平对称分布;在开挖20 d内,隧道拱顶围岩表现为加速变形,在开挖20~45 d内,拱顶沉降变形曲线逐渐趋缓,在开挖45 d以后,拱顶沉降曲线基本呈水平直线状,曲线斜率几乎为零,且随着侧覆土厚度的逐渐增大,拱顶沉降逐渐增大;在监测断面后方25 m处,监测断面2的拱顶沉降值为零;随着掌子面向前掘进,当开挖至监测断面2时,拱顶沉降值陡增;当掌子面超过监测断面后,监测断面2的拱顶沉降值继续增大,但增幅开始减小;当掌子面距监测断面前方50 m时,拱顶沉降值继续增大,曲线斜率继续趋缓,并最终趋于稳定,同一监测断面拱顶沉降值呈逐渐增大趋势,但曲线斜率表现为由增大到恒定再到减小的变化规律。

偏压隧道施工阶段的围岩稳定性数值模拟研究

针对海棠山隧道在建设过程出现的偏压情况,文章以海棠山隧道为工程背景,采用MIDAS/GTS NX有限元方法对不同侧覆土厚度下偏压隧道围岩稳定性进行数值模拟研究,分析偏压隧道围岩的位移场、应力场及塑性区随侧覆土厚度的变化规律。研究结果表明:随着侧覆土厚度的逐渐增大,隧道最大拱顶沉降位移逐渐由左侧拱肩位置转移至隧道拱顶中心位置,最大拱底隆起位移逐渐由右侧拱底位置转移至拱底中心位置,最大水平位移逐渐由右侧拱肩位置转移至右侧拱腰位置处,且隧道逐渐从滑坡带内转移至滑坡带以外;最大主应力逐渐由左拱肩和右拱底处向隧道中心转移,隧道周围应力由不均匀分布转变为均匀对称分布,最大剪应力与最大主应力分布规律基本一致,只是最大值与最小值位置互换;隧道周围岩体的塑性区逐渐减少,且在侧覆土厚度较小(t=5 m)时,塑性区基本分布在滑坡带内。