深埋四孔小净距隧道围岩压力的计算方法

随着工程建设的不断发展,隧道开挖孔洞数量增多的同时,多孔洞隧道相应围岩压力计算理论并不完善.针对四孔小净距隧道,以普氏理论为基础,参考已有研究中的荷载计算模型,结合四孔隧道位置特征,将深埋四孔小净距隧道计算荷载简化,综合考虑隧道开挖顺序与中岩柱所发挥作用,提出深埋条件下的围岩压力计算方法,利用该方法,结合余姚市某四孔公路隧道进行计算,并分析隧道间净距、隧道开挖跨度与中岩柱承载能力对围岩压力的影响规律.结果表明:隧道净距会影响隧道围岩压力附加承载拱的形成,净距越大各隧道偏压程度越弱,且两中洞间净距的变化对隧道整体围岩压力的影响较大;当隧道间净距不变时,增大隧道开挖跨度,隧道洞室所承载围岩压力逐渐增大,且内侧竖向围岩压力变化均强于外侧;围岩承载能力越强,相同中土柱厚度条件下隧道开挖相互影响越小,其分担来自隧道上方附加平衡拱内松散围岩压力的效果越好,隧道支护结构所承受围岩压力越小;四孔小净距隧道中洞间距的变化对隧道整体围岩压力的影响较大,隧道偏压特性随间距的增大而逐渐减小.

不同跨径小净距隧道管棚超前支护机理与变形控制

以新疆乌尉高速公路上新光隧道工程为依托,对不同跨径软弱围岩小净距隧道超前支护力学特性进行研究。采用有限元软件MIDAS GTS NX建立有无管棚超前支护两种工况下隧道模型,分析不同开挖阶段管棚弯矩的分布规律以及两种工况下隧道拱顶沉降、初期支护应力及围岩塑性区的变化规律。结果表明:在隧道开挖过程中,掌子面处管棚受力较大,支护稳定后受力较小且较为均匀;管棚超前支护工况下累计拱顶沉降左洞为2.83 mm、右洞为6.74 mm,相较无超前支护,左、右洞拱顶沉降分别减少了34.64%和32.26%;布设管棚后衬砌最大主应力降低14.13%,围岩最大塑性应变减少了28.48%。采用管棚超前支护措施进行洞口段开挖能提高围岩稳定性,控制围岩变形,可为类似工程提供指导借鉴。

偏压小净距隧道初期支护施工力学研究

为研究不同施工顺序下偏压小净距隧道初期支护及周边围岩的稳定性,采用有限元法进行数值模拟,结合初期支护内力、围岩变形和塑性区范围的计算结果进行比较分析,得到隧道周边围岩的变形原因及规律,提出以隧道间土体受力状态为主要依据进而确定施工顺序的结论,为类似隧道工程提供参考依据。

3洞小净距隧道群近距离下穿既有地铁施工技术研究

针对小净距隧道距暗挖工程近距离下穿既有地铁线路、建筑物等重要构造物,依托广东省深圳市皇岗口岸3洞小净距隧道群下穿既有地铁DK35+170—DK35+420项目,介绍上下台阶法施工、双侧壁导坑法施工和格栅钢架焊接形成对拉锚杆施工技术。通过改进施工方法降低对既有构造物扰动,对既有隧道和新建隧道结构变形和地层损失率规律分析,形成了3洞小净距隧道群下穿既有地铁技术施工体系,并为相似隧道下穿工程提供工程经验和技术指导。

非对称小净距隧道近接施工对既有隧道稳定性的影响

为了研究非对称小净距隧道近接施工对既有隧道稳定性的影响,依托福州某非对称小净距隧道拓宽改造工程,运用离散元数值模拟软件,采用衬砌附加应力、围岩附加变形等指标,探究了非对称小净距隧道开挖与支护对既有隧道稳定性的影响。结果表明:新建隧道在未及时支护工况下,既有隧道在拱顶与中夹岩墙部位属于强影响区,变形量较大,易导致既有隧道二衬大面积开裂,地表边仰坡失稳;在及时支护工况下,中夹岩墙竖向监测点整体位移量为22 mm,水平位移量为10 mm,两者变形量处于合理范围;既有隧道边仰坡下沉量为30 mm,需对既有隧道边仰坡进行加固处理。新建隧道开挖导致处于稳定状态的衬砌应力发生变化,未及时支护条件下既有隧道边墙衬砌应力增加最大,会增加既有隧道失稳的风险,且中夹岩墙内多数锚杆会失效;及时支护工况下既有隧道拱顶部位增加量最大,开挖时需实时监测既有隧道拱顶部位变形量。

连拱小净距隧道爆破施工设计与优化

以新民隧道某连拱小净距隧道工程为例对连拱小净距隧道工程爆破施工的设计和优化进行探索。该隧道地质条件复杂,工程要求严格。针对该隧道特殊条件,在钻爆法开挖进行了爆破施工设计方案的优化,并探讨了爆破振动的校核与控制方法。通过对不同围岩条件的爆破方案优化,降低爆破振动对隧道稳定性的影响,为该工程施工提供了技术支持。

考虑底部隆起的浅埋双侧偏压小净距隧道围岩压力计算分析

为研究浅埋双侧偏压小净距隧道在开挖后底部隆起变形的围岩压力情况,采用极限分析上限法构建隧道破坏模式,推导了M-C准则下围岩压力计算式。运用Matlab软件,根据约束条件,求解围岩压力的最终解,将计算值与规范结果进行比较,验证所推公式的可行性,并分析推导公式中围岩压力与各影响参数间的联系。结果表明:随着隧道侧部和底部支护力系数、岩土体粘聚力和内摩擦角不断减小和隧道埋深不断增大时,围岩压力不断增加。当地表处于倾斜时,隧道两侧围岩压力明显不同,即随倾角的增大,隧浅埋侧围岩压力逐渐减小;但深埋侧则相反。这为浅埋双侧偏压小净距隧道的开挖、支护提供一定的理论指导建议。

偏压小净距隧道开挖方式优化的研究

为研究不同开挖方式对偏压小净距隧道的影响。本研究以重庆杨家坪隧道工程为依托,运用MidasGTS NX软件对其建立有限元模型,研究偏压小净距隧道的不同开挖方式在中岩墙加固前后对围岩应力、拱顶沉降和仰拱隆起等方面的影响。研究结果表明:对小净距隧道的中岩墙进行注浆加固,提高了土体强度,避免了中岩墙错动。在小净距隧道中岩墙开挖的各种方法中,采用CD法开挖的水平位移、拱顶下沉和仰拱隆起均优于CRD法和环形开挖留核心土法的。采取CD法开挖偏压小净距隧道可有效减小后行洞开挖对先行洞的影响。

浅埋偏压小净距隧道施工工法影响研究

合理确定软弱破碎岩体条件下浅埋偏压小净距隧道的开挖方法是保证隧道顺利施工和后期安全运行的重要保证,以都安高速公路T29合同段林场隧道开挖工程为研究背景,利用有限差分软件FLAC3D对CD法和三台阶七步法进行数值模拟比较,分析不同工法隧道施工过程对其自身结构及周边围岩的影响。结果表明,采用CD法施工可以显著减少拱顶沉降及地表沉降,更有利于中夹岩柱的稳定性。研究成果可为今后类似工程提供借鉴。

浅埋大跨小净距隧道断面形态及合理间距的优化研究

对于大跨度小净距隧道而言,合理扁平率及双洞间距的设计对于节约成本,提高隧道线型规划具有至关重要的作用,因此,优化大跨度小净距隧道的扁平率及其间距是隧道设计施工面临的关键问题。利用大型有限元分析软件ABAQUS的标准设计语言Python编程,对某拟建大跨度小净距隧道不同扁平率及其间距进行参数化设计;采用精确罚函数法以及Nelder-Mead优化算法相结合的有限元优化分析计算程序,以隧道开挖面积、围岩塑性区、地表沉降和拱顶下沉等作为优化目标值,对建立的参数化模型进行计算,提出依托工程条件下扁平率及间距的最优组合。研究方法和成果对推动大断面小净距隧道的发展和应用具有重要的现实意义。

水下浅埋暗挖小净距隧道安全贯通的力学行为与施工措施

长沙市浏阳河公路隧道是一座水下浅埋暗挖小净距隧道,从河两岸对头施工,四洞在河底两两先后贯通时,不仅要考虑四洞施工的相互影响,还要考虑水渗流的影响,施工风险高。结合数值模拟与现场实测,首先比较了4种贯通方案以选择最优方案,然后研究了关键部位在贯通过程中的力学性状并提出了相应的施工措施,最后分析了贯通效果与贯通后的延续影响。结果表明:应采用两贯通处纵向间隔23 m、先后单向施工到贯通处的贯通方案;贯通处岩柱的最大压应力出现在岩柱底部,贯通处岩柱呈现顶窄底宽的楔形状态有利于岩柱受力;在贯通时,不用施作临时支护,应快速将隧道上台阶贯通处岩柱从上至下一次性全挖掉后施作初衬;应关注河床沉降的变化;隧道贯通力学行为对于围岩应力场与渗流场的影响具有时间效应;隧道安全贯通而且贯通的效果较好。所得结论可为类似高风险水下隧道的安全贯通提供参考。

浅埋小净距隧道掘进爆破引起的地表振动特性模拟分析

基于隧道钻孔爆破时岩体的破坏过程及应力波传播特性,提出了能用于快速计算模拟爆破地震场的等效荷载施加方法。采用等效荷载施加方法对重庆双碑隧道浅埋段掘进爆破时的地表振动进行了数值计算,并将数值计算结果与现场实测振动数据对比分析,验证了该等效荷载施加方法用于模拟计算地表爆破振动特性的可行性。最后,通过计算浅埋小净距隧道两侧隧道掌子面处于不同位置关系时的地表振动情况,得到非主爆隧道开挖后形成的空洞区将对其上部的地表振动强度具有一定的放大作用,且放大倍数与该隧道掌子面同主爆隧道掌子面间的位置相关。

双洞小净距隧道施工控制要点

在现行的隧道设计施工规范中,还没有明确规定小净距隧道的设计、施工规程。文章结合工程实例介绍了小净距隧道的开挖顺序和围岩支护加固方式,以及中央岩柱加固、监控量测等关键工序,对小净距隧道施工质量的控制作了初步探讨。

3洞小净距隧道围岩压力计算方法

针对3洞小净距隧道围岩压力计算问题,基于普氏平衡拱理论,将围岩压力看作单洞隧道的基本压力与相邻隧道开挖引起的附加压力之和,提出适用于3洞小净距隧道的围岩压力计算方法;根据该计算方法研究不同岩柱厚度、开挖跨度和开挖高度对围岩压力的影响规律,并将该计算方法应用于确定八达岭长城站3洞小净距隧道围岩压力。结果表明:随着岩柱厚度的增加,围岩压力不断减小,当岩柱厚度达到某一值时,围岩压力与单洞隧道相同;岩柱厚度、边洞跨度和中洞高度变化影响整体围岩压力,中洞跨度和边洞高度仅影响各自单洞围岩压力;3洞小净距隧道的最优开挖顺序为"先边洞、后中洞",中洞围岩压力大于边洞,应力值最大点为中洞顶部。施工中应注意中洞围岩稳定,采取有效的措施对岩柱区域进行加固。

地表荷载对浅埋非对称小净距隧道的影响分析

为获得浅埋非对称小净距隧道在地表荷载作用下的地表沉降、拱顶下沉和支护应力在施工过程中的变化特征,依托重庆渝中连接隧道工程为依托,采用二维数值分析方法,分析了地表荷载位于小隧道正上方、大隧道正上方及均布于大小隧道上方3种荷载作用下,先行洞为小隧道或大隧道两个施工过程。结果表明:当小隧道采用单侧壁导坑法和大隧道采用环形开挖留核心土法施工时,地表总荷载越大,地表沉降越大,地表荷载影响最终地表沉降曲线的形态及沉降值大小;大小隧道的施工先后顺序对拱顶下沉随工序变化的规律没有影响;后行洞临近先行洞的开挖对先行洞的支护应力影响非常大。分析结果可为类似工程建设提供理论支持和科学指导。

浅埋偏压小净距隧道大型振动台实验研究

浅埋偏压小净距隧道具有与其它形式隧道不同的受力特点,其地震响应特性也必然不同于其它隧道。基于相似理论设计并完成了浅埋偏压小净距隧道大型振动台模型实验,研究了小净距隧道分别在X(水平)向、Z(竖直)向、XZ双向(水平竖直同时输入)多种工况汶川地震波作用下隧道衬砌加速度和动应变响应规律。实验结果表明:(1)衬砌加速度受地震波的入射方向影响较大,且Z向的影响大于X向,XZ双向的影响大于单向,左洞隧道的加速度响应大于右洞隧道;(2)衬砌应变受地震烈度的影响较大,隧道衬砌在地震作用下承受拉压循环荷载,以受拉为主,右洞隧道衬砌的动应变响应大于左洞隧道;(3)综合衬砌加速度与动应变的响应分析,左洞隧道的左半部分和右洞隧道的拱脚是隧道衬砌在地震作用下容易发生损坏的部位,在进行设计配筋时应特别注意。对于浅埋偏压小净距隧道衬砌进行抗震设计计算时,应考虑Z向地震的影响。研究成果可为浅埋偏压小净距隧道工程的抗震设计提供参考。

浅埋偏压小净距隧道衬砌地震应变规律研究

设计并制作了比例为1∶10的浅埋偏压小净距隧道物理试验模型,并开展了大型振动台试验,研究了地震波类型及加速度激振峰值对浅埋偏压小净距隧道衬砌应变响应规律的影响。研究结果表明:在0.1g与0.2g的工况下,衬砌的拉应变变化趋势较为相近且平缓;在0.4g与0.6g的工况下,衬砌的拉应变变化趋势较为相近且波动较大。拉应变受地震波类型的影响较小,而受地震波加速度激振峰值的影响较明显且随着加速度激振峰值增大而增大。在衬砌拱脚及拱顶处会产生较大的拉应变。衬砌的拉应变大于压应变且拉应变的变化趋势较为明显。在不同的加载波类型和不同的加速度激振峰值作用下,应变变化趋势呈现明显的非线性变化特征。研究结果可为浅埋偏压小净距隧道的设计与建设提供有益参考。

三孔小净距隧道围岩安全系数分析

基于强度折减法基本原理,使用有限差分软件对三孔小净距隧道围岩安全系数进行了计算,并分别对隧道埋深和净距对围岩安全系数的影响进行了相关研究.结果表明:围岩相对安全系数随净距的增大而不断增大;当埋深增大至某个临界值后,围岩稳定性不再随着埋深的变化而发生改变,此时埋深的改变对围岩稳定性没有影响.隧道净距对围岩安全系数有重要影响.

浅埋偏压小净距隧道施工过程数值模拟研究

结合岩土材料的非线性特性,借助有限差分软件进行数值模拟分析,对各种不同斜坡坡度、不同埋深、不同净距情况下的围岩压力进行了数值模拟分析,并且对采用不同施工方法的浅埋偏压小净距隧道施工过程进行了动态数值模拟,得到了各种情况下围岩的应力场、位移场。所得的结论对以后浅埋偏压小净距隧道的设计和施工有一定的指导意义。

三孔小净距隧道群极限状态下围岩破坏特征研究

平行三孔大断面小净距隧道开挖时,围岩应力场经过多次扰动叠加发生重分布,不再是单个隧道的简单叠加.利用强度储备法求得极限状态下的隧道围岩各点的安全系数,绘出开挖断面附近围岩的点安全系数分布图,并对不同净距与埋深对围岩极限状态的破坏特点进行研究.结果表明:随着净距的增大,洞周达到强度极限的围岩范围增大,围岩自身稳定性不断提高;埋深较小时,边洞的拱顶变形小于中洞,而当埋深大于25 m时,三洞的沉降大致相等.