山区偏压连拱隧道开挖方法适应性数值分析研究

山区常存在偏压或围岩破碎情况,隧道穿越该地层施工时,围岩变形控制困难,施工扰动容易致使隧道拱顶坍塌及支护结构破坏。依托银花隧道工程,开展了偏压地层隧道施工开挖方法的适应性数值仿真研究,对比分析了“三导洞法”和“中导洞法”两种开挖方式中不同开挖步对软弱围岩偏压隧道围岩变形、拱顶沉降、最大主应力分布的影响规律。结果表明:三导洞法随着偏压处侧导洞开挖,左洞拱顶沉降区与中导洞开挖扰动变形区会形成沉降叠加,最大工地沉降出现在正洞开挖后,为-12.35 mm,所占沉降比η达到55.23%。中导洞施工时,最大沉降值分布在偏压拱腰处且呈扇形分布,左右洞上台阶施工产生的沉降比最大达到73.57%,中、下台阶开挖对拱顶沉降影响较小,最大拱顶沉降值为-17.81 mm。两种方法的最大主应力并非严格对称,尽管中导洞法施工产生较大沉降,但考虑施工成本和效率,“中导洞法”更为合理。

顺层偏压挤压性软岩隧道让压预留变形角支护技术研究

针对顺层偏压挤压性软岩隧道的非均匀大变形问题,提出一种基于钢拱架预留变形角的新型让压单元。基于三维精细化建模分析顺层偏压荷载下让压预留变形角支护的承载特性和效果,并应用于中老铁路甘庄隧道,验证新型让压预留变形角支护技术的可行性。研究结果表明:1)顺层偏压荷载下隧道支护结构以弯曲变形为主,传统让压柔性节点在弯矩内力作用下易发生受拉破坏,让压预留变形角能有效释放拱架的弯矩内力,适应更大的弯曲变形;2)顺层偏压荷载作用下,采用让压预留变形角的钢拱架整体应力水平明显降低,拱架整体的承载能力满足强度要求;3)工程现场采用局部扩挖和设置钢拱架让压预留变形角后,隧道变形在断面开挖18 d以后控制在允许范围内,初期支护的应力集中现象减弱,钢拱架主体不再发生弯曲破坏。

浅埋偏压隧道洞口钻爆设计及支护体系研究

洞口是浅埋偏压隧道工程的关键性控制节点,钻爆施工不当极易造成地表沉降过大、洞口塌方、边坡滑移等安全事故,提出一套系统完整的软弱围岩浅埋偏压隧道洞口钻爆设计方案及支护体系迫在眉睫。依托成都市东西城市轴线(东段)工程龙泉山二号隧道为工程背景,通过对开挖工法、钻爆参数、支护体系等的研究,形成了一套系统完整的软弱围岩浅埋偏压隧道洞口段钻爆施工方案。研究结果表明,超前管棚对掌子面前方围岩进行加固,形成类似拱壳的连续体,可主动承担上方围岩压力,同时管棚提供的抗剪力提高了整体的抗剪、抗弯能力,稳定了有滑移风险的岩体;管棚直径越大,地表沉降越小,控制效果越好,更有利于促进隧道掌子面稳定;采用“规范钻爆作业、优化钻爆参数设计以及大管棚超前支护”的施工方案可有效控制地表沉降,降低隧道拱顶塌方风险,确保施工安全和施工正常进行。

围岩蠕变作用下偏压隧道衬砌结构稳定性分析

为了研究围岩蠕变作用下不同偏压角度对隧道衬砌结构的影响,本文采用FLAC3D有限元软件建立三维隧道模型,基于Burgers蠕变模型对不同偏压角度隧道进行了模拟,分析了围岩蠕变作用对偏压隧道衬砌结构的稳定性影响。研究结果表明:隧道建成后的30年间,隧道衬砌结构受到围岩蠕变作用比较明显,随着偏压角度的增加,左拱腰收敛水平有加速增加的趋势,隧道衬砌应力分布的非对称性逐渐加剧。

浅埋偏压隧道CRD法施工方案优化研究

浅埋偏压隧道CRD法施工中隔壁偏向和施工工序直接影响到隧道的结构应力分布和变形,甚至影响隧道施工安全。基于隧道施工监控量测对隧道CRD法施工进行反分析和数值模拟分析,结果表明:中隔壁偏向于围岩压力较小侧时,围岩扰动小,塑性区范围小,先开挖隧道浅埋一侧时,隧道的收敛和沉降较小,中隔壁轴力和弯矩较小,有利于隧道的安全施工;当隧道中隔壁偏向围岩压力较大侧或先开挖深埋侧时会对隧道顶部围岩和中夹岩柱产生较大扰动,围岩的收敛和沉降速率增加,中隔壁轴力和弯矩也明显增加,不利于隧道施工安全。因此建议浅埋偏压隧道CRD法中隔壁应偏向围岩压力较小一侧,同时应先开挖浅埋侧。

爆破振动下偏压隧道洞口段边坡稳定性分析

通过有限元软件建立三维双侧壁偏压隧道洞口段边坡数值模型,提出3种爆破工况;分析3种爆破工况下边坡的振速响应规律,通过边坡的位移分析坡体的变形特性,依据最小二乘法对监测数据进行回归分析得出爆破振动衰减公式,制定每个工况单段最大起爆药量安全阈值。由解析法求出不同工况在静、动态下坡体的稳定性变化规律。研究结果表明:随着爆心距的增大,坡面振速衰减呈现出近快、远慢的传播规律;工况1相比其他工况对边坡整体及坡脚的稳定性影响最大;通过对坡体测点各向振速监测数据进行回归分析,得出在安全控制标准内工况1-工况3的单段最大起爆药量分别控制在3.4,3.4及3.5kg之内效果最好;由解析法得出,静力状态下开挖隧道时边坡均处于稳定状态。左、中导坑在爆破开挖时边坡安全系数分别为1.13和1.18均小于1.20,极有可能诱发局部坡体滑移失稳。

浅埋偏压隧道地震动力特性及稳定性分析

基于土-结构相互作用模型,利用粘-弹性边界条件,运用时程分析方法研究浅埋偏压隧道在水平地震、垂直地震以及45°方向作用下的全时程动力反应规律。对围岩和衬砌受力、注浆锚固范围等隧道工程特性进行分析研究,以期为浅埋偏压隧道抗减震设计提供一定参考。

富溪连拱隧道偏压段现场监控量测分析

详细介绍了铜黄高速公路富溪连拱隧道洞口偏压段现场监控量测结果和分析,同时结合隧道施工情况,分析了富溪偏压连拱隧道围岩周边位移、拱顶下沉、支护结构受力及地表沉降的特点,提出了工程措施,及时有效地指导了隧道的支护和加固,保证隧道施工安全。

钢-混组合梁剪力连接件抗剪性能研究

为了研究混凝土与剪力连接件的破坏形式及剪力连接件的极限抗剪强度,根据某实际钢-混组合桥梁结构,设计了钢-混组合梁剪力连接件试样,并进行极限抗剪强度试验,得到了剪力连接件的破坏形式和极限抗剪强度,且拟合得到荷载-滑移曲线,同时用非线性有限元模型进行仿真计算。结果表明:采用非线性有限元法得到的计算值与试验值相当吻合。

浅埋偏压大断面隧道施工优化及受力特征分析

大断面浅埋偏压隧道洞口段施工困难,风险高;且受洞口复杂地质条件和施工空间效应影响,隧道支护结构变形和受力特性复杂,施工控制难度高。针对在建的宝兰客专小墁坪隧道出口浅埋偏压段的施工稳定性问题,采用数值模拟试验分析方法,研究了三台阶+临时横撑施工中不同上、中、下台阶错开距离时隧道的施工动态特性,分析了不同错开距离时隧道支护结构的变形和受力特点;基于数值模拟试验确定了大断面偏压隧道洞口段的施工方案,跟踪隧道施工进行的变形监测验证了推荐的三台阶+临时横撑施工中上台阶与中台阶错开5 m,中台阶与下台阶错开10~15 m(即1倍洞径)距离的施工参数经济、合理、可行,保证了隧道施工的安全,也为同类隧道工程的建设提供有益的借鉴和指导。

特大断面偏压公路隧道临时支护拆除方式研究(英文)

特大断面公路隧道大多采用双侧壁导坑方式施工,临时支护在施工过程中起着至关重要的重要。对于不偏压隧道先拆除左或右侧临时支护影响不大,而对于偏压隧道,埋深浅侧的临时支护先拆除,还是埋深深侧的临时支护先拆除对初期支护受力有较大影响。通过对广州龙头山特大断面隧道公路偏压隧道的数值计算,分析了偏压隧道左、右侧导洞的临时支护拆除方式对初期支护弯矩和变形的影响,提出了特大断面偏压隧道基于双侧壁导坑开挖方式的临时支护合理的拆除方式。

偏压隧道不均匀来压下钢拱架应力变化的机理分析

钢拱架常作偏压隧道的支护结构,其应力变化对隧道的稳定性影响较大。以某铁路隧道偏压段为研究对象,利用SAP2000对该隧道进行建模,通过在模型中选取关键位置,施加与现场实测相近的应力,分析了不同来压对钢拱架应力变化的影响。分析结果为:在初期支护中,钢拱架应力的变化能通过围岩压力有效地反映,围岩压力越大,钢拱架应力变化越大。研究结果可为隧道支护结构的稳定性分析和施工提供一定的借鉴。

浅埋偏压连拱隧道破坏机理及处治措施研究

目前隧道设计主要采用工程类比法,即依据围岩级别选取相应的支护参数,但对于某些特殊地段,需进行特殊的论证和设计。以杨岗1号隧道进口浅埋偏压段为工程背景,通过强度折减法计算隧道在未采取任何措施情况下和采取反压回填后其安全系数大小及塑性区的分布,对反压回填措施的合理性及有效性进行评估,并根据塑性区的分布指出施工注意事项。

并列双方柱在偏向流流态下的气动性能

小间距并列双方柱存在独特的偏向流现象,为了进一步揭示并列双方柱在偏向流流态下的气动性能,在雷诺数(Re)为8.0×104、间距比(T/B,其中T为方柱中心间距,B为方柱边长)范围为1.25~5条件下,通过测压风洞试验方法研究了并列双方柱的表面风压、气动力、Strouhal数等气动参数随间距比的变化规律,重点探讨了发生偏向流现象时气动力的时频特性和气动力展向相关性.并列双方柱的偏向流现象主要发生在T/B=1.25~2的范围内,气流的偏转方向具有随机性,这一现象会随间距比的增大而逐渐消失;发生偏向流现象时,两个方柱的平均阻力系数、脉动风压系数均小于单方柱,但两个方柱间隙侧壁面受到的负压远强于单方柱;与宽尾流方柱相比,窄尾流方柱的平均阻力系数更大,脉动气动力系数更大,间隙侧壁面受到平均负压更强,气动力系数沿方柱展向的相关性更强.

震后偏压坡积体免刷坡进洞施工力学效应分析

结合震后四川某地特长高速公路隧道洞口施工的实际工程,针对其提出的免刷坡进洞施工技术,开展震后偏压坡积体免刷坡进洞施工力学效应的分析,通过FLAC 3D有限差分软件计算分析,结果表明:在施工过程要提前作好安全防护准备;左洞洞顶地表呈斜坡状,在剪切应力作用下导致初期支护外侧出现大范围受拉区;该工法可以有效地防止隧道上方坡积土体的滑动,保证施工安全且有效缩短进洞时间,对隧道周围地表植被破坏较小。

粉砂质泥岩浅埋偏压隧道洞口段大变形机理及治理措施

针对大凉山^(#)2公路隧道粉砂质泥岩洞口段出现的局部大变形、坍塌、侵限等问题,通过现场监测、室内围岩膨胀性试验、三维数值模拟和理论分析,研究了初期支护大变形机理,探讨了雨水、围岩二次变形、洞口偏压等因素对大变形的影响规律,提出并采用洞外与洞内加固整治方案。结果表明,隧道上方地表粘土岩属于膨胀岩,粉砂质泥岩为非膨胀岩,隧道变形受围岩膨胀作用有限;受持续降雨影响,拱顶沉降量变化最为明显,沉降量相比降雨前增加150 mm;隧道深埋侧水平压力理论值为浅埋侧水平压力1.73倍,隧道结构承受明显偏压荷载;采用加强临时支护+大管棚超前支护+双层小导管注浆加固+洞顶明暗交界处增加抗滑桩+洞口段左洞左侧和左右洞中间各增加两排管桩的综合治理方案,隧道变形量减小87%,初支大变形得到有效控制。

高地应力偏压软岩隧道施工间距及洞形探讨

为探究高地应力偏压软岩隧道合适施工方案,从华丽高速东马场1隧道高地应力偏压软岩引起的衬砌及仰拱非对称变形破坏出发,通过数值模拟对比不同隧道净距、顺序、纵向步距下洞周变形与塑性破坏规律,并探讨局部扩挖洞形的可行性,得出适宜的关键参数。研究结论:(1)由于后行洞对先行洞扰动,先行洞位移大于后行洞,且两者差距随净距增大逐渐减小,当净距大于3D时相互扰动效应消除;(2)偏压侧先行的洞周位移、塑性区大于偏压侧后行,净距为3D时偏压侧后行洞周变形减少23.87%,因而推荐偏压侧后行方式;(3)随着两洞掌子面距离增加,后行隧道洞周变形由于先行隧道“庇护”而减小,先行隧道洞周变形增大,掌子面距离大于50 m时“庇护”减弱,因此推荐采用≯50 m的掌子面距离并加强先行隧道支护强度;(4)偏压侧局部扩挖的洞形会导致洞周塑性区增大并有向拱底偏压侧发展的趋势,同时洞周变形均有不同程度增大(最大10%),局部扩挖洞形方案不可行。

浅埋偏压双洞隧道数值模拟

为研究不同净距对浅埋偏压隧道开挖围岩应力分布的影响,以天鹅穴隧道浅埋偏压段为工程案例,运用ANSYS建立4组(净距分别为8、10、12.62、15.5 m)二维数值分析模型,对比分析左右洞各控制点的围岩应力分布及应力比值。结果表明:隧道施工对最初地层应力的扰动极为明显,两洞的左右墙脚及拱脚位置处应力值在各施工阶段有较大波动;两洞净距减小,左洞右拱脚水平方向应力增大,剪应力减小,且左洞应力集中现象突出,偏压效应偏大。

浅埋、偏压条件下某超大跨隧道受力分析研究

通过对某超大跨隧道在浅埋、偏压条件下进行了模拟分析,得出了以下结论:(1)优先采用先开挖浅埋侧导洞的双侧壁导坑法施工工序;(2)中导洞的开挖支护阶段是双侧壁导坑法施工过程中的核心阶段;(3)对于隧道拱顶的位移监测,除了进行沉降监测外,尚应增加水平向位移监测工作;(4)深埋侧导洞临时支护相对于浅埋侧而言,其受力性能更为不利,因此应加强其结构设计;(5)对于偏压状态下的隧道,应按照偏转后的受力模式有针对性的进行设计、施工。有关经验可供相关专业人员参考。

基于FLAC3D大断面浅埋偏压隧道开挖方式数值分析

以V级软弱围岩杏花村偏压隧道工程为背景,应用有限差分软件FLAC3D对大断面偏压隧道进行开挖数值模拟,研究大断面浅埋偏压隧道中微台阶法与环形开挖预留核心土开挖的不同效果。结合杏花村三车道隧道施工实测数据,通过对比分析发现模拟结果与实际监测结果一致。FLAC3D准确模拟软弱围岩浅埋偏压隧道开挖,结果表明:在大断面偏压隧道开挖中,偏压侧位移较大,施工过程中,可采取在偏压侧设置挡土墙或加厚衬砌厚度的措施。通过对数值模拟中围岩应力状态、衬砌结构内力的比较,综合考虑后采取环形开挖预留核心土法进行大断面偏压隧道开挖,有较好的施工效果。