浅埋无中导洞连拱隧道先行洞衬砌承担围岩荷载确定方法

不同于常规隧道衬砌结构,无中导洞连拱隧道先行洞衬砌施作稳定后还要受到邻近后行洞开挖的二次扰动,后行洞开挖对先行洞衬砌受力的影响不可忽视。依托杨家寨公路隧道工程,基于考虑了后行洞开挖影响的隧道围岩压力计算方法,结合现场监测位移数据采用荷载-结构法进行位移反分析,提出了一种确定浅埋无中导洞连拱隧道先行洞衬砌承担围岩荷载的方法,最后和衬砌背后围岩荷载现场监测值进行对比验证。研究结果表明:后行洞开挖对先行洞衬砌承担围岩荷载的影响较为显著,监测点增长幅度均值高达142%;先行洞衬砌受力呈现“拱腰较小,拱顶及拱肩较大”的分布规律,且靠近后行洞一侧拱肩位置受力最大;通过现场监测位移反分析得到的先行洞衬砌受力结果和现场监测结果较为一致,论证了该方法的合理性和实用性,研究成果可为无中导洞连拱隧道结构设计提供参考。

基于复变函数理论的无中导连拱隧道应力与位移解析解

无中导连拱隧道由于后行洞衬砌搭接于先行洞衬砌拱腰之上,围岩与衬砌受力情况复杂,开展相应的围岩与衬砌应力和位移分析具有重要的工程意义。基于复变函数理论和Schwarz交替法,提出了深埋条件下考虑衬砌的无中导连拱隧道围岩与衬砌应力和变形的计算方法。针对无中导连拱隧道两洞具有共用边界的特点,在利用柯西积分法进行求解时,将单洞衬砌与围岩接触的边界积分条件转化为仅存在单洞时的完整边界积分与共用边界积分之差,对于Schwarz交替法中求解“附加面力”的过程亦进行类似处理。给出共用边界应力与位移的计算方法。通过算例,将上述解析结果和数值仿真结果进行对比,证明了方法的可行性和准确性。

成都地区大断面矿山法隧道工法研究

成都轨道交通从2005年开工建设至今19年,目前已经开通14条地铁线路,通车里程600 km。成都属于冲击平原,在地铁施工的工法选择上,车站主要采用明挖或者盖挖法实施,区间主要采用土压平衡盾构法施工。而当受到外部条件限制时,也会选择矿山法进行施工。文章首先介绍了成都地区地质情况,然后介绍成都地区主要的矿山法形式及适用特点,对成都地铁既有矿山法工程进行了详细阐述。依托既有工程经验,结合这些常用工法的优缺点,提出一种新的矿山法形式,并对该技术方案进行详细的研究分析。

隧道塌方段施工方案优化及效果评价

对于隧道塌方地段,选取合适的施工方案是关键问题。结合乌竹岭隧道塌方工程实际条件,采用非线性有限元方法对两种施工方案进行模拟分析。计算结果表明,双侧壁导坑施工方案相对于上弧形导坑施工方案,能够更好地控制围岩位移、改善其受力状况、减小初期支护受力,且围岩破坏区范围较小,可见双侧壁导坑施工方案更适合于隧道塌方段的施工。通过现场监控量测分析,隧道断面净空收敛变形和拱顶下沉稳定速度较快,最终变形值较小,隧道主体稳固,没有任何变形,说明所选处治方案对抑制隧道塌方段效果良好。

双线公路隧道下穿铁路隧道不同施工工法理论研究

针对新建隧道下穿既有铁路隧道施工安全性问题,基于有限元摩尔库伦原理对不同施工工法的三维隧道交叉模型进行模拟分析。对比分析CD法、CRD法和双侧壁导坑法的新建公路隧道下穿既有铁路隧道引起的公路隧道施工不同部位稳定性演变和运营铁路隧道沉降变化,以期为类似工程提供借鉴作用。研究结果表明:对于自身隧道开挖,双侧壁导坑法在控制拱顶沉降具有一定优势,但在水平收敛上CRD法效果最好,其次是双侧壁导坑法。不同工法对既有铁路隧道的沉降影响不同,采用双侧壁导坑法公路隧道施工对既有铁路隧道的沉降影响最小,且不建议在交叉隧道处采用CD法进行施工。

V级围岩二车道隧道双侧壁导坑法优化分析

不合理的导坑形状及其位置对隧道拱顶位移影响很大。文章假设导坑形状为圆锥曲线形式,用因次分析法对影响隧道施工的主要工程参数进行了量纲分析,确定了计算步骤。用控制变量法分别以导坑形状和导坑开挖位置为变量,建立了有限元分析程序,对不同围岩力学参数下二者引起的拱顶位移进行了比较。结果表明,采用双侧壁导坑法施工V级围岩二车道隧道,当导坑形状是离心率为2.0的双曲线,且导坑与隧道中心最近距离为2.6 m时,拱顶位移最小。

深埋大断面公路隧道开挖方法数值模拟分析

依托大连南部滨海大道东端桥隧建设工程,利用大型有限差分软件FLAC3D建立三维公路隧道模型,分别采用三台阶预留核心土法、导洞法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法模拟深埋大断面公路隧道的开挖过程,详细分析隧道开挖支护后围岩的位移场、应力场、锚杆轴力和塑性区分布。数值模拟结果表明:综合比较4种开挖方法,双侧壁导坑法开挖过程位移变化和锚杆受力最小,受力更加均匀,塑性区分布范围较小,更有利于维持围岩的稳定性。最终确定双侧壁导坑法为该工程较合理的开挖方法,为类似的大断面公路隧道的设计和施工提供了必要的参考依据。

大断面黄土隧道不同试验工法下的力学特性及变形特征研究

针对大断面黄土隧道的工法适用性问题,依托郑西客运专线陕西境内秦东、潼洛川和高桥等隧道,开展大断面黄土隧道中的CRD、双侧壁导坑、CD、留核心土台阶法及双层支护台阶法5种试验工法的试验,通过现场试验测试及数据分析,研究不同试验工法下的力学特性和变形特征。总结其变形特征为垂直位移显著,变形受封闭距离与支护刚度影响明显;分析对地表沉降的控制效果,受力特征分析显示型钢受压明显而锚杆受力较小;得到不同埋深下的围岩压力特征曲线;接触压力测试显示刚度大的双层支护较单层支护小。最后对不同试验工法的适用性进行综合评价。

富水大断面黄土隧道开挖流固耦合效应分析

兰州市轨道交通1号线东岗站后配线区间大断面隧道洞身黄土层含水率达到28.5%左右,饱和度达95%以上,施工中会诱发初期支护沉降变形过大、围岩长时间难于稳定等复杂问题。文章根据室内土工试验数据,建立三维有限元模型,基于流固耦合和不耦合效应,分析对比了富水大断面黄土隧道采用CRD法和双侧壁导坑法施工时的初期支护受力和变形特征、地表沉降及孔隙水压力场分布特征。结果表明:在该地层条件下,考虑流固耦合作用较不考虑流固耦合作用,地表沉降、初期支护竖向和水平位移无论是增长速率还是最终值都要大,后期无明显减小,且更接近现场实测值,但两者作用下的初期支护受力变化不大;基于流固耦合效应,采用CRD六部法在地表沉降和隧道变形控制效果方面更加有利,两种工法初期支护受力数值近似,但分布形式不同;流固耦合作用下,地下水水力梯度较大的地方主要位于隧道边墙和仰拱,施工时易发生渗漏,同时应做好拱部喷混凝土密实和回填注浆等,防止渗流场发生转移。

层次权重决策分析法在浅埋隧道开挖方法选择中的应用

以浅埋公路隧道为研究对象,利用层次权重决策分析法对正台阶环形开挖法、双侧壁导坑法、交叉中隔墙法和中隔墙法等隧道施工工法进行对比分析,得出交叉中隔墙法能很好地控制地表沉降。结合FLAC3D软件,模拟交叉中隔墙法、正台阶环形开挖法施工后地表沉降,通过对比工程实际分析验证层次权重决策分析法。结果表明,层次权重决策分析法是选择开挖方法行之有效的方法,能为浅埋隧道施工方法的选择提供参考。

浅埋大跨度隧道施工方法的比选与应用

结合京珠复线长湘高速公路三车道隧道工程,采用数值模拟对双侧壁导坑法、三台阶法施工隧道围岩和支护系统变形及受力特点进行对比分析,并结合现场施工应用情况,对比分析两种工法的优缺点。研究结果表明,双侧壁导坑法施工在控制围岩变形及地面沉降方面优于三台阶法,且产生的围岩塑性区较小,但两种工法施工均能满足围岩及支护稳定性的要求;三台阶法在施工进度、资源利用、造价、工序转化及施工难度方面具有优势,长沙地区浅埋大跨度隧道采用三台阶法施工,可以保证施工的安全、快速、高效。

基于现场监测及数值分析的隧道双导洞超前施工优化研究

依托新建兰渝高铁桃树坪富水弱胶结粉细砂隧道工程,基于现场监测和数值模拟分析相结合的方法,对大断面富水砂地层条件下的隧道施工方案进行了优化和分析,研究了大断面隧道CRD法、双侧壁导坑法和三台阶七步法三种施工方案的优缺点,改进了大断面隧道双侧壁导坑法施工技术,提出了"底部双导洞超前施工"的新工法.跟踪桃树坪隧道3#斜井施工工区底部双导洞超前工法试验段进行的现场围岩压力、拱顶沉降和水平位移的现场监测,验证了工法的安全、可行性;基于数值模拟分析,确定了施工中上半断面的最佳开挖高度5.4m,超前导洞1部与上半断面5部间合理步距25m,优化了底部双导洞超前施工工法的技术参数,为富水弱胶结粉细砂地层隧道的施工提供了技术保障.

大跨度暗挖地铁车站开挖工序优化研究

青岛地区良好的地质条件为暗挖工法提供了广阔的应用背景,软土地层条件下难以实现的大跨度浅埋暗挖工法能够在硬岩环境中顺利开展。但随着工程经验的积累,发现传统的双侧壁导坑法及拱盖法在硬岩环境中仍存在优化空间。如何结合地质条件,简化工序成为设计施工的关键。笔者结合不同的地质环境,对施工工序进行优化设计,研究出适用于硬岩环境下的工法,根据工程经验总结阐述了双侧壁导坑法、拱盖法、拱部双侧壁+下部台阶法、初支拱盖法、台阶法等工法施工步序,并对各种工法工序特点、适用地层及其施工耗时进行对比。研究结果表明,优化后的初支拱盖法、能够适用于Ⅱ、Ⅲ及部分Ⅳ级围岩中,适用范围较广,且施工安全性较高,施工周期比双侧壁导坑法缩短了8~10个月,比优化之前的拱盖法缩短了4~6个月,优化后的拱盖法能够在青岛硬岩地层广泛应用。

大跨度岩溶隧道施工工法比选

随着我国高速公路的发展,在岩溶地区修建隧道工程日益增多,选择合理施工工法是隧道施工安全稳定的重要一环。根据大跨度岩溶隧道中溶腔的发育程度、发育位置以及溶腔内充填物性质的不同,隧道需采用不同施工工法。以乐昌至广州高速公路段某大跨度岩溶隧道为例,采用有限元软件对其进行了三台阶法、单侧壁导坑法和双侧壁导坑法等3种施工工法的比选。最后得出结论:双侧壁导坑法在岩溶隧道施工中能有效的控制围岩塑性区的发展和洞周位移,并且能够有效改善围岩的受力状态,适当提高衬砌的应力水平,是较为合理的施工工法。可为岩溶地区高速公路隧道设计施工提供一定的参考。

双侧壁导坑法施工的大断面隧道的稳定性分析

以沙湾大断面隧道为研究背景,应用ANSYS有限元软件,采用释放荷载法,研究支护封闭的快慢对双侧壁导坑法施工的隧道稳定性的影响。通过对拱顶沉降、边墙中点水平位移、围岩塑形区及初衬应力的分析,得到了支护封闭时间对隧道受力和位移状态的影响,施工中应尽量缩短各开挖面的距离,使支护尽快封闭,有利于隧道稳定。为了进一步改善隧道的受力状态,模拟分析了加固部分围岩后的状态。结果表明加固侧壁导坑临时支护与初衬接触处的围岩能较好的改善隧道的受力条件。在临时钢架支护下端与初衬的接触点附近出现了应力集中现象,受到了很大的拉应力,在设计施工中应引起重视。

大断面浅埋隧道开挖施工技术及其数值模拟

京新高速苏木山隧道进洞浅埋段,开挖断面大,围岩软弱破碎,为V级围岩。为确保隧道开挖施工安全性和稳定性,选择合理的工法施工显得很有必要。针对该隧道的工程地质条件,提出采用双侧壁导坑法开挖施工,并基于三维有限元Plaxis-3D程序,对大断面浅埋隧道开挖施工进行数值模拟。研究结果表明:从隧道周围变形的情况来看,采用双侧壁导坑法开挖修建V级围岩条件下的三车道大跨度隧道是安全的;同时,数值模拟计算结果与现场实测结果是吻合一致的。

浅埋大跨度隧道微台阶法进洞力学响应与工程运用

结合某大跨隧道,针对浅埋大跨度隧道进洞的两种典型施工工法微台阶法(也称微台阶法)与双侧壁导坑法进行空间三维数值分析,研究了隧道围岩与结构位移、应力、应变等的分布与发展规律,得到了两种浅埋大跨隧道进洞施工工法的动态施工力学特征,提出在三车道大跨度隧道采用微台阶法进洞施工方案的可行性,并通过实际工程中成功运用经验,为大跨度隧道浅埋段采用微台阶法提供了工程借鉴。

浅埋超大跨四线高铁隧道施工期初期支护体系的力学特性

以设计时速350 km、开挖跨度26.3 m的杭绍台高铁下北山2号浅埋超大跨隧道为依托,综合数值模拟和现场监测,研究Ⅴ级围岩在双侧壁导坑法开挖下的初期支护体系力学特性,推导出考虑导坑掌子面三维开挖影响的围岩压力计算方法。结果表明:初支喷射混凝土是主要承载构件,最大轴力为−6311.5 kN,此时下台阶受力范围仅为上台阶的15%~50%;拱部、墙脚的锚杆受力很小,拱腰锚杆对抑制围岩变形有一定效果,但锚杆设计有较大优化空间;分步施工过程中掌子面三维开挖影响效应明显,中导坑上台阶开挖对支护结构受力和围岩压力的影响最大,中导坑中、下台阶开挖后临时支护喷射混凝土受力趋于0,可视为拆撑导致的初支受力调整已开始,若此工况前初支受力已稳定,则提前拆撑是安全的;相比现行计算方法中基于平面应变假定和全断面法开挖的计算值,本文方法得到的监测断面围岩压力计算值与实测值最吻合。计算浅埋超大跨隧道围岩压力应考虑分步施工产生的掌子面三维开挖影响效应。

不同偏压大断面浅埋隧道施工力学分析及优化

大断面隧道穿越地势起伏的地层环境时,地层偏压情况往往不同,在不同的偏压情况下选择合理的施工方法对控制大断面隧道施工力学性能具有重要意义。通过对双侧壁导坑法、改进台阶法、交叉中隔壁(CRD)法的数值模拟,分析不同偏压情况下的大断面浅埋隧道施工中的位移控制效果与支护承载情况。结果表明:当地表倾角为0～10°时,宜采用改进台阶法;当地表倾角为10～20°时,优先选择改进台阶法,同时应加强支护并及时监测;当地表倾角为20～30°时,宜采用双侧壁导坑法。

半潜式采油平台波浪漂移力分析研究

对于半潜式采油平台而言,波浪漂移力是设计其锚泊系统的重要依据,文章依据波浪辐射和绕射理论,采用高阶边界元方法并考虑了半潜式采油平台几何形状的对称性,应用近场解法得到半潜平台6个方向的波浪漂流力。研究中还采用了在半潜平台直角边和角点处布置双重和多重节点的方法,该方法极大地提高了波浪漂移力的计算准确性和数值稳定性,特别是在高频波浪区域。