隧道拱顶渗漏稳态渗流场的解析研究

针对隧道运营中发生拱顶渗漏且无泥沙涌入的稳态渗流情况,结合保角变换法和分离变量法推导出隧道拱顶渗漏稳态渗流场的显式解析解.应用PLAXIS有限元软件建立数值模型,从渗流场分布、衬砌水压力两方面验证所得解的正确性,通过与现有解析解、数值解、试验结果的渗流量对比来验证所得解的准确性.进行参数分析,探究隧道埋深、渗漏宽度对衬砌水压力和渗流量的影响规律.结果表明,衬砌水压力在以渗漏位置为中心±60°范围内明显降低;随着隧道埋深的增大,衬砌最大水压力减小,渗流量先减小后增大,且渗流量最小值对应的隧道埋深随着地表水头的增大而增大;随着渗漏宽度的增大,衬砌最大水压力减小,渗流量增大,当渗漏宽度大于0.05 m时,渗漏宽度变化对水压力和渗流量的影响较小;在渗漏宽度较小时进行渗漏控制的效果明显.

运营期浅埋公路隧道拱顶覆土层力学分析模型及沉降规律研究

浅埋盾构隧道下穿既有公路时,车辆荷载作用下隧道拱顶不同深度覆土层会发生沉降,针对这一问题,提出一种盾构过程中拱顶覆土两阶段沉降分析模型,采用ABAQUS数值模拟(FEM)验证本文所建立沉降模型的正确性。研究结果表明:对Peck公式中土体体积损失参量进行修正并基于非线性荷载作用下的Boussinesq解所建立的等效地表两阶段沉降分析模型能有效预测车辆循环荷载和隧道盾构耦合作用下盾尾拱顶覆土沉降发展规律。在盾构过程中,盾尾拱顶覆土沉降扰动增加区段位于接近区至下穿区前2/5处,下穿区出现沉降峰值后进入沉降扰动平缓区段,远离区为沉降扰动减小区段,沉降发展规律符合Protodyakonov压力拱理论,沉降增加主要发生在压力拱破坏期间;盾构完成后,车辆循环荷载影响5 m左右深度的覆土层沉降,深度大于5 m时车辆荷载发生应力扩散,沉降主要影响因素为隧道开挖造成的土体体积损失。

Influence of underground water seepage flow on surrounding rock deformation of multi-arch tunnel

Based on a typical multi-arch tunnel in a freeway, the fast Lagrangian analysis of continua in 3 dimensions(FLAC3D) was used to calculate the surrounding rock deformation of the tunnel under which the effect of underground water seepage flow was taken into account or not. The distribution of displacement field around the multi-arch tunnel, which is influenced by the seepage field, was gained. The result indicates that the settlement values of the vault derived from coupling analysis are bigger when considering the seepage flow effect than that not considering. Through the contrast of arch subsidence quantities calculated by two kinds of computation situations, and the comparison between the calculated and measured value of tunnel vault settlement, it is found that the calculated value(5.7-6.0 mm) derived from considering the seepage effect is more close to the measured value(5.8-6.8 mm). Therefore, it is quite necessary to consider the seepage flow effect of the underground water in aquiferous stratum for multi-arch tunnel design.

隧道下穿既有桥墩矿山法施工变形控制研究

地铁隧道下穿既有桥梁基础时,围岩变形会导致上部桥墩柱的沉降和侧移,预通过比较衬砌支护、小导管注浆、超前管棚支护对围岩及上部结构的变形控制效果。以某市地铁隧道下穿立交桥墩柱为研究对象,采用数值模拟计算的方法,对比分析了普通衬砌支护、超前小导管注浆、单一施作管棚支护以及超前小导管注浆+管棚支护的4种工况下,下穿桥墩桩基开挖引起的隧道拱顶沉降和桩基沉降。结果表明,小导管注浆+管棚超前支护工况隧道的围岩变形以及上部基础的沉降均满足规范要求,且相对仅衬砌支护工况隧道的拱顶变形量减少了30.1%、上部桩体沉降减少了24.78%;说明小导管+管棚支护能够有效控制上部围岩变形,确保了上部结构的安全运营,所选开挖支护方案满足安全性、适用性和耐久性的要求。

浅埋偏压隧道冒顶塌方的二次破坏风险仿真分析

文中提出浅埋偏压隧道冒顶塌方的二次破坏风险仿真分析方法.该方法以某浅埋偏压型隧道为研究对象,依据隧道围岩和支护物理参数使用有限元模拟软件构建隧道冒顶塌方二次破坏风险仿真模型.对隧道冒顶塌方二次破坏风险仿真模型进行网格划分,整合隧道不同空间位置质量参数.利用仿真模型计算二次破坏风险相关性系数,依据该系数判断二次破坏风险.结果表明:该方法计算出的隧道冒顶塌方二次破坏风险相关系数数值与实际值完全吻合,验证了模型的可靠性.浅埋偏压隧道挖掘时的渗透体积荷载取值越大,其内部变形越显著,塑性区分布范围越广,此时隧道围岩变形严重坚固程度差,冒顶塌方二次破坏风险较高.

基于FA-ELM模型的隧道拱顶沉降预测研究

准确预测隧道拱顶沉降对隧道的安全施工至关重要。为了提高隧道拱顶沉降的预测精度,引入了萤火虫优化算法对极限学习机的权值和阈值进行优化,提出了一种基于萤火虫算法优化的极限学习机预测模型。将该模型运用于重庆轨道交通十号线南坪站至南滨路站隧道拱顶沉降中,并将模型预测值和实际监测值对比。结果表明,经过萤火虫算法的优化,预测模型的误差范围由0.85%~14.278%降低到0.308%~6.618%,平均误差由7.225%降低到3.788%。可见萤火虫算法优化的极限学习机模型具有更高的预测精度,该预测模型能够更好地运用到隧道拱顶沉降的预测中,以提高隧道施工的安全性。

超大断面山岭隧道开挖工法设计研究

针对超大断面山岭隧道开挖方案设计进行研究,并经过现场实际施工后监控量测及数值模拟进行验证。结果表明:(1)三台阶拉中槽法与三台阶七步开挖法在超前支护辅助施工前提下,完全可以适用于超大断面隧道结构开挖;(2)超大断面隧道结构应将拱顶沉降作为超大断面山岭隧道开挖时围岩稳定性判定的主要因素;(3)三台阶七步开挖法相比于三台阶拉中槽法,其拱顶沉降较大,最终累计能达到12.62mm。但是后者相比于前者工序较为繁杂,隧道建设需依据实际情况择优而用。

富含生活垃圾土层浅埋暗挖隧道变形实测分析

富含生活垃圾土层软弱,浅埋暗挖隧道易产生较大变形和坍塌。依托实际工程,对隧道施工过程地表、拱顶、侧墙变形开展实测,分析监测数据的规律与影响因素,针对性采取工程措施,确保浅埋暗挖隧道顺利实施。研究结果表明:(1)采用水泥浆注浆改良垃圾土,可增加垃圾土抗剪强度,隧道开挖时地表沉降较小;(2)靠近竖井洞口处地表纵向沉降值最大,沿纵向距离增加而趋于稳定。地表横向沉降值与Peck公式预测值基本一致,但变曲点不明显;(3)降雨会加速拱顶沉降,沉降速率为稳定监测期的13倍,采用咬合式高压旋喷桩可有效封闭垃圾土层地下水;(4)拱顶变形会直接导致地表沉降,核心土挖除后,应立即封闭初衬;(5)隧道初衬完成后12~14 d变形速率较快。

城市砂土隧道开挖工法优化研究

隧道开挖工法的正确选择对隧道施工的稳定性至关重要,以西安市开元路—建元路下穿通道项目为依托工程,运用MIDAS GTS NX软件进行数值模拟,通过对中隔壁法、CRD法和环形预留核心土三种开挖工法下产生的隧道地表沉降、拱顶下沉和支护结构内力进行计算分析,优化依托工程的开挖工法。施工现场在使用优化后的开挖工法进行施工时,对现场开挖引起的地表沉降和拱顶下沉进行实时监测,通过现场监测的结果对优化后的开挖工法效果进行评价。

深埋隧道开挖围岩失稳突变模型研究

在分析隧道开挖引起围岩失稳基础上,认为深埋隧道围岩的失稳是一种突发破坏现象,具有明显的非线性和不连续性质,主要表现在力学变形性质的不确定性、本构关系的非线性和破坏过程中的突变性。运用突变理论探讨了深埋隧道失稳的机制;根据总势能原理,建立了隧道失稳的尖点突变模型,导出了失稳的力学判据条件;并基于深埋隧道典型断面拱顶下沉量现场量测的数据,计算出拱顶下沉函数的各变量值,由各监测断面位移突变阀值来判别深埋隧道围岩的稳定性,分析结果与实际施工围岩情况一致。研究成果可为预防深埋隧道围岩失稳、采取合理的施工工艺和支护措施提供参考依据。

松软地层水平管棚工艺参数的研究

通过对管棚的几何关系和承受的地压分析 ,应用编程计算 ,可得到不同工程条件和地质条件下管棚的长度、管径、间距、仰角和掘进步距等施工参数的计算值 .按此方法指导的水平管棚设计施工在北京地铁复八线和热力管道工程中取得了良好的效果 .

隧道下穿采空区的监测及结果分析

以山西灵石隧道下穿采空区段为研究对象,通过有限元数值模拟分析得出隧道洞室的拱顶下沉和周边收敛值,并对隧道穿越采空区段部分采空区的应力,隧道洞室的拱顶沉降和周边收敛等进行监测。将实测结果和模拟值进行对比分析,结果表明,本文采用的最小安全厚度为7m的安全厚度计算模型是安全可靠且可行的,提出的浆砌片石墩柱、钢拱架支撑、超前小导管注浆、超前锚杆等措施相结合的采空区治理方案是可靠有效的,可为以后类似工程提供借鉴。

公路隧道复合式衬砌结构数值计算及分析

针对榆树沟隧道工程实际情况,选取了3种不同的复合式衬砌结构类型进行数值计算,对初期支护和二次衬砌的内力、安全系数及洞周位移、拱顶下沉、围岩塑性区的分布等进行了分析,评价了衬砌结构的安全性。结果表明:对于Ⅱ、Ⅲ类围岩,上台阶及下台阶中央区的开挖为施工的关键工序;对Ⅳ类围岩,上台阶开挖为施工的关键工序;在Ⅱ类围岩浅埋条件下,拱顶下沉主要是由上台阶的开挖及下台阶中央区的开挖所引起;在Ⅲ类以上围岩条件下,拱顶下沉绝大部分是由上台阶的开挖所引起;洞周位移较小,最大值为18 mm,发生在Ⅱ类围岩浅埋拱脚处;围岩塑性区发展深度最大者,连通到地表,属于Ⅱ类围岩浅埋;Ⅲ类围岩墙脚处塑性区较大;Ⅳ类围岩塑性区较小。

基于谢家杰公式的浅埋隧道开挖进尺计算方法研究

选择合理的开挖进尺是实现隧道安全施工的重要环节,当开挖进尺选择不当时,在软质地层中修建隧道常常会导致掌子面失稳和拱顶塌落.从保证掌子面不失稳和拱顶不塌落的角度,基于谢家杰浅埋隧道围岩压力推导了软岩浅埋隧道开挖进尺的计算公式.并利用该公式计算了天恒山隧道台阶法和CRD法两种工法的开挖进尺,结果表明当采用台阶法施工时,隧道的开挖进尺由掌子面的稳定性控制,而当采用CRD法施工时,隧道的开挖进尺由拱顶的稳定性控制,这说明隧道的开挖进尺不能单独由拱顶稳定性或者掌子面稳定性确定,而是由二者共同确定,从而验证了该公式计算隧道开挖进尺的合理性.

城市浅埋软岩隧道施工沉降分析及对策

浅埋软岩隧道施工沉降变形控制是浅埋地下工程面临的关键难题,其中最基础的内容是对开挖引起的沉降变形规律的掌握。通过对新建龙岩至厦门铁路石桥头隧道地表沉降变形观测分析,将地表沉降变形划分为三个主要阶段:初始沉降阶段、加速沉降阶段和减速沉降阶段;结合隧道拱顶沉降监测结果,得出浅埋软岩隧道地表沉降与拱顶沉降正相关的结论。隧道开挖对掌子面前后纵向地表沉降的主要影响范围分别为1.5D和3D(D为开挖跨度);横向地表沉降影响范围包括隧道中线两侧各4D的范围,地表建(构)筑物受到较大影响包括隧道中线两侧各2D的范围。针对地表和拱顶沉降过大,采取全断面超前预注浆方案进行处理,监测结果显示全断面超前预注浆能有效控制拱顶下沉和地表沉降量,收敛值减小则不显著,说明该方案达到了控制沉降变形的目的。

复杂结构形式隧道的围岩位移监测分析

厦门市梧村隧道为双向六车道隧道,隧道结构形式设计复杂,分别由双连拱、小净距、初期支护连拱和分离式隧道组成。现场监测工作以隧道拱顶沉降和围岩收敛为主,结合施工措施和开挖工序进行全面分析。研究成果表明:三导洞法施工主洞沉降所占比例不到侧导洞沉降的一半,双连拱隧道结构型式适用于对沉降控制要求较高的隧道工程;CRD1部开挖产生的拱顶沉降可以超过累计沉降值的50%;核心土开挖后布设测点造成的总损失量约占累计沉降值的37.5%;采用全断面帷幕注浆措施加固围岩对控制隧道拱顶沉降取得较好的效果;管棚区域出现较大下沉与管棚工作室的断面稍大以及管棚两端受其自重影响较大有关;临时支护的拆除对拱顶沉降和围岩收敛的影响较小;开挖和注浆是引起围岩出现较大收敛变形的主要施工因素,其中注浆对围岩的收敛位移影响更大;初期支护连拱隧道右洞开挖对左洞二次衬砌的收敛稳定有一定的影响。

隧道施工监控与预警系统应用研究

隧道工程施工监控与预警是保障安全、优化设计、指导施工的重要手段,监控技术和预警方法标志着隧道的施工水平和质量,结合北京密云县密兴路火郎峪隧道施工监控实践,建立了岩质公路隧道施工监控资料分析与预警系统,得到了隧道爆破施工参数、振动波传播规律、应力应变规律和隧道施工期间的围岩收敛与拱顶沉降规律,提出了隧道施工的合理组织方案和施工措施。

有理函数在隧道监测数据回归分析中的应用

目前隧道施工均以新奥法为基础,其重要的一个特征就是在隧道施工过程中进行隧道围岩变形的量测,根据量测数据确定二次砌衬的施工时间,但是由于观测值有较大的离散性,因此必须经数学处理后才能使用,本文以某工程为例,采用有理函数模型对观测数据进行回归分析,可用有关回归曲线预测该断面的沉降值,并与规范推荐的回归函数进行了对比分析,结果表明,有理函数模型与实测数据较为吻合,误差较小,从而保证了工程质量和施工的安全性。

NATM公路隧道围岩时间效应的统计分析

基于50多条两车道NATM高速公路隧道的现场监测数据,通过对围岩收敛变形和拱顶下沉数据的统计分析,探讨隧道II,III,IV,V级围岩随时间的变形特性,得到不同级别围岩隧道从开挖到变形稳定的时间,分析稳定时间与围岩级别的关系,为隧道施工阶段围岩的稳定性评价以及二次衬砌的合理施做时机提供依据。

青岛小间距海底隧道施工优化的有限差分分析

介绍青岛胶州湾湾口海底隧道的工程概况和国内小间距隧道的研究现状。由位于断层破碎带f3-1中的典型断面ZK5+607的几何参数和地质资料构建三维尺寸为215.0m×86.1m×100.0m的数值计算模型,考虑混凝土衬砌,而钢拱架则以等效方法折算给混凝土衬砌。根据各条隧道开挖支护施工步的空间时间关系、工作面开挖方法、掘进进尺、各掌子面空间间距和覆盖层厚度等多种因素制定12种施工方案并用FLAC3D进行相应的三维数值计算。分析特定方案下3条隧道工作面后拱顶下沉量随与相应掌子面距离逐渐增大时的变化曲线后得到有益于施工和现场监测的结论。通过对比各方案的隧道工作面拱顶下沉量、衬砌最大压应力、相互扰动情况以及塑性区体积等因素,对施工方案进行优选。给出多个覆盖层厚度情况的对比,从而验证覆盖层厚度建议值的合理性。最后,通过分析小间距隧道施工相互扰动程度最大断面的服务隧道洞周关键点的位移和最大主应力的分布情况,明确施工、监测中应该重点关注的部位。