块体理论在高速公路连拱隧道超挖预测中的应用

通过对金丽温高速公路连拱隧道区的结构面特征进行现场调查,经统计分析得出结构面的特征参数,利用分析出的结构面特征参数值,结合块体理论,对连拱隧道的超挖情况进行预测。首先介绍了块体理论在超挖预测中运用的基本方法,推导了最大块体体积的计算公式,通过编制的计算程序对金丽温高速公路2个连拱隧道的超挖块体大小及位置进行预测。从分析的结果看,超挖问题产生部位主要集中在中导洞与隧道的连接部位,预测的结果与实际情况基本一致。通过预测得出的结果证实了块体理论在高速公路连拱隧道超挖预测中的适用性。     

连拱隧道施工过程的三维空间效应模拟与分析

采用三维有限元方法动态模拟了连拱隧道的施工过程,并分析和探讨了隧道在开挖过程中围岩变形的时空效应以及左右洞施工的相互影响。分析结果表明,对单洞施工,开挖面对围岩变形的影响范围为其前后方2.5 B（B为隧洞净宽）;考虑右洞开挖,对左洞围岩位移的影响范围分别为开挖面前方（未开挖）2 B和开挖面后方（已开挖）1 B。最后分析了拱顶最大沉降量随开挖面推进的变化和产生的位置以及右洞开挖的影响。     

偏压连拱隧道施工的动态模拟及最优化分析

建立了偏压连拱隧道的3D有限元模型,对不同施工工况进行了数值模拟,并与现场监测资料进行比较,通过分析拱顶沉降、中隔墙的位移和应力、围岩的塑性区分布、初衬和二衬应力的变化规律,对偏压连拱隧道施工进行最优化设计,以此得出了最优施工步距、开挖顺序、断面开挖形式、左右两洞开挖面的最佳施工间距,对类似连拱偏压隧道的施工有重要的理论和实际指导意义。     

基于监控量测数据的隧道失稳分析

利用监控量测数据,结合灰色理论建立隧道洞身位移变形系统。采用尖点突变分析方法,对开挖过程中初支结构的稳定性进行分析,建立隧道塌方预测模型。通过杜家山隧道发生的塌方事故与预测模型进行验证,得出塌方预测结果与实际情况相吻合;说明建立的隧道塌方预测模型是有效的,可以用来指导该类隧道的施工。     

南京市九华山连拱隧道开挖方案数值分析

通过有限元计算,模拟了两种开挖顺序,获得了该隧道在采用不同开挖顺序施工时各阶段围岩的应力、位移状态和地表沉降。通过对比分析,得出采用三导洞开挖方案效果比较好,为该公路连拱隧道采用的施工方法提供了科学依据与技术指导。     

考虑盾构铰接作用的小半径曲线隧道开挖诱发地层沉降分析

目前针对小半径曲线隧道开挖诱发地层沉降的理论研究均将盾构机视为一个连续的整体,未考虑盾构机铰接装置带来的影响,由此不能正确评估小曲率盾构开挖路径变化带来的超挖效应等。首先,根据盾构机铰接位置以及盾构机与小曲率隧道开挖路径的几何位置关系,得到了小曲率隧道开挖过程中不同盾构铰接位置超挖量及盾构铰接角计算公式;其次,基于镜像法及Mindlin解,求解了铰接盾构施工时因超挖地层损失、盾尾地层损失、开挖面不均匀推力、盾壳不均匀摩擦力及盾尾处注浆压力等共同影响的地层沉降;最后,采用工程监测数据与理论解进行对比验证,得到较好的一致性。此外,针对隧道转弯半径、前盾长度、盾构铰接角及超挖量等进行了参数分析。分析结果表明：不考虑盾构铰接装置的影响将过高估计地层损失而导致地层沉降预测值偏大。随着转弯半径的减小,前盾长度、盾构铰接角及超挖量的增加,地层沉降增大,但其值变化均对开挖面前方沉降影响较小,对开挖面后方沉降影响较大。在开挖面后方,随着与开挖面距离的增大,当转弯半径取值较小,前盾长度、盾构铰接角及超挖量取值较大时,纵向地表沉降呈先增大后减小趋势。     

基于多因素评价的隧道围岩质量与超欠挖关系

围岩质量及施工方法是影响隧道超欠挖的本质原因,研究围岩质量与超欠挖的关系,对评价和预测超欠挖、判断隧道结构的稳定性具有重要意义。基于工程实测资料及数值试验,研究了跨度对隧道围岩质量的影响,进而建立了基于多因素评价的围岩质量修正指标。根据隧道开挖断面轮廓具有分形特征的特点,计算了鸳鸯会隧道20个典型断面轮廓分形维数,研究了围岩质量与超欠挖的关系,得出围岩质量多因素修正指标与超挖比及断面轮廓分形维数呈线性关系,随着围岩质量多因素修正指标的提高,超挖比和断面轮廓分形维数将降低,并根据复相关原理,建立了三者间的复相关关系,可为隧道围岩质量的正确评价及超欠挖分析提供有益参考。对比不同围岩分级方法与超欠挖的关系表明,基于多因素评价的BQ法在隧道工程中的适用性更好。     

不同开挖工序对连拱隧道中墙的影响

针对筲箕湾连拱隧道的开挖过程进行两种不同工序的模拟计算,计算中墙在两种不同开挖工序下的强度、变形与稳定性,比较不同开挖工序对隧道中墙的影响。结果表明,中墙是连拱隧道最主要的受力构件,非对称开挖容易在中墙上引起较大偏心荷载。根据计算结果来评价开挖工序的优劣,对连拱隧道的开挖过程提出一些建议。     

整体式中隔墙连拱隧道模型试验及现场监测

针对连拱隧道复杂的施工力学特性,结合实际工程,通过模型试验和现场监测分别研究了整体式中隔墙连拱隧道在中导正洞台阶法施工过程中的位移和中隔墙应力变化情况,并详细分析了各开挖步骤对其的影响。结果表明,对于整体式中隔墙连拱隧道,上台阶开挖对顶部位移和中隔墙应力的影响大于下台阶开挖产生的影响;隧道顶点位移-历时曲线总体形状呈S形,最大位移发生在后掘隧道的顶部。由于主洞的开挖将使中隔墙另一侧应力增加较大,而本侧应力增加较小甚至降低,因此,先掘隧道的开挖使中隔墙产生由先掘隧道侧向后掘隧道侧偏转的弯矩,而后掘隧道的开挖将使该弯矩值减小     

连拱隧道围岩变形和破坏形态的DDA分析

连拱隧道围岩一般为由节理结构面相互切割的非连续岩体,利用非连续性分析方法研究这类围岩的变形和破坏形态可以更好地反映工程实际情况。采用非连续变形分析方法 DDA,对金鸡山连拱隧道围岩的变形和破坏过程进行了模拟,将整个变形破坏过程划分为了3个阶段：中墙上方岩体变形、地表下沉、滑移面产生阶段、隧道左右洞两侧滑移带（或滑移面）的形成阶段以及中墙顶部块体失稳、隧道上方岩体快速塌落阶段。研究了金鸡山隧道浅埋围岩和深埋围岩的变形破坏特征,其中边墙部位、靠近中墙的内侧拱顶或拱肩部位、外侧拱肩部位会首先受到变形破坏。     

应用力学机理的网络模拟预测隧洞超挖问题

概述了结构面的网络模拟技术的基本原理、方法和现状。在充分考虑岩石破裂的力学机理的基础上,结合野外测得的结构面特征参数,提出了一种基于力学机理分析的网络模拟技术,并把该技术运用到地下洞室的超挖预测中。通过某工程实例验证结果的准确性,预测的结果表明：考虑岩石破坏机理的网络模拟技术,能充分反映岩体结构面的几何特征,合理地预测地下洞室中的超挖问题。     

Optimization Methods of Blasting Parameters of Large Cross-Section Tunnel in Horizontal Layered Rock Mass

For large cross-section tunnel in horizontal layered rock mass, blasting excavation often causes serious overbreak and underbreak. In this study, blasting excavation tests of tunnel upper face were conducted, blast-induced excavation damage and the influence mechanisms of weak beddings and joints were analyzed based on the Panlongshan tunnel. In order to achieve fine excavation, the cut mode of “center holes and four-wedge cutting holes”, the blasthole pattern of “empty holes, long holes, short holes and additional relief holes”, the maximum single-hole charge and the air-deck charge structure were proposed. Compared with the damage characteristics, overbreak and underbreak, and deformations of surrounding rock before and after optimization, the latter was better in tunnel contour formation and surrounding rock stability. The results show that after optimization, the large-area separation of vault rock mass is solved, the step-like overbreak of spandrel rock mass is reduced and the large-size rock block and underbreak are avoided. The maximum linear overbreak of vault, spandrel, and haunch surrounding rock is decreased by 42.3%, 53.7% and 45.1%, respectively. The underbreak at the bottom of the upper face is reduced from ??111.5 to ??16.5 cm. The average overbreak area is decreased by 61.1%. The surrounding rock displacement after optimization finally converges to the smaller value. The arch crown settlement and the horizontal convergence of haunch are reduced by about 21.6% and 18.3%, respectively. Furthermore, from the completion of blasting excavation to the stabilization of surrounding rock, it takes less time by using the optimized blasting scheme.

     

复杂地质条件下偏压连拱隧道中隔墙变形与受力特征

中隔墙是连拱隧道的重要构件,施工期间的受力及变形规律十分复杂,如何保护中隔墙免受偏压影响是连拱隧道施工中的重要课题。以富溪连拱隧道进口偏压段施工为背景,通过对施工过程的三维数值模拟,对偏压、软弱破碎围岩条件下中隔墙受力及变形规律进行了分析。结果表明,施工期间中隔墙会受到十分明显的偏压作用而朝浅埋侧摆动,地形偏压导致中隔墙中上部朝隧道浅埋侧变形,两侧隧道的错距开挖则会引起中隔墙左右小幅摆动;中隔墙晚接顶能有效改善中隔墙的受力状态,减小偏压影响。据此制定了有效防偏措施,实践证明效果良好。     

高速公路连拱隧道开挖地表沉降研究

对隧道开挖引起的地表沉降模型进行总结,详细地调查和分析了金丽温高速公路红枫连拱隧道工程区的地质特征,系统研究了在偏压条件下连拱隧道开挖引起的地表沉降规律,对红枫隧道开挖引起的地表沉降进行研究,建立了偏压条件下连拱隧道分步开挖引起的地表沉降预测模型,对不同开挖工况下的差异沉降进行分析,证明该预测模型比较真实的反映了在偏压及浅埋条件下连拱隧道开挖引起的地表沉降规律,为浅埋连拱隧道开挖过程中防止地表过度变形提供理论基础。     

高地应力条件下层状地层隧道围岩挤压变形与支护受力特征

西部地区普遍出露层片状岩体。由于强度低、自稳能力差、结构强度呈现各向异性等特点,在隧道开挖过程中常引起围岩大变形,导致初期支护结构强烈变形失稳而不得不频繁进行拆换。部分洞段二次衬砌混凝土甚至发生劈裂、掉块的破坏现象,严重影响隧道施工的进度与安全。以兰渝铁路两水隧道为工程背景,采用现场实时监测、数值模拟等手段,获取大断面隧道围岩与支护系统之间的接触压力,揭示开挖断面不同位置接触压力随时间发展规律和空间分布特征。研究结果显示,受围岩结构强度的各向异性控制,隧道开挖后支护受力极不均匀。空间上与围岩变形集中部位一致,时间上变化历时长,且由于开挖方式的影响不易稳定。初期支护钢拱架局部荷载过大而发生侧向扭曲失稳,且监测的失稳发生时间与收敛形变稳定时间相比而明显滞后。根据层状围岩的支护受力特征,提出针对此类岩体更为合理的隧道设计建议。     

不等跨连拱隧道施工全过程的有限元模拟

用同济曙光岩土及地下工程设计与施工分析软件(GeoFBA2D),对某高速公路不等跨连拱隧道的施工全过程进行有限元模拟。得出隧道围岩应力、围岩位移、初衬与二衬的接触压力、中墙内力随施工过程的变化规律。研究表明,大洞的拱顶最大拉应力是小洞的4倍,不等跨效应十分明显;小洞拱顶沉降明显分为三个阶段;小洞的初衬与二衬的接触压力要比大洞大;中墙内力随施工过程变化显著,但最终值很小。结论对隧道设计和施工具有科学指导意义。     

城市连拱隧道施工地表沉降分析及预测研究

地表沉降的研究工作大都集中在地铁隧道盾构法施工的情况,而对于矿山法城市双连拱隧道施工引起地表沉降的研究几乎没有。本文以重庆彭家花园双连拱隧道为工程背景,就矿山法双连拱隧道施工引起的地表变形进行研究。在不同施工方法条件下,针对不同埋深、断面大小进行回归分析,从理论上弄清地表沉降的规律,根据实测资料,提出矿山法施工条件下地表沉降的预测公式。并结合三维数值模拟验证了回归效果     

爆破振动对双连拱隧道中墙的影响分析

在Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下,双连拱隧道常采用双侧全断面法施工。通过对双连拱隧道施工过程中的爆破振动进行三维数值模拟分析,研究了双连拱隧道后行洞爆破施工对中墙的振动影响。结果表明：双连拱隧道后行洞爆破对中墙有较大影响,需采用相应的保护措施,来减小爆破振动对中墙的扰动,而临时支护将会被破坏。