公路隧道穿越铁矿采空区围岩稳定性分析

近年来我国基础设施建设逐年增长,线路工程建设遇到的工况日趋复杂,采空区是公路建设中的常见问题。公路隧道工程穿过采空区施工时,将会对采空区岩层产生扰动,可能引起围岩变形失稳与崩塌,进而影响隧道施工安全与工程质量,本文针对该问题,以延崇高速拟建的玉渡山隧道穿越营门铁矿采空区段为研究对象,在结合高密度电法调查营门铁矿采空区在地下赋存状况的基础上,通过数值模拟软件量化研究了营门铁矿采空区对延崇高速公路玉渡山隧道工程的影响。研究结果表明,铁矿开采对周围岩体产生了一定程度的扰动,但围岩整体稳定性基本可以保证。但隧道开挖至采空区时将对围岩产生较大的扰动,可能导致围岩破坏,造成较大的地面沉降,因此在工程中需要采取提前注浆方法等加固采空区,减少围岩变形,为施工安全与工程质量提供保障。     

隧道穿越泥石流堆积体的数值模拟及优化处治

根据泥石流堆积体的地质特征, 结合都汶高速公路福堂隧道工程背景, 建立三维数值模型, 分别进行隧道穿越泥石流堆积体时无支护状态、设计支护状态和优化支护状态下以及泥石流堆积与侵蚀条件下的模拟分析。结果表明:在泥石流堆积体内开挖隧道时, 拱顶沉降是隧道变形的主体部分, 并直接导致了地表的沉陷及隧道边墙的收敛变形; 在采用超前注浆并加长锚杆长度的措施进行针对性的优化处治后, 隧道衬砌的变形及地表沉陷明显降低, 表明处治优化是有效的; 隧道拱顶上方泥石流覆盖层的厚度小于14m时, 隧道处于明显不安全状态, 泥石流覆盖层厚度大于42m时, 围岩形成自稳体系。     

京承高速公路新道沟连拱隧道的优化设计

本文以京承高速公路新道沟连拱隧道为实例,应用有限元数值方法对连拱隧道二次衬砌的围岩抗力、应力、变形及其稳定性等问题进行了模拟与分析。首先,基于连拱衬砌的结构型式,作者建立了该隧道的数值模型,并提出用弹性杆单元按作用力等效的原则模拟围岩抗力;根据数值模拟结果对隧道支护结构的承载能力进行了讨论,并基于规范对二次衬砌进行了结构强度校核。该研究结果为新道沟隧道支护结构设计的优化提供了科学依据。     

软弱围岩条件公路连拱隧道施工方法数值分析

针对软弱围岩条件（Ⅳ级围岩）大跨度连拱隧道施工安全和围岩稳定问题,结合工程实际,采用非线性有限元法,对连拱隧道施工过程进行了数值计算分析,对比了中导洞一核心土和三导洞先墙后拱施工工艺下隧道的位移特征、点安全系数、二次衬砌应力、锚杆和钢拱架轴向应力。实际工程研究表明,中导洞一核心土施工工艺开挖软弱围岩条件大跨度公路连拱隧道是可行的,对类似软弱围岩条件的隧洞施工有一定参考价值。     

隧道围岩断面轮廓分维数的小波分析算法及应用

隧道的超欠挖对衬砌结构稳定性影响较大,研究其规律,对于掌握围岩受力,确保施工安全,具有深远意义。隧道断面轮廓超欠挖序列具有统计自相似性,根据小波分析的多分辨率的特点,本文给出了利用小波理论估计分维数的方法。选定恰当的小波函数和分解层数,对隧道围岩断面的整体轮廓、拱顶和边墙的超欠挖序列分别进分形维数的小波分析估算,结果安全可靠。根据计算结果,分析了设计围岩类别与断面轮廓曲线分形维数估计值之间的关系,并结合现场实际情况,简明分析了断面轮廓分形维数与围岩稳定性之间的关系。     

隧道围岩断面轮廓分维数与岩体质量关系

隧道的超欠挖对衬砌结构稳定性有较大影响,研究超欠挖规律,对于了解围岩受力、保证施工安全具有重要意义.根据隧道断面轮廓超欠挖序列的统计自相似性,结合小波分析的多分辨率功能,采用小波分析计算分形维数的方法,对白鹤隧道47个断面轮廓进行分维数计算.断面轮廓分维数与岩体RMR和Q呈线性关系,随着RMR和lnQ的提高,断面轮廓分形维数将降低.断面轮廓分形维和隧道的围岩分类以及超挖百分比存在复线性相关关系.     

无中导洞施工双连拱隧道的数值模拟分析

针对双连拱隧道采用三导洞或中导洞超前施工方法施工工序多、临时支护量大的不足,以黄延高速公路羊泉沟隧道为例,提出在Ⅲ类围岩中采用无中导洞超前施工方法.基于弹塑性有限元方法对其施工过程进行分析,获得了施工各阶段围岩的应力、应变状态,以及初期支护和二次衬砌的受力状态.结果表明：在Ⅲ类围岩中连拱隧道采用无中导洞施工方法,围岩和支护结构处于安全状态.分析结果为羊泉沟隧道的顺利贯通提供了有效指导.     

"中导洞"法施工双连拱隧道的数值模拟分析

以高速公路双连拱隧道工程为例,以围岩稳定性评价为主线,以保证围岩稳定和指导施工为目的,运用FLAC3D软件对隧道"中导洞"法施工过程进行数值模拟.对施工和运行期间的整体稳定性进行了分析,提出了相应的工程措施.结合现场监测数据验证了模拟结果,为港口连拱隧道施工提供了有效指导.     

深埋软弱围岩隧道锚杆参数优化数值模拟

基于乌鞘岭隧道几种典型断面优化的结果,运用有限差分程序FLAC3D,对支护结构的锚杆参数进一步进行优化,包括锚杆的最优长度、横向间距和纵向间距等.研究表明,隧道的拱顶下沉量随锚杆长度的增加而逐渐减小.隧道的拱顶下沉量和墙腰收敛值随锚杆横向间距或者纵向间距的增加而增大,而且当锚杆横向间距超过0.8 m或者纵向间距超过1 m后,锚杆的作用就不明显了.     

基于RHT本构的隧道爆破参数优化与振动损伤数值研究

为了解决爆破参数优化问题以及考虑炮孔间相互作用对围岩损伤空间分布的影响,先利用数值试算与冲击试验相对照的方法,标定出大理岩Riedel-Hiermaier-Thoma本构模型参数。接着,对隧道全断面爆破开挖开展模拟计算,考察了多炮孔间相互作用下围岩爆破损伤演化过程。最后,基于起爆顺序、径向不耦合系数和分段间隔装药3种方法来优化爆破参数,并对质点振动和围岩损伤进行了深入分析。结果表明：标定所得的本构参数可准确描述大理岩动态应力-应变响应,且模拟结果能很好地揭示爆破损伤演化规律;岩石损伤从爆心处向外发展,随后在炮孔连线上连接贯通;相比于上述其他2种方法,当径向不耦合系数k小于1.33时,在保证爆破效果前提下改变k值能有效地降低围岩的爆破损伤;隧道竖向平均振动速度要大于水平向的对应值,且竖向拱顶和底板中部对爆破振动呈现较高的敏感性。研究结果为工程实践中爆破参数优化选取和围岩损伤精确评估等可提供参考。     

地铁区间隧道内爆炸效应研究

为了评估南京地铁区间隧道内爆炸破坏效应,利用有限元分析软件LS-DYNA3D软件,计算了10kgTNT距隧道底部距离为1.1m的内爆炸工况。该软件中的化学爆炸空气冲击波模拟关键字避开了复杂烦琐的欧拉计算和ALE耦合分析过程,使得模型构建大大简化。计算得到了结构中不同关键节点的位移与速度时程曲线与不同单元的加速度时程曲线和最大主应变。结果表明地铁区间隧道在10kgTNT内爆作用下是安全的。     

双连拱隧道穿越破碎山体围岩稳定性数值分析

双连拱隧道开挖过程中围岩变形和应力变化情况复杂,施工难度大,有必要采取一些措施为实际施工提供技术指导,确保施工的安全。利用数值模拟方法,计算分析了南京九华山隧道穿越破碎山体的受力、变形情况,分析结果表明,开挖过程中围岩能够保持稳定,为实际施工提供了理论指导和参考,也为这类问题的研究提供了一条新的思路。     

厦蓉高速公路某隧道洞口段开挖对仰坡变形影响的数值分析

针对一座浅埋偏压隧道,采用FLAC3D对该隧道进口段进洞开挖进行动态施工三维数值模拟。基于围岩应力分布特征,仰坡坡面轴向和横向位移的变化特征,分析了偏压浅埋隧道洞口段开挖引起的仰坡变形规律。计算结果揭示：仰坡后缘下沉,前缘向洞心外有移动趋势;隧道开挖引起隧洞洞身附近岩体出现较大应力集中和变形现象,洞口段洞身以上仰坡坡面主要以竖向沉降为主,洞身两侧向洞内挤压。在此基础上提出了保证仰坡稳定和安全进洞的一些建议。     

苍岭特长公路隧道地应力场反演分析

通过对苍岭隧道工程区地应力场实测值分析基础上,选取可靠、具有代表性的实测点作为反演回归对象,利用三维数值分析手段,结合回归分析原理,获得整个工程区的地应力场分布情况,通过对比分析回归与现场实测值可知：除个别点差异较大外,其余大部分测点拟合程度较好,分布规律大致相同,表明采用应力回归方法的合理性。在此基础上,通过应力场回归方程获取了整个苍岭隧道轴线方向上地应力场展布规律,并根据不同地段最大主应力与隧道轴线方向的夹角对洞室稳定性状况进行了分析,据此建议进一步优化苍岭隧道线位走向,为设计、施工提供了重要的基础性资料。     

邻近建筑物的暗挖隧道施工数值模拟

软土中采用暗挖法开挖隧道往往会引起土体变形,由于城市中暗挖隧道多建在建筑物高度集中的地区,土体变形对邻近既有建筑物的损伤不容忽视。采用二维有限元方法对邻近中、低层建筑物(采用整体基础)工况下的暗挖隧道施工进行了模拟和分析,建筑物长15 m。研究结果表明：建筑物的存在会增大隧道开挖引起的地面沉降和衬砌的受力与变形,同时隧道开挖也会使邻近建筑物产生附加应力和变形。当隧道轴线与建筑物轴线的水平距离 0 m时,建筑物相对安全;当 时,建筑物会产生朝向隧道一侧的倾斜。当 为2.5～20 m时,产生较大的地面沉降,建筑物的首尾沉降差较大,建筑物较危险;当 为30～40 m时,建筑物的存在对隧道施工的影响较小;当 40 m时,建筑物的存在对隧道施工的影响可以忽略不计。由于基础的存在,建筑物的最大弯矩、轴力和剪力的变化量较小,增大量在10 %以内。     

深埋隧洞爆破开挖扰动损伤效应的数值模拟

爆破开挖扰动是深埋隧洞损伤区孕育及演化的重要影响因素。根据隧洞岩体钻爆开挖过程分析了爆炸荷载及开挖荷载瞬态卸荷对岩体的扰动作用,基于LS-DYNA动力有限元程序,提出了利用施加节点反力模拟待开挖隧洞岩体的约束作用,通过控制节点反力的变化过程以模拟开挖荷载瞬态卸荷,采用爆炸荷载变化曲线模拟爆炸作用过程的爆破开挖扰动数值模拟方法,并利用该方法模拟分析了爆破开挖扰动对围岩的损伤效应,结果表明,应力重分布对围岩损伤最大,隧洞围岩损伤区主要由围岩初始应力重分布所导致,爆炸荷载作用将增大围岩损伤区范围,考虑开挖荷载瞬态卸荷作用的围岩损伤区最大,且地应力越高,开挖荷载瞬态卸荷作用对围岩的损伤效应越显著     

董家山隧道小净距段爆破控制的数值模拟

结合都-汶高速公路董家山隧道小净距段的实际情况,应用数值模拟方法,对小净距段在爆破荷载作用下的相互影响问题进行了研究.结果表明在隧道爆破施工中应对迎爆侧进行重点监控,采用合理的开挖和加固方式将有效降低爆破施工对先建隧道的不利影响.研究结论可为类似小净距段隧道的爆破设计、施工及现场监控量测提供参考.     

既有隧道扩建爆破振动数值模拟研究

基于原有隧道改扩建拱顶塌腔段扩建开挖,系统研究了多临空面条件下岩体爆破振动规律。采用完全重启动数值方法和拉格朗日算法分析岩体爆破振动规律,模拟爆破振动对隧道塌腔加固区和既有隧道围岩的影响,并获得了特征点的振动速度和衰减规律。数值模拟的最大振速符合爆破振动安全允许标准的要求,从而验证了爆破设计的可行性,并指导了爆破施工。同时,对隧道塌腔段开挖进行爆破振动监测。通过对比分析现场振动监测数据,数值模拟与现场监测结果吻合。结果表明,采用拉格朗日算法和完全重启动数值模拟方法可以描述隧道多孔毫秒延期爆破破岩和质点振动传播规律。该研究结论对隧道多孔毫秒延时控制爆破工程具有参考和指导意义。