基于非完整拱效应的软岩隧道掌子面变形及其控制研究

为研究大断面软岩隧道掌子面变形规律及控制方法,基于新意法及非完整拱效应理论对雷公山隧道构造破碎区域掌子面大变形失稳机理进行分析,基于GSI围岩评级系统获得隧道围岩的力学参数,通过FLAC3D构建隧道三维数值模型,进行系列工况试验,研究隧道在非完整拱部效应时掌子面挤出位移及预收敛位移的变化特征,分析隧道掌子面预约束及预加固措施对大断面软岩隧道稳定性的影响。结果表明,掌子面处的挤出位移均在内轮廓中心处达到最大,并呈环形逐渐向外减小,超前核心土预加固在掌子面中心处对挤出位移及预收敛位移影响最为明显;隧道开挖在掌子面纵向造成的扰动范围约为1.2倍洞跨,在掌子面径向造成的扰动大约为1.5倍洞跨;根据计算结果提出掌子面加固措施,通过对隧道预收敛变形及挤出变形的监测分析,验证支护方案的可靠性,提出的掌子面预约束及预加固措施对大断面软岩隧道施工具一定的借鉴意义。     

大断面黄土隧道初期支护适应性研究

以兰渝铁路大断面黄土隧道为工程背景,采用三维数值模拟结合现场监测实验对现有初期支护设计参数的适应性进行研究,对大断面黄土隧道初期支护的受力与变形特性进行综合分析。通过三维数值模拟得到黄土隧道开挖扰动后初期支护的受力与变形状态,将数值计算结果与现场监控量测对比获得典型断面围岩的应力和位移发展规律并对初期支护安全性进行评价;通过FLAC3D的FISH语言开发程序分析混凝土硬化特性对初期支护受力与变形的影响;现场跟踪量测与数值模拟的计算结果基本吻合,结论可为黄土地区隧道初期支护的设计和施工提供一定的借鉴和参考,积累有益的经验     

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。     

平行小净距盾构与CRD法黄土地铁隧道施工力学研究

西安轨道交通工程是目前首例在我国黄土地区修建的地铁隧道,一号线枣园北路站至汉城路站K12+792.744～K12+889.899区间隧道为同时满足双线正常行车和右线停车线扩大断面的功能需要,选取了左线小断面隧道为盾构法与右线大断面隧道为CRD法相结合的施工方案。针对该地铁隧道的施工过程,进行了三维动态数值模拟和施工力学分析,通过分析施工引起的地表变形、中间土体应力和围岩塑性区的特征和规律,从而研究得出CRD法与盾构法隧道先后施工相互影响的规律性成果：先行大断面隧道采取CRD法施工对后行小断面盾构隧道上方地表沉降的影响较后者对前者的影响大;后行隧道的贯通使得先行隧道开挖形成的地表变形轴线向后行隧道侧偏移了约0.5倍净距,并且地表变形的横向影响范围和地表沉降量均有增大,主要表现在靠后行隧道一侧;先行大断面隧道的开挖较后者对中间土体应力影响大,对相邻洞土体的影响在同掌子面处最为显著。结合西安地铁隧道工程实践开展的数值模拟分析研究,可为今后在黄土地区修建地铁隧道提供具有指导意义的研究成果和宝贵的工程实践经验。     

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。     

城市地下软弱围岩超大断面隧道施工工法

如何保障超大断面隧道的稳定性是当前国内外地下工程亟需解决的技术难题,而超大断面隧道在穿过软弱围岩地带时更容易发生变形失稳破坏等现象.选择合理的开挖工法对隧道施工时的安全性以及围岩的支护控制效果都具有重要意义.以深圳侨城东路北延通道工程东路隧道标准段为研究背景,针对超大断面隧道、地质条件复杂、围岩多为Ⅳ至Ⅴ级的复杂特征,通过原位钻探和室内岩石物理力学实验,获得隧道围岩关键参数,分析隧道围岩大变形机理;利用FLAC3 D数值模拟软件建立隧道模型,模拟全断面法、CRD法、三台阶法和三台阶七步预留核心土法4种不同开挖工法对隧道软弱围岩稳定性的影响;通过揭示其位移应力变化规律,结合室内相似比物理模型试验结果,总结大跨度隧道围岩的应变特征.研究表明:三台阶七步开挖法为侨城东路隧道标准段的最优开挖工法.     

三向FBG应变传感器及在隧道开挖模型试验中的应用研究

基于模型相似材料,研制了适用于模型试验的三向FBG(fiber Bragg grating,光纤光栅)应变传感器,克服了传统的光纤应变传感器力学干扰大等缺点,且简化了力学传递过程。采用有限元方法重点分析了胶体弹性模量对传感器力学传递特性的影响,试验中选择了弹性模量为300MPa的胶体,其应变传递系数为0.662,传感器的灵敏度为0.794pm -1。将该FBG应变传感器用于隧道开挖模型试验中,分别研究支护台阶法开挖、支护全断面开挖及无支护全断面开挖方式下的围岩应变分布状况。传感器监测结果表明,支护台阶法开挖围岩的稳定性较好。该试验为研究隧道不同开挖方式与支护方式提供了可靠的数据支撑。     

复杂条件下隧道支护结构稳定性分析

以方斗山隧道为研究对象,建立三维有限元数值分析模型,模拟分析了隧道支护结构的稳定性。以距离隧道洞口10 m处断面支护结构为例,分析了该断面初次支护和二次衬砌的水平应力、竖向应力、竖向位移、锚杆轴力及支护结构破坏域等随掌子面推进的变化规律,并对该断面支护结构特征点的稳定性进行追踪研究。研究结果表明,当掌子面与断面间距离小于30 m左右时,随着掌子面的推进,支护结构应力及位移等均有一定程度的增长,其后支护结构应力及位移基本收敛,且收敛值均较小,表明支护结构是稳定的。对隧道初次支护应力及锚杆轴力的现场监测结果及数值模拟结果进行对比分析,结果表明,数值模拟与现场监测结果基本一致。     

大断面黄土隧道衬砌结构受力变形特征研究

本文结合工程实例对大断面黄土隧道中初期支护与二次衬砌的受力变形特征进行了分析研究。大断面黄土隧道在初期支护中变形具有突变性、变形量大、变形持续时间长等特征,应当及时进行二次衬砌,以防围岩变形破坏。大断面黄土隧道围岩压力在初期支护施工初期快速增大,施工结束七天左右逐渐稳定。大断面黄土隧道二次衬砌施工结束12 h左右各部位接触压力均出现突然增大的现象,这可能与台车模板可提供的反向作用力有关;接触压力由拱顶向拱脚逐渐增大,拱顶接触压力极小,可能该处混凝土未浇筑密实。     

浅埋大跨隧道施工力学响应模拟与监测分析

以沪－蓉－西庙垭分岔隧道为工程背景,采用三维快速拉格朗日差分法(FLAC3D)对其浅埋大跨段施工开挖力学响应进行了数值模拟,分析了开挖后围岩的应力场和位移场特征,并结合现场围岩变形和支护结构性态的现场监测,研究了典型地质代表断面的施工力学状态,获得一些有益的结论,对实际工程进行直接指导并为同类工程提供参考。     

断层破碎带隧道突水突泥灾变演化模型试验研究

为研究断层破碎带隧道开挖扰动作用下突水、突泥灾变演化过程,建立了三维地质模型试验系统,以江西永莲隧道F2断层突水、突泥灾害为例,通过大量的材料配比及物理力学性能参数测试,研制出适用于流-固耦合模型试验的新型断层及正常围岩相似材料,对隧道突水、突泥灾害进行研究。试验结果有效地揭示了无支护条件下断层破碎带隧道的洞周位移、渗流压力、应力-应变以及突出物质量等特征参数对时效性的响应规律。随着时间的增长,渗流压力整体呈上升趋势,越靠近开挖面其波动范围及幅度越大;突出物质量在发生突水、突泥灾害前出现短时减小后迅速增加;洞周围岩拱顶以竖向位移为主,而拱腰以水平位移为主;在相同相应力状态下,拱腰位置应变比拱顶位置大。将试验灾变特征与现场实际演化过程进行对比分析,两者结果较为吻合。该系统可广泛应用于其他地下工程的模型试验研究,其研究方法及结果对类似工程研究具有一定的指导和借鉴意义。     

Performance of a multi-face tunnel excavated in loess ground based on field monitoring and numerical modeling

In large-span tunneling projects, the mechanical behavior of the rock changes in response to different sequential excavation methods (SEMs) of advancing the tunnel face. The double side drift method (DSDM), which is a development of SEM, was widely used in loess tunnels with large cross sections in China for its ability to limit ground displacement. This paper presents the deformation characteristics of large-span loess tunnels of the high-speed railway line in China. Field monitoring and numerical simulations were conducted to determine the optimal construction approach and reveal the deformation properties of large-span loess tunnels in China. The construction approaches, support measures, ground surface, and subsurface deformation characteristics associated with DSDM are demonstrated. The ground surrounding the loess tunnel underwent vertical settlement at the arch part and at the ground surface because of the metastable structure of the loess. This study provides an in-depth illustration of the influence of face-advancing sequences on ground displacement induced by tunneling, which helps us implement the most effective SEMs.     

沪蓉高速柴家湾隧道围岩稳定性分析及支护效果研究

隧道围岩的应力分布及变形特征对保证其长期稳定性具有关键的作用。本文以柴家湾隧道为例进行实态建模,通过采用有限元软件ANSYS对其施工全过程进行了三维弹塑性数值模拟计算。研究结果表明,隧道拱顶和拱脚处应力集中现象明显,局部可能出现拉应力;变形主要集中在拱顶、拱腰部位,衬砌单元所受内力在规定强度范围以内,支护措施合理有效。     

宝兰客运专线王家沟隧道原状黄土各向异性研究

针对黄土隧道开挖过程中不同部位（拱顶或拱腰）处围岩表现出的变形及强度各向异性情况,以宝鸡-兰州客运专线王家沟隧道原状黄土为例,着重探讨原状黄土结构强度各向异性问题。分别取王家沟隧道原状黄土水平与竖直方向进行抗剪、无侧限抗压及抗拉强度试验研究,考虑结构性对各向异性的影响,并对王家沟原状黄土进行电镜扫描,从微观结构上分析原状黄土具有各向异性的原因,最后探讨了原位状态下黄土各向异性的发生机制。结果表明：水平与竖直向应变比随围压的增大而减小,随归一化偏差应力的增大先增大后减小,峰值点随归一化偏差应力呈幂函数递增。提出原状黄土结构强度各向异性几何模型,并给出原状黄土各向异性强度参数指标。     

浅埋洞口段黄土公路隧道施工变形性状现场测试研究

以某黄土公路隧道工程为依托,借助现场测试方法研究浅埋洞口段黄土公路隧道地表沉降、拱顶下沉和周边收敛时态分布规律,并结合实测数据建立隧道施工变形统计分析预测模型。研究结果表明:（1）黄土隧道施工变形呈现显著的时间和空间效应,其时态分布曲线符合指数函数型发展规律;（2）地表沉降随时间呈增长趋势,约60 d后逐渐趋于稳定,其最大值（w_max）的统计变化范围为（?30.78～?105.20）mm;（3）横向地表沉降曲线分布呈凹槽形,沉降槽宽度约（3～5）倍隧道跨度（B）,且隧道开挖引起的地层损失率为0.74%～3.08%;（4）拱顶下沉与周边收敛时态曲线可分为线性增长、持续变形和平稳发展3个阶段,且线性增长阶段占总变形量的60%以上;（5）v_max的统计值变化范围为（?17.1～?201.1）mm,其95%置信区间为[?51.53,?65.11],u_max的统计值变化范围为（?12.1～?122.0）mm,其95%置信区间为[?35.08,?43.39],建议V级围岩黄土隧道预留变形量取值范围为（?100～?150）mm;（6）拱顶下沉与周边收敛速率时态曲线呈先急剧增加后逐渐衰减趋势,最终稳定后的拱顶下沉速率（Δv）和周边收敛速率（Δu）依次为（?0.05～?0.80）mm/d和（?0.02～?0.60）mm/d。     

浅埋风积砂质黄土隧道变形综合控制技术研究

在隧道施工前,应用数值模拟分析的方法,分析浅埋砂质黄土隧道施工力学效应和变形特征。根据浅埋砂质风积黄土隧道在施工过程中地表沉降量大和洞内施工安全风险大等特点,结合隧道实际监测数据,反演计算得到侵限段地质力学参数,为迈式管棚超前支护及径向迈式锚杆的全施工过程数值模拟提供计算依据,为控制隧道围岩变形提供数据支撑。计算结果显示,隧道侵限段地表最大沉降11.4 mm、最大拱顶下沉30.4 mm、最大水平收敛48.5 mm,隧道整体变形量减小,迈式管棚超前支护可以有效地提供纵向支撑,承受侵限土体压力、约束围岩变形和控制地表沉降,同时为支护侵限段钢拱架的安全拆换提供保障。研究结果表明:径向迈式锚杆、迈式管棚超前支护、环形支撑钢拱架和锁脚锚杆一起,构成了浅埋风积砂质黄土隧道主被动变形综合控制体系,有效地解决了浅埋风积砂质黄土隧道软弱围岩超前支护的难题。     

引水隧洞下穿铁路隧道近接施工振动影响研究

结合云南省盐津县白水江三级电站引水隧洞下穿内-昆铁路手扒岩隧道的工程实际,采用数值模拟计算及现场测试对既有铁路隧道受下穿引水隧洞施工产生的振动影响进行研究。结果表明,经验公式的计算结果作为预测及警示是偏于安 全、可行的,数值模拟分析结果比经验公式更接近工程实际;引水隧洞的掌子面距铁路隧道前后4D（D为引水隧洞开挖洞径）范围内施工时,需对铁路隧道交叉点处的振动速度进行监测,重点是竖直方向的振动速度;引水隧洞在铁路隧道正下方爆破施工时,爆破施工所采用的最大段装药量不得大于2.5 kg,以满足振动速度控制标准;施工过程中进行的爆破振动监测并根据监测结果及时调整爆破参数,是此类地下近接工程成功修建的有力保障。     

隧道下穿码头群桩基础的离心模型试验研究

在地下隧道施工中遇到既有桩的情况并不少见,尽管近年来隧道-土-桩相互作用引起了广泛关注,但以往的研究主要集中在小规模隧道开挖引起的桩的反应上.通过三维离心模型试验,研究了双管大型隧道开挖引起的群桩变形机理.由于隧道开挖引起的应力释放,群桩的实测沉降随隧道的推进几乎呈线性增加.监测点距新建隧道较短,导致群桩沉降较大.单隧...     

青海省五龙沟矿区坑道钻探硐室围岩稳定性分析

以青海省都兰县五龙沟整装勘查矿区黑石沟矿段48线HSNCM48-1钻孔为例,应用FLAC3D数值模拟软件模拟硐室开挖变形情况,根据模拟结果确定支护措施和监控点位置。对硐室开挖支护前后竖向位移、水平位移、总位移和塑性区的数值模拟结果进行对比分析;对监控点开挖支护前后用多点位移计测量位移的真实值和用FLAC3D数值模拟软件计算的模拟值分别进行对比分析。通过计算对比分析可以得到,运用数值模拟软件模拟的硐室围岩变形情况,对分析硐室的位移场、确定支护措施等具有十分重要的指导意义。