云南扁平状大断面公路隧道施工力学响应数值模拟

大断面小高跨比的公路隧道，受力十分复杂，经常出现坍方等灾难性事故，因此现场工程师对该类隧道的施工力学问题一直都委关注，为了对该类隧道的施工力学问题有一个比较深入的了解，本文给合实际隧道，进行了认真研究，获得了一些有意义的结论。

大断面小净距隧道施工力学响应研究——通过对软弱围岩条件下的大断面小净距隧道采用不同施工方案及步骤时的力学响应研究，针对双侧壁导坑法、cd法、上下台阶法等几种施工方法对围岩变形、地表沉降、围岩应力、围岩稳定性等进行对比分析，确定了适合软弱围岩条件...

通过对软弱围岩条件下的大断面小净距隧道采用不同施工方案及步骤时的力学响应研究,针对双侧壁导坑法、cd法、上下台阶法等几种施工方法对围岩变形、地表沉降、围岩应力、围岩稳定性等进行对比分析,确定了适合软弱围岩条件下大断面小净距公路隧道的合理施工方法。对双侧壁导坑法采用不同的施工过程,分析比较确定出合理的施工程序。研究结果可为类似工程的设计和施工提供借鉴。

通过有限元数值模拟,分析了小净距公路隧道中夹岩柱的受力特性、围岩屈服接近度、锚杆轴力、二次衬砌混凝土内力特征等。研究结果表明:净距较小为b/3时,研究区中夹岩柱围岩会受到左右双洞开挖应力场重叠作用的严重影响,受力状态十分不利,屈服区也贯通中夹岩柱,中夹岩柱两侧的隧道支护衬砌结构都应有所加强;当净距为(0.85~1.5)b时,中夹岩柱受力状态受净距的影响已很小。

铁路隧道下穿公路隧道段的施工力学数值模拟

通过对老虎山隧道导洞转正洞施工进行现场监测,结合数学统计分析方法,研究了超大断面隧道导洞围岩-支护结构施工力学响应规律,分析了支护结构高风险部位及高风险时段,提出相应措施提高施工安全性。根据统计分析得出:(1)开挖第1~8d为高风险期,需加强监测频率,酌情采取加强支护措施;(2)导洞支护结构主要受力部位为拱顶和拱脚,需加强支护措施;(3)导洞转正洞开挖过程,正洞挑高开挖会导致导洞拱顶拱脚应力增大;(4)正洞向一侧开挖后,对导洞造成偏压影响,开挖侧拱脚应力急剧增长。

文章以重庆建新坡隧道为例,对大跨度隧道施工过程中的围岩应力和塑性区变化进行了flac3d三维数值模拟分析,揭示了围岩应力和塑性区的分布规律,为大跨度隧道工程设计和施工提供参考依据。

对于浅埋偏压连拱公路隧道,在洞口软弱围岩段,采用三导洞配合台阶法施工是可行的。其施工顺序应采用先埋深较浅一侧隧道再埋深较深一侧隧道。在施工中,中墙不会因为地表的偏压和不对称施工而产生过大的倾斜,从而影响中墙的稳定性。在施工中及时施作初期支护有利于控制围岩的变形,从而满足围岩的稳定和施工的安全。当地形较低一侧埋深太小时,应采用人工回填土的方式来增大覆盖层厚度,以便满足隧道进洞的最小埋深,同时应采用管棚加固措施。

根据施工过程动态规划最优化原理,以地表沉降作为目标函数,建立地铁隧道突变大断面施工过程的数学模型,寻找最优施工方法。以北京地铁五号线突变大断面为例进行研究,结果表明,数值模拟计算的地表沉降在可控范围之内,对施工起到了超前预报和预测作用。研究结果为控制地表沉降及围岩变形采用有效的施工措施提供了可靠的依据。

大断面隧道施工开挖时,常采用台阶法和cd法。采用数值计算方法,从位移和受力两方面,对两种开挖方法作了比较分析,揭示隧道结构的位移和力学特性,验证了理论的正确性,可为大断面隧道的设计与施工提供一定的参考和指导。

大断面公路隧道施工技术

为了采取有效的通风措施降低钻爆法施工的粉尘浓度,以辛庄隧道为例,通过对其掌子面附近风流的现场实测,系统的开展了风流流场分布规律的研究,并采用fluent软件进行了数值模拟,模拟结果与实测数据基本吻合。结果表明:隧道内风流速度以风筒出口为界,分为射流扩张区、射流收缩区、涡流区、回流区4个部分;靠近掌子面的同一断面上:风速呈\"中间小,两边大\"的形式,且回流区面积稍大于射流区面积,其中射流区最大断面积约占整个断面积的40%。研究结果对隧道施工通风除尘具有一定的指导意义和使用价值。

介绍了一公路隧道工程设计概况,阐述了ⅱ、ⅲ类围岩段双侧壁导坑施工方法及ⅳ、ⅴ类围岩段台阶施工方法,并对偏压段施工方案中围岩的稳定性进行了优化数值分析,获得了偏压大跨隧道双侧壁导坑法的合理施工工序。

利用有限元模型分析了扩建小净距隧道在不同净距下隧道围岩、中夹岩柱、锚杆及初衬的受力特征。研究结果表明:扩建小净距隧道围岩的屈服区主要集中在拱脚部位,拱脚部位的隧道支护结构应有所加强,当净距大于1/2b时,中夹岩柱受力状态受净距的影响很小;隧道外侧锚杆轴力约为内侧锚杆轴力的4～5倍。

扩建小净距公路隧道施工力学分析

富水板岩地层的膨胀问题一直是地下工程领域亟待解决的难点问题.以沪昆客运专线长昆湖南段姚家隧道出现的膨胀问题为出发点,利用midas/gts软件建立二维平面应变非线性对称计算模型,将已取得的基于时间效应的富水板岩隧道围岩膨胀本构模型导入至midas/gts软件中,研究膨胀作用下板岩隧道支护结构力学响应机制.结果表明：板岩在膨胀作用过程中,围岩膨胀力成为影响支护结构内力的主要荷载,由于膨胀力的存在,拱脚处的轴力、剪力、弯矩和仰拱跨中弯矩、轴力均会显著增加;围岩在膨胀过程中,与支护结构密贴的围岩附近会产生明显的塑性区,塑性区主要集中在隧道仰拱以下区域和拱顶附近环形区域内,仰拱以下塑性区层次明显;塑性区的分布范围和隧道支护结构的位移之间呈正相关性.

富水板岩地层的膨胀问题一直是地下工程领域亟待解决的难点问题.以沪昆客运专线长昆湖南段姚家隧道出现的膨胀问题为出发点,利用midas/gts软件建立二维平面应变非线性对称计算模型,将已取得的基于时间效应的富水板岩隧道围岩膨胀本构模型导入至midas/gts软件中,研究膨胀作用下板岩隧道支护结构力学响应机制.结果表明:板岩在膨胀作用过程中,围岩膨胀力成为影响支护结构内力的主要荷载,由于膨胀力的存在,拱脚处的轴力、剪力、弯矩和仰拱跨中弯矩、轴力均会显著增加;围岩在膨胀过程中,与支护结构密贴的围岩附近会产生明显的塑性区,塑性区主要集中在隧道仰拱以下区域和拱顶附近环形区域内,仰拱以下塑性区层次明显;塑性区的分布范围和隧道支护结构的位移之间呈正相关性.

以金鸡山特大断面隧道原位扩建工程为背景,介绍了核心五步法的原位扩挖方案,并通过数值模拟与现场监测手段,分析了特大断面隧道原位扩建的施工力学特性。结果表明:目标断面附近掌子面右上、左上部围岩开挖,以及临时竖撑拆除、仰拱回填,使得拱顶沉降显著增大。同时临时竖撑的支承作用,使得作用在衬砌拱顶与拱底处的围岩压力较集中,而先右后左的扩挖方案使得衬砌右侧围岩压力明显大于左侧。金鸡山隧道原位扩建施工过程中,对目标断面的拱顶沉降和水平收敛进行了长期跟踪监测,其结果与数值模拟较为吻合。

以金鸡山特大断面隧道原位扩建工程为背景,介绍了核心五步法的原位扩挖方案,并通过数值模拟与现场监测手段,分析了特大断面隧道原位扩建的施工力学特性.结果表明:目标断面附近掌子面右上、左上部围岩开挖,以及临时竖撑拆除、仰拱回填,使得拱顶沉降显著增大.同时临时竖撑的支承作用,使得作用在衬砌拱顶与拱底处的围岩压力较集中,而先右后左的扩挖方案使得衬砌右侧围岩压力明显大于左侧.金鸡山隧道原位扩建施工过程中,对目标断面的拱顶沉降和水平收敛进行了长期跟踪监测,其结果与数值模拟较为吻合.

以瑞赣高速公路峡山隧道区间为工程背景,针对小净距双洞并行隧道的复杂受力状态,采用有限元法对深埋条件下的小净距段偏压隧道采用不同施工方案进行数值模拟.对双侧壁导坑法、cd法和上下台阶法等不同的施工方法对围岩应力、围岩变形、锚喷支护体系结构内力、拱顶位移及围岩稳定性进行对比.分析不同方案下开挖前、后隧道围岩与支护结构的位移、应力变化规律.在此基础上对不同方案施工过程对隧道中间夹岩的力学行为进行分析,提出了隧道中间夹岩薄弱面的概念,更加明确了该工程地质条件下隧道夹岩的薄弱控制面.并以此为依据指导工程施工,在实际施工中取得了较好的效果.

为了研究隧道挖掘施工对支护结构、围岩应力变化以及地表变形的影响,采用有限元软件数值模拟方法对挖掘施工进行力学计算。首先分析了施工地层变形及传播规律；然后结合midasgts软件建立了高层建筑群附近的软弱围岩隧道施工力学模型；最后通过围岩应力、初支应力以及二衬应力计算得出以下几点结论:模拟施工首先进行右洞开挖,右洞下台阶开挖导致洞口两侧受力不均,周边收敛值达到5.74mm,增幅高达133%,现场施工时需注意减小开挖幅度,避免洞口两侧受力不均问题；对初支结构应力计算得到左洞部分位置最大拉应力达到2.31mpa,高于c20喷射混凝土极限拉应力2.1mpa,施工过程需加密钢拱架。

永九快速线永龙隧道的双向6车道浅埋大跨扁平结构,对围岩稳定和结构受力均产生不利影响.利用有限元程序模拟v级围岩软岩地质条件下大跨度隧道的动态施工过程,以隧道施工后周边围岩稳定性和初期支护及临时支护安全性为指标分析开挖效果,从理论和与实际监控量测数据对比分析结果证实了上下台阶双侧壁导坑法设计施工方案的合理.研究成果为同类工程的设计与施工提供理论参考.