大斷面雙連拱隧道施工過程中不同工法的數(shù)值模擬

隧道施工過程的應(yīng)力和位移的變化是施工中十分關(guān)注的問題,目前對于這一問題數(shù)值模擬分析多基于簡化的平面應(yīng)變問題進行模擬,由于平面應(yīng)變問題的特點決定了,采用此種方法無法反映隧道施工過程中的空間力學效應(yīng)。該文結(jié)合上坡雙連拱隧道,對隧道的施工過程進行了三維數(shù)值模擬,得出一些有益的結(jié)論,這些結(jié)論可以作為理論研究和施工實踐的參考。

不同的施工方案對淺埋偏壓連拱隧道結(jié)構(gòu)、圍巖的受力特征和穩(wěn)定性有不同的影響,通過采用midasgts有限元軟件對廣東省某連拱隧道施工順序進行數(shù)值模擬研究,重點研究施工方案對隧道沉降、中隔墻應(yīng)力狀態(tài)、圍巖塑性區(qū)的影響。

以張石高速jk-2合同段岔道2#雙連拱隧道工程為背景,通過現(xiàn)場埋設(shè)多源傳感器構(gòu)建的監(jiān)測信息平臺,結(jié)合回歸分析方法及高置信度關(guān)系模型等參數(shù)反饋信息,對獲取數(shù)據(jù)進行提取、融合和態(tài)勢分析,得到了淺埋偏壓連拱隧道在施工開挖過程中圍巖應(yīng)力、位移、變形、塑性區(qū)和支護結(jié)構(gòu)等動態(tài)變化規(guī)律;對監(jiān)測過程出現(xiàn)的各種異?，F(xiàn)象及產(chǎn)生原因進行深入分析與研究,客觀描述了圍巖的穩(wěn)定性狀與支護效果。同時,采用有限元軟件以實際地形等高線為參照,建立仿真三維模型對隧道施工開挖進行數(shù)值模擬,比較采用不同施工方案對隧道整體結(jié)構(gòu)及支護的影響。針對原淺埋、偏壓連拱隧道施工方案提出優(yōu)化建議,修正優(yōu)化開挖方案和支護設(shè)計,對目前同類特征隧道施工具有借鑒指導(dǎo)意義。

以遵義市子尹隧道為背景,采用ansys有限元分析程序?qū)υ摴こ滩捎玫氖┕すr進行了二維有限元分析。通過對3種開挖工況的分析,獲得了大跨偏壓軟弱圍巖雙連拱隧道在不同開挖工況時各階段圍巖的應(yīng)力狀態(tài)、地表沉降以及隧道支護結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化情況。通過對比分析,并結(jié)合現(xiàn)場施工監(jiān)控量測資料,得到隧道處于偏壓狀態(tài)時,不同的開挖順序?qū)λ淼澜Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響。

應(yīng)用線彈性平面應(yīng)變和空間模型,考慮了施工中可能出現(xiàn)的各種不利因素,對雙連拱隧道三導(dǎo)洞法施工時,中隔墻的變形和穩(wěn)定性進行了詳細的數(shù)值模擬分析。結(jié)果表明:右洞(先開挖洞)開挖對中隔墻的影響約在開挖面前后1.5b(b為右洞開挖寬度)的范圍,左右兩洞的開挖面間距以2.5b~3.0b為宜;右洞施工時,中隔墻產(chǎn)生整體向左的偏轉(zhuǎn),墻身中部向左側(cè)鼓出,基部右趾向上抬起;同時在縱斷面方向,產(chǎn)生向左的橫向彎曲;隨著左洞施工推進,中隔墻的偏轉(zhuǎn)得到糾正,基部右趾回落,橫向彎曲逐漸恢復(fù);在整個施工過程中,中隔墻頂部和左側(cè)的密實回填,對抑制中隔墻的變形和降低中隔墻的內(nèi)力十分有效。

通過對隧道施工方案及其支護參數(shù)的概述,結(jié)合現(xiàn)場地形特點與設(shè)計要點,說明了隧道的有限元模型選取及測算結(jié)果,并論述了雙連拱隧道的施工控制要點,以確保施工各工序的安全進行。

在扼要闡述flac-2d的基礎(chǔ)上,結(jié)合工程實例,以某雙連拱隧道為工程背景,借助于應(yīng)用軟件flac-2d對施工過程進行了比較精確的數(shù)值分析。分析計算結(jié)果為實際施工提供了理論指導(dǎo)和參考。

在扼要闡述flac-2d原理的基礎(chǔ)上,結(jié)合工程實例,以某雙連拱隧道工程為背景,借助于應(yīng)用軟件flac-2d進行了比較精確的數(shù)值分析。隧道的變形和相應(yīng)的應(yīng)力狀態(tài)隨著開挖的逐步進行呈現(xiàn)一定的規(guī)律性。

針對廣東省廣惠高速公路小金口雙連拱隧道和四川省宜水高速公路鞋底坡雙連拱隧道2個工程,應(yīng)用平面應(yīng)變彈塑性模型,對雙連拱隧道施工過程彈塑性進行了深入的有限元數(shù)值分析和模擬,提出了在隧道不同施工工序中塑性區(qū)的分布形式,通過這些塑性區(qū)的分析,指出了在施工過程中的圍巖應(yīng)力危險區(qū)域、圍巖支護及監(jiān)控量測的重點和難點,為施工提出了警示信息。

本文以廣州市軌道交通五號線右線淘金~區(qū)莊區(qū)間隧道為背景,采用有限差分軟件flac3d對大斷面淺埋隧道的cd法、左右兩次施工、全斷面施工三種施工工法進行了數(shù)值模擬,分析比較了三種施工工法在不同工序下的地表沉降量、圍巖豎向應(yīng)力場以及支護豎向應(yīng)力的變化.研究結(jié)果表明:在相同支護措施下,cd法產(chǎn)生的地表沉降和塑性區(qū)最小,開挖在二襯中產(chǎn)生的應(yīng)力非常小,表明二襯在工程中發(fā)揮了很好的作用.

以張(家口)—石(家莊)高速公路野狐嶺1#隧道為例,對連拱隧道的施工過程進行數(shù)值分析研究,明確各開挖階段的力學行為,并結(jié)合二次襯砌表面應(yīng)變量測數(shù)據(jù),評價隧道結(jié)構(gòu)受力狀況,為施工提供參考。

九華山隧道采用大斷面雙連拱,穿過兩個破碎帶,開挖寬度31.5m,高度9.18m,隧道圍巖為ⅴ~ⅳ級。在工程地質(zhì)條件復(fù)雜、開挖斷面大、工期緊的條件下,根據(jù)現(xiàn)場實際情況,施工采用三導(dǎo)洞加橫通道施工法,大幅度縮減了工序,破除了常規(guī)進尺限制,確保了隧道的施工安全和工期,為同類工程施工提供了重要的借鑒意義。

雙連拱隧道施工方案2007-01-2519:31 一、工程概況 （一）隧道概況 南安ⅰ號隧道位于安徽省東至縣馬坑鄉(xiāng)南安村，起訖樁號為k71+760.00～k71+956.00，全 長196m，為整體式連拱隧道，曲線短隧道。單洞建筑限界凈寬10.25m,凈高5m，進出口設(shè) 計標高分別為94.878m和98.404m，隧道最大埋深50.4m。 隧道平面線型為直線接圓曲線，曲線半徑為r=2700m(左偏)，曲線處不設(shè)超高,路面橫坡為 2%。隧道線路縱坡為+1.78%，由安慶端向景德鎮(zhèn)端上坡。隧道洞內(nèi)結(jié)構(gòu)概況詳見表3-1《南 安ⅰ號隧道工程概況表》。 南安ⅰ號隧道工程概況表 表3-1 隧道形式里程樁號長度（m）圍巖級別及長度（m）明洞 ⅴiviii 整體式連 拱隧道k71+760～ k71+956196202912126

采用美國msc公司的大型通用有限元軟件marc對龍山淺埋大跨連拱隧道的施工過程進行數(shù)值計算,模擬隧道施工過程中圍巖與支護結(jié)構(gòu)的力學行為,結(jié)果表明相鄰隧道的施工進度、支護方式都將影響隧道圍巖的穩(wěn)定性和支護結(jié)構(gòu)的承載情況,得到一些有意義的結(jié)論,指導(dǎo)后續(xù)施工。

針對汾柳高速公路離石隧道在不同施工方法下圍巖和隧道支護結(jié)構(gòu)的受力問題,運用有限元程序ansys6.1對三導(dǎo)洞法和上下臺階法進行了動態(tài)數(shù)值模擬,建立了不同施工工序下圍巖的位移場和應(yīng)力場,并以此對這兩種施工方法進行了對比分析,得出三導(dǎo)洞法較優(yōu)。對隧道的施工具有重大的指導(dǎo)意義。

以岳陽市平江縣s207百福隧道實際工程施工為依托,在v級圍巖淺埋條件下,采用flac3d對雙連拱隧道主要施工方法進行數(shù)值模擬,得到3種主要工法下隧道開挖后的圍巖和隧道結(jié)構(gòu)的受力特征等結(jié)果,為本隧道的施工優(yōu)化了設(shè)計工法,為類似地層條件下的隧道開挖設(shè)計施工方法的選擇和分析提供一定的參考。

針對汾柳高速公路離石隧道在不同施工方法下圍巖和隧道支護結(jié)構(gòu)的受力問題,運用有限元程序ansys6.1對三導(dǎo)洞法和上下臺階法進行了動態(tài)數(shù)值模擬,建立了不同施工工序下圍巖的位移場和應(yīng)力場,并以此對這兩種施工方法進行了對比分析,得出三導(dǎo)洞法較優(yōu)。對隧道的施工具有一定的指導(dǎo)意義。

針對一座淺埋偏壓條件下的雙連拱隧道,分別按三導(dǎo)洞先墻后拱法和中導(dǎo)洞法對其施工過程進行了三維彈塑性有限元模擬分析。計算結(jié)果揭示了該條件下雙連拱隧道襯砌結(jié)構(gòu)的受力和變形以及圍巖的塑性區(qū)分布都具有明顯的非對稱特性,襯砌內(nèi)側(cè)的拱部和內(nèi)外側(cè)仰拱承受了較大的拉應(yīng)力而成為結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié),中隔墻因在不對稱水平推力作用下發(fā)生偏轉(zhuǎn)成為影響襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的關(guān)鍵因素,并在此基礎(chǔ)上對提高結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性提出了建議。

為了研究非對稱大跨度連拱隧道采用新奧法施工過程中其圍巖和襯砌的力學性態(tài)變化,利用三維有限元方法,對某高速公路非對稱連拱隧道新奧法施工全過程進行數(shù)值模擬研究,著重分析了圍巖的變形和應(yīng)力及襯砌的受力和變形,同時對中墻的偏壓情況進行了討論,不僅對研究對象的空間分布進行了分析,還討論了它們隨施工步增加而變化發(fā)展的情況。

以某高速公路中的一淺埋偏壓雙連拱隧道為工程背景,運用midas/gts有限元軟件,對其施工過程進行三維彈塑性分析。分別就三導(dǎo)洞施工方法中的\"先外后內(nèi)\"和\"先內(nèi)后外\"兩種施工順序下的施工過程進行數(shù)值模擬,重點分析圍巖的變形與應(yīng)力、初期支護應(yīng)力的分布規(guī)律,中隔墻的應(yīng)力變化,以及圍巖塑性區(qū)的分布,進一步研究淺埋偏壓情況下連拱隧道的穩(wěn)定性,為后續(xù)設(shè)計和施工提供技術(shù)指導(dǎo)。

本文采用二維彈塑性有限元法,分析了一特大斷面黃土隧道各個施工階段以及建成后圍巖和襯砌的受力狀態(tài)。分析中采用增量彈塑性應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系,mohr-coulomb屈服準則及關(guān)聯(lián)流動法則,對于超出屈服面的應(yīng)力進行調(diào)整,使之回到屈服面上。采用切線剛度法進行迭代計算,采用節(jié)點位移增量的收斂準則判斷求解過程的收斂,每次迭代中采用高斯消元法求解體系的平衡方程。最后對支護結(jié)構(gòu)進行了檢算,提出了抑制隧道圍巖變形的技術(shù)措施。

以蘇州鳳凰山大跨度雙連拱隧道工程為例，采用有限元軟件對多工序開挖條件下雙連拱隧道圍巖應(yīng)力場、位移場的變化及初期支護的受力情況進行了詳細的分析.通過分析得出，中隔墻頂部及拱腰處圍巖存在應(yīng)力集中的現(xiàn)象；中隔墻中間部位應(yīng)力最大.豎向位移在主洞拱頂和拱底較大.通過現(xiàn)場實測，測得拱頂沉降隨開挖工序的變化趨勢，將理論分析結(jié)果與實測結(jié)果進行對比分析，結(jié)果表明，數(shù)值模擬得出的拱頂沉降與實測結(jié)果基本是一致，由此證明，數(shù)值模擬結(jié)果能真實反應(yīng)現(xiàn)場隧道圍巖的應(yīng)力應(yīng)變狀態(tài)隨開挖步驟的變化趨勢.