東門(mén)關(guān)隧道進(jìn)口段施工動(dòng)態(tài)數(shù)值模擬分析

主要對(duì)小間距隧道在洞口偏壓和兩個(gè)洞口有錯(cuò)臺(tái)的情況下進(jìn)行施工動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和平面數(shù)值模擬分析。以云南省平年隧道為例,通過(guò)分析現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),得出現(xiàn)場(chǎng)量測(cè)的洞口地表沉降值對(duì)預(yù)測(cè)洞口塌方有重要的作用的結(jié)論。應(yīng)用施工動(dòng)態(tài)反饋的原理對(duì)選定斷面的洞周收斂和地表沉降量測(cè)值進(jìn)行分析,得到了正常施工情況下的擬合函數(shù),可為后續(xù)步驟的施工提供參考價(jià)值。再通過(guò)二維情況下的數(shù)值模擬分析,與實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比,反映了一些規(guī)律性問(wèn)題,重點(diǎn)研究了兩個(gè)隧道中夾巖體的穩(wěn)定性。

近年來(lái),隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和技術(shù)條件的不斷進(jìn)步,尤其是在我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的進(jìn)一步實(shí)施,我國(guó)高等級(jí)公路呈現(xiàn)出飛速發(fā)展的局面,公路隧道數(shù)量日益增多。在山區(qū)狹窄地帶等特殊地形條件下,采用分離式隧道線路較為困難且造價(jià)高昂,于是產(chǎn)生了雙連拱隧道形式。文章以腰子坡連拱隧道為研究背景,通過(guò)運(yùn)用大型通用有限元軟件ansys,建立了隧道穿越v級(jí)i型圍巖地段的二維彈塑性有限元模型,進(jìn)行施工力學(xué)平面的數(shù)值模擬,得到隧道中墻應(yīng)力、圍巖應(yīng)力和位移、拱頂下沉、地表沉降值以及支護(hù)、襯砌的內(nèi)力值以及上下臺(tái)階開(kāi)挖方式對(duì)這些值的影響。

隧道洞口明挖段圍巖一般自穩(wěn)能力較差,如何通過(guò)支護(hù)等手段保證洞口明挖段在施工過(guò)程中的圍巖穩(wěn)定是至關(guān)重要的問(wèn)題。為保證隧道安全順利施工,采用三維空間彈塑性有限差分法(flac)對(duì)隧道施工過(guò)程進(jìn)行模擬分析計(jì)算,包括施工過(guò)程中周邊土體的應(yīng)力分布狀況、變形情況,地表沉降情況,支護(hù)與襯砌的受力情況和變形狀況等方面。根據(jù)模擬分析結(jié)果對(duì)隧道周邊土體的穩(wěn)定性和支護(hù)參數(shù)做出綜合評(píng)判,為隧道施工提供科學(xué)依據(jù)。

文章以重慶市地鐵1號(hào)線大坪車站跨越既有線段施工為研究對(duì)象,介紹采用flac3d對(duì)近距離疊交情況下新建隧道施工引起既有隧道襯砌的應(yīng)力和位移進(jìn)行了模擬和分析,同時(shí)分析了新建隧道以樁+承臺(tái)的方法跨越隧道施工后樁軸力和承臺(tái)梁彎矩的分布情況,研究成果為今后類似地鐵工程建設(shè)提供參考依據(jù)。

革鎮(zhèn)堡隧道是遼寧省的重點(diǎn)建設(shè)工程,其中破碎段巖體地質(zhì)條件復(fù)雜,傳統(tǒng)方法不能很好地反映其力學(xué)行為。針對(duì)上述問(wèn)題,在建立大規(guī)模的復(fù)雜地質(zhì)結(jié)構(gòu)的數(shù)值網(wǎng)格基礎(chǔ)上,采用三維巖土工程軟件flac3d,分別根據(jù)無(wú)支護(hù)、初次支護(hù)和二次支護(hù)3種情況,4m一個(gè)步長(zhǎng),分為上下兩臺(tái)階對(duì)該段隧道的分步動(dòng)態(tài)施工過(guò)程進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。通過(guò)對(duì)位移場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的演化情況和塑性區(qū)分布的模擬計(jì)算,分析了開(kāi)挖支護(hù)動(dòng)態(tài)過(guò)程的復(fù)雜力學(xué)行為。計(jì)算結(jié)果顯示,位移與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)比較一致,現(xiàn)有的二次支護(hù)方案能夠保證圍巖的穩(wěn)定性。數(shù)值模擬的結(jié)果對(duì)于該段隧道的施工具有指導(dǎo)意義。

根據(jù)昆明—石林高速公路陽(yáng)宗隧道s5型支護(hù)襯砌優(yōu)化調(diào)整方案和xk38+926斷面現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行位移反分析,得到計(jì)算所需的圍巖彈性模量e和側(cè)壓力系數(shù)k0;然后運(yùn)用有限元方法,對(duì)其試驗(yàn)洞段上下臺(tái)階開(kāi)挖動(dòng)態(tài)施工過(guò)程進(jìn)行仿真數(shù)值模擬研究,從而反饋調(diào)整和指導(dǎo)施工

根據(jù)昆明—石林高速公路陽(yáng)宗隧道s5型支護(hù)襯砌設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)整方案和xk38+926斷面現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù),進(jìn)行位移反分析,得到計(jì)算所需的圍巖彈性模量e和側(cè)壓力系數(shù)k_0;然后運(yùn)用有限元方法,對(duì)其試驗(yàn)洞段上下臺(tái)階開(kāi)挖動(dòng)態(tài)施工過(guò)程進(jìn)行仿真數(shù)值模擬研究,從而反饋調(diào)整和指導(dǎo)施工。

廣州市軌道交通六號(hào)線潯峰崗至燕塘段東湖車站暗挖段,采用三維空間數(shù)值模擬計(jì)算方法對(duì)東湖車站管棚超前預(yù)支護(hù)中洞法施工方案的施工動(dòng)態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,以確定施工過(guò)程中的安全性及穩(wěn)定性,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工提出建議以指導(dǎo)施工。

廣州市軌道交通6號(hào)線潯峰崗至燕塘段東湖車站暗挖段,采用三維空間數(shù)值模擬計(jì)算方法對(duì)東湖車站管棚超前預(yù)支護(hù)中洞法施工方案的施工動(dòng)態(tài)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算,以確定施工過(guò)程中的安全性及穩(wěn)定性,對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工提出建議以指導(dǎo)施工。

通過(guò)對(duì)大連地鐵隧道復(fù)雜圍巖地段圍巖和支護(hù)系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,得到了鋼支撐、噴射混凝土等支護(hù)構(gòu)件的受力和圍巖位移收斂狀況,建立相應(yīng)的模型,進(jìn)行了有限元數(shù)值分析,并對(duì)測(cè)試與計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析。研究結(jié)果表明:在復(fù)雜圍巖地段,采用現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)態(tài)監(jiān)控量測(cè)與有限元仿真模擬相結(jié)合的方法可為隧道襯砌設(shè)計(jì)和施工的安全可靠性提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo),可為類似工程研究提供參考。

采用crd工法及相關(guān)輔助工法對(duì)在沖積層中,洞間距僅為1m,圍巖軟弱的城市淺埋雙洞隧道進(jìn)行暗挖施工,用數(shù)值模擬方法實(shí)現(xiàn)了這一復(fù)雜開(kāi)挖施工過(guò)程.該方法主要運(yùn)用有限差分程序,利用應(yīng)力釋放法及三維實(shí)體模型對(duì)隧道的開(kāi)挖施工過(guò)程進(jìn)行了三維動(dòng)態(tài)模擬分析,總結(jié)了隧道拱頂、地表、地層沉降規(guī)律,研究了開(kāi)挖施工中地層的塑性破壞區(qū)變化情況和中間巖柱的受力特點(diǎn)等,并將模擬數(shù)據(jù)與相關(guān)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,認(rèn)為此法合理、可行,可為以后的設(shè)計(jì)和施工提供參考.

以某鐵路隧道為工程背景,該隧道為軟巖大變形隧道,且地下水極為豐富,隧道穿過(guò)軟巖地層時(shí),初期支護(hù)多次出現(xiàn)下沉、開(kāi)裂,最后導(dǎo)致初期支護(hù)置換,施工進(jìn)度極為緩慢。針對(duì)隧道在軟巖地段時(shí),研究隧道在滲流場(chǎng)—應(yīng)力場(chǎng)耦合情況下,對(duì)隧道采用三臺(tái)階開(kāi)挖方法進(jìn)行模擬,驗(yàn)證施工工法的可行性。

結(jié)合天壇東門(mén)站的工程條件,運(yùn)用flac軟件對(duì)車站主體淺埋暗挖的四種施工和支護(hù)方案進(jìn)行模擬研究。得出車站周圍土體應(yīng)力、塑性區(qū)和位移的基本變化規(guī)律,并確定最優(yōu)開(kāi)挖方案。研究結(jié)果表明:(1)車站開(kāi)挖過(guò)程中,地表破壞區(qū)基本從車站兩側(cè)垂線向外擴(kuò)散至與垂線呈45°,車站兩幫的破壞區(qū)較大,管棚及底拱對(duì)抑制車站頂部和底部的破壞有非常明顯的效果;(2)單純的豎向或分層開(kāi)挖對(duì)地表沉降均有不利的影響,2種開(kāi)挖方式的適度結(jié)合能達(dá)到較好的效果;(3)偏弧中支撐較中直支撐更能有效抑制地表位移的沉降,半豎直半對(duì)稱開(kāi)挖法方案為最優(yōu)方案;(4)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證車站開(kāi)挖支護(hù)設(shè)計(jì)能滿足車站的整體穩(wěn)定性要求。

依托平陽(yáng)高速某黃土公路隧道，采用三維數(shù)值模型對(duì)隧道洞口段不同施工工法施工過(guò)程中圍巖變形和支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力規(guī)律進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明：（1）各工法下施工階段最不利狀態(tài)：臺(tái)階法為上臺(tái)階施工，crd法為先行洞上導(dǎo)坑施工，雙側(cè)壁導(dǎo)坑法為中上導(dǎo)坑施工，當(dāng)進(jìn)行到上述工序時(shí)應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)控量測(cè)，開(kāi)挖后及時(shí)施作初期支護(hù)。（2）黃土隧道洞口段優(yōu)先采用雙側(cè)壁導(dǎo)坑工法以防止圍巖產(chǎn)生過(guò)大變形。

以大連市某地下通道工程監(jiān)測(cè)項(xiàng)目為背景,通過(guò)對(duì)該地下通道橫向地表沉降曲線、縱向地表沉降曲線以及洞周收斂和拱頂位移曲線的數(shù)據(jù)分析,驗(yàn)證在城市主干道下進(jìn)行地下通道施工地表沉降對(duì)隧道圍巖穩(wěn)定性的控制作用。同時(shí)應(yīng)用flac數(shù)值軟件,采用平面應(yīng)變模型對(duì)南側(cè)施工段xs-2#斷面的不同施工階段進(jìn)行數(shù)值模擬分析,得出考慮應(yīng)力釋放情況下不同施工階段對(duì)路面沉降的影響曲線,與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)結(jié)果基本吻合,對(duì)相似地質(zhì)條件的地下工程設(shè)計(jì)施工具有重要意義。

基于淺埋段隧道的特殊性,對(duì)結(jié)構(gòu)的可靠性提出了更高要求,以確保隧道在施工及運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全.為驗(yàn)證隧道襯砌結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的安全可靠,以西藏珠角拉山隧道v級(jí)圍巖淺埋段為例,采用荷載結(jié)構(gòu)法(考慮地震荷載)進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析驗(yàn)算,通過(guò)安全系數(shù)驗(yàn)證結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度,實(shí)際應(yīng)用證明該方法是可行的.

應(yīng)用有限元軟件abaqus對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土凍融后的力學(xué)性能進(jìn)行了數(shù)值模擬,對(duì)比并分析不同凍融循環(huán)次數(shù)、不同加載速率對(duì)凍融后混凝土的峰值應(yīng)力、應(yīng)力-應(yīng)變曲線的影響。研究結(jié)果表明:隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加,混凝土的峰值應(yīng)力呈顯著下降趨勢(shì)；相同凍融循環(huán)次數(shù)下,隨著加載速率的減小,混凝土的峰值應(yīng)力逐漸下降,但不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土下降的幅度不同。研究結(jié)果可為混凝土抗凍耐久性破壞提供一定的參考。

根據(jù)新奧法原理并結(jié)合工程地質(zhì)條件,采用全斷面開(kāi)挖施工,對(duì)隧道施工進(jìn)行了數(shù)值模擬,就其模擬結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)分析,從而找出隧道施工中圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變發(fā)展變化規(guī)律。

為了研究隧道開(kāi)挖過(guò)程中硐室的變形狀況,針對(duì)湖南溆懷高速公路關(guān)虎沖隧道工程施工過(guò)程進(jìn)行了數(shù)值模擬研究,著重分析了隧道開(kāi)挖過(guò)程中的圍巖變形狀態(tài),得出了每個(gè)施工步驟后的沉降或收斂數(shù)據(jù),并與后期實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比分析,結(jié)果表明,拱頂模擬分析結(jié)果與實(shí)測(cè)值較接近,周邊收斂結(jié)果則有一定差異,這一結(jié)果與數(shù)值分析未計(jì)入構(gòu)造應(yīng)力有關(guān)。

根據(jù)冉家壩隧道左線出口加強(qiáng)段臺(tái)階分部法開(kāi)挖施工的特點(diǎn),采用有限元方法對(duì)其動(dòng)態(tài)開(kāi)挖過(guò)程進(jìn)行數(shù)值模擬分析研究,以配合和指導(dǎo)該隧道新奧法施工實(shí)踐.

基于巖質(zhì)較好的巖層中開(kāi)挖隧道時(shí)常常存在一定長(zhǎng)度的無(wú)支護(hù)區(qū)的事實(shí)，本文充分考慮圍巖自身具備的自穩(wěn)能力，以實(shí)際巖層力參數(shù)為基礎(chǔ)，建立了不同方法開(kāi)失密武山隧道的力學(xué)分析模型，以三維ｃｏｕｌｏｍｂ－ｍｏｈｒ強(qiáng)度準(zhǔn)則為屈服條件，利用三維彈塑性有限元程序，３ｄ－σ分別對(duì)全斷面法，上下臺(tái)階法，左右分部法和四分部法開(kāi)挖隧道進(jìn)的動(dòng)態(tài)力學(xué)特性進(jìn)行了數(shù)值模擬，得出了無(wú)支護(hù)進(jìn)開(kāi)挖方法對(duì)圍巖最終應(yīng)力場(chǎng)無(wú)影響，但卻很大程度地

結(jié)合明月山隧道工程地質(zhì)和設(shè)計(jì)情況,以解決上下行分離式隧道臺(tái)階法施工技術(shù)為出發(fā)點(diǎn),應(yīng)用有限元軟件為計(jì)算手段,對(duì)隧道施工進(jìn)行了數(shù)值模擬,并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了深入分析,找出了隧道施工中圍巖及支護(hù)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力應(yīng)變變化規(guī)律,可以為工程設(shè)計(jì)的精確性分析提供合理的依據(jù)。