楓槎嶺偏壓隧道施工過(guò)程中圍巖力學(xué)行為分析

淺埋巖質(zhì)公路隧道爆破開(kāi)挖時(shí),由于工程地質(zhì)條件復(fù)雜,環(huán)境影響因素較多,施工安全是大家十分關(guān)注的重要問(wèn)題。對(duì)密云火郎峪淺埋巖質(zhì)公路隧道開(kāi)挖施工過(guò)程進(jìn)行了應(yīng)力應(yīng)變有限元計(jì)算分析和監(jiān)控量測(cè),結(jié)果對(duì)比分析可知,隧道開(kāi)挖后拱頂存在明顯的拱效應(yīng),拱腳處圍巖壓力集中,拱腳的安全直接影響到整個(gè)隧道的安全和施工;圍巖壓力、洞頂沉降和收斂監(jiān)控量測(cè)表明,初襯支護(hù)后7d為構(gòu)筑二次襯砌最理想的時(shí)機(jī)。正確的監(jiān)測(cè)和計(jì)算分析可以預(yù)測(cè)和預(yù)知隧道在施工過(guò)程中可能發(fā)生的變形和結(jié)構(gòu)所受的應(yīng)力大小,指導(dǎo)設(shè)計(jì)和施工,提高隧道施工安全性。

文章以濟(jì)邵高速公路喬莊隧道為例,應(yīng)用有限元程序?qū)浫鯂鷰r段隧道實(shí)體建模,采用二維彈塑性地層-結(jié)構(gòu)模型模擬隧道施工全過(guò)程,得到了初期支護(hù)和二次襯砌等支護(hù)構(gòu)件的受力和圍巖位移收斂狀況;同時(shí),通過(guò)比較表明,拱頂下沉和拱腰水平收斂以及支護(hù)受力現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)值與理論計(jì)算數(shù)據(jù)兩者變化規(guī)律基本吻合。由此說(shuō)明,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)和安全施工提供可靠的科學(xué)依據(jù)和技術(shù)指導(dǎo)。

采用三維數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)的手段,對(duì)風(fēng)積沙地層大跨公路隧道超前支護(hù)效果、工法參數(shù)優(yōu)化、圍巖壓力釋放和沉降發(fā)展規(guī)律進(jìn)行分析。通過(guò)計(jì)算結(jié)果與監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的對(duì)比分析,得出了風(fēng)積沙地層隧道開(kāi)挖過(guò)程中圍巖壓力的變化形態(tài)、二次襯砌施作時(shí)機(jī)和最終形變荷載大小以及沉降發(fā)展等規(guī)律。分析結(jié)果表明:旋噴樁超前支護(hù)將掌子面潛在失穩(wěn)區(qū)域控制在旋噴殼下部掌子面前方d/2范圍(d為單洞開(kāi)挖跨度14m);三臺(tái)階法施工臺(tái)階長(zhǎng)度宜取(1/3～1/2)d;二次襯砌落后下臺(tái)階掌子面的距離宜取d/2;二次襯砌分擔(dān)荷載較大,分擔(dān)比例約為50%。

以廈蓉高速(貴州境)榕江格龍—都勻段計(jì)擺隧道都勻端右線洞口淺埋段為研究對(duì)象,基于監(jiān)控量測(cè)信息包括收斂位移、拱頂下沉、地表位移及斷面輪廓等,準(zhǔn)確的獲取該段圍巖變形特征,為施工決策提供科學(xué)依據(jù)。

本文結(jié)合軟弱圍巖隧道施工實(shí)際,利用數(shù)值分析軟件flac3d和數(shù)學(xué)分析軟件matlab進(jìn)行圍巖參數(shù)反演計(jì)算,確定出隧道圍巖力學(xué)參數(shù)；基于反演計(jì)算得到的圍巖參數(shù)建立數(shù)值仿真模型,可預(yù)測(cè)隧道圍巖的變形和受力。

1 隧道施工過(guò)程中圍巖沉降變形監(jiān)理控制 為確保施工安全及結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期穩(wěn)定性，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)隧道的支護(hù)結(jié)構(gòu) 和周圍圍巖的變形特征，及時(shí)反饋于設(shè)計(jì)和指導(dǎo)施工，調(diào)整支護(hù)參數(shù) 和確定二襯最佳施做時(shí)間，對(duì)于長(zhǎng)大隧道圍巖沉降變形的質(zhì)量控制至 關(guān)重要。 一、監(jiān)理控制要點(diǎn) 審批施工單位的監(jiān)控量測(cè)方案，重點(diǎn)審核量測(cè)斷面，測(cè)點(diǎn)布置， 量測(cè)頻率，觀測(cè)人員及儀器配置是否滿足施工需要。 檢查量測(cè)的操作過(guò)程，造價(jià)人才網(wǎng)尤其注意初始讀數(shù)的讀取應(yīng)及時(shí)，一 般要求周邊位移，拱頂下沉的初始值應(yīng)在開(kāi)挖爆破后24小時(shí)內(nèi)或下 次爆破前讀取 檢查測(cè)點(diǎn)或基準(zhǔn)點(diǎn)是否松動(dòng)或破壞，是否采取可靠的保護(hù)措施。 檢查量測(cè)數(shù)據(jù)分析處理結(jié)果，對(duì)照洞內(nèi)觀測(cè)記錄作出判斷，對(duì)異?，F(xiàn) 象及時(shí)反饋設(shè)計(jì)，并要求施工單位采取措施。 現(xiàn)場(chǎng)檢查監(jiān)控量測(cè)的實(shí)施情況，隨著洞身開(kāi)挖或其他工序的進(jìn) 展，監(jiān)理工程師要督促施工單位嚴(yán)格按批準(zhǔn)的方案進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控量 測(cè)，

以云南某公路隧道工程為例,針對(duì)隧道施工過(guò)程中極破碎圍巖的整治方法進(jìn)行了探討,詳細(xì)介紹了極破碎圍巖條件下施工方法及相關(guān)技術(shù)指標(biāo),并提出施工要點(diǎn),對(duì)類似隧道工程施工具有一定指導(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(jìn)行了二維有限元分析。通過(guò)對(duì)3種開(kāi)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(kāi)挖工況時(shí)各階段圍巖的應(yīng)力狀態(tài)、地表沉降以及隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化情況。通過(guò)對(duì)比分析,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)施工監(jiān)控量測(cè)資料,得到隧道處于偏壓狀態(tài)時(shí),不同的開(kāi)挖順序?qū)λ淼澜Y(jié)構(gòu)產(chǎn)生不同的影響。

隧道的初次襯砌與圍巖共同作用構(gòu)成了隧道的初期支護(hù)結(jié)構(gòu),荷載-結(jié)構(gòu)法并不能很好的反應(yīng)初次襯砌的受力情況,本文利用地層結(jié)構(gòu)法對(duì)ⅴ級(jí)圍巖隧道的初次襯砌進(jìn)行受力分析,模擬隧道施工過(guò)程中圍巖的受力變化。

結(jié)合諸永高速公路東村2號(hào)連拱隧道的設(shè)計(jì)、施工和地質(zhì)情況,采用ansys有限元分析軟件對(duì)淺埋偏壓連拱隧道的施工過(guò)程力學(xué)行為進(jìn)行了二維有限元分析。在不同的埋深情況下,分析了左右兩洞不同開(kāi)挖順序下的中墻和圍巖穩(wěn)定性,通過(guò)對(duì)比分析研究,確定了合適的開(kāi)挖方案。研究結(jié)果可供類似條件下的隧道施工參考。

結(jié)合木寨嶺隧道工程,對(duì)施工區(qū)域地應(yīng)力進(jìn)行測(cè)試,并對(duì)地應(yīng)力場(chǎng)進(jìn)行拓展分析。通過(guò)對(duì)隧道掌子面流變特性、變形速率與總變形量、圍巖壓力、支護(hù)壓力、錨桿受力、圍巖破壞范圍的測(cè)試和分析,提出高地應(yīng)力、軟巖隧道的擠壓性變形具有變形量大、變形速率高、變形持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、前后期均呈"來(lái)勁"等特征,以及圍巖壓力以形變壓力為主等結(jié)論,并建議取消拱部錨桿,加長(zhǎng)邊墻錨桿,抑制隧道變形。

我國(guó)公路隧道正朝著長(zhǎng)距離、大埋深不斷發(fā)展,但限于目前深埋山嶺隧道勘察方法和技術(shù)局限,深部復(fù)雜地質(zhì)條件下的圍巖的級(jí)別很難在勘察階段查得很精確,導(dǎo)致勘察圍巖級(jí)別與施工開(kāi)挖揭示圍巖級(jí)別存在不同程度的差異。因此,隧道施工過(guò)程中,必須采用現(xiàn)場(chǎng)快速圍巖動(dòng)態(tài)分級(jí)、動(dòng)態(tài)變更的隧道設(shè)計(jì)與施工理念。調(diào)研了目前國(guó)內(nèi)公路隧道施工現(xiàn)場(chǎng)圍巖快速分級(jí)的思路與方法,旨在為類似隧道工程的現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)配合工作提供指導(dǎo)和借鑒。同時(shí),針對(duì)目前施工圍巖定級(jí)存在問(wèn)題,提出圍巖快速定級(jí)的展望,希望在未來(lái)隧道建設(shè)中深入圍巖快速定級(jí)的思考和研究。

巖溶區(qū)隧道因受巖溶發(fā)育程度、巖溶位置等影響,其圍巖變形特征與一般隧道存在較大區(qū)別。以某巖溶隧道為工程背景,對(duì)隧道仰拱底部存在隱伏空腔的圍巖變形進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)研究,并運(yùn)用有限差分軟件進(jìn)行仿真分析,現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)和仿真分析所得圍巖變形規(guī)律基本一致。研究結(jié)果表明:隨著隧道施工接近并通過(guò)空腔頂部,隧道拱頂處圍巖向下沉降,其值不斷增大;邊墻處圍巖沿隧道徑向收斂,其值變化較小;仰拱處圍巖由最初的向上隆起,至隧道施工到空腔頂部時(shí)的向下沉降,且其下沉值不斷增大?？涨恢車鷩鷰r向空腔內(nèi)收斂,其頂部沉降位移最大,側(cè)部收斂位移次之,底部隆起位移最小。

以廈門翔安海底隧道為工程背景,基于流固耦合理論,對(duì)穿越海域風(fēng)化槽段施工過(guò)程中的圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行數(shù)值計(jì)算,研究不同施工階段隧道圍巖位移場(chǎng)和滲流場(chǎng)分布規(guī)律及支護(hù)結(jié)構(gòu)的受力特征。研究結(jié)果表明:地下水的滲流作用對(duì)海底隧道的圍巖變形影響很大,引起較大范圍的海床沉降;超前導(dǎo)洞開(kāi)挖對(duì)圍巖滲流場(chǎng)的影響作用最為直接和明顯,且由滲流引起的海底隧道圍巖變形在向上傳遞過(guò)程中折減較小;海底隧道洞周變形和海床沉降主要集中在兩側(cè)導(dǎo)洞下部和中部核心土上部開(kāi)挖過(guò)程中;海水水位變化對(duì)海床沉降、拱頂沉降、拱底回彈量及圍巖塑性區(qū)分布范圍均有一定影響;注漿圈加固效果直接影響海底隧道開(kāi)挖后圍巖位移場(chǎng)和滲流場(chǎng)的分布,且注漿加固區(qū)厚度及滲透系數(shù)存在1個(gè)經(jīng)濟(jì)合理值;海底隧道拱腰橫向支撐節(jié)點(diǎn)的應(yīng)力集中較大,出現(xiàn)較大的塑性破壞區(qū);海底隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)受力分為3個(gè)階段,且拱腳、橫支撐支點(diǎn)處受力較大。

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對(duì)緩傾角層狀巖體中的大型地下廠房施工力學(xué)行為進(jìn)行了綜合研究.詳細(xì)分析了開(kāi)挖過(guò)程中主廠房圍巖不同部位(包括頂拱、上下游邊墻)的現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)資料,并借助基于非連續(xù)介質(zhì)理論的離散元程序udec,綜合分析了圍巖的變形特征、剪位移分布、圍巖應(yīng)力分布、塑性區(qū)分布和錨桿軸力分布等巖體力學(xué)行為.結(jié)果表明,結(jié)構(gòu)面(如軟弱夾層、層面和節(jié)理裂隙等)是控制圍巖變形的主要因素,軟弱夾層的存在控制了圍巖剪位移、應(yīng)力和塑性區(qū)的分布,是導(dǎo)致錨桿軸力增大的主要因素,實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)資料和理論計(jì)算成果吻合良好.

結(jié)合某大斷面隧道可行性研究,采用adina大變性非線性有限元分析軟件,分析隧道動(dòng)態(tài)施工過(guò)程的圍巖大變形行為及支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)特性,為大斷面隧道設(shè)計(jì)、施工方案優(yōu)化提供科學(xué)依據(jù)。

在我國(guó)的道路交通建設(shè)中隧道建設(shè)越來(lái)越普遍,但在隧道建設(shè)中,受到多重因素的影響,存在著很多破碎圍巖需要處理,通過(guò)實(shí)例分析介紹了隧道破碎圍巖的處理措施,為下步處理措施提供確切的現(xiàn)狀條件,總結(jié)了破碎圍巖塌方的處理施工經(jīng)驗(yàn),對(duì)類似施工條件提供借鑒經(jīng)驗(yàn)。

以某偏壓聯(lián)拱隧道為研究對(duì)象,借助有限差分軟件flac3d,細(xì)化聯(lián)拱隧道開(kāi)挖歩序,對(duì)聯(lián)拱隧道的開(kāi)挖后圍巖的收斂變形、應(yīng)力分布進(jìn)行分析.同時(shí),針對(duì)中隔墻在聯(lián)拱隧道施工及運(yùn)營(yíng)階段所起的重要作用,分析了偏壓作用下中隔墻的安全系數(shù).根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及施工建議,其研究成果直接為工程服務(wù),為今后類似工程提供借鑒.

隨著青藏鐵路建設(shè)工作的開(kāi)展,寒區(qū)凍土工程日益受到重視。本文結(jié)合青藏鐵路沿線多年凍土的主要特點(diǎn),利用ansys5.7大型有限元計(jì)算程序,對(duì)多年凍土區(qū)昆侖山隧道施工過(guò)程中地溫場(chǎng)進(jìn)行了模擬計(jì)算,分析了高原凍土隧道施工過(guò)程中圍巖溫度場(chǎng)的變化規(guī)律,并據(jù)此對(duì)多年凍土區(qū)隧道施工過(guò)程中的有關(guān)問(wèn)題進(jìn)行討論,所得成果可供相應(yīng)工程借鑒。

本文簡(jiǎn)述了隧道施工時(shí)圍巖穩(wěn)定性分析的現(xiàn)狀以及主要的研究分析方法,并對(duì)其中幾種主要方法進(jìn)行對(duì)比,介紹了各種方法的優(yōu)缺點(diǎn)和使用條件,為在今后的隧道施工中選擇合適的圍巖穩(wěn)定性分析方法提供了依據(jù).

博士學(xué)位論文摘要:由于雙連拱隧道的多分部開(kāi)挖支護(hù)的結(jié)構(gòu)荷載轉(zhuǎn)換過(guò)程多,圍巖應(yīng)力變化和圍巖與結(jié)構(gòu)相互作用關(guān)系復(fù)雜,目前在設(shè)計(jì)、施工中仍然存在一些問(wèn)題:(1)勘察設(shè)計(jì)圍巖分類與施工揭露實(shí)際圍巖級(jí)別常有差異,并難以實(shí)現(xiàn)及時(shí)變