基于3DEC的隧道開挖圍巖變形特性

軟弱圍巖隧道開挖變形特性與支護技術(shù)研究

為保證隧道開挖施工期間的人員安全,提高隧道工程建設(shè)質(zhì)量,在介紹隧道圍巖變形時空效應(yīng)、變形破壞類型以及圍巖變形與支護時機之間關(guān)系的基礎(chǔ)上,對全斷面開挖的雙線公路隧道施工過程進行了三維數(shù)值模擬,總結(jié)歸納了隧道圍巖拱頂沉降、洞身收斂以及掌子面擠出值隨開挖步進行的變化規(guī)律,并對支護結(jié)構(gòu)控制圍巖變形的作用進行了分析,發(fā)現(xiàn)支護結(jié)構(gòu)對控制圍巖變形具有重要作用.

由于隧道施工過程和開挖順序的不同都會引起各自不同的應(yīng)力和應(yīng)變的非線性歷程,最終導(dǎo)致不同的力學效應(yīng),特別是軟弱圍巖隧道,其力學效應(yīng)表現(xiàn)的更加顯著。結(jié)合沿海地區(qū)軟弱圍巖淺埋暗挖矩形隧道施工,使用有限差分軟件(flac)對分部開挖進行非線性數(shù)值模擬,研究矩形隧道軟弱圍巖在開挖過程中大變形的機理。分析結(jié)果表明,圍巖和初期支護的應(yīng)力應(yīng)變是非線性不可逆過程,其開挖方案應(yīng)采用軟弱圍巖非線形大變形力學設(shè)計方法,以確保開挖施工安全。

隧道原位擴建需要將原有結(jié)構(gòu)拆除后再進行隧道擴挖,形成大斷面隧道。從原隧道的開挖形成小斷面隧道到拆除原有結(jié)構(gòu)再擴挖成大斷面隧道,圍巖經(jīng)過多次擾動后,經(jīng)受的應(yīng)力狀態(tài)錯綜復(fù)雜。以大帽山隧道原位擴建為例,介紹采用數(shù)值模擬手段建立新建4車道和原位擴建4車道隧道的力學計算模型,得出原位擴建隧道的圍巖變形及力學特性,為該隧道的支護結(jié)構(gòu)設(shè)計提供依據(jù)。

軟弱圍巖，指的是強度小、膠結(jié)程度小、孔隙度大，受構(gòu)造面切割或是風化影響比較明顯的松、軟、弱地層。軟弱圍巖有諸多不同的變形情況，誘發(fā)因素也各有不同。本文介紹了軟弱圍巖隧道開挖涉及的變形控制技術(shù)。

基于變形準則的隧道圍巖穩(wěn)定概率分析——研究了在隧道支護結(jié)構(gòu)設(shè)計中采用變形控制時，其正常使用可靠度分析極限狀態(tài)方程的建立方法，特別探討了廣義抗力和荷載問題。對于抗力，研究了各類隧道圍巖最大允許變形值的確定規(guī)則；對于荷載，根據(jù)圍巖與支護結(jié)構(gòu)相互作...

基于特征曲線法,建立考慮圍巖剛度劣化本構(gòu)模型開展不同開挖方式下隧道開挖空間變形特性研究,并與工程實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析.結(jié)果表明考慮剛度弱化后,三種開挖方式拱頂位移數(shù)值均增大;隧道開挖只對工作面前方20m范圍內(nèi)圍巖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,對20m范圍以外影響甚微;在開挖工程中,距開挖工作面±10m范圍內(nèi)拱頂圍巖位移變化最大;為了有效控制圍巖變形,開挖方式的優(yōu)先順序依次是中隔壁方式、預(yù)留核心土和臺階法;與未考慮剛度弱化的經(jīng)典本構(gòu)模型相比,采用剛度弱化本構(gòu)模型計算得到的圍巖壓力釋放過程更符合實際情況,拱頂位移計算結(jié)果與工程現(xiàn)場實際監(jiān)測數(shù)據(jù)更為接近.

基于特征曲線法,建立考慮圍巖剛度劣化本構(gòu)模型開展不同開挖方式下隧道開挖空間變形特性研究,并與工程實際監(jiān)測數(shù)據(jù)進行對比分析。結(jié)果表明:考慮剛度弱化后,三種開挖方式拱頂位移數(shù)值均增大;隧道開挖只對工作面前方20m范圍內(nèi)圍巖結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響,對20m范圍以外影響甚微;在開挖工程中,距開挖工作面±10m范圍內(nèi)拱頂圍巖位移變化最大;為了有效控制圍巖變形,開挖方式的優(yōu)先順序依次是中隔壁方式、預(yù)留核心土和臺階法;與未考慮剛度弱化的經(jīng)典本構(gòu)模型相比,采用剛度弱化本構(gòu)模型計算得到的圍巖壓力釋放過程更符合實際情況,拱頂位移計算結(jié)果與工程現(xiàn)場實際監(jiān)測數(shù)據(jù)更為接近。

本文對隧道圍巖的一般性失穩(wěn)原因進行的歸納和總結(jié),并提出及時的采取支護手段,完全能保證隧道在開挖時圍巖的穩(wěn)定性的觀點.

結(jié)合沈大高速公路改擴建工程金州單洞四車道公路隧道施工現(xiàn)場監(jiān)測,對大跨度隧道開挖巖體變形的規(guī)律進行了探討,揭示了大跨度隧道開挖后圍巖失穩(wěn)的原因,強調(diào)進行現(xiàn)場穩(wěn)定性監(jiān)測的必要性,闡明了錨噴網(wǎng)支護對于改善圍巖受力狀況、提高圍巖自身承載力的本質(zhì),指出在大跨度公路隧道施工中必須堅持監(jiān)控量測與主動控制的原則,以確保隧道施工的安全和質(zhì)量.

隧道圍巖變形序列具有高度非線性,采用常規(guī)方法很難得到滿意的預(yù)測精度。為了提高隧道圍巖變形的預(yù)測精度,基于實測變形數(shù)據(jù),提出一種隧道圍巖變形的多尺度組合核極限學習機預(yù)測模型。首先,通過集合經(jīng)驗?zāi)B(tài)分解技術(shù)將實測變形數(shù)據(jù)分解為多個不同的尺度序列,然后通過組合核極限學習機對各分量序列進行建模預(yù)測,最后將預(yù)測得到的各分量結(jié)果進行組合獲得最終的預(yù)測值。改進模型中通過徑向基函數(shù)和多項式核函數(shù)線性加權(quán)而成組合核函數(shù),運用粒子群算法對核參數(shù)和加權(quán)系數(shù)進行優(yōu)選,并通過馬爾可夫鏈對模型的預(yù)測結(jié)果進行了討論,可以較好地提高隧道圍巖變形的預(yù)測精度。文章通過大相嶺隧道圍巖變形預(yù)測實例表明:提出的改進模型在單步預(yù)測和連續(xù)多步預(yù)測隧道圍巖變形時,都能取得較高精度,對比可得優(yōu)于貝葉斯正則化bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò),與工程實例監(jiān)測變形相比處于可接受范圍內(nèi),具有一定的應(yīng)用價值。

＼ 《隧道譯叢》。1990，(’0、．4g53 節(jié)理系圍巖的隧道開挖中光面爆破效果的研究 扭要：表研究系通過現(xiàn)場量測槔計具有節(jié)理的硬巖隧道施工采甩光面爆破的適應(yīng)性在 現(xiàn)場試驗時，分別采用變化炮眼閘隔、抵拄線距離、特棗裝藥三個要青，共造行27種型式的光面 爆破。接照超挖、兜挖和鈷孔的斷面輪廓比較采評估試驗的姑果 現(xiàn)場試驗結(jié)果表日月·炮眼間隔和抵抗線距離砷光面爆破結(jié)果影響很??；而裝藥量少些此太些 的垃果好些．試驗還袁明節(jié)理的構(gòu)造對爆破效果影響較太． 關(guān)鍵啊·光面爆破，隧道工程．舍節(jié)理硬巖，現(xiàn)場試驗． 1．前言 近年來，一般情況下，噴混凝土和錨桿 巳成為隧道工程的主體。光面爆破(以下簡 寫為sb)的質(zhì)量和成本的重要性已成為特別 重要的話題。對此，作者曾就節(jié)理少的堅硬 圍巖進行過研究，并指出了鉆孔技術(shù)的重要 性。此外，

針對西北地區(qū)某黃土隧道淺埋開挖現(xiàn)象,結(jié)合現(xiàn)場工程地質(zhì)勘察和巖石力學試驗,并運用有限單元法,使用mi-das/gts數(shù)值模擬軟件,對其進行了詳細的分析和研究。通過研究,對該隧道圍巖位移和應(yīng)力變化規(guī)律做出了客觀評價,為隧道下一步的施工方案、監(jiān)測方案的制定提供決策依據(jù),對實際施工有著重要的指導(dǎo)意義。

基于線性規(guī)劃支持向量機的隧道圍巖變形預(yù)測——支持向量機(svm)以其良好的學習性能被廣泛應(yīng)用于包括隧道圍巖變形在內(nèi)的時間序列預(yù)測，核函數(shù)形式對其預(yù)測能力有重要影響，故靈活運用核技巧來增強推廣性能已成為支持向量機應(yīng)用研究的一個重要方面。對于標準svm及...

基于遺傳算法的隧道圍巖變形穩(wěn)定可靠性分析——由于隧道的開挖，隧道圍巖的初始應(yīng)力狀態(tài)將發(fā)生變化，圍巖發(fā)生卸荷變形，并可能導(dǎo)致隧道的失穩(wěn)。為了研究隧道開挖后圍巖變形的可靠性，建立了隧道圍巖變形可靠度指標計算模型，并用遺傳算法進行求解。應(yīng)用本文方法...

以蘭渝鐵路胡家灣隧道進口段施工為例,介紹泥巖地層修建大斷面隧道變形控制的方法。施工中通過圍巖量測掌握圍巖變形動態(tài),采取分部開挖臨時仰拱封閉成環(huán)及上半斷面扇形支撐的技術(shù)措施,控制圍巖的變形。實踐證明:效果較好,對目前的客專大斷面隧道控制大變形施工有一定的幫助。

隧道圍巖變形監(jiān)測及變形規(guī)律分析

為了隧道洞口段安全作業(yè)，保證工程順利推進，首先進行現(xiàn)場的裂縫觀察，做好統(tǒng)計工作，主要對裂縫的數(shù)量、寬度等進行觀察和統(tǒng)計；其次對洞口段進行監(jiān)控量測，并對所測得數(shù)據(jù)進行科學分析。在數(shù)據(jù)科學分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合工程現(xiàn)場具體情況，分析洞口段主要存在的問題．及可能產(chǎn)生的影響，并給出一些結(jié)論和建議，促進工程順利開展。

泥巖地層大斷面隧道圍巖變形控制——以蘭渝鐵路胡家灣隧道進口段施工為例，介紹泥巖地層修建大斷面隧道變形控制的方法。施工中通過圍巖量測掌握圍巖變形動態(tài)，采取分部開挖臨時仰拱封閉成環(huán)及上半斷面扇形支撐的技術(shù)措施，控制圍巖的變形。實踐證明：效果較好，...

通過對軟巖巷道圍巖變形力學響應(yīng)特性分析確定了彈塑性區(qū)應(yīng)力、彈塑性位移、破碎區(qū)應(yīng)力與破碎區(qū)半徑的影響因素,并確定了與各因素之間的函數(shù)關(guān)系,為巷道支護提供了依據(jù)。結(jié)果表明,巷道圍巖所受應(yīng)力隨著埋深的增大而增加,并且圍巖產(chǎn)生的塑性范圍和破碎區(qū)也相應(yīng)增大。在巷道形成初期,需要立馬對其進行支護處理,同時對圍巖進行封閉。支護能夠減小圍巖所受應(yīng)力,減小其圍巖塑性范圍和破碎范圍的增加。在巷道圍巖受力增加的起始時期,其塑性范圍和和破碎范圍增長速度相對平衡,當圍巖受力達到一定程度時,圍巖發(fā)生變形,塑性范圍增長速度開始減緩,破碎范圍擴大速度則相對增加。

分析采用不同的施工方法開挖隧道引起地表變形、塑性區(qū)分布、地層分層沉降的特性和機理,提出圍巖應(yīng)力釋放引起地表沉降是確定隧道施工工藝、工法的理論依據(jù),該項技術(shù)在合武鐵路客運專線隧道施工中得到初步應(yīng)用,效果良好。

黃土隧道開挖中的變形與穩(wěn)定是重要的工程問題,為探索黃土隧道臺階法施工中的圍巖變形規(guī)律,以巴準鐵路敖包溝隧道出口段的施工為例,采用數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測對敖包溝隧道臺階法施工過程進行了分析,為隧道支護與加固提供依據(jù)。研究表明,拱頂下沉與水平收斂在隧道上臺階開挖后變形較大,地表沉降槽影響范圍主要集中在距隧道中線20m范圍內(nèi),且地表沉降主要由上臺階開挖引起,從拱頂?shù)降乇淼牡貙映两狄?guī)律是沉降值從拱頂?shù)降乇沓视纱蟮叫?變化為先急后緩的曲線分布態(tài)勢。