水底礦山法隧道的圍巖位移分析

選取忠墊高速公路某巖溶隧道為研究對(duì)象,建立巖溶隧道三維實(shí)體模型,利用軟件flac3d對(duì)拱頂部存在充水溶洞的隧道施工過(guò)程中的圍巖位移特征進(jìn)行數(shù)值模擬研究,并將數(shù)值計(jì)算結(jié)果與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行了比較分析。研究結(jié)果表明:隧道拱頂處圍巖豎向位移最大、拱肩處次之;水平位移以邊墻部為最大,拱肩處水平位移先向隧道內(nèi)變形,后向隧道外變形。

因工程巖體中節(jié)理、斷層、裂隙等弱面較為發(fā)育,致使在許多對(duì)大型地下洞室群圍巖穩(wěn)定性研究中很難全面考慮各弱面對(duì)穩(wěn)定性的影響,因此通過(guò)引入節(jié)理模型,同時(shí)考慮巖塊和節(jié)理屬性,可以使研究更加符合巖體狀態(tài)及工程實(shí)際。本文依托重慶市某公路隧道,采用理論分析與數(shù)值模擬相結(jié)合的方法,以連拱隧道斷面為例,通過(guò)選取一個(gè)隧道斷面,根據(jù)不同的地質(zhì)巖層和上部不同建筑物的分布情況,利用二維離散元軟件udec通過(guò)荷載分析、建立模型、位移分析對(duì)公路隧道連拱段節(jié)理圍巖穩(wěn)定性進(jìn)行分析研究。

盤(pán)道嶺隧洞襯砌結(jié)構(gòu)變形、裂縫等病害問(wèn)題日益突出,在重點(diǎn)病險(xiǎn)洞段選取監(jiān)測(cè)斷面,構(gòu)建變形監(jiān)測(cè)系統(tǒng),埋設(shè)多點(diǎn)位移計(jì)、應(yīng)變計(jì),進(jìn)行隧洞圍巖蠕動(dòng)變形及襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)變監(jiān)測(cè)。隧洞圍巖位移、溫度與襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)變隨時(shí)間的相關(guān)關(guān)系表明,監(jiān)測(cè)期內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)變與圍巖位移整體呈負(fù)相關(guān)、但相關(guān)性較弱,與溫度呈正相關(guān)且相關(guān)性較強(qiáng),說(shuō)明監(jiān)測(cè)短期內(nèi)襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)變主要受溫度效應(yīng)影響。盤(pán)道嶺隧洞圍巖存在的蠕變變形是一個(gè)較為緩慢的過(guò)程,且多點(diǎn)位移計(jì)部分測(cè)點(diǎn)位移量與襯砌結(jié)構(gòu)應(yīng)變變化表現(xiàn)出一定相關(guān)性,圍巖蠕動(dòng)變形勢(shì)必導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)病害不斷加劇。因此,應(yīng)加強(qiáng)不同部位、深度隧洞圍巖蠕動(dòng)變形的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè),預(yù)判圍巖蠕變對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)穩(wěn)定狀況的影響及發(fā)展趨勢(shì)。

巖溶區(qū)隧道因受巖溶發(fā)育程度的影響,其圍巖位移特征與一般隧道存在較大區(qū)別。以宜萬(wàn)鐵路某巖溶隧道為工程背景,對(duì)側(cè)部含有溶洞的隧道施工過(guò)程中的圍巖位移特征進(jìn)行了相似模型試驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。結(jié)果表明:隧道開(kāi)挖后,圍巖分別向溶洞內(nèi)和隧道內(nèi)變形,溶洞與隧道之間的圍巖向兩個(gè)相反的方向變形,是最危險(xiǎn)區(qū)域?？拷芏锤浇倪厜?、拱肩和拱頂處圍巖的位移值要比遠(yuǎn)離溶洞側(cè)的相應(yīng)部位處的圍巖位移值大。研究結(jié)論對(duì)巖溶隧道的設(shè)計(jì)與施工具有一定的參考價(jià)值。

介紹了浙江省臺(tái)州天摩嶺公路隧道施工中的圍巖位移監(jiān)測(cè)技術(shù),包括隧道周邊、拱頂、地表的監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置與量測(cè)分析方法,并對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析,以指導(dǎo)隧道的設(shè)計(jì)與施工。

以試刀山隧道改擴(kuò)建工程為依托,選取軟弱破碎帶圍巖段,通過(guò)三維數(shù)值模擬對(duì)隧道動(dòng)態(tài)施工全過(guò)程進(jìn)行彈塑性計(jì)算分析,選取該區(qū)域內(nèi)某一特定橫斷面,主要圍繞斷面各監(jiān)測(cè)點(diǎn)圍巖位移隨動(dòng)態(tài)施工的變化特征和數(shù)值大小進(jìn)行初步研究和分析。通過(guò)對(duì)計(jì)算結(jié)果分析歸納得出:從縱斷面上看,對(duì)其拱頂沉降及拱底回彈影響最大的是前后6m范圍內(nèi)的掌子面施工,約占總位移量的60%;對(duì)指定斷面拱腰水平位移影響較大的是指定斷面前后3m范圍內(nèi)的掌子面施工,約占總位移量的60%~70%;從橫斷面上看,上臺(tái)階開(kāi)挖所引起的指定斷面拱頂沉降大于下部臺(tái)階開(kāi)挖的影響,隧道施工對(duì)圍巖塑性區(qū)的影響主要集中在洞壁外3~4m范圍。此外,該數(shù)值模擬的分析結(jié)果對(duì)于該段隧道的施工監(jiān)測(cè)具有一定的指導(dǎo)意義。

構(gòu)建了礦山法隧道施工期洞室安全影響因素集,包括工程地質(zhì)特征、應(yīng)力場(chǎng)特征、洞室特征以及施工水平等4大影響因素,巖石質(zhì)量指標(biāo)、巖石抗壓強(qiáng)度、圍巖完整性、地應(yīng)力影響系數(shù)、洞室跨度等10項(xiàng)細(xì)化指標(biāo);確定了礦山法隧道施工期洞室安全模糊評(píng)價(jià)的目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、指標(biāo)層總體框架,提出了采用正態(tài)分布函數(shù)、梯形函數(shù)確定各項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)的方法及其具體參數(shù),并采用層次分析法和構(gòu)建兩兩判斷矩陣獲得了各項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重。最后,利用建立的模糊評(píng)判模型對(duì)某礦山法隧道施工期洞室安全實(shí)施了安全性評(píng)價(jià),結(jié)果表明:所建立的模糊評(píng)價(jià)模型是可行的,模糊評(píng)價(jià)結(jié)論與該隧道實(shí)際施工安全具有較好的一致性。

隧道工程作為一種特殊的工程結(jié)構(gòu)體系,隧道一經(jīng)在地層中開(kāi)挖,地層中的原狀力學(xué)便會(huì)被打破并進(jìn)行調(diào)整,應(yīng)力的釋放與調(diào)整必將導(dǎo)致圍巖的變形,而這個(gè)變形在時(shí)間與空間上都有著相對(duì)獨(dú)立的特性。隧道的這種變形正好體現(xiàn)了隧道圍巖及隧道支護(hù)的工作狀態(tài),新奧法隧道正是通過(guò)圍巖及支護(hù)的變形觀測(cè)來(lái)掌控結(jié)構(gòu)本身的工作狀態(tài),以達(dá)到安全施工的目的。本文通過(guò)分析圍巖變形的特點(diǎn),結(jié)合某隧道量測(cè)剖面的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),分別對(duì)圍巖變形的空間效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)進(jìn)行了分析,探討了空間效應(yīng)和時(shí)間效應(yīng)相分離時(shí)隧道圍巖及支護(hù)的變形特性,并就現(xiàn)場(chǎng)的變形情況進(jìn)行了單獨(dú)的分析。分析結(jié)果表明隧道圍巖及支護(hù)的協(xié)同變形有單獨(dú)的時(shí)間和空間效應(yīng),其變化有相應(yīng)的規(guī)律,分析結(jié)果有利于施工監(jiān)控量測(cè)時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)的分析和判斷,并有助于現(xiàn)場(chǎng)施工的安全性與科學(xué)性。

軟弱煤層巷道圍巖位移監(jiān)測(cè)與數(shù)值模擬分析——軟弱煤層巷道的穩(wěn)定性對(duì)煤礦正常安全生產(chǎn)起著重要作用。本文通過(guò)對(duì)軟弱煤層巷道進(jìn)行位移實(shí)測(cè)及數(shù)據(jù)分析，得到了西部某礦軟弱煤層巷道圍巖變形達(dá)破壞所需的時(shí)間和可能的變形松動(dòng)區(qū)域。其中，頂、底板和兩幫位移范圍相...

洞室的開(kāi)挖將使其周邊的圍巖受到擾動(dòng),發(fā)生應(yīng)力重分布,圍巖位移場(chǎng)將發(fā)生改變。由于交錯(cuò)隧道的復(fù)雜性,使其難以運(yùn)用相對(duì)簡(jiǎn)單的力學(xué)模型解決此類問(wèn)題,數(shù)值分析成為有效而且經(jīng)濟(jì)的手段,用以研究在這種特殊的情況下位移場(chǎng)的變化規(guī)律。

以渝黔二期工程筆架山隧道埋深最大的軟弱圍巖段實(shí)體建模,應(yīng)用有限元程序?qū)ζ涫┕と^(guò)程進(jìn)行三維彈塑性數(shù)值模擬,從而得出該段某一指定橫斷面上各點(diǎn)圍巖沉降及水平位移隨開(kāi)挖過(guò)程的變化規(guī)律和數(shù)值大小。計(jì)算結(jié)果表明:對(duì)沉降和水平位移影響最大的是在指定段前后各3m的范圍內(nèi),約占其總量的2/3,而上臺(tái)階開(kāi)挖的影響又明顯大于下臺(tái)階開(kāi)挖;在掌子面未開(kāi)挖之前,圍巖沉降和水平位移均已完成40%左右;從橫斷面上看,圍巖位移比較明顯的區(qū)域主要集中在距洞壁3～5m處。另外,現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際量測(cè)拱頂下沉數(shù)據(jù)和拱腰水平收斂值與計(jì)算數(shù)據(jù)的相互比較表明,兩者變化規(guī)律吻合較好。

根據(jù)監(jiān)測(cè)資料分析地下廠房洞室群的整體變形量級(jí)及空間分布情況。結(jié)合地質(zhì)資料和開(kāi)挖施工進(jìn)度,以主廠房為例,從位移量、深度規(guī)律、位移速率等方面分析地質(zhì)因素和施工因素對(duì)位移的影響,及二者的相互影響效果。研究結(jié)果表明:主廠房變形較大部位集中在巖錨梁部位和下游邊墻;上游斷層影響效應(yīng)不明顯,下游有無(wú)斷層部位位移量差異較大,臨近部位交叉施工對(duì)下游圍巖位移影響較大,施工因素強(qiáng)化了地質(zhì)因素的影響力度;變形是多種因素共同作用的結(jié)果,而地質(zhì)因素和開(kāi)挖施工是變形產(chǎn)生、發(fā)展的主要影響因素;地質(zhì)條件差的部位變形較大的規(guī)律并不完全正確,施工不當(dāng)?shù)臅?huì)加大結(jié)構(gòu)面的影響效果,使圍巖位移加劇,即使在無(wú)結(jié)構(gòu)面的情況下,也會(huì)造成圍巖大變形;一般斷層通過(guò)的部位變形表現(xiàn)為\"張開(kāi)\"位移,變形在穿過(guò)結(jié)構(gòu)面部位差異明顯。斷層對(duì)變形的規(guī)律也是復(fù)雜多樣,與其強(qiáng)度和所處位置有很大關(guān)系,有待進(jìn)一步的研究。爆破是開(kāi)挖施工的主要手段,其技術(shù)研究有很高的學(xué)術(shù)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)意義。

傳統(tǒng)灰色gm(1,1)模型,多適用于等間距序列監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的模擬預(yù)測(cè);對(duì)非等間距則往往產(chǎn)生較大的滯后誤差.提出了一種經(jīng)改進(jìn)的gm(1,1)模型,經(jīng)實(shí)例分析,該模型適用于隧道圍巖位移非等間距監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)序列的位移預(yù)測(cè),且都能獲得很高的模擬和預(yù)測(cè)精度.

以云南麗香高速公路某隧道為背景,采用位移反分析法對(duì)該隧道圍巖參數(shù)進(jìn)行了彈塑性反分析,并利用反分析得到的圍巖參數(shù)進(jìn)行了有限元彈塑性正分析。通過(guò)與實(shí)際量測(cè)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,綜合比較了不同位移反分析優(yōu)化方法計(jì)算結(jié)果的優(yōu)劣。研究結(jié)果表明:采用遺傳算法獲得的參數(shù)反演值進(jìn)行彈塑性正分析,其結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相差較少,平均相對(duì)誤差為7.33%,可為類似工程反分析的優(yōu)化方法選取提供參考。

針對(duì)海底隧道開(kāi)挖后的復(fù)雜受力狀況,采用圍巖變形控制理論作為隧道施工工藝的安全控制標(biāo)準(zhǔn)。在廈門(mén)翔安海底隧道的a1標(biāo)段主隧道f4風(fēng)化深槽施工現(xiàn)場(chǎng),埋設(shè)應(yīng)力盒與多點(diǎn)位移計(jì),對(duì)隧道開(kāi)挖后圍巖應(yīng)力與位移進(jìn)行測(cè)試,分析圍巖應(yīng)力與位移規(guī)律的非線性關(guān)系,在此基礎(chǔ)上對(duì)圍巖穩(wěn)定狀況做出初步評(píng)價(jià),認(rèn)為工程所采用的先注漿、后爆破開(kāi)挖的施工工藝切實(shí)可行。

為了研究不同支護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)和不同開(kāi)挖方法對(duì)圍巖位移的影響,以百勺洋隧道為研究對(duì)象,通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、回歸分析和數(shù)值模擬的技術(shù)手段,以大型非線性有限元軟件adina為研究工具,建立有限元模型。通過(guò)改變錨桿支護(hù)相關(guān)參數(shù)和開(kāi)挖方法,進(jìn)行大量模擬運(yùn)算。運(yùn)算結(jié)果表明,隨著錨桿長(zhǎng)度的增加,地表點(diǎn)下沉量不斷減小,隧道的底鼓幅度也逐漸減小,邊墻的收斂量也逐漸減小;隨著錨桿間距的增加,頂端最大下沉點(diǎn)的豎直方向沉降值增大,邊墻收斂值也增大;開(kāi)挖方法不同時(shí),隨著開(kāi)挖步數(shù)的減少,地表下沉值增加,隧道底鼓現(xiàn)象也越明顯開(kāi)挖步數(shù)越多,洞周收斂值越小。

目前,我國(guó)煤礦已經(jīng)進(jìn)入深部開(kāi)采階段,巷道圍巖變形破壞嚴(yán)重給巷道施工和生產(chǎn)勞動(dòng)構(gòu)成威脅。在復(fù)雜高地應(yīng)力條件下,確保圍巖穩(wěn)定是保障煤礦安全生產(chǎn)的重要前提。因此,研究圍巖變形規(guī)律具有重要意義。周邊位移測(cè)量是一種簡(jiǎn)單有效的研究圍巖變形規(guī)律的方法,可以獲得最直觀的巷道圍巖應(yīng)力變化狀態(tài),為判斷巷道穩(wěn)定性提供可靠的依據(jù),從而指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)和施工。

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。

對(duì)于v級(jí)圍巖大跨偏壓小凈距隧道,傳統(tǒng)的施工工法雙側(cè)壁導(dǎo)坑法有時(shí)并不能滿足施工要求,本文以浙江路灣隧道工程為依托,以導(dǎo)坑分步開(kāi)挖法的新工法為背景,利用ansys、flac有限元軟件分析偏壓程度對(duì)新工法圍巖變形的影響情況,繼而給施工一定的指導(dǎo)作用。

隧道開(kāi)挖的圍巖損傷擾動(dòng)帶分析——在給出隧道開(kāi)挖損傷擾動(dòng)帶的概念、主要影響因素基礎(chǔ)上，提出了隧道開(kāi)挖損傷擾動(dòng)帶的力學(xué)、滲流特征及表征方法。在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)基礎(chǔ)上，利用數(shù)值法研究了隧道開(kāi)挖后的不同開(kāi)挖方法的變形、滲流場(chǎng)變化規(guī)律。結(jié)果表明：開(kāi)挖損傷主要...

并行隧道圍巖應(yīng)力的線彈性分析——間距較小的并行隧道，兩洞室開(kāi)挖的相互影響不能忽略。引入雙圓洞室圍巖應(yīng)力函數(shù)的線彈性方程，并通過(guò)編程實(shí)現(xiàn)工程計(jì)算，探討了間距較小的并行雙圓隧道圍巖的應(yīng)力特點(diǎn)以及應(yīng)力隨凈距改變的變化規(guī)律，為間距較小的并行隧道圍巖...

在復(fù)雜的城市地下工程施工過(guò)程中,對(duì)施工引起的圍巖及結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行控制是決定施工成敗的關(guān)鍵因素之一。北京鐵路樞紐北京站至北京西站地下直徑線工程zjx-2標(biāo)施工過(guò)程中,通過(guò)對(duì)蓋挖法和crd法各階段施工引起的圍巖及結(jié)構(gòu)變形進(jìn)行監(jiān)測(cè),系統(tǒng)分析地層與結(jié)構(gòu)變位及兩種施工方法之間的關(guān)系,總結(jié)出兩種施工方法引起的圍巖及結(jié)構(gòu)變形規(guī)律,對(duì)指導(dǎo)施工、控制圍巖及結(jié)構(gòu)變形起到很好的作用,使施工始終處于可知可控狀態(tài)。