云南扁平狀大斷面公路隧道施工力學響應數值模擬

大斷面小高跨比的公路隧道，受力十分復雜，經常出現坍方等災難性事故，因此現場工程師對該類隧道的施工力學問題一直都委關注，為了對該類隧道的施工力學問題有一個比較深入的了解，本文給合實際隧道，進行了認真研究，獲得了一些有意義的結論。

大斷面小凈距隧道施工力學響應研究——通過對軟弱圍巖條件下的大斷面小凈距隧道采用不同施工方案及步驟時的力學響應研究，針對雙側壁導坑法、cd法、上下臺階法等幾種施工方法對圍巖變形、地表沉降、圍巖應力、圍巖穩(wěn)定性等進行對比分析，確定了適合軟弱圍巖條件...

通過對軟弱圍巖條件下的大斷面小凈距隧道采用不同施工方案及步驟時的力學響應研究,針對雙側壁導坑法、cd法、上下臺階法等幾種施工方法對圍巖變形、地表沉降、圍巖應力、圍巖穩(wěn)定性等進行對比分析,確定了適合軟弱圍巖條件下大斷面小凈距公路隧道的合理施工方法。對雙側壁導坑法采用不同的施工過程,分析比較確定出合理的施工程序。研究結果可為類似工程的設計和施工提供借鑒。

通過有限元數值模擬,分析了小凈距公路隧道中夾巖柱的受力特性、圍巖屈服接近度、錨桿軸力、二次襯砌混凝土內力特征等。研究結果表明:凈距較小為b/3時,研究區(qū)中夾巖柱圍巖會受到左右雙洞開挖應力場重疊作用的嚴重影響,受力狀態(tài)十分不利,屈服區(qū)也貫通中夾巖柱,中夾巖柱兩側的隧道支護襯砌結構都應有所加強;當凈距為(0.85~1.5)b時,中夾巖柱受力狀態(tài)受凈距的影響已很小。

鐵路隧道下穿公路隧道段的施工力學數值模擬

通過對老虎山隧道導洞轉正洞施工進行現場監(jiān)測,結合數學統(tǒng)計分析方法,研究了超大斷面隧道導洞圍巖-支護結構施工力學響應規(guī)律,分析了支護結構高風險部位及高風險時段,提出相應措施提高施工安全性。根據統(tǒng)計分析得出:(1)開挖第1~8d為高風險期,需加強監(jiān)測頻率,酌情采取加強支護措施;(2)導洞支護結構主要受力部位為拱頂和拱腳,需加強支護措施;(3)導洞轉正洞開挖過程,正洞挑高開挖會導致導洞拱頂拱腳應力增大;(4)正洞向一側開挖后,對導洞造成偏壓影響,開挖側拱腳應力急劇增長。

文章以重慶建新坡隧道為例,對大跨度隧道施工過程中的圍巖應力和塑性區(qū)變化進行了flac3d三維數值模擬分析,揭示了圍巖應力和塑性區(qū)的分布規(guī)律,為大跨度隧道工程設計和施工提供參考依據。

對于淺埋偏壓連拱公路隧道,在洞口軟弱圍巖段,采用三導洞配合臺階法施工是可行的。其施工順序應采用先埋深較淺一側隧道再埋深較深一側隧道。在施工中,中墻不會因為地表的偏壓和不對稱施工而產生過大的傾斜,從而影響中墻的穩(wěn)定性。在施工中及時施作初期支護有利于控制圍巖的變形,從而滿足圍巖的穩(wěn)定和施工的安全。當地形較低一側埋深太小時,應采用人工回填土的方式來增大覆蓋層厚度,以便滿足隧道進洞的最小埋深,同時應采用管棚加固措施。

根據施工過程動態(tài)規(guī)劃最優(yōu)化原理,以地表沉降作為目標函數,建立地鐵隧道突變大斷面施工過程的數學模型,尋找最優(yōu)施工方法。以北京地鐵五號線突變大斷面為例進行研究,結果表明,數值模擬計算的地表沉降在可控范圍之內,對施工起到了超前預報和預測作用。研究結果為控制地表沉降及圍巖變形采用有效的施工措施提供了可靠的依據。

大斷面隧道施工開挖時,常采用臺階法和cd法。采用數值計算方法,從位移和受力兩方面,對兩種開挖方法作了比較分析,揭示隧道結構的位移和力學特性,驗證了理論的正確性,可為大斷面隧道的設計與施工提供一定的參考和指導。

大斷面公路隧道施工技術

為了采取有效的通風措施降低鉆爆法施工的粉塵濃度,以辛莊隧道為例,通過對其掌子面附近風流的現場實測,系統(tǒng)的開展了風流流場分布規(guī)律的研究,并采用fluent軟件進行了數值模擬,模擬結果與實測數據基本吻合。結果表明:隧道內風流速度以風筒出口為界,分為射流擴張區(qū)、射流收縮區(qū)、渦流區(qū)、回流區(qū)4個部分;靠近掌子面的同一斷面上:風速呈\"中間小,兩邊大\"的形式,且回流區(qū)面積稍大于射流區(qū)面積,其中射流區(qū)最大斷面積約占整個斷面積的40%。研究結果對隧道施工通風除塵具有一定的指導意義和使用價值。

介紹了一公路隧道工程設計概況,闡述了ⅱ、ⅲ類圍巖段雙側壁導坑施工方法及ⅳ、ⅴ類圍巖段臺階施工方法,并對偏壓段施工方案中圍巖的穩(wěn)定性進行了優(yōu)化數值分析,獲得了偏壓大跨隧道雙側壁導坑法的合理施工工序。

利用有限元模型分析了擴建小凈距隧道在不同凈距下隧道圍巖、中夾巖柱、錨桿及初襯的受力特征。研究結果表明:擴建小凈距隧道圍巖的屈服區(qū)主要集中在拱腳部位,拱腳部位的隧道支護結構應有所加強,當凈距大于1/2b時,中夾巖柱受力狀態(tài)受凈距的影響很小;隧道外側錨桿軸力約為內側錨桿軸力的4～5倍。

擴建小凈距公路隧道施工力學分析

富水板巖地層的膨脹問題一直是地下工程領域亟待解決的難點問題.以滬昆客運專線長昆湖南段姚家隧道出現的膨脹問題為出發(fā)點,利用midas/gts軟件建立二維平面應變非線性對稱計算模型,將已取得的基于時間效應的富水板巖隧道圍巖膨脹本構模型導入至midas/gts軟件中,研究膨脹作用下板巖隧道支護結構力學響應機制.結果表明：板巖在膨脹作用過程中,圍巖膨脹力成為影響支護結構內力的主要荷載,由于膨脹力的存在,拱腳處的軸力、剪力、彎矩和仰拱跨中彎矩、軸力均會顯著增加;圍巖在膨脹過程中,與支護結構密貼的圍巖附近會產生明顯的塑性區(qū),塑性區(qū)主要集中在隧道仰拱以下區(qū)域和拱頂附近環(huán)形區(qū)域內,仰拱以下塑性區(qū)層次明顯;塑性區(qū)的分布范圍和隧道支護結構的位移之間呈正相關性.

富水板巖地層的膨脹問題一直是地下工程領域亟待解決的難點問題.以滬昆客運專線長昆湖南段姚家隧道出現的膨脹問題為出發(fā)點,利用midas/gts軟件建立二維平面應變非線性對稱計算模型,將已取得的基于時間效應的富水板巖隧道圍巖膨脹本構模型導入至midas/gts軟件中,研究膨脹作用下板巖隧道支護結構力學響應機制.結果表明:板巖在膨脹作用過程中,圍巖膨脹力成為影響支護結構內力的主要荷載,由于膨脹力的存在,拱腳處的軸力、剪力、彎矩和仰拱跨中彎矩、軸力均會顯著增加;圍巖在膨脹過程中,與支護結構密貼的圍巖附近會產生明顯的塑性區(qū),塑性區(qū)主要集中在隧道仰拱以下區(qū)域和拱頂附近環(huán)形區(qū)域內,仰拱以下塑性區(qū)層次明顯;塑性區(qū)的分布范圍和隧道支護結構的位移之間呈正相關性.

鐵路隧道洞身下穿公路隧道施工的數值模擬 姜増國，楊培偉，劉運 武漢理工大學土木工程與建筑學院，武漢(430070) e-mail：peiwei_yang@qq.com 摘要：隨著地下空間的不斷利用,出現了重疊隧道，這就需要了解重疊隧道中后建隧道施 工對地表沉降和既有隧道的影響程度。本文應用有限元分析軟件ansys對溫福鐵路琯頭嶺 隧道下穿同三高速公路琯頭嶺隧道左右線進行開挖中的力學過程模擬。計算表明琯頭嶺隧道 所采用的施工方法是合理有效的。 關鍵詞：下穿隧道；數值模擬；施工方法 1引言 隨著地下空間的不斷開發(fā)利用,不可避免地出現兩條隧道重疊以及交叉穿越等較為復 雜的施工情況。當兩個隧道的距離越來越小,重疊隧道近接施工的影響越來越明顯。雙孔重 疊布局的隧道主要是受城市建筑物的限制和地下空間綜合開發(fā)利用的需要,在施工中要發(fā)生 相互影響,產生上孔隧道結構整體下沉

田東隧道是大斷面公路隧道,其出口段地形復雜、地質軟弱、地下水豐富,在施工過程中采用了臺階法輔以洞內外注漿加固止水措施,開挖效果較好,不僅加快了施工進度,而且提高了施工質量,保護了周邊山體和環(huán)境。

結合具體工程實例,論述了隧道的斷面形式及開挖爆破進尺的確定,進行了軟巖大斷面光面爆破減輕震動設計,給出了具體的設計結果,從而推廣光面爆破技術在軟巖大斷面施工中的應用。

隨著我國交通建設事業(yè)的迅猛發(fā)展,大斷面隧道和地下工程逐漸增多,大斷面隧道施工技術也有了較大發(fā)展。本文通過對目前我國隧道施工中的常用施工方法的研究,總結出不同圍巖情況下隧道施工一般所應采用的施工方法,為大斷面公路隧道施工過程中圍巖與支護結構的穩(wěn)定性問題的解決提供了參考依據。

文章結合始祖山公路隧道工程,采用數值模擬方法對該隧道施工全過程進行分析,并結合現場監(jiān)測數據對模擬結果進行比較。結果表明:數值模擬結果與現場監(jiān)測數據相近,具有較高的可靠性,通過數值模擬可以有效的反映隧道開挖施工過程中圍巖的變形情況以及可能出現的危險情況,對隧道的施工有一定的指導意義。