云南扁平狀大斷面公路隧道施工力學(xué)響應(yīng)數(shù)值模擬

大斷面小高跨比的公路隧道，受力十分復(fù)雜，經(jīng)常出現(xiàn)坍方等災(zāi)難性事故，因此現(xiàn)場(chǎng)工程師對(duì)該類隧道的施工力學(xué)問題一直都委關(guān)注，為了對(duì)該類隧道的施工力學(xué)問題有一個(gè)比較深入的了解，本文給合實(shí)際隧道，進(jìn)行了認(rèn)真研究，獲得了一些有意義的結(jié)論。

大斷面小凈距隧道施工力學(xué)響應(yīng)研究——通過對(duì)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(shí)的力學(xué)響應(yīng)研究，針對(duì)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、cd法、上下臺(tái)階法等幾種施工方法對(duì)圍巖變形、地表沉降、圍巖應(yīng)力、圍巖穩(wěn)定性等進(jìn)行對(duì)比分析，確定了適合軟弱圍巖條件...

通過對(duì)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(shí)的力學(xué)響應(yīng)研究,針對(duì)雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、cd法、上下臺(tái)階法等幾種施工方法對(duì)圍巖變形、地表沉降、圍巖應(yīng)力、圍巖穩(wěn)定性等進(jìn)行對(duì)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(duì)雙側(cè)壁導(dǎo)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(jié)果可為類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供借鑒。

通過有限元數(shù)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(nèi)力特征等。研究結(jié)果表明:凈距較小為b/3時(shí),研究區(qū)中夾巖柱圍巖會(huì)受到左右雙洞開挖應(yīng)力場(chǎng)重疊作用的嚴(yán)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(cè)的隧道支護(hù)襯砌結(jié)構(gòu)都應(yīng)有所加強(qiáng);當(dāng)凈距為(0.85~1.5)b時(shí),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(xué)數(shù)值模擬

通過對(duì)老虎山隧道導(dǎo)洞轉(zhuǎn)正洞施工進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè),結(jié)合數(shù)學(xué)統(tǒng)計(jì)分析方法,研究了超大斷面隧道導(dǎo)洞圍巖-支護(hù)結(jié)構(gòu)施工力學(xué)響應(yīng)規(guī)律,分析了支護(hù)結(jié)構(gòu)高風(fēng)險(xiǎn)部位及高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)段,提出相應(yīng)措施提高施工安全性。根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析得出:(1)開挖第1~8d為高風(fēng)險(xiǎn)期,需加強(qiáng)監(jiān)測(cè)頻率,酌情采取加強(qiáng)支護(hù)措施;(2)導(dǎo)洞支護(hù)結(jié)構(gòu)主要受力部位為拱頂和拱腳,需加強(qiáng)支護(hù)措施;(3)導(dǎo)洞轉(zhuǎn)正洞開挖過程,正洞挑高開挖會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)洞拱頂拱腳應(yīng)力增大;(4)正洞向一側(cè)開挖后,對(duì)導(dǎo)洞造成偏壓影響,開挖側(cè)拱腳應(yīng)力急劇增長(zhǎng)。

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

對(duì)于淺埋偏壓連拱公路隧道,在洞口軟弱圍巖段,采用三導(dǎo)洞配合臺(tái)階法施工是可行的。其施工順序應(yīng)采用先埋深較淺一側(cè)隧道再埋深較深一側(cè)隧道。在施工中,中墻不會(huì)因?yàn)榈乇淼钠珘汉筒粚?duì)稱施工而產(chǎn)生過大的傾斜,從而影響中墻的穩(wěn)定性。在施工中及時(shí)施作初期支護(hù)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(dāng)?shù)匦屋^低一側(cè)埋深太小時(shí),應(yīng)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(jìn)洞的最小埋深,同時(shí)應(yīng)采用管棚加固措施。

根據(jù)施工過程動(dòng)態(tài)規(guī)劃最優(yōu)化原理,以地表沉降作為目標(biāo)函數(shù),建立地鐵隧道突變大斷面施工過程的數(shù)學(xué)模型,尋找最優(yōu)施工方法。以北京地鐵五號(hào)線突變大斷面為例進(jìn)行研究,結(jié)果表明,數(shù)值模擬計(jì)算的地表沉降在可控范圍之內(nèi),對(duì)施工起到了超前預(yù)報(bào)和預(yù)測(cè)作用。研究結(jié)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(jù)。

大斷面隧道施工開挖時(shí),常采用臺(tái)階法和cd法。采用數(shù)值計(jì)算方法,從位移和受力兩方面,對(duì)兩種開挖方法作了比較分析,揭示隧道結(jié)構(gòu)的位移和力學(xué)特性,驗(yàn)證了理論的正確性,可為大斷面隧道的設(shè)計(jì)與施工提供一定的參考和指導(dǎo)。

大斷面公路隧道施工技術(shù)

為了采取有效的通風(fēng)措施降低鉆爆法施工的粉塵濃度,以辛莊隧道為例,通過對(duì)其掌子面附近風(fēng)流的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè),系統(tǒng)的開展了風(fēng)流流場(chǎng)分布規(guī)律的研究,并采用fluent軟件進(jìn)行了數(shù)值模擬,模擬結(jié)果與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)基本吻合。結(jié)果表明:隧道內(nèi)風(fēng)流速度以風(fēng)筒出口為界,分為射流擴(kuò)張區(qū)、射流收縮區(qū)、渦流區(qū)、回流區(qū)4個(gè)部分;靠近掌子面的同一斷面上:風(fēng)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(gè)斷面積的40%。研究結(jié)果對(duì)隧道施工通風(fēng)除塵具有一定的指導(dǎo)意義和使用價(jià)值。

介紹了一公路隧道工程設(shè)計(jì)概況,闡述了ⅱ、ⅲ類圍巖段雙側(cè)壁導(dǎo)坑施工方法及ⅳ、ⅴ類圍巖段臺(tái)階施工方法,并對(duì)偏壓段施工方案中圍巖的穩(wěn)定性進(jìn)行了優(yōu)化數(shù)值分析,獲得了偏壓大跨隧道雙側(cè)壁導(dǎo)坑法的合理施工工序。

利用有限元模型分析了擴(kuò)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(jié)果表明:擴(kuò)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(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)有所加強(qiáng),當(dāng)凈距大于1/2b時(shí),中夾巖柱受力狀態(tài)受凈距的影響很小;隧道外側(cè)錨桿軸力約為內(nèi)側(cè)錨桿軸力的4～5倍。

擴(kuò)建小凈距公路隧道施工力學(xué)分析

富水板巖地層的膨脹問題一直是地下工程領(lǐng)域亟待解決的難點(diǎn)問題.以滬昆客運(yùn)專線長(zhǎng)昆湖南段姚家隧道出現(xiàn)的膨脹問題為出發(fā)點(diǎn),利用midas/gts軟件建立二維平面應(yīng)變非線性對(duì)稱計(jì)算模型,將已取得的基于時(shí)間效應(yīng)的富水板巖隧道圍巖膨脹本構(gòu)模型導(dǎo)入至midas/gts軟件中,研究膨脹作用下板巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)機(jī)制.結(jié)果表明：板巖在膨脹作用過程中,圍巖膨脹力成為影響支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)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(huì)顯著增加;圍巖在膨脹過程中,與支護(hù)結(jié)構(gòu)密貼的圍巖附近會(huì)產(chǎn)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(nèi),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(hù)結(jié)構(gòu)的位移之間呈正相關(guān)性.

富水板巖地層的膨脹問題一直是地下工程領(lǐng)域亟待解決的難點(diǎn)問題.以滬昆客運(yùn)專線長(zhǎng)昆湖南段姚家隧道出現(xiàn)的膨脹問題為出發(fā)點(diǎn),利用midas/gts軟件建立二維平面應(yīng)變非線性對(duì)稱計(jì)算模型,將已取得的基于時(shí)間效應(yīng)的富水板巖隧道圍巖膨脹本構(gòu)模型導(dǎo)入至midas/gts軟件中,研究膨脹作用下板巖隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)力學(xué)響應(yīng)機(jī)制.結(jié)果表明:板巖在膨脹作用過程中,圍巖膨脹力成為影響支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)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(huì)顯著增加;圍巖在膨脹過程中,與支護(hù)結(jié)構(gòu)密貼的圍巖附近會(huì)產(chǎn)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(nèi),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(hù)結(jié)構(gòu)的位移之間呈正相關(guān)性.

以金雞山特大斷面隧道原位擴(kuò)建工程為背景,介紹了核心五步法的原位擴(kuò)挖方案,并通過數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段,分析了特大斷面隧道原位擴(kuò)建的施工力學(xué)特性。結(jié)果表明:目標(biāo)斷面附近掌子面右上、左上部圍巖開挖,以及臨時(shí)豎撐拆除、仰拱回填,使得拱頂沉降顯著增大。同時(shí)臨時(shí)豎撐的支承作用,使得作用在襯砌拱頂與拱底處的圍巖壓力較集中,而先右后左的擴(kuò)挖方案使得襯砌右側(cè)圍巖壓力明顯大于左側(cè)。金雞山隧道原位擴(kuò)建施工過程中,對(duì)目標(biāo)斷面的拱頂沉降和水平收斂進(jìn)行了長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè),其結(jié)果與數(shù)值模擬較為吻合。

以金雞山特大斷面隧道原位擴(kuò)建工程為背景,介紹了核心五步法的原位擴(kuò)挖方案,并通過數(shù)值模擬與現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)手段,分析了特大斷面隧道原位擴(kuò)建的施工力學(xué)特性.結(jié)果表明:目標(biāo)斷面附近掌子面右上、左上部圍巖開挖,以及臨時(shí)豎撐拆除、仰拱回填,使得拱頂沉降顯著增大.同時(shí)臨時(shí)豎撐的支承作用,使得作用在襯砌拱頂與拱底處的圍巖壓力較集中,而先右后左的擴(kuò)挖方案使得襯砌右側(cè)圍巖壓力明顯大于左側(cè).金雞山隧道原位擴(kuò)建施工過程中,對(duì)目標(biāo)斷面的拱頂沉降和水平收斂進(jìn)行了長(zhǎng)期跟蹤監(jiān)測(cè),其結(jié)果與數(shù)值模擬較為吻合.

永九快速線永龍隧道的雙向6車道淺埋大跨扁平結(jié)構(gòu),對(duì)圍巖穩(wěn)定和結(jié)構(gòu)受力均產(chǎn)生不利影響.利用有限元程序模擬v級(jí)圍巖軟巖地質(zhì)條件下大跨度隧道的動(dòng)態(tài)施工過程,以隧道施工后周邊圍巖穩(wěn)定性和初期支護(hù)及臨時(shí)支護(hù)安全性為指標(biāo)分析開挖效果,從理論和與實(shí)際監(jiān)控量測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比分析結(jié)果證實(shí)了上下臺(tái)階雙側(cè)壁導(dǎo)坑法設(shè)計(jì)施工方案的合理.研究成果為同類工程的設(shè)計(jì)與施工提供理論參考.

鐵路隧道洞身下穿公路隧道施工的數(shù)值模擬 姜増國(guó)，楊培偉，劉運(yùn) 武漢理工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)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(xiàn)了重疊隧道，這就需要了解重疊隧道中后建隧道施 工對(duì)地表沉降和既有隧道的影響程度。本文應(yīng)用有限元分析軟件ansys對(duì)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(jìn)行開挖中的力學(xué)過程模擬。計(jì)算表明琯頭嶺隧道 所采用的施工方法是合理有效的。 關(guān)鍵詞：下穿隧道；數(shù)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(xiàn)兩條隧道重疊以及交叉穿越等較為復(fù) 雜的施工情況。當(dāng)兩個(gè)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(chǎn)生上孔隧道結(jié)構(gòu)整體下沉

為探究小凈距隧道群洞穿越不同地層施工引起的力學(xué)響應(yīng),基于青島地區(qū)土巖復(fù)合地層特殊地質(zhì)條件,通過數(shù)值計(jì)算并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試數(shù)據(jù),分析小凈距地鐵隧道群洞施工引起的地表沉降、應(yīng)力特征、拱頂變形規(guī)律。結(jié)合工程實(shí)際,將隧道群洞施工劃分為4個(gè)不同階段并依此分析,結(jié)果表明:隧道群在其階段ⅳ施工后引起地表沉降變形較大,其他階段地表沉降無明顯變化;不同開挖階段對(duì)夾巖的擾動(dòng)程度存在差異,階段ⅳ施工使夾巖主應(yīng)力出現(xiàn)劇烈變化,且夾巖最薄弱處最不利狀態(tài)發(fā)生于階段ⅳ,但無剪切破壞現(xiàn)象;隧道拱頂沉降最大增量在該條隧道開挖后出現(xiàn),上線隧道施工顯著影響其他隧道拱頂沉降,且能夠引起中線隧道拱頂抬升。研究成果為同類工程的施工穩(wěn)定性分析提供了現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)和技術(shù)支持。