埋深與圍巖變形模量對隧道支護結構承載特性影響分析

研究深埋軟弱圍巖隧道支護結構的可靠性。構建了隧道結構的可靠性評價體系,采用蒙特卡羅概率設計以及有限元分析方法對深埋軟弱圍巖隧道支護結構的可靠性進行了分析,并討論了可靠性分析結果表征,給其他深埋軟弱圍巖隧道支護結構的可靠性評價提供參考。

試圖以渝湘高速公路某隧道施工過程的監(jiān)測資料,通過反演分析算出圍巖參數如彈性模量、泊松比等,并計算隧道襯砌內力和變形,對隧道襯砌結構整體穩(wěn)定性進行分析。

石柱槽隧道支護結構變形監(jiān)測分析——通過對滬蓉高速公路石柱槽隧道支護結構變形監(jiān)測與分析，獲得了在復雜地質條件下各施工階段隧道支護結構的變形和受力的變化規(guī)律，參照相應斷面的變形實測值，就能掌控隧道洞身的形變，判斷掌子是否安全穩(wěn)定，對現場情況和后續(xù)...

以湖北某高速公路隧道為工程背景,針對iv級圍巖,利用有限元程序,通過數值模擬的方式,分析了采用臺階開挖和環(huán)形開挖時初期支護結構的變形和應力特征,結果表明:采用環(huán)形法所產生的應力和位移總體較臺階法小,從安全的角度考慮,環(huán)形開挖較好.此外,在初期支護后,應該對隧道的局部位置進行加強處理,以免出現初期支護的局部破損、降低其整體性.

為掌握地高地應力破碎圍巖隧道支護形式與參數及施工方法,以天平鐵路關山隧道為工程實例,結合現場對支護結構的應力量測,運用flac3d有限差分軟件,對隧道支護結構應力、位移進行數值模擬研究,跟蹤研究了支護結構豎向應力、水平應力、豎向位移、錨桿軸力等隨著掌子面推進的變化規(guī)律,并對現場實測的支護結構隨時間變化規(guī)律進行研究。結果表明:在掌子面距離監(jiān)測支護2b范圍以內時,支護結構應力增長較大,超過2b范圍后,應力增長較小,表明支護結構是穩(wěn)定的;數值模擬和現場實測規(guī)律基本一致,但其大小不盡相同,這是由于數值模擬忽略了節(jié)理、地下水等影響因素。

通過有限元模擬隧道臺階法施工,分析地表沉降、拱頂、拱底、橫向變形和圍巖最大、最小主應力隨開挖步增長的變化規(guī)律,研究圍巖變形特性和縱向影響范圍,基于突變理論對拱頂沉降進行分析,研究圍巖突變時機.結果表明:隧道開挖對掌子面的變形影響主要發(fā)生在拱頂、拱底及拱腰位置,地表沉降主要集中在隧道開挖中線附近,應力集中則發(fā)生在拱腰及拱腳處；影響范圍主要集中在開挖面開挖方向前后1d(d為開挖洞徑)范圍內,其中開挖面前后0.5d范圍為強影響區(qū),0.5～1d范圍為弱影響區(qū).

結合西安-南京線桃花鋪1#隧道采用隧道掘進機(tbm)施工實踐,運用有限元法,針對tbm施工隧道中常見的軸線偏移問題,定量分析了tbm施工隧道超欠挖對隧道圍巖及支護結構的影響,得出的結論可供同類工程參考。

為控制軟巖變形,確保施工安全,結合谷竹高速公路油坊坪隧道在施工過程中多次出現的大變形情況,提出\"弱化錨桿+增強初期支護的剛度與強度\"的支護方案,并與原方案及\"弱化錨桿\"的支護方案進行對比研究。通過數值模擬對不同支護方案下位移變形量、錨桿受力情況、塑性區(qū)的發(fā)展情況、噴射混凝土的應力以及二襯結構的受力情況進行分析;同時現場選取3組試驗段,對3種不同支護方案下的圍巖變形及圍巖壓力情況實施現場監(jiān)控量測。數值模擬結果和現場監(jiān)測結果表明:弱化錨桿的措施對支護體系的整體支護效果影響不大,而且能節(jié)省工序和降低工程成本;增強初期支護的剛度與強度能有效地控制圍巖大變形。提出的\"弱化錨桿+增強初期支護的剛度與強度\"支護方案是可行的,可為沿線同類隧道支護優(yōu)化提供參考。

通過對軟巖巷道圍巖變形力學響應特性分析確定了彈塑性區(qū)應力、彈塑性位移、破碎區(qū)應力與破碎區(qū)半徑的影響因素,并確定了與各因素之間的函數關系,為巷道支護提供了依據。結果表明,巷道圍巖所受應力隨著埋深的增大而增加,并且圍巖產生的塑性范圍和破碎區(qū)也相應增大。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。

為分析膨脹巖對隧道工程造成的影響程度,綜合分析膨脹巖的細觀膨脹機理和宏觀膨脹特性,確定膨脹發(fā)生的主客觀因素,通過對膨脹巖試驗結果的歸納,提出一種膨脹巖綜合分級標準。針對膨脹巖的脹縮性質,推導濕度應力場和溫度應力場的理論關系,以玉蒙鐵路秀山隧道為工程背景,利用ansys軟件分析不同膨脹級別、膨脹范圍下膨脹力對支護結構的影響程度。結果表明,在弱膨脹工況下最大注漿加固范圍為2m,中等膨脹工況下最大加固范圍為6m,強膨脹工況下原斷面不再適用。膨脹級別越高,支護結構變形越大,隧道拱頂位移隨著膨脹力的釋放由下沉逐步變?yōu)樯仙?仰拱產生底鼓,邊墻收斂表現為在一定的加固范圍下隨膨脹系數增加而增加,在中、強膨脹級別下隨著加固范圍的增加表現為前期變形很快,而后期變小的現象,支護結構有被壓扁的趨勢。

基于某城市地鐵2號線穿越工業(yè)廠房區(qū)引起地基變形的工程背景,簡化為實體應變模型,采用數值模擬的方法對開挖前后隧道圍巖變形進行對比,目的是研究盾構在開挖過程中對周圍巖體的變形影響情況。結果表明,盾構開挖過程中隧道圍巖變形比較大,隧道中心處豎向變形情況遠大于水平變形,盾構與隧道的接觸面處的應力高度集中且遠遠大于周圍巖體的平均應力。

以云南省呈貢至澄江高速公路提古鋪隧道為例,采用大型二維有限元plaxis程序模擬隧道開挖施工,分析大斷面隧道開挖工程中雙側壁導坑法的施工工況,以及在施工過程中分別引起的圍巖沉降及應力,對襯砌結構設計參數及施工方法的合理性進行了理論驗算.

針對鐵路客運專線對路基檢測技術的要求,介紹地基系數k30、變形模量ev2、動態(tài)變形模量evd三種力學性能指標的測試原理、測試方法;結合京滬高速鐵路實踐,對各指標實測值進行對比、分析,指出evd檢測可以代替k30、ev2檢測,evd指標與物理檢測指標共同使用,能夠全面反映路基壓實情況并保證工程質量。

分析了不同地質條件下的錨桿作用效應、錨桿抗拔力及其主要影響因素,同時根據錨桿承載拱理論給出了計算系統(tǒng)錨桿承載能力的計算方法,應用該方法分析了隧道在不同地質條件下各類支護型式的承載能力及其費效比,得到了系統(tǒng)錨桿在相對破碎的巖層中對洞室穩(wěn)定的作用較大,隨著地質條件變差,系統(tǒng)錨桿的費效比大幅度降低的認識。結合大量工程設計與施工方面的實踐經驗,經過系統(tǒng)分析后得到如下結論:在軟弱圍巖條件下不宜大量使用密集布置的系統(tǒng)錨桿,此時應以采用少量的、帶注漿功能的、疏而長的錨管為主,可以充分發(fā)揮其穩(wěn)定初期支護的作用。

由于山子頂軟弱圍巖公路隧道施工現場所采用的環(huán)形開挖留核心土法并不能保證隧道施工的順利進行,提出擴挖支護施工方案.首先論述擴挖支護施工工序,然后采用ansys有限元方法構建擴挖支護厚度為0、20、30、40、50、60cm6種三維計算模型,系統(tǒng)分析擴挖支護與初期支護的力學行為.研究得出：擴挖支護是軟弱圍巖隧道一種相對優(yōu)越的施工方案,且當擴挖支護厚度達到60cm時初期支護的主壓應力為16.4mpa,主拉應力為0.48603mpa,滿足其材料強度要求.

深部坑道圍巖的變形與承載能力問題——通過傳統(tǒng)連續(xù)介質力學理論描述宏觀尺度上的巖塊行為，借助光滑函數的組合描述巖塊間間斷位移場的不光滑性，從而揭示了巖塊界面的局部變形行為，使得能量在介質中的存儲、耗散與通過間斷界面邊界轉移的能得到數學刻畫。在該...

隧道原位擴建需要將原有結構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構再擴挖成大斷面隧道,圍巖經過多次擾動后,經受的應力狀態(tài)錯綜復雜。以大帽山隧道原位擴建為例,介紹采用數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,為該隧道的支護結構設計提供依據。

運用合適的剛度參數對實際工程進行數值計算,采用ansys建立基礎模型導入3dec中,克服了3dec建模程序的固有缺陷;根據節(jié)理巖體變形參數以及孔隙水壓力對結構面變形特性影響的研究結論,利用3dec對黑山隧道在開挖過程中的變形規(guī)律進行了研究,得出淺埋破碎圍巖區(qū)開挖沉降變形影響距離為60m等,與工程實際符合較好的數值模擬結果,從而為確定合理的二襯作業(yè)時機奠定了基礎。

結合工程實例,通過對財神梁隧道全斷面法和臺階法兩種不同開挖方法下典型斷面的圍巖變形監(jiān)測,研究了其穩(wěn)定性狀況,并對圍巖變形曲線進行了回歸分析,從而優(yōu)化開挖方法和指導施工。

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.

以山西某淺埋偏壓隧道為依托工程,全面總結分析其工程特性,利用數值模擬手段研究其初期支護結構的應力、應變特征,并提出相應的施工優(yōu)化方案。研究結果表明:在淺埋偏壓地形條件下,隧道支護結構受力極不均衡,左右邊墻、地表部位發(fā)生較大的水平位移,拱頂、基底處產生較大的豎向位移;而最大軸力值和彎矩值均發(fā)生在隧道右側拱腳處,不利于隧道的整體穩(wěn)定性;通過采取增設臨時支撐、地表注漿等工程措施,提高初期支護結構的整體穩(wěn)定性。研究成果為類似工程設計施工提供了借鑒意義。

隧道圍巖變形監(jiān)測及變形規(guī)律分析