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半成岩隧道波纹钢初支结构施工力学特性研究

地下空间与工程学报 2024年第S1期20卷 229-235页

作者：王丽军王秋懿张清照雷明林黄煊博云南交投集团云岭建设有限公司昆明650041 云南临沧临清高速公路有限公司云南临沧677000 同济大学土木工程学院地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土及地下工程教育部重点实验室上海200092

为探究波纹钢初支结构在富水半成岩隧道中的施工力学特性,依托临清高速王家寨隧道工程,总结半成岩隧道内波纹钢初支结构的施工方案,再通过等效刚度的方法建立动态施工数值模型,并结合现场监测数据进行验证,进而分析施工过程对波纹钢初... 详细信息

为探究波纹钢初支结构在富水半成岩隧道中的施工力学特性,依托临清高速王家寨隧道工程,总结半成岩隧道内波纹钢初支结构的施工方案,再通过等效刚度的方法建立动态施工数值模型,并结合现场监测数据进行验证,进而分析施工过程对波纹钢初支结构施工力学特性的影响,最后针对现场波纹钢背后混凝土厚度不足的问题进行参数分析。结果表明:(1)波纹钢初支结构施工方案可有效适配于该类隧道,满足“快挖、快支、快封闭”的施工理念;(2)半成岩隧道洞内变形有变形时间长、变形量大的特点,初支结构拱脚部位为大弯矩、小轴力的危险区域;(3)随着混凝土厚度减小,初支结构最大Mises应力迅速上升,实际施工时应注意洞内变形带来的混凝土厚度不足风险。

关键词：半成岩隧道波纹钢初支结构施工力学特性数值分析

单跨5车道公路隧道工法优化及施工力学特性研究

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隧道建设（中英文） 2021年第5期41卷 831-840页

作者：张俊儒徐剑龚彦峰徐向东张航叶伦西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

为解决超大断面公路隧道传统工法工序繁杂、效率低等问题,依托厦门芦澳路—海沧疏港通道2#分岔隧道大跨段(国内在建最大断面公路隧道),利用“以索代撑”的思想,并结合围岩强度高的特点,提出主动支护的钢架岩墙组合支撑法并对其进行工法... 详细信息

为解决超大断面公路隧道传统工法工序繁杂、效率低等问题,依托厦门芦澳路—海沧疏港通道2#分岔隧道大跨段(国内在建最大断面公路隧道),利用“以索代撑”的思想,并结合围岩强度高的特点,提出主动支护的钢架岩墙组合支撑法并对其进行工法优化。通过岩石三轴压缩试验和Hoek-Brown估算方法获得围岩力学参数,并采用数值计算的方法验证该工法的合理性,确定预应力锚索长度为10 m,预应力值为1000 kN,同时对其施工力学特性进行研究。结果表明:围岩变形主要发生在岩墙(⑤分部)开挖前,且以竖向变形为主,上台阶开挖是引起隧道拱部沉降和仰拱隆起的主要原因;在预应力锚索的作用下,隧道岩墙(⑤分部)的开挖和中隔壁的拆除对围岩变形和初期支护内力影响较小;初期支护拱脚处压应力集中,拱顶和仰拱处受到较大的拉应力;隧道围岩变形及初期支护承载力均满足公路隧道施工安全要求。

关键词：公路隧道单跨5车道大断面工法优化数值计算岩石三轴压缩试验施工力学特性钢架岩墙组合支撑法

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盾构隧道穿越上软下硬地层施工力学特性分析

铁道标准设计 2017年第2期61卷 89-95页

作者：何祥凡申兴柱王帆姚佳兵西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

上软下硬复合地层在盾构施工中常常造成盾构掘进姿态不佳及地表塌陷,严重时还可能导致管片局部出现破损。结合深圳地铁7号线穿越上软下硬地层的工程实例,采用数值模拟方法研究盾构隧道穿越上软下硬地层段("由软入硬"与"由硬入软")的施... 详细信息

上软下硬复合地层在盾构施工中常常造成盾构掘进姿态不佳及地表塌陷,严重时还可能导致管片局部出现破损。结合深圳地铁7号线穿越上软下硬地层的工程实例,采用数值模拟方法研究盾构隧道穿越上软下硬地层段("由软入硬"与"由硬入软")的施工力学特性,对地表及管片拱顶沉降、管片应力的变化规律进行分析,研究结果表明:盾构在穿越上软下硬交界地层过程中,地表沉降出现显著增大(增量最大可达1 cm),拱顶不均匀沉降的现象较为严重;对较软侧地层进行适当加固,可以有效减小上软下硬地层交界处的地表及管片拱顶沉降,同时能够降低"由软入硬"段管片的应力水平。

关键词：盾构隧道上软下硬地层施工力学特性地层加固

浅埋偏压下明暗连拱隧道施工力学特性及方案优化研究

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浅埋偏压下明暗连拱隧道施工力学特性及方案优化研究

作者：郭亚林中南大学

学位级别：硕士

连拱隧道具有占地空间小、空间利用率高和城市适应性强等诸多优点,是公路隧道设计中被广泛采纳的一种隧道结构型式。由于地形地貌的复杂性,导致连拱隧道两侧洞室埋深差距较大,使得山体地形线低于隧道一侧结构上沿线,而另一侧隧道结构位... 详细信息

连拱隧道具有占地空间小、空间利用率高和城市适应性强等诸多优点,是公路隧道设计中被广泛采纳的一种隧道结构型式。由于地形地貌的复杂性,导致连拱隧道两侧洞室埋深差距较大,使得山体地形线低于隧道一侧结构上沿线,而另一侧隧道结构位于山体内部,从而形成典型的明暗连拱隧道。本文依托湖南省长沙市夏鹃路隧道的明暗连拱段,通过理论分析、现场监测和数值模拟等方法对施工过程中隧道支护结构与围岩的受力和变形规律进行研究;得到了浅埋偏压条件下明暗连拱隧道支护结构与围岩的施工力学特性,为类似隧道工程的设计和施工提供借鉴。主要工作内容与成果如下:(1)通过对现有围岩压力计算理论进行比较分析,根据明暗连拱隧道的特点和实际地层条件,提出了适用于浅埋偏压下考虑围岩黏聚力的变坡面明暗连拱隧道围岩压力计算方法,并结合现场不同断面的围岩压力监测结果验证其合理性和适用性。(2)选取典型的明暗连拱隧道断面,开展现场监测,分别对围岩压力、围岩变形、初期支护钢拱架应变、二次衬砌钢筋应力和混凝土应变进行动态监测。分析施工过程中隧道支护结构和围岩力学行为的响应规律,获得了明暗连拱隧道段支护结构与围岩的施工力学特性。结合暗埋连拱隧道的施工监测数据,给出了明暗连拱隧道与暗埋连拱隧道的异同点和重点关注问题。(3)通过对明暗连拱隧道的围岩变形进行全程监测,分别对地表沉降、拱顶沉降和周边位移的发展规律进行了详细研究,明确了各施工阶段对围岩变形的影响,探明了影响围岩变形的关键性施工以及需要重点关注的工程问题。(4)借助ABAQUS有限元软件分别模拟了有、无偏压挡墙下明暗连拱隧道的开挖施工;将模拟结果与现场监测数据进行对比分析,验证了模型的合理性和正确性,在此基础上得到了浅埋偏压下明暗连拱隧道的施工力学特性,并对偏压挡墙的力学机制和工程效果进行了探讨。(5)从施工和结构设计的角度对明暗连拱隧道的施工顺序和结构进行优化研究。基于现场实际施工,对不同施工顺序与不同结构控制措施下明暗连拱隧道的开挖施工进行三维动态模拟,对隧道支护结构的位移场和应力场进行对比分析,确定了浅埋偏压下明暗连拱隧道合适的施工顺序和结构控制措施。图76幅,表32个,参考文献122篇

关键词：明暗连拱隧道浅埋偏压现场监测理论计算数值模拟施工力学特性施工与结构优化

临江深基坑围护结构土压力分布及施工力学特性研究

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临江深基坑围护结构土压力分布及施工力学特性研究

作者：何亚军福州大学

学位级别：硕士

随着我国城市地下工程的迅猛发展,沿江临河修建的地铁车站或高层建筑深基坑愈发增多。沿江临河修建的深基坑中,临水岸坡与基坑围护结构构成了有限宽度土体,其土压力计算方法与常规模式有较大不同。基于极上限分析法,运用改进多线段滑裂... 详细信息

随着我国城市地下工程的迅猛发展,沿江临河修建的地铁车站或高层建筑深基坑愈发增多。沿江临河修建的深基坑中,临水岸坡与基坑围护结构构成了有限宽度土体,其土压力计算方法与常规模式有较大不同。基于极上限分析法,运用改进多线段滑裂面生成技术,推导得到临江深基坑围护结构主动土压力的上限解,同时基于极限平衡法推导得到考虑土拱效应的临江深基坑围护结构主动土压力、土压力合力及其合力作用点的理论公式,并将其应用于福州地铁5号线农林大学站基坑工程。进一步地,对农林大学站基坑开挖过程进行三维数值模拟,并与实际监测进行对比,探讨临江深基坑施工力学特性。主要研究内容与结论如下:1.在FLAC3D数值平台上,对农林大学站基坑施工过程展开三维数值模拟,随基坑开挖深度不断增加,地表沉降由“漏斗形”转变为“凹槽型”;围护结构水平位移曲线沿深度方向呈弓形分布;各道支撑轴力不断增大,第3道支撑轴力显著大于其他各道支撑轴力。进一步地,支撑刚度折减的二维数值模拟结果表明:滑裂面以多线段形式从墙趾开始向两侧延伸,极限状态下临江侧围护结构的主动土压力合力为1769.6k N,合力作用点在1/3墙高附近。现场监测结果与数值模拟结果变化规律一致,实测值略大于模拟值,侧面验证了数值模拟的合理性。2.基于极上限分析法,运用改进多线段滑裂面生成技术,推导临江深基坑围护结构主动土压力的上限解。均质土体条件下,与传统的直线或对数螺线破坏模式计算结果对比,三者差异较小。参数敏感性分析结果表明:随宽高比增大,主动土压力逐渐增大,滑裂面由相交于坡面过渡到坡顶面,墙后土体由有限宽度土体转变为半无限土体;主动土压力随内摩擦角增大而线性减小;随坡顶超载、水位深度、坡角和基坑开挖深度增加而增加。将上述方法应用于农林大学站基坑围护结构土压力计算中,求得主动土压力合力为1826.5k N。3.基于极限平衡法推导了考虑土拱效应的临江深基坑围护结构主动土压力、土压力合力及其作用点的理论公式,与传统土压力理论、极上限分析法计算结果对比,三者差异较小。算例分析结果表明:土压力沿深度方向呈先增大后减小凸向基坑围护结构的“钟”型分布;土压力合力与摩擦角和黏聚力呈负相关,与宽高比、基坑开挖深度和水位高度呈正相关;合力作用点与宽高比、摩擦角及黏聚力呈正相关,与基坑开挖深度和坡顶面距水位面高差呈负相关。将上述方法应用于农林大学站基坑围护结构土压力计算中,求得主动土压力合力为1698.2k N,合力作用点在1/3墙高附近,其土压力分布与二维数值模拟土压力分布较为吻合。

关键词：临江深基坑主动土压力极上限分析极限平衡法施工力学特性

地形不对称条件下临江深基坑施工力学特性研究

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地形不对称条件下临江深基坑施工力学特性研究

作者：吕杨福州大学

学位级别：硕士

城市地下工程的发展催生出了大量临江、沿河修建的深基坑工程,对其施工力学特性的研究已成近年来的热点。依托福州地铁5号线农林大学站临江深基坑工程,基于相似理论设计基坑开挖模型试验,并在FLAC3D数值平台上,建立与之对应的数值模型,... 详细信息

城市地下工程的发展催生出了大量临江、沿河修建的深基坑工程,对其施工力学特性的研究已成近年来的热点。依托福州地铁5号线农林大学站临江深基坑工程,基于相似理论设计基坑开挖模型试验,并在FLAC3D数值平台上,建立与之对应的数值模型,将二者与现场实测数据对比,获得地形不对称条件下临江深基坑施工力学特性。建立考虑岸坡距离、地层倾斜和水位的多工况数值模拟,探究这些影响因素对其施工力学特性的影响。主要研究内容与结论如下:1)分析数值模拟、模型试验和现场实测的变形特性:地表沉降呈“勺子型”分布,最大值均在墙后5～7m处,数值结果小于实测和试验;围护结构水平位移和基坑整体偏移量均呈两端小、中间大的弓形分布,其中实测所得最大值发生在第四道撑附近,数值和试验所得最大值发生在第三道撑附近;临江侧变形值约为靠山侧的70%左右;地形不对称对于基坑施工过程中的变形特性影响显著。2)分析数值模拟、模型试验和现场实测的受力特性:支撑轴力随施工步不断增大,第三道支撑在基坑支护结构体系中承担主导作用,应重点关注第三道支撑轴力的发展;围护结构墙背土压力随开挖施工步逐渐减小,其变化值沿深度呈折线型增大趋势,在坑底附近其变化值约为-64k Pa;地形不对称对于基坑施工过程中的受力特性影响不显著。3)对比不同岸坡距离数值模拟结果:不同岸坡距离变形趋势相近;对于类似断面的基坑工程,岸坡距离小于0.7倍(大于1.5倍)基坑开挖深度时,地形不对称(基坑临江侧有限宽度土体)造成的基坑两侧变形不对称异常显著(可以忽略);实际施工中,要重点关注农林大学站岸坡距离9m-16m的断面。4)对比倾斜地层与水平地层工况数值模拟结果:周边地表沉降和围护结构位移变形形式相同;水平地层工况的整体偏移量更小且呈呈线性分布;地层水平中第三道支撑不需要发挥其全部的支撑作用。大于0.7倍基坑开挖深度时,地层倾斜对于基坑变形的影响显著大于地形不对称。5)对比高水位和低水位数值结果如下:不同水位变形趋势相近,但水位降低会增加基坑两侧不对称性;水位降低使基坑两侧周边地表沉降显著增加,基坑整体偏移量显著增大,且最大值位置上移;水位降低对基坑轴力影响不大。

关键词：临江深基坑施工力学特性地形不对称模型试验数值模拟现场监测

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桐梓隧道煤系地层段施工力学特性研究

桐梓隧道煤系地层段施工力学特性研究

作者：龙运泉贵州大学

学位级别：硕士

隧道施工受地质因素影响大,特别是煤系地层易对隧道施工造成不利影响。研究煤系地层隧道施工力学特性,合理选用施工方法,对防止隧道施工造成不利具有重要意义。论文依托桐梓隧道煤系地层段,先进行理论分析,再采用物理实验、数值模拟等方... 详细信息

隧道施工受地质因素影响大,特别是煤系地层易对隧道施工造成不利影响。研究煤系地层隧道施工力学特性,合理选用施工方法,对防止隧道施工造成不利具有重要意义。论文依托桐梓隧道煤系地层段,先进行理论分析,再采用物理实验、数值模拟等方法,并运用BIM技术,研究了煤系地层隧道施工受力特性并优化了施工方案。论文主要研究工作如下:(1)在煤系地层进行现场取样,并进行室内实验,再与基础资料对比分析,得到煤系地层物理力学参数。(2)利用BIM技术建立煤系地层BIM地质模型和BIM隧道施工模型。基于地质模型,分析研究煤系地层倾向、倾角、煤层分布、断层等地质情况;基于施工模型,分析隧道法施工特点,并运用BIM技术,在工程量、成本、施工模拟及可视化等方面进行研究。(3)建立三维仿真模型,研究隧道施工穿过不同倾角地层交界处时,隧道周边位移变化规律。隧道围岩情况较好的地层拱顶和拱底位移均比围岩情况较差的地层小,位移在地层交界处一定范围内渐变,随倾角增大渐变长度减小,渐变范围为10m～20m。地层交界倾角越小,位移越大,位移变化越均匀,但渐变范围越大,影响范围越大;地层交界倾角越大,达到垂直时,位移及影响范围越小,但位移存在突变。(4)采用数值模拟方法,研究双侧壁导坑法施工不同台阶步距下隧道力学特性及位移特征。开挖台阶步距分别为3米、4米、5米、6米时,隧道轴力及弯矩随着隧道开挖逐渐增大,初支封闭成环后趋于稳定;隧道位移值随着开挖台阶步距的加大而变大,但最大位移满足施工要求;四个工况安全系数均满足施工要求。(5)对施工方案进行优化分析。结合实际情况变更施工方法为单侧壁导坑法和三台阶法,通过数值分析表明变更施工方案可行。施工方案可缩短工期,节约临时支护费用。(6)对煤系地层段施工方法进一步优化和现场监测。经现场监控量测数据与数值模拟数据对比分析表明:两者数据变化趋势接近,差距较小,最大差值为27.1mm;优化后的三台阶法、单侧壁导坑法施工效果好。

关键词：煤系地层施工力学特性物理实验 BIM技术数值模拟

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特大断面隧道原位扩建的施工力学特性分析

路基工程 2018年第2期 201-206页

作者：李永山陈良兵黄锦春吕荔炫中铁十五局集团第二工程有限公司上海201713 福州市规划设计研究院福州350108

以金鸡山特大断面隧道原位扩建工程为背景,介绍了核心五步法的原位扩挖方案,并通过数值模拟与现场监测手段,分析了特大断面隧道原位扩建的施工力学特性。结果表明:目标断面附近掌子面右上、左上部围岩开挖,以及临时竖撑拆除、仰拱回填,... 详细信息

以金鸡山特大断面隧道原位扩建工程为背景,介绍了核心五步法的原位扩挖方案,并通过数值模拟与现场监测手段,分析了特大断面隧道原位扩建的施工力学特性。结果表明:目标断面附近掌子面右上、左上部围岩开挖,以及临时竖撑拆除、仰拱回填,使得拱顶沉降显著增大。同时临时竖撑的支承作用,使得作用在衬砌拱顶与拱底处的围岩压力较集中,而先右后左的扩挖方案使得衬砌右侧围岩压力明显大于左侧。金鸡山隧道原位扩建施工过程中,对目标断面的拱顶沉降和水平收敛进行了长期跟踪监测,其结果与数值模拟较为吻合。

关键词：特大断面隧道原位扩建数值模拟监控量测施工力学特性

超大断面分岔隧道施工力学特性模拟及监测分析

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特种结构 2022年第5期39卷 55-62页

作者：陈兵马杰何平屈慧森北京市市政工程设计研究总院有限公司北京交通大学土木建筑工程学院

采用数值模拟与现场监测相结合的方式,结合工程实例,分析了超大断面隧道围岩应力分布的特点及施工力学特性。研究结果表明Ⅲ级围岩超大断面隧道单侧壁导坑法开挖时,受拉破坏区域均存在于台阶处,上部导坑掌子面未发生受拉破坏,塑性破坏... 详细信息

采用数值模拟与现场监测相结合的方式,结合工程实例,分析了超大断面隧道围岩应力分布的特点及施工力学特性。研究结果表明Ⅲ级围岩超大断面隧道单侧壁导坑法开挖时,受拉破坏区域均存在于台阶处,上部导坑掌子面未发生受拉破坏,塑性破坏分布于开挖台阶两侧;上部导坑若一次性开挖,面积过大,掌子面出现较大范围塑性屈服破坏区域,需采用上下台阶法开挖上部导坑。本文工程隧道拱顶最大下沉量、钢拱架所受最大拉应力和最大压应力、拱顶处围岩压力均处于安全状态;现场监测与数值模拟计算结果较为吻合,验证了超大断面隧道采用单侧壁上下导洞法开挖的安全可行性。

关键词：超大断面隧道分岔隧道施工力学特性数值模拟监测分析