公路小净距隧道开挖方法数值模拟优化研究

以镇海至安吉公路段杨湾小净距隧道工程为例,选取典型断面(埋深30 m和69 m),运用有限元数值软件MIDAS GTS/NX对三种常见开挖方法(上下台阶法、单侧壁导坑法、CD法)进行数值模拟研究.对比分析整体竖向位移、总位移、拱顶沉降值和应力变化等规律,指导项目进行施工方案优化,在保证安全前提下,选择更为高效的开挖方法.通过现场监控量测对数值模拟数据进行验证分析,可为类似工程提供借鉴.     

寒区隧道衬砌背部空洞积水冻胀力学分析

造成高寒地区隧道冻害的原因有很多方面，如衬砌混凝土的冰冻破坏、局部存水冻胀破坏以及既有裂缝裂隙水的冻胀破坏等。以鹧鸪山隧道为工程背景，通过有限元软件ANSYS对隧道衬砌背后局部存水冻胀产生的应力进行计算分析，说明这种局部存水空间冻胀对隧道衬砌可能造成破坏原因，为寒区隧道的抗防冻措施提供理论依据。     

基于可靠度理论的铁路隧道复合式衬砌结构设计软件研究及应用

《铁路隧道设计规范(极限状态法)》(Q/CR 9129—2018)使得概率极限状态法在铁路隧道结构设计领域得到迅速发展,但常规计算中引用的经验值“荷载分担比”对结果有很大影响,可建立初期支护与二次衬砌共同作用的复合式衬砌模型避免其影响。为了排除“荷载分担比”的模糊影响、实现独立进行复合衬砌结构设计,开发了铁路隧道复合式衬砌结构设计的专业软件CLAS,该软件支持对单层衬砌模型和复合衬砌模型进行3种设计方法计算,包括破损阶段法、极限状态法、可靠度分析。该软件由软件界面、前处理、截面检算、可靠度分析、后处理5部分组成。前处理支持导入AutoCAD文件完成几何建模;截面检算可采用破损阶段法和极限状态法,实现内力分析、安全性检算和配筋计算;可靠度分析提供JC法和蒙特卡罗法的计算;后处理提供结果数值导出与云图显示、计算报告生成功能。工程应用表明,CLAS功能全面、操作简单,精度满足工程要求;“荷载分担比”经验值对二次衬砌拱顶处的荷载有明显低估,复合衬砌模型能更有效地反映衬砌结构的受力情况。     

越岭浅埋偏压隧道支护系统承载特性分析

从地理、地形及地质等方面,剖析了西南山区浅埋偏压隧道的建造环境,针对该类隧道介质参数、荷载的多变性及其衬砌结构力学传递机制的复杂性,基于衬砌结构稳定的强度和变形控制原理,研究了应力和位移双重等效的隧道介质参数反分析模型及其优化算法,并理顺了其实施操作程序.然后提炼出偏压隧道承载结构承载特性的表征参数及非均衡性刻画指标.最后以有限元数值方法为手段,研究了某隧道浅埋偏压段支护体系的力学响应,从中总结出浅埋偏压隧道支护结构的承载特征,为类似工程设计和施工控制措施提供指导.     

夹心钢板系统加固正交异性钢桥面板的性能分析

正交异性钢桥面板广泛应用在现代钢桥中,但在车辆荷载作用下,由于较高的应力集中易引起关键焊接部位的疲劳裂纹,采用夹心钢板系统(SPS)对正交异性钢桥面板进行加固。通过ANSYS软件建立了正交异性钢桥面板及其SPS加固层的三维有限元模型,在不同的荷载工况下,分析了按我国现行规范规定的车辆荷载的两个后轴共同作用下桥面板的应力分布特征,并与加固前的应力状态进行了对比。结果表明：骑U肋加载在桥面板时U肋焊接处产生的横桥向应力最大;采用SPS对正交异性钢桥面板进行加固的效果良好,与加固前相比,可较大幅度地降低钢桥面板的应力,更有助于抵抗钢桥面板疲劳裂纹的产生。     

铁路隧道下穿施工引起既有铁路线路变形规律研究

近年来,随着我国铁路交通的大规模建设,新建铁路以隧道的方式下穿既有铁路越来越多的出现且在大量的工程当中且影响越来越严重。结合京石高铁下穿既有石德铁路工程,对下穿隧道暗挖段进行了数值模拟计算,分析研究了隧道下穿施工时对既有铁路路基沉降、轨道沉降、轨道水平偏差及轨向偏差的变形规律,得出了隧道下穿施工对既有铁路线路的影响,对工程的设计和施工具有一定的指导意义。     

新建小净距变电所隧道对正洞既有隧道的影响

新建与既有隧道小净距且平行的变电所隧道,研究此变电所隧道台阶法开挖过程中既有正洞隧道的位移、二衬内力变化及周边围岩塑性区的变化.通过大型通用有限元软件ANSYS模拟既有隧道,模拟变电所隧道的整个开挖过程,并进行分析.数值分析结果表明:变电所隧道的开挖将改变正洞隧道周边围岩压力,导致二衬位移增减,拱顶及仰拱发生位移较大,二衬结构的内力增大,各内力最大值均分布在左拱脚,故应对二衬拱顶、仰拱及左拱脚重点监控;整个开挖过程正洞周围未产生塑性屈服区域;值得注意的是,变电所隧道上台阶的开挖对正洞二衬位移及内力的影响明显大于下台阶的开挖,因此上台阶开挖过程应重点监控二衬各力学指标变化情况,必要时应采用改变施工参数、施工方法、加固既有隧道周围土体等施工措施.     

铁路隧道复合式衬砌初期支护可靠性分析

《铁路隧道设计规范(极限状态法)》(Q/CR 9129—2018)使得概率极限状态法在铁路隧道结构设计中得到迅速发展,但其规定的设计方法以及目标可靠指标都是针对二次衬砌结构的,尚不适用于初期支护的设计。为将规范的适用范围扩大到初期支护,以8套铁路隧道衬砌通用参考图的复合式衬砌结构为研究对象,建立初期支护与二次衬砌共同作用的荷载-结构模型,用梁单元模拟初期支护与二次衬砌,采用杆单元模拟初期支护与二次衬砌之间的弹性链杆、围岩与支护间的弹性约束。对正态分布的随机变量,取截断正态分布。用蒙特卡罗法对初期支护荷载效应进行统计分析,以JC法对初期支护进行可靠度分析,通过校准法确定初期支护的目标可靠指标。通过与国内外相关规范的比较以及对材料性能的分析,推荐二级安全等级的隧道初期支护的目标可靠指标分别为2.7、3.2。     

超近距离立体交叉隧道施工动态控制技术

温(州)福(州)铁路琯头岭隧道在DK280 950~DK281 100下穿同三高速公路琯头岭隧道,铁路隧道开挖轮廓线拱顶距公路隧道基础底面仅约2.9m,平面夹角仅为36°,施工工况在国内外尚属首例.施工方案以数值模拟计算为重要参考,根据监控量测结果动态组织施工,确保铁路隧道快速、安全地通过公路隧道.     

裸眼完井下的大位移井裂缝起裂研究

随着大位移井数量的增加,大位移井压裂逐渐成为油气藏的一种重要增产技术手段。大位移井水力压裂裂缝起裂与直井、普通定向井有显著差别,其起裂模式不仅与井眼轨迹(井斜角、方位角等) 有关,而且还与地应力方位密切相关。以往的斜井裂缝起裂模式已经不能满足大位移井压裂设计的需要。考虑作业条件、压裂液渗滤效应和孔隙压力的影响,建立了大位移井井筒周围应力场分布模型,提出了裂缝起裂压力和起裂方位预测模型,并分析了不同构造应力范围对大位移井压裂裂缝起裂的影响。计算结果表明,建立的模型完全适用于大位移井压裂设计的需要。     

客运专线小净距隧道施工效应的数值模拟分析

结合石太客运专线南梁隧道小净距段工程,应用有限元数值模拟方法,分析了两隧道周边围岩各关键点的变形和应力场特征,揭示了这类隧道的施工效应规律,其分析结果能够为客运专线小净距铁路隧道的设计、施工提供一定的科学依据.     

铁路隧道下穿施工引起高速公路路基沉降规律研究

铁路隧道下穿既有高速公路引起路基路面沉降,威胁交通安全。通过建立隧道 地基 路基相互作用计算模型,在路面荷载作用下,采用数值计算方法分析计算了隧道下穿深度、地层模量、泊松比及强度参数等因素与路基沉降变形规律之间的关系。计算结果表明,隧道下穿深度不仅影响路基沉降变形的大小,而且影响沉降槽的形状,而土层性质主要对路基沉降变形影响较大,对沉降槽形状影响相对较小。计算结果较好地反映了不同因素对路基沉降变形的影响,对类似工程的设计和施工具有参考意义。     

浅埋大跨黄土隧道下穿公路方案比选

以大跨黄土隧道下穿公路安全施工为背景,对隧道下穿公路的安全施工方案进行研究。基于公路路面破损指数与下穿公路施工风险事件引起路面最大沉降之间的关系确定了隧道下穿施工可能引起的路面最大允许沉降量,并据此制定出施工管理基准,对比分析了CRD和CD法引起的隧道拱顶沉降、地表最大沉降、支护受力和隧道周边地层塑性区特征,建议采用CD法进行下穿施工。下穿孙辛路施工监测结果表明,采用CD法保证了隧道施工安全和孙辛路的正常通行。     

黄土隧道台阶法施工地表裂缝规律模拟分析研究

针对郑-西客运专线铁路黄土隧道施工过程中广泛出现的地表裂缝现象,采用三维离散元计算程序3DEC进行了裂缝开展的数值模拟.考虑黄土原始垂直节理,台阶法施工,分三种隧道覆土埋深工况进行了讨论,分析得出了在各埋深工况条件下地表裂缝的开展规律.     

路基边坡在重复荷载作用下的累积变形分析

以内蒙古薛家湾市政经五路某断面道路工程为依托,据相似理论制作相似比为1∶10的路基边坡模型,模拟路基高6m,边坡坡率为1∶0.5的路基边坡,并制作模型小车模拟车辆重复荷载,考虑正常荷载以及超载(车货总重超过规定荷载)两种荷载工况,以及对边坡进行喷浆防护后,重复荷载对边坡的累积变形结果。结果表明,裸坡在正常荷载作用下,位移变化量缓慢递增;裸坡在超载的重复荷载作用下,位移变化显著,容易造成边坡失稳;护坡在超载的重复荷载作用下对土体变形起到防护作用。     

小净距地铁隧道围岩受力特性研究

结合南京地铁二号线一期工程苜蓿园站～小卫街区间小近距段工程,应用有限元数值模拟方法,研究小净距隧道围岩受力特性,总结小净距隧道围岩应力、变形和塑性区的分布特征和变化规律,为以后类似地铁小净距隧道的设计、施工提供技术依据.     

穿越南水北调干渠热力隧道设计研究

随着城市和工程建设的迅速发展,新建隧道下穿既有建筑或构筑物也大量出现。浅埋、松散砂土地层隧道施工中,随着地层应力状态的改变和调整,引起地层和地表在一定范围内的不均匀沉降变形,它对既有建筑物或构筑物的功能及安全使用则可能产生较大影响。介绍石家庄市热力隧道下穿南水北调中线干渠建设中的主要相互影响因素、设计中重点研究的问题,分析了位置关系、隧道施工变形、隧道防洪与防渗等设计处理措施,供类似工程应用参考。     

大断面连拱隧道暗挖工法数值模拟研究

浅埋双连拱隧道开挖分部及支护措施繁多,围岩与结构相互作用关系复杂,地表沉降及围岩变形特性与经典沉降槽理论相差较大,工法选择以经验判断为主。针对上述问题,以石家庄六线隧道下穿既有石太直通线双连拱隧道为工程背景,运用有限元分析软件,建立平面应变数值仿真模型,分析三种工法条件下围岩应力、塑性区发展、支护结构内力及地表沉降的特征及规律,为以后类似的工程设计及施工提供借鉴、参考。     

暗挖电缆隧道四通竖井结构稳定性研究

研究暗挖过程中竖井的稳定性,以四通竖井工程为背景,采用midas GTS NX有限元软件对真实施工过程进行了数值模拟,并对超前小导管注浆措施进行论证,对比分析了土体变形规律、喷射混凝土应力变化,并得出了注浆加固措施的影响效果,认为超前注浆加固是必需的施工步骤。将实际施工过程的模拟结果与现场监测数据进行了对比分析,验证了数值模拟的可行性。结果表明:注浆与否对竖井的地表沉降范围影响不大,但对沉降值影响较大;注浆与否对坑底隆起值影响甚微,空间效应明显;水平位移的最大值出现在竖井底部,注浆与否对水平位移有明显影响;马头门附近的喷射混凝土应力变化显著,需要进行补强措施,为类似工程提供借鉴。     

盾构下穿高铁路基模型试验系统设计

为更好地指导盾构下穿既有高铁路基设计与施工,以拟建石家庄轨道交通4号线下穿京广高铁京石段为背景,基于相似比对试验箱尺寸、地层与结构相似材料物理特性、试验监测系统、盾构掘进设备进行研究,使其能够在“盾构-土体-既有结构”系统下开展多种形式研究,为盾构下穿既有高铁路基设计与施工提供技术支持。结果表明,设计较大室外模型试验时,为保证材料填筑及后期试验对试验箱不产生较大侧向变形影响,模型箱应采用较大刚度材料制作;结构相似材料配制中弹性模量对试验影响较大,结构相似材料配制以控制弹性模量为主,最终选取325R水泥、细砂、橡胶粉与聚丙烯纤维配制结构材料;隧道埋深是影响既有高铁路基竖向位移的主要因素,因此可在其他条件不变情况下,改变隧道拱顶距管桩底部距离,改变“盾构-土体-既有结构”模型,探究埋深对既有高铁路基竖向位移的影响。本试验设计可为类似模型试验的开展提供参考。