数值分析在隧道支护中的应用
复杂条件下隧道支护结构稳定性分析
复杂条件下隧道支护结构稳定性分析摘要：近年来，随着我国交通运输业的蓬勃发展，多数隧道工程需要在复杂的地质条件下施工，这对隧道施工技术提出了更高的标准和要求。
在复杂地质条件下，隧道支护结构的稳定性在很大程度上决定着隧道施工的质量和安全。
本文讨论了在复杂地质条件下，如何利用有限元模型分析隧道支护的稳定性。
怎样才能确保由于复杂地质条件下，对隧道支护结构的稳定性的保护，是本文研究的关键所在。
关键词：隧道；复杂条件；支护结构；稳定性前言支护设施的可持续性是影响和阻碍隧道建设的主要问题。
如何通过适当的支护来控制隧道的荷载分布，使围岩承载力最大化，我们面临的一个重要问题是如何确保围岩与支护体系的共同承载作用，本文结合具体工程，应分析复杂地质条件下支护隧道结构的稳定性。
一、工程概况公路工程需要大面积隧道开挖。
本工程地质环境复杂，隧道穿越区岩石类型多。
上覆土为碎石土、崩坡积块石，位于隧道进口浅埋段。
隧道最大埋深880m，大型暗挖隧道围岩主要成分为灰岩和白云质灰岩。
沉积岩的物理参数为：灰岩中泊松系数=0.19，粘着系数C=4.0MPa，弹性模量E=8531MPa，内摩擦角=34.6°，白云岩中泊松系数0.24，粘附系数C=1.6MPa，弹性模量E=14003MPa，内摩擦角39.8°，沉积岩等级为四级。
二、隧道支护结构的主要测量方法目前，我国隧道工程的施工和设计中，主要采用现场监测的方法，然后采用反分析法计算岩体参数和原岩应力。
最后，运用经验分析方法对超前支护的安全机理进行了预测，并对隧道结构的最终稳定性进行了预测。
由于隧道内地下作业材料的复杂性，包括环境地质因素、结构因素、施工过程控制水平、隧道施工能力和工程量，对岩石防护结构的研究只能停留在技术理论的简单阶段，停留在单体实体分析领域，这只是一种理论研究工具和广泛的工程实践经验。
在设计和施工中的纯应用力学问题，数学理论是行不通的。
必须在系统论的指导下，从隧道实际情况出发，依靠原型或模型的观测数据和反馈理论与实践。
芙蓉山隧道浅埋段变形控制的数值分析
Ｈｉ ｈ ｙ ｇ ｗａ ｓ＆ Ａ ｕ ｏ ｏ ｉ ｅ ｔ ｍ ｔｖ Ａｐｐ ｉａ ｉｎ ｌｃ ｔｏ ｓ
公 路 与 汽 运
２５ ２
芙蓉 山隧道 浅 埋 段 变 形 控 制 的数 值 分 析
王 华 ，邓 涛
（ ． 交 第四 航 务 工程 勘 察 设 计 院 有 限 公 司 ， 东 广 州 ５ ０ ３ ； １中 广 １ ２０
采 用三 维 有 限 差 分 软 件 ， 常 用 的 上 下 台 阶 法 和 对
Ｃ Ｄ法对 掘进 过程 中围 岩 的变 形控 制 效 果 进行 模 拟 计算 ， 究 隧道浅 埋段 安全 可靠 的施 工方 案 ， 研 为类 似 工程 施工 提供 借鉴 与参 考 。
１ 工 程概 况
韶关 芙 蓉 山隧道是 韶关 大道 工程 中的一个重 要 控 制 节点 ， 用独立 双洞 布置 ， 洞三 车道 ＋３ ｍ 宽 采 单
上 下 台阶 法 Ｃ Ｄ法
图 ３ 两 种 工 法 的 施 工 步 骤
数 值模 拟 过 程 中 ， 阶法 施 工工 序 为上 台阶每 台 次开挖 循环进 尺 １ｍ， 然后施 作拱 顶初 期支 护 ； 待上
台 阶开 挖 １ 后进 行 下 台 阶开 挖 ， ０ｍ 之后 施 作边 墙 、 仰拱初 期 支 护 ； 、 台 阶前 后 间 距 控 制 在 １ 上 下 ０ ｍ。 本次模 拟 台阶法 共六 步工序 。
Ｃ Ｄ法施 工 工 序 为 左 侧 上 分 部 先 行 开 挖 ， 次 每 开挖循 环进 尺为 １ｍ， 然后施 作初 期支 护 和 中隔壁 ，
底部未 考虑设 置 临时仰 拱 ； 左侧 上分 部开 挖 １ 待 ０ｍ 后进行 下分 部开 挖 ， 次开 挖循环 进尺 为 １ｍ， 每 然后
基于数值模拟的隧道施工围岩稳定性分析
基于数值模拟的隧道施工围岩稳定性分析发表时间：2019-02-18T15:00:12.290Z 来源：《基层建设》2018年第36期作者：刘兰香[导读] 摘要：本课题以攀大高宝鼎1号隧道为工程依托，通过对现场监测的变形以及压力数据进行反分析，得到围岩的物理力学参数。
铁正检测科技有限公司山东济南 250014摘要：本课题以攀大高宝鼎1号隧道为工程依托，通过对现场监测的变形以及压力数据进行反分析，得到围岩的物理力学参数。
并基于FLAC3D数值模拟软件，建立数值计算模型，借助sufer绘图软件绘制安全系数等值线，在不同围岩级别下从位移场、塑性区和安全系数等值线分布三方面对隧道稳定性作出定量和定性评价，所得结论对指导现场施工具有一定的理论价值。
关键词：围岩；FLAC3D数值模拟；稳定性；安全系数1．引言随着社会与科技的不断进步，我国已进入交通运输飞速发展的黄金时期。
我国隧道工程的建设规模与速度得到空前的发展，地下空间的开发与利用已成为时代主题。
近几年各大城市纷纷开工建设过江、跨海长大隧道，无疑把中国隧道推上新的台阶，与此同时，伴随浮现的是一系列复杂的地质条件和亟待解决的施工难题。
而保证施工安全与工程质量的重要因素就是是否满足维持围岩的稳定性，减小围岩的扰动效应，增大围岩的扰动抗力，使围岩处于合适的动态平衡范围之内。
本文在前人的研究基础上，结合实际施工工况和设计施工参数对宝鼎1号隧道的开挖支护进行数值模拟，并从围岩位移场、塑性区分布状态和安全系数等值线三方面对围岩稳定性进行分析，所得结论可对现场施工和合理的支护设计具有参考价值。
2．工程概况宝鼎1号隧道设计为双向分离式越岭隧道，左洞进、出口桩号：ZK9+383~zk14+467，全长5084m，设计路面标高1355.38m~1476.22m，右洞进、出口桩号：K9+377~K14+464，全长5087m，设计路面标高1355.24~1476.17m，纵坡为2.4%，为单向坡，向进口倾斜，隧道最大埋深约617m。
隧道掘进中支护-地层系统应力-应变状态的数值分析
昼 １ ０ ａ ８昼 碎 的 地 层 中 ， 坑 影 响 区的 推 进 ，地 层 的 厚 度 取 ５ 经 ２ 夜 达 ２． ×ｌ ＭＰ ，经 ２ ０
幽 Ｉ
％
进中 一 系统 应 ｉ 状态的擞 ｍ ｍ 应变 娃分析
１ 问题的提 出
其 稳 定性 ；② 论 证 那 些 决 定 隧道 开 ０ ３； ． 岩样抗压 强度Ｒ ３ Ｐ ； － ０ｉ ａ ｖ
挖 断面尺寸 、地层强度和变 形特性 性模量 Ｅ ９０ ０ＭＰ ＝ ０ ａ；总 变 形 椁
体 形状 的 单元 ，其 尺 寸 大小 应 满 足 夜 结 硬 达 到 ３ ａ ５ ＭＰ 。与 此 相 应 的 混 计算 目的 的要 求 ，考 虑开 挖 面 和导 凝 土 弹 性 模 量 Ｅ 随结 硬 时 间而 变 ：
强 裂 缝 区地 层 变 形 模 量 ， 照 遵 卡 ・ ・ 宾涅 伊 特 的建 议 ，在 破 伏 鲁 ＿ ３ Ｅ ．８ － ． ８ ０ ３ ０
证 开 挖 隧道 的安 全性 ，在 很 大 程 度 学 模 型 ； ④选 择 和 论 证 用 于 研 究 地 道 跨度 扩大 到 ｌ ， 挖 进 尺 ３ ４ｍ 开 ｉ
上 还是 决 定施 工 劳 动 量 和 隧 道 开 挖 层 和 临 时支 护 整浇 混 凝 土 在 施 工 各 迟 后 开 挖 面 １ 进 尺 施 作 整 浇 混 个 速 度 的 因 素 。特 别 是在 强 裂 缝 的软 阶 段 （ 挖 拱 部 、 整 浇 临 时 支 护 混 土临时支护 （ 开 初期 支护 ） ，混凝 土 弱 岩 层 中 ，对 大 跨 度 隧 道 采 用 型 钢 凝 土 ， 挖 台 阶 ， 浇 墙 部 混 凝 土 ） 度 等级 为 Ｂ ５ 开 整 ２ 。迟后拱部导坑开 拱 架 支护 ， 空 间用 混凝 土 填 充 。采 的 应 力 应 变 状 态 的 计 算 图 式 ； ⑤ 其 面 ３ Ｉ 开 挖 高 度 为 ４ ６ 的 台 ｆ ３Ｔ、 Ｉ ． ｍ
公路软岩隧道初期支护结构内力数值分析
与 实际 开 挖 情 况 作 比较 ， 结 果 表 明 ＴＳ Ｐ ２ ０ ３超 前 预报 系统 有效 探 明 了隧道 地 下 水 情 况 并 指 导施 工 ，
避 免 了 突水 、 突 泥 对 施 工 带来 的危 害 。
关 键 词 ：隧道 ；Ｔ Ｓ Ｐ ２ ０ ３系统 ；突 水 灾 害 ；超 前预 报
第 ６期
１ ９ ６
２ ０ １ ３年 ｌ １月
公 路 软岩 隧道初 期 支 护 结构 内力 数值 分 析 ＊
郄 英 华
（ 河 北省 高速 公 路 张 涿保 定段 筹 建 处 ，河 北 保 定 ｏ ７ １ ｏ ５ １ ）
摘 要 ：采 用 非 线性 数 值 软 件 ＡＮ Ｓ ＹＳ对 公 路 软 岩 隧 道 初 期 支 护 结 构 内 力进 行 数 值 分析 ， 研 究
Ｈｉ ｇ ｈ ｗａ ｙ ｓ＆ Ａｕ ｔ ｏ ｍｏ ｔ ｉ ｖ ｅ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ
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Ｔ Ｓ Ｐ ２ ０ ３超 前 预报 系统在 隧 道 突水 灾 害 防治 中的应 用
王 佳 ，杨 茂 华
（ 佛 山 市 公 路桥 梁 工 程 监 测 站 ， 广 东 佛山 ５ ２ ８ ０ ４ １ ）
范》 确定。 ．
行 分 析研究 ， 以便 为施工 提供动态 设计依 据 。
表１ 围岩 及 支 护 材 料 计 算 参 数
＊基 金 项 目 ：河 北 省 交 通 运 输 厅 科 研项 目（ Ｙ ２ Ｏ Ｌ Ｏ １ ３ １ ）
公 路 与 汽 运
总第 １ ５ ９期
汽
杂， 特 别是 对于 大断 面公 路软岩 隧道而 言 ， 围岩的应 力重 分布 、 隧道 断 面大 变 形 等是 一 个 非连 续 的非 线
小净距隧道施工监控量测与数值分析
监控 量测技 术 是 现代 隧 道新 奥 法 施 工 的重 要
因此 对小 净距 隧道 出 口段 进 行监 控 量 测有 重 要 意
组成部分 ， 也是信息化施工的重要组成内容之一 ， 通过 监控 了解 围岩与结 构 的稳定 性 ， 了解 围岩 的变 形 动态 ， 保 隧道 的安 全 施 工… 。小 净 距 隧 道 是 确 指隧道间的中间岩柱厚度小于规范建议值的特殊 隧道 布 置形式 ， 小净 距 隧 道 的 出 口段 ， 有 出 口 既 段围岩较差的特点 ， 又具有小净距隧道两洞间距较 近、 中间岩柱薄弱 、 易失稳等难点【 。采用小净距 ３ Ｊ 隧道不仅能很好地满足特定地质和地形条件 、 线桥 隧衔接方式 ， 而且有利于公路整体线形规划和线形 优化， 是现在许 多山区隧道优选方案 。但是小 Ｊ 净距隧道两洞间距较近 ， 中间岩柱较薄弱 ， 易失稳 ，
洞。虽然洞 内支护状况良好 ， 但地表各监测点变化
明显 ， 有个 别监 测点连 续 ３ｄ变化 均超 过 ５ｍ ／ ， ｍ ｄ
八 面 山隧道 出 口位 于 浅埋 、 软弱 、 破碎 、 自稳时
间极 短 的 围岩 中 ， 施工 时极 易发 生 冒顶 、 方 ， 重 塌 严
且仍在继续增长 。同时地表多处发现贯通裂缝 ， 且 裂缝宽度较 大。由于是雨季 ， 内掌子面经常渗 洞 水 ， 成掌子 面 围岩易 软化 ， 造 极不 稳定 ， 同时覆 盖层
如图 １ 示。 所
沉 。根据监测情况 ， 施工单位立即采取措施封闭掌
子面 ， 待一定时间稳定后开挖下台阶及仰拱 ， 使初 期支护闭合成环共同受力 ， 同时采取洞 内注浆措施
加 固围岩 ； 据 监控 数 据 指 导 ， 根 对边 仰 坡 及 中间岩 柱 进行 加 固 ， 更换 进 洞 工 法 ， 原来 的上 下 台 阶法 将
隧道及地下工程结构设计计算方法与应用
隧道及地下工程结构设计计算方法与应用隧道及地下工程结构设计计算方法与应用是地下工程领域的重要内容，它涉及地下结构的力学性质、强度、稳定性、变形等方面，是地下工程设计中不可或缺的一环。
在地下隧道工程中，结构设计计算是确保工程安全、稳定和经济的重要条件之一。
隧道及地下工程结构设计计算方法主要包括有限元分析、离散元分析、动力弹塑性分析、地下水流动分析、材料力学性能分析等方面。
其中，有限元分析是一种广泛应用于隧道及地下工程结构设计计算中的数值分析方法，它能够通过对工程结构进行离散化处理，利用有限元法求解结构的受力与变形情况，从而为工程设计提供可靠的依据。
在地下工程结构设计计算中，隧道工程的承载、抗弯、抗剪、抗风、结构变形等性能都需要进行计算和分析。
首先是隧道工程的承载性能设计，它需考虑地下结构的受拉、受压、受弯和扭转等力学性质，以确定结构的截面尺寸、钢筋配筋等参数；其次是隧道工程的抗震性能设计，根据地震作用力求解结构的地震响应，确定结构的抗震设计参数；另外，还需对结构的变形和稳定性能进行计算和分析，包括地下水流动对结构的影响、地下岩土对结构的作用等。
隧道及地下工程结构设计计算方法的应用是隧道工程设计的核心内容之一。
通过计算方法的应用，可以对地下工程结构的力学性质、强度、稳定性和变形等进行准确的评估和分析，为工程设计提供可靠的依据。
例如，在地下隧道工程设计中，通过有限元分析和离散元分析等方法，可以对隧道结构在不同荷载作用下的应力、变形、破坏等进行计算和分析；通过动力弹塑性分析，可以评估地震作用下隧道结构的抗震性能；通过地下水流动分析，可以确定隧道结构在地下水压力作用下的稳定性。
总之，隧道及地下工程结构设计计算方法与应用是地下工程设计中的重要内容，它直接影响到工程的安全、稳定和经济。
在地下工程领域，我们需要不断探索和完善设计计算方法，提高计算准确度和可靠性，为地下工程的设计、施工和运营提供更好的技术支持。
开挖隧道支护结构的数值模拟研究
， 侧 为 Ｘ 方 向约束 ， 左 右侧
由于是平 面应 变轴 对称模 型 ， 了计算 方 便 所 以二 维 有 限 元模 型取 一 半 ． 模 拟锚 管 锚 固区 和管 为 在 棚 区 时为 了计 算方便 ， 实体 单元 给予相 应 的参数模 拟这 两个 区域 ． 图 ２３所 示 ． 用 如 、
Ｅ－ ｉ ：ｚ ｈ ０ ２ １ ３ ｔ ｍ ｍａ ｌ ｄ １ ２ ＠ ６ ． ｏ
第 ９卷第 ２期
张德恒 ： 开挖 隧道 支护结构 的数值模拟研究
岩 、 风化花 岗岩 ． 强
根据 原设计 图纸提供 的资料 ， 将计算模 型的地质分布 简化 为 图 １ 所示 ， 型平 面尺寸 ５ ３ 模 ０ｍｘ ０ｍ
５ ０
南京工程 学院学报 （ 自然科学版）
２ １ 年 ６月 ０１
一
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０ ７ ｌ７ ０ ２ ｏ ５５ ３ ｏ ４
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０ ４７ １ ８ ０ ０ ５２ ９ ７ ８ ０ ５８ ８ ６ ７ ０ ６４ ７ ５ ６
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一
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０ ２３ ６ ｏ ７
３ ）隧道剖（ ） 平 面 计算结果范围为 一 ．０ ～ ．０ ００ ７ ００ ７ ｍ；
４ ）隧道剖（ ） 平 面 计算结果范围为 一 ．８ ～ ．０ ； ００５ ００９ ｎ ｉ
５ ）隧道 剖 （ ） 平 面通 道顶 板最高 出竖 向位 移计 算 结果 为 一１． ３ ８ｍｍ， 相对 位 移值 为 ０２ ％ ， 规范 允 ．１ 在 许值 ０ １％ 一 ．０ 内 ； ．０ ０ ５％
ｉ ｃ ｖ ｔｎ ｄｅ ｇ ｏ ｎ Ｔｕ ｅｓ ｎ Ｅｘ ａ ａ ｉ ｇ Ｕｎ ｒ ｒ ｕ ｄ ｎｎ ｌ