岩体隧道不同施工断面的形状优化及其三维数值分析
岩溶、节理发育地段隧道进洞三维数值模拟分析
岩溶、节理发育地段隧道进洞三维数值模拟分析钟华;刘巍;谭耿;钱海洋【摘要】文章以崇水高速陇禁隧道为工程背景,综合考虑节理、岩溶等不良地质因素,采用有限元软件FLAC3D建立三维数值模型,分析隧道进洞施工过程中围岩的受力特性及变形情况.结果表明:模型计算结果与现场实测数据吻合,采用FLAC3D有限元软件建模具有一定的可靠性;隧道穿越节理、岩溶地段,隧道拱顶围岩沉降变形达8.8 mm,拱脚出现应力集中现象,且整个开挖面塑性区面积较大;喷锚初期支护可有效抑制隧道围岩竖向位移,考虑岩体蠕变特性,建议施工过程应及时施作初期支护.【期刊名称】《西部交通科技》【年(卷),期】2018(000)007【总页数】6页(P101-105,123)【关键词】FLAC3D软件;隧道进洞;喷锚支护;数值模拟【作者】钟华;刘巍;谭耿;钱海洋【作者单位】广西路桥工程集团有限公司,广西南宁530011;广西路桥工程集团有限公司,广西南宁530011;广西路桥工程集团有限公司,广西南宁530011;广西路桥工程集团有限公司,广西南宁530011【正文语种】中文【中图分类】U455.70 引言在我国“一带一路”国家战略推动下，广西作为我国与东盟国家连接枢纽，其基础设施建设迎来大发展，交通运输网不断扩张与加密，目前广西高速公路网规划为“6横7纵8支线”(详见图1)。
公路建设不可避免地穿越高山、险峰等障碍物，因此，隧道工程在建设过程中成为关键控制性工程。
隧道施工涉及的岩土属性具有明显的地域性、隐蔽性和复杂性，在实际施工过程中很难综合、准确地分析围岩体与隧道结构相互作用。
同时，岩土工程理论又严重滞后于施工，这显著增加了复杂地质条件下隧道施工的安全风险。
图1 广西高速公路规划图随着隧道开挖、支护形式的增多，国内外学者对隧道施工技术的研究不断深入，并在理论、数值模拟等方面都取得了巨大成果。
杨臻[1]研究了极限分析法在节理裂隙隧洞的应用效果，提出强度折减法计算隧道穿越节理岩体施工的安全系数；马海萍[2]基于断裂破坏理论，结合单轴、双轴压缩试验结果，提出侧压力系数和节理裂隙的角度对隧道开挖过程的影响很明显，建议施工过程中加强破碎岩体预支护；史世雍[3]统计了我国数十个岩溶隧道的变形规律，提出溶洞会诱发隧道围岩大变形；吴梦军[4]借助有限元方法分析了溶洞尺寸等对朝东岩石隧道施工围岩稳定性的影响。
岩土工程的数值分析
有限元法的发展：20世纪60年代初，有限 元法在岩土工程中得到应用。由于它能够较 容易地处理分析域的复杂形状及边界条件、 材料的物理非线性和几何非线性，所以有限 元的应用和发展非常快。它在土体渗流、固 结、稳定和变形分析等各个领域得到广泛应 用。它被应用于浅基础、桩基础及各类深基 础、挡土墙、堤坝、基坑和隧道等各类岩土 工程问题的分析。有限元法不仅用于分析静 力问题、动力问题，还用于分析上部结构、 基础和地基的相互作用等问题。 在有限元 分析中可以采用总应力分析法，也可以采用 有效力分析法。
边界元法的发展： 20世纪20年代，边界元法的理论基 础就已初步形成。到20世纪60年代中期，边界元法在工 程技术问题中的应用逐渐斩露头角。尤其是自70年代末 直至现在，边界元法发展迅速。边界元法的思路是把所 要求解的微分方程转化成相应的边界积分方程，然后采 用边界积分方程的数值法求得原问题的数值解。这种方 法的特点是通过边界上的量来确定区域内部的未知量， 它与有限元法相比，具有信息准备工作少等优点。边界 元法采用类似于有限元法的离散技术来离散边界。离散 化所引起的误差仅来源于边界，提高了计算精度。边界 元法在分析边坡稳定性、地下水渗流等方面取得了良好 的效果。边界元法与有限元法相比，具有降低所求问题 的维数，计算量和计算时间相对减少，计算精度相对高 的特点，应该说比有限元法具有更强的生命力。但事实 上边界元法并没有得到像有限元法那样广泛的应用。其 中原因有，一是边界元法对变系数或非线性问题的适用 性不如有限元法；其次，边界元方程没有较好的前后置 处理技术，计算结果表示也不很直观和形象。
隧道盾构法施工的三维有限元数值模拟分析
隧 道 盾 构 法 施 工 的 三 维 有 限 元 数 值 模 拟 分 析
程 彬
（ １ ． 中煤科工集团西安研究院有限公司 ， 陕西 西安
卢 靖
７ １ ０ ０ ７ ７ ； ２ ． 中铁西安勘察 设计研 究院有限责任公 司， 陕西 西安 ７ １ ０ ０ ５ ４ ）
摘
要： 根据有 限元的基本原理 ， 对隧道盾构法施工过程进行 了三维 数值模 拟分析 ， 研 究了盾构施工推进过程 中隧道 围岩 的应 力、
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
位移和地表 的沉 降及衬 砌结构受力情况 ， 为以后的设计和施工提供相关依据 。
关键词 ： Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ ， 有限元 ， 数值模拟 ， 隧道 ， 盾构法
中图 分 类 号 ： Ｕ ４ ５ ５ 文献标识码 ： Ａ
随着大型有 限元 软件 的迅猛发展 ， 近年来 隧道 的设 计水 平也 第③ 层为弱风化砂岩 ， 厚度大于 ２ ０ ｍ。隧道埋 深约 １ ５ ｍ， 洞身位
相应得到 了很大 进步 ， 通 过计算 机 的三维 数值模 拟 分析 ， 使我 们 于第 ② 层 强 风 化 砂岩 中 ， 隧道 衬 砌 内径 为 ５ ． ４ ｍ， 衬 砌 厚度 为
在施工前后可 以进行 工程 风险评 估 ， 建 立施工 动态数 据 信息 ， 减 ０ ． ６ ｍ。各 围岩的分布及主要物理 、 力学性 质见表 １ 。 小施工 风险 ， 同时对设计工作 提供更进一步的依据 。 国内外 专家学者对盾构法施工 的研究方法 可归 纳为 ： 经验公
④衬砌
⑤ 注浆层
２ ． ５
２ ． １
２ ８ Ｏ ０ ｏ
ｌ ０ ０ ０
Ｏ ． ２
Ｏ ． ２
１ 工 程概况
岩体三维模型构建的优化方法研究
岩体三维模型构建的优化方法研究基于岩体三维模型构建的优化方法研究近年来，随着科技的不断发展和应用领域的拓宽，岩体三维模型构建已经成为岩土工程中不可或缺的一部分。
岩体三维模型的构建方法和精度直接关系到后续的岩土工程设计和施工效果。
为了提高岩体三维模型的构建精度和效率，研究人员们不断探索和创新，提出了各种优化方法。
1. 岩体采样技术的改进岩体采样是岩体三维模型构建的基础。
传统的采样方法往往需要人工对岩体进行采样，然后再进行样品的加工和测试，这种方法耗时耗力且结果不稳定。
最近的研究表明，利用激光扫描技术进行岩体采样可以大大提高采样效率和准确性。
激光扫描技术能够快速获取岩体的三维点云数据，通过对这些点云数据的处理和拟合，可以得到岩体的几何形态和结构特征。
这种方法不仅省时省力，而且可以保持采样结果的一致性。
2. 岩体数据处理的算法改进岩体三维模型的构建主要涉及到对采样数据的处理和拟合。
传统的数据处理算法往往基于数学模型或统计方法，但是存在着数据量大、计算复杂度高和结果不准确等问题。
为了克服这些问题，研究人员们提出了基于机器学习的岩体数据处理算法。
机器学习算法通过对大量数据的学习和训练，可以自动发现数据中的规律和特征，并用于岩体三维模型构建中的数据处理过程。
这种算法不仅能够大幅度减少计算复杂度，还能够提高模型构建的准确性和精度。
3. 岩体模型构建过程的优化岩体模型的构建过程包括数据处理、几何拟合和结构特征提取等多个步骤。
传统的构建方法往往是逐步进行，每一步之间存在一定的信息丢失和误差积累。
为了减少信息丢失和误差积累，研究人员们提出了一种基于迭代策略的岩体模型构建方法。
这种方法通过多次迭代和优化，在每一次迭代中拟合和提取更准确的数据，从而逐步构建出更精确的岩体三维模型。
这种方法不仅能够提高模型构建的准确性和精度，还能够减少不必要的计算和数据处理。
综上所述，基于岩体三维模型构建的优化方法的研究已经取得了一定的进展。
隧道爆破施工的数值模拟与优化研究
隧道爆破施工的数值模拟与优化研究隧道是建筑工程中非常重要的组成部分，但是其中的隧道爆破施工对于工程的成功实施来说非常关键。
然而，这种施工过程的现场检测和优化并不十分容易，这样一来就对工程的成功实施提出了很大的挑战。
为了解决这个问题，现在数值模拟技术的应用可以为实际施工提供更为可靠的基础。
该文旨在对于数值模拟技术在隧道爆破施工优化方面的应用进行探讨。
1. 隧道爆破施工简介隧道爆破施工是一种常用于隧道建设中的技术，其主要作用是将岩土等材料炸开，以达到开挖隧道的目的。
这种施工方式的优点在于其施工速度快且经济实惠。
在现实中，隧道爆破施工是一门复杂的学科，它需要综合考虑材料的性质、地质条件、施工设备等方面的因素，以便在实际施工过程中做出最符合实际需要的决策。
2. 数值模拟技术在隧道爆破施工中的应用数值模拟技术是一种基于计算机模拟的技术，它可以从数学角度对实际工程进行分析，并最终得到精确的模拟数据。
在隧道爆破施工中，数值模拟技术的应用是极其关键的。
借助于数值模拟技术，施工人员可以在预测性、效率、准确性等方面得到提升，有助于优化隧道爆破施工的过程。
数值模拟技术在隧道爆破施工中的应用可以分为以下几个方面：(1) 施工设备优化由于数值模拟技术可以对施工硬件进行分析，因此施工人员可以通过添加、删除或修改一些组件来优化施工设备，以达到更优的实际施工效果。
比如，在施工设备的拉线装置中添加一些景观图或是应用一些高科技元器件等，可以有效提升施工设备的效率。
(2) 地质情况预测在正确预测地质情况的基础上，可以帮助施工人员做出更为恰当的施工决策。
通过对地质条件的先进模拟和分析，施工人员可以预测出在施工阶段可能出现的地质问题，以便事先作出充分的准备。
(3) 炸药精细度优化在隧道爆破施工中，炸药精细度优化是非常重要的。
数值模拟技术可以有效模拟出炸药在隧道内的动态行为，包括炸药爆炸的能量、炸药分布的均匀度、爆炸的深度等，以便提升隧道爆破施工的安全性与高效性。
岩体隧道不同施工断面的形状优化及其三维数值分析
岩体隧道不同施工断面的形状优化及其三维数值分析【摘要】在公路隧道等地下工程中，隧道洞室的轴线一旦选定以后，事实上围岩的介质和初始地应力场等边界条件也就客观存在不能改变了，所以在设计中只能不断地调整洞室断面的几何形态、尺寸等，以改善围岩的应力分布及其稳定性状态。
本文依托高达隧道工程，利用大型数值模拟软件ANSYS研究四种断面形状，即圆形断面、单心圆断面、三心圆断面和直墙圆拱形断面在同一隧道地质条件下的稳定性情况。
并且本文使用MIDAS软件对高达双线隧道进行三维开挖仿真模拟，从而得出更为符合工程实际的理论数据，为工程实际提供更为准确的理论参考【关键词】隧道；不同断面；数值分析；稳定性1. 引言公路隧道的一般设计过程与铁路隧道大体相同，但铁路隧道建筑限界固定统一，而公路隧道的建筑限界却不固定，且公路隧道为大跨度、扁平、几何形状呈多样化的特点，它取决于公路等级、技术标准、车道数、通风要求、工程地质、施工方法等条件，公路隧道的附属设施如通风、照明、消防、报警等也均比铁路隧道多、要求高，且每一座隧道均会因交通流量和长度不同而要求不同。
因此，公路隧道难以像铁路隧道那样编制出标准设计图，而需根据其具体的要求进行单独设计，其中魏建军、蒋斌松发表的公路隧道内轮廓形状的数值优化中对此内容进行了研究。
本文基于高达隧道所遇到的选择断面问题为背景，尝试借助于数值分析的方法，从理论上来探讨高达隧道断面形状的设计比选、优化，并使用MIDAS软件分析工程稳定性问题，国内韩贝传发表的数值分析技术的发展现状及在岩土工程中的应用，张云峰发表的隧道施工过程的数值模拟分析与方案的优化对这方面的问题进行了阐述。
2. 工程概况高达隧道位于辽宁省东部的宽甸县青山沟乡，走向南西237°左右。
设计双线分离隧道，间隔40m左右，属短隧道。
隧道区位为中低山区，属长白山脉东南部余脉。
总体上北西侧高，向南东倾斜，海拔高度370.60～433.60m之间，相对高差63.00m，山势较缓，树枝状沟谷发育，冲沟窄坡陡，东侧洞口（右进左出口）中等坡地貌，坡角18～24°左右，西侧洞口（右出左进口），坡角11～17°左右。
隧道工程中的三维地质建模与分析
隧道工程中的三维地质建模与分析在现代隧道工程中，三维地质建模与分析是不可或缺的一环。
通过对隧道区域的地质进行三维建模和分析，可以为隧道施工提供重要的支持和保障。
下面将从三维地质建模方法、应用及优势等方面来探讨隧道工程中的三维地质建模与分析。
一、三维地质建模方法在隧道工程中，三维地质建模主要通过地质调查、地质勘探、地质资料分析及地质模型构建等方式实现。
首先进行的是地质调查和地质勘探，该过程主要是为了了解地下环境的物理和化学属性，包括地质构造、岩性、褶皱、断层、水文地质条件等。
其次是地质资料分析，该过程主要是将地质资料转化为数字格式以进行简化和分析，包括地质剖面、地质图、地图时序影像和地层描述等信息。
最后是地质模型构建，该过程主要是将地质信息进行数值化计算，以构建三维地质模型。
三维地质模型基于地质资料的分析和建模，提供了高精度和可视化的地下信息，以供隧道施工各阶段的工程设计和施工过程中的风险评估。
二、三维地质建模的应用目前，三维地质建模主要应用于隧道工程的各个方面，包括土层和岩石的勘探和评价、隧道掘进设计、地面和地下水流动模拟、爆破振动分析等。
在隧道设计阶段，三维地质模型可以提供有关地下物理和化学属性的大量详细信息，以协助工程师进行隧道设计。
隧道施工期，三维地质模型将面临大量的爆破振动、地面和地下水流入及坍塌等难题，该模型可以帮助隧道技术人员进行风险评估，优化隧道设计，提高隧道施工的效率和安全性。
三、三维地质建模的优势相对于二维和传统的三维地质建模，三维地质建模具有以下明显优势：（1）高精度性：三维地质模型提供了高精度和可视化的地下信息，为工程师和隧道技术人员提供更准确的数据来源。
（2）更自然地模拟地下环境：三维地质模型可以更好地模拟复杂的地下物理和化学环境，如褶皱、断层、岩性和土层结构等，更好地反映了地下的真实环境。
（3）强大的综合应用能力：三维地质模型可以支持多种应用精度，例如大规模的施工模拟，地下水流动模拟以及岩石或土层稳定性评估等。
基于FLAC 3D在不同断面形状下隧道围岩的稳定性分析
安全质量建 筑 技 术 开 发·136·Safety and QualityBuilding Technology Development第48卷第6期2021年3月对于隧道开挖，首先要考虑其对围岩的影响，不同断面形状的隧道开挖引起的围岩变形和应力分布存在很大差异，因此对不同形状的隧道在施工后围岩的稳定性进行分析比较非常有意义。
目前国内外施工过程中常用的隧道断面形状有圆形、椭圆形和马蹄形等，本文运用FLAC 3D 软件对这3种断面形状隧道在开挖后围岩的应力分布、塑性区范围等进行系统的分析比较，以判定隧道的设计形状对隧道工程的影响，得出对围岩扰动最小的最优断面形状。
1 计算模型相关参数的确定假定开挖的隧道围岩为理想的弹塑性介质，具有均匀的各向同性特征，只施加岩土体的自重应力。
建立的模型尺寸为100 m ×100 m ×20 m （长×宽×高），设定不同形状隧洞的开挖面积都为314.15 m 2，埋深为50 m ，开挖隧道时采用全断面开挖法，围岩的物理力学参数见表1。
表1 围岩的物理力学参数材料类别体积模量/Pa 剪切模量/Pa 摩擦角/℃粘聚力/Pa 抗拉强度/Pa 参数2×1081×108254×1051.5×1052 数值模拟计算分析2.1 圆形断面隧道开挖后围岩的稳定性分析图1、图2是在FLAC 3D 软件中模拟圆形断面隧道开挖后围岩的最大主应力与最小主应力分布图。
如图1、图2所示，在圆形隧道开挖后围岩都是受压的，且应力分布较对称，隧道拱顶的最大压应力为1.07 MPa ，隧道拱底的最大压应力为1.67 MPa。
图1圆形隧道围岩的最大主应力（计算机截图）图2 圆形隧道围岩的最小主应力（计算机截图）在FLAC 3D 软件中模拟圆形断面隧道开挖后的塑性区分布如图3所示，在圆形隧道开挖后围岩的塑性破坏通常发生在隧道周围，且分布较均匀，洞底塑性区的范围略大于洞顶，隧洞左右两侧塑性区略大于其他部位，围岩塑性区体积为2.848×103 m 3。
大断面隧道挑顶施工三维数值计算分析
大断面隧道挑顶施工三维数值计算分析鲁建邦【摘要】采用三维有限元数值计算的方法,对大断面隧道挑顶施工过程中力学场特征和变化趋势进行研究,根据围岩力学行为及分布规律,指导大断面隧道挑顶施工并总结开挖支护安全施工技术.在大断面隧道挑顶施工过程中,挑顶台阶上的支护结构强度和密度直接影响隧道围岩位移分布；斜井核心土的留设和加固可以有效改善洞室围岩受力情况；挑顶施工过程中,在斜井中对正洞核心土进行有效的注浆加固可以有效改善支护体系受力,减小应力集中程度.%By means of Three-dimensional finite element numerical method, mechanical characteristics and trends of the large section tunnel during the roof-ripping construction process are studied. According to the mechanical behavior and distribution of surrounding rock, the roof-ripping construction of large section tunnel is guided and the supporting and protecting techniques for excavation safety are summarized. In the course of roof-ripping construction of large section tunnel, the intensity and density of supporting structure on the steps directly affect the displacement distribution of surrounding rock; the preservation and reinforcement of the core soil in the sloping shaft can effectively improve the load capability of surrounding rock; the mechanical characteristics of supporting system can be effectively improved and the tress concentration can be reduced while the core soil of the tunnel are reinforced effectively by grouting in the sloping shaft.【期刊名称】《铁道标准设计》【年(卷),期】2012(000)001【总页数】4页(P77-80)【关键词】大断面隧道;挑顶施工;安全技术;三维有限元【作者】鲁建邦【作者单位】中铁三局集团有限公司,太原030001【正文语种】中文【中图分类】U4551 概述郑西客运专线ZXZQ4标段,起点为新三门峡车站出站端(DK247+320),终点至河南与陕西两省省界(DK333+000),正线全长为67.832 km。
大断面隧道挑顶施工三维数值计算分析
大断面隧道挑顶施工三维数值计算分析鲁建邦中铁三局集团有限公司，太原030001摘要：采用三维有限元数值计算的方法，对大断面隧道挑顶施工过程中力学场特征和变化趋势进行研究，根据围岩力学行为及分布规律，指导大断面隧道挑顶施工并总结开挖支护安全施工技术。
在大断面隧道挑顶施工过程中，挑顶台阶上的支护结构强度和密度直接影响隧道围岩位移分布；斜井核心土的留设和加固可以有效改善洞室围岩受力情况；挑顶施工过程中，在斜井中对正洞核心土进行有效的注浆加固可以有效改善支护体系受力，减小应力集中程度。
关键词：大断面隧道；挑顶施工；安全技术；三维有限元U455A1004-2954(2012)01-0077-04T hr ee-D i m ensi onal N um er i cal A nal ys i s of R oof-R i ppi ngC onst r uct i on of t he L ar ge Sect i on TunnelLu J i anbang2011-07-212011-08-23作者简介：鲁建邦（1964-），男，高级工程师，1988年毕业于兰州铁道学院铁道工程专业。
结果，计算中判断岩体的{：断面隧]隧道开挖@@[1]赵勇，王树强，李本.郑西客运专线砂质黄土大断面隧道浅埋暗挖法施工技术[J].铁道标准设计,2007(S1)：85-88.@@[2]贺延西，苏万军.石太铁路客运专线大断面黄土隧道施工技术[J].铁道标准设计,2007(4):21-24.@@[3]辛振省.砂质黄土大断面隧道施工方法优化研究[J].铁道工程学报,2011(1)：58-61.@@[4]王梦恕.地下工程浅埋暗挖技术通论[M].合肥：安徽教育出版社,2005.@@[5]铁道部第二工程局.铁路工程施工技术手册.隧道[M].北京：中国铁道出版社,1995.@@[6]杨建民.函谷关隧道砂质黄土地层支护受力测试分析[J].铁道工程学报，2008(6):56-60.@@[7]李本.大断面黄土隧道斜井进入正洞的挑顶施工技术[J].铁道建筑技术,2008(3）:34-37.@@[8]王新东，宋冶，王刚，等.客运专线大断面黄土隧道施工监控技术[J].铁道工程学报，2010(1):52-56.2012年《铁道标准设计》征订启事。
隧道施工阶段数值分析
1.工程概况1.1概况BENTONG 3# TUNNEL为双线单洞隧道，隧道起止里程CH482+217-CH482+839，隧道全长622m，隧道纵坡为-3‰。
最大埋深为72m，最小埋深为1.49m。
围岩等级按Q值分级，本隧道围岩主要包括Q≤0.1、1＜Q≤10两个个等级，其中1＜Q≤10级围岩段长度225m，所占比例为36.2%； Q≤0.1级围岩长度为343m，所占比例为55.1%。
明挖段长度54m，占比8.7%。
CH482+315-CH482+375段为偏压浅埋冲沟段，隧道埋深仅为1.49m，施工安全风险大，设计采用CRD法进行开挖，采用“Φ89mm洞身中管棚+Φ42mm小导管”超前支护和“I20a+格栅”双层钢架初支加强支护方案。
进出口端洞门均为斜切式洞门。
隧道洞口段超前支护形式均为大管棚+小导管支护，管棚为Φ108*5mm的无缝钢管，小导管为Φ42*3.5mm的无缝钢管。
Q≤0.1级围岩的主要开挖形式为三台阶加临时横撑法、三台阶法和CRD法，1＜Q≤10级围岩段主要开挖方法为台阶法。
图1-1 隧道地层1.2工程与水文地质隧址区地层主要为第四系上更新统(Q3el+dl)砂砾石土、粉质粘土，下伏地层为泥盆纪(D)砂岩，产状为147°∠64°。
粉质粘土：黄褐色，硬塑状，土质不均匀，含有大量砾石。
中砂：棕黄色，细圆形砾石土，灰褐色，密实而饱和。
砂岩：灰褐色，全风化~中等风化，节理裂隙发育，岩体较为破碎。
隧道洞身主要穿越强风化砂岩地层。
隧道范围内有地表水出露，地下水以第四纪孔隙、潜水和基岩裂隙为主。
隧道围岩裂隙发育，受雨季地表水入渗，涌水量可能会增加。
正常涌水量为682.4 (m3/D)，最大涌水量为9778.1 (m3/D)。
1.3不良施工条件（1）围岩级别及工法变更频繁隧址区上覆坡残积粉质粘土，下伏砂岩泥岩互层、砾岩。
全隧主要以Ⅲ、Ⅴ级围岩为主，且全线不同级别围岩交替变化频繁，主要施工工法为三台阶加临时横撑、台阶法工法转换较多，围岩变形失稳、坍塌风险较高。
城市隧道施工的三维数值模拟分析
城市隧道施工的三维数值模拟分析【摘要】龙厦高速铁路石桥头隧道进口段，采用CRD法进行施工。
针对城市浅埋隧道施工引起地表变形是城市浅埋隧道施工中密切关注的问题。
本文采用有限差分法，对CRD法施工引起地表变形进行三维数值模拟分析，得到CRD 法施工的隧道地表变形规律、衬砌受力分布特点、衬砌受力与围岩变形关系等，并提出施工的注意事项。
最后利用实测值与分析预测值进行对比，误差在4mm 之内，均未超过地表变形允许值，地表建筑物安全得到了保障，实现了隧道CRD 法施工对地表变形的有效控制，对以后类似工程具有一定的指导意义。
【关键词】城市隧道；数值模拟；地表变形；CRD工法0.引言目前，随着岩土工程数值方法和计算机技术的快速发展，复杂定解条件问题的处理才能成为可能，数值方法被人们广泛用来进行求解隧道施工过程中遇到的各种问题的最有效的通用方法。
目前对于CRD法在城市浅埋隧道施工中的运用及其对地表变形和衬砌受力的内在因素和机理方面的研究较少。
本文结合龙岩至厦门高速铁路（简称龙厦铁路）石桥头隧道进口段工程，对CRD法施工进行数值模拟，重点研究隧道施工引起的地表变形沉降规律、衬砌受力特点、衬砌受力与围岩变形的关系，最后通过现场监测结果验证数值模拟的合理性。
1.工程概况龙厦高速铁路石桥头隧道位于福建省龙岩市城区，隧道整体由西北折向东南方向，为电气化双线隧道，线间距4~4.4m，行车速度120km/h，位于R=1000m 的右偏曲线上，隧道净高11.2m，净宽12.8m，全长1586m，是龙厦铁路重点控制性工程。
地质调查和钻探揭示，进口段DK2+450~DK3+021长571m，为Ⅴ级围岩。
且该段隧道埋深浅，开挖跨度大，围岩稳定条件差，因此，控制围岩变形及地表沉降是该段隧道施工中的关键技术问题，因此本文以此段为依据进行数值模拟分析，来研究隧道施工引起的地表变形规律。
2.隧道施工数值模型的建立由于进口段地质条件较差，选取隧道埋深约17m建立计算模型。
软岩隧道施工方法数值分析
第２ 期
隧道建 设
Ｔｕ ｎ ｌＣｏ ｓｒ ｃｉ ｎ ｎ ｅ ｎ ｔｕ ｔ ｏ
Ｖ０ ． ０ Ｎｏ ２ １３ ． Ａｐ ． ２ １ ｒ ００法 数 值 分 析
李文 江，于跃 勋 ，朱永全
（ 家庄铁 道 学院土木 工程 学院 ， 家庄 ０ ０ ４ ） 石 石 ５０３
中 图分 类 号 ：Ｕ４ ５４ ５ ．６ 文 献标 志 码 ： Ａ 文 章 编 号 ： ６ ２— ４ Ｘ（００）２— １７— ５ １７ ７ １ ２ １ ０ ０ ３ ０
Ｎｕ ｅ ｉ ａ ａ ｙ ｉ ｎ Ｄｉ ｅ ｅ ｔ Ｃｏ ｓ ｒ ｃ ｉ ｎ ｍ ｒ ｃ ｌＡｎ ｌ ｓｓ ｏ ｆ ｒ ｎ ｎ ｔ ｕ ｔｏ Ｍ ｅ ｈ ｄ ｆ Ｔｕ ｎ ｌ ｎ Ｓ ｆ ｒ ｕ ｄ ｔ ｏ ｓ ｏ ｎ ｅ ｓ ｉ ｏ ｔＧ ｏ ｎ Ｌ ｎｉｎ ， Ｕ Ｙ ｅｕ ， Ｈ ｏ ｇ ｕ ｎ Ｉ Ｗｅｊ ｇ Ｙ ｕ ｘ ｎ Ｚ Ｕ Ｙ ｎ ｑ ａ ａ
（ ｃｏｌｆ Ｃｖ ｎ ｉｅｒ ｇ ｈ＇ｚ ｕ ｎ ａｌａ ｓｔｔ， ｈ ｉ ｈ ａ ｇ０ ０ ４ ，Ｃ ｉａ Ｓｈ ｏ ｏ ｉｌ ｇｎｅｉ ，Ｓ ｑａｈ ａ ｇＲ ｉ ｙＩ ｔｕｅ Ｓ ｉａ ｕ ｎ ５ ０ ３ ｈｎ ） ｉＥ ｎ ｉ ｗ ｎｉ ｊｚ
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盾构隧道各施工阶段沉降三维数值模拟分析
W沖 :
位移的规律，并使用有限差分软件FLAC 3D对隧道开挖进行
三维数值模拟。三维数值模拟中使用了精细化建模的方法，考
虑了隧道埋深、土体分层、地下水位、目标掌子面施加梯形支撑
力、盾构机锥形形状、盾尾梯形注浆压力、注浆体的凝固和衬砌
的及时施加等因素对地表位移和隧道拱顶位移的影响。三维精
细化模拟结果和实测值对比，验证了三维精细化模拟的适用
盾构隧道各施工阶段沉降三维数值模拟分析
陈炳渠 (合ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ工业大学汽车与交通工程学院，安徽 合肥230009)
摘要：盾构法施工中土体位移特征随施工阶段而变化，准确
预测各施工阶段所引起的土体竖向位移对地铁周边管线及建
墨
筑安全至关重要。文章基于法国里昂地铁隧道D号线延线工
程，对盾构施工过程进行了阶段划分，分析了各阶段土体竖向
性。
关键词：隧道开挖;数值模拟；施工阶段；精细化模拟 中图分类号：U455.43 文献标志码:A 文章编号：(007-7359(20.9).0-0.20-05 D0I：10.16330/ki.1007-7359.2019.10.045
0前言
隧道开挖实际上是一个复杂的动态过程 ,盾构机 盾头处掌子面上支持力的大小、盾构机的形状、盾构 机盾尾空隙的大小、注浆压力的大小以及衬砌施加的 及时与否等等因素都会对隧道实际开挖的整个过程 有影响。在这个过程中土体经历了复杂的位移变化过 程,二维数值模拟等其它方法更多的是用来模拟某断 面处地表沉降，并不能很好的说明沿隧道开挖方向 上土体的位移规律，也并不能很好的体现各施工因素 对隧道开挖各个过程的影响，因此有必要建立三维模 型对隧道开挖的整个过程进行研究。
255 mm,相对于上一阶段的监测数据值，新增沉降值
第三章 隧道施工三维数值模拟
第 隧道施工三维数值模拟本章主要介绍非线性有限元方程组的解法，岩体的弹塑性理论，乌鞘岭隧道F7断层施工模型和结果分析。
第一节 非线性有限元方程组的基本解法采用数值方法分析结构时，将结构离散化后可以得到如下的代数方程组： 0=+F Ku (3.1) 式中：K 为结构的总刚度矩阵；u 为未知数（位移等）向量；F 为外荷载向量（R F -=）。
当总刚度矩阵K 中的元素ij k 为常量时，式（3.1）为线性方程组，它所代表的问题为线性问题。
当ij k 为变量时，例如ij ij ()k f u =，则式（3.1）为非线性方程组，它所描述的问题为非线性问题。
材料非线性指的是当应力超过某一极限值后，应力与应变的变化不成线性关系，但应变与位移的变化仍为线性关系。
属于这种类型的问题称为材料非线性问题。
几何非线性指的是当应变或应变速率超过某一极限值后，应变与位移的变化不成线性关系，但应力与应变的变化仍成线性关系。
属于这种类型的问题称为几何非线性问题。
在有些情况下，非线性问题含着材料非线性又包含着几何非线性的特征。
非线性问题的最常用的求解方法是：直接求解法、牛顿法、修正的牛顿法以及增量法。
3.1.1 直接迭代法设在第r 次迭代运算中：r r r 0K u F ψ≡+≠ (3.2) 式中：r ψ为残余（不平衡）力向量，且r r ()u ψψ=；r K 为第r 次迭代中采用的总刚度矩阵，且r r ()K K u =；r u 为第r 次迭代中的节点位移向量。
则在第1+r 次迭代中，按下式计算改进的位移向量值：r+1r 1()u K F -=- (3.3) 若在迭代过程收敛，则当∞→r 时，r u →精确解，r 0ψ→。
直接迭代法适用于求解很多场问题，但不能保证迭代过程的收敛。
3.1.2 牛顿法—切线刚度法若式（3.1）的近似解为r u u =，则可以将第1+r 次迭代所得到的改进解r+1u 作为新的变量，利用泰勒级数将函数r+1()u ψ展开，取前两项之和得到： r+1r r d ()()()0d u u u uψψψ=+∆= (3.4) 式中： r+1r r u u u =+∆ T d d ()d d P K u u uψ≡≡ (3.5) 其中T K 为切线刚度矩阵，而：()()P P u K u u ==⋅ (3.6)改进的位移向量r+1u 可根据位移增量向量r u ∆算得，后者按下式求解：r r 1r r 1r TT ()()()u K K P F ψ--∆=-=-+ (3.7)然后进行下一步迭代，直到收敛为止。
基于FLAC3D的隧道断面形状优化与支护技术研究
基于FLAC3D的隧道断面形状优化与支护技术研究作者：常建强张继华朱鞠兵来源：《西部交通科技》2019年第12期摘要：合理的隧道断面形状和尺寸是保证隧道围岩稳定性的关键。
文章以某山地隧道为工程背景，用FLAC3D软件分析了马蹄形、圆拱形和椭圆形等三种不同断面隧道的应力场、位移场和塑性区的分布特征。
研究表明：马蹄形隧道围岩位移、剪应力、塑性区，均较圆拱形和椭圆形断面要小，且变化较为稳定。
针对马蹄形隧道，提出“衬砌+锚杆”联合支护方案，数值模拟结果表明该支护方案能够有效地减小隧道围岩变形和塑性区扩展，达到了控制围岩变形的目的。
关键词：断面形状;数值模拟;围岩稳定性;支护方式中图分类号：U452.2文献标识码：A DOI： 10.1 3282/j. cnki. wccst. 201 9. 12. 022文章编号：1673 - 4874（2019）12 - 0076 - 050 引言发展山区交通主要借助于山地隧道，作为山区交通主要的交通运输形式，如何保证山地隧道运行的安全与稳定性是隧道建设所必须考虑的。
围岩作为隧道工程的主要承载体，在隧道开挖后十分容易发生冒落破坏[1-2]，为了提高山地隧道建设的安全性、便利性与经济性，选取合理的山地隧道断面形状至关重要[3-5];吕爱钟[6]假设围岩为弹性，考虑孔边最大的切向应力最小的情况，提出了借助复形最优技术来选择确定最合理的断面形状的观点。
徐林生[7]等运用数值分析法并将洞周位移作为判断依据，探讨了隧道断面形状的设计优化问题。
刘义虎[8]对公路隧道断面的优化选型及如何保障隧道结构支护设计的稳定性进行了研究，并提出了三种断面形状相应的选型办法。
本文运用FLAG3D数值模拟软件对几种较为常见的隧道断面进行模拟，在相同的条件下对三种不同断面围岩的变形、应力及塑性区进行对比分析，在选定最合理的隧道断面形状后，还对其施加衬砌[9-10]和锚杆等支护方式，从而确保隧道的安全与稳定性。
大断面高速铁路岩溶隧道信息化施工和数值模拟分析
大断面高速铁路岩溶隧道信息化施工和数值模拟分析发表时间：2019-06-28T10:14:03.053Z 来源：《防护工程》2019年第7期作者：高军1 林晓2[导读] 本文将针对岩溶隧道特征以及大断面高速铁路岩溶隧道信息化施工监控测量进行详细的分析，其目的是研究出大断面高速铁路岩溶隧道信息化施工优化和数值模拟方案。
1.国家铁路集团武广高铁公司湖北武汉 430212；2.中国石油大学（北京）北京昌平 100061摘要：本文将针对岩溶隧道特征以及大断面高速铁路岩溶隧道信息化施工监控测量进行详细的分析，其目的是研究出大断面高速铁路岩溶隧道信息化施工优化和数值模拟方案。
关键词：高速铁路；岩溶隧道；信息化监控测量；数值模拟岩溶隧道施工是高速铁路隧道施工当中最为重要的地质灾害，在此基础之上很多中外学者都积极针对高速铁路岩溶隧道开展的调查。
本文将针对大断面高速铁路岩溶隧道信息化施工和数值模拟进行详细的分析。
1、岩溶隧道特征现状在诸多实践和研究结果的基础上，发现高速铁路岩溶隧道的主要特征便是溶洞、土洞发育，并且在溶洞、土洞发育的过程中，一般以竖向溶蚀发育为主，局部发育溶蚀深槽，溶洞的分布在纵向层面变化相对较大。
针对土洞的特点来说，其主要分布在上覆土和下伏基岩接触的位置，研究者针对不同隧址区的岩溶发育特点进行了详细的研究。
针对地表岩溶形态以及低下岩溶形态的分布进行了分析，并且提出了地表岩溶一般会呈现出溶蚀洼地、落水洞、竖井等发展趋势。
针对岩溶地下水的主要来源以及化学特征、发育趋势等内容进行了分析，发现了其实际特征与隧道开挖过程中的突水突泥现象有着重要的关系，并且岩溶地下水是造成隧道突水突泥最为重要的影响因素。
2、大断面高速铁路岩溶隧道信息化施工监控测量2.1、信息化施工监控测量任务监控测量工作可以结合实测数据来掌握围岩和支护系统的力学动态，以便于为实际施工工作打下良好的基础，并对险情及时开展相应的补救【1】。
在实际开展信息化施工监控测量的过程中，主要的任务有以下几点。
隧道三维建模技术的研究-毕业论文资料
摘要实际隧道开挖中，围岩的地质环境变化，围岩地质结构复杂性都将给施工带来不利影响。
因此，在隧道工程施工过程中，弄清地下岩体的地质特征、地层结构、地质分布规律以及隧道开挖风险参数，对于安全、科学地规划隧道施工无疑至关重要。
随着我国综合国力的不断增强，铁路行业突飞猛进地发展，这对铁路隧道设计、评审、施工、维护等方面都提出了更高的要求，传统的基于二维地图和实物模型的表现方式已难以满足对各方面的需要。
随着计算机技术、计算机图形学、可视化和虚拟现实等技术的广泛应用，人们希望能通过更加直观的形式反映铁路隧道的实际情况，从而为方案审查人员和高层决策者提供更加直观的决策依据。
所以，铁路隧道三维建模技术日益受到重视。
铁路隧道围岩的复杂地质环境、地质结构都会对施工过程产生重要影响。
因此，为设计人员提供更为直观的三维可视化隧道地质模型有助于其对地下岩体的地层结构、地质特征等信息进行综合考虑，提高施工效率，将隧道开挖风险尽量降低。
建立隧道三维地质模型可以更为直观的方式表达专业设计人员的设计意图，同时，也为后续施工、运营、管理及维护提供了具有指导意义的途径。
本文借用VC++开发平台,利用OpenGL软件接口,实现了隧道的三维仿真。
通过系统运行,展示了三维地质体模型、铁路隧道的三维模型及铁路隧道内部地质剖面,能够有效实现对地质资源的数据管理、三维自动建模、三维可视化和空间分析等操作。
本研究以以人为本的科学发展观的精神,对于在铁路工程建设中应用先进技术,实现科学的管理、设计,提高施工安全性等方面具有现实意义,为我们的铁路隧道工程建设进入世界先进水平做出了具有一定价值的研究。
关键词：铁路隧道，三维建模，OpenGL，空间分析ABSTRACTWhile in the process of the actual tunnel excavation, the geological environment changes of the rock, the complexity geological construction of the rock will both have negative effects on the construction. Therefore, having a clear understanding of geological characteristics of underground rock, the formation, geological distribution and risk parameters of the tunnel excavation contributes a lot to safe and scientific tunnel digging. With China's comprehensive national strength increasing, the railway industry is developing rapidly. And the railway tunnel 3D geological modeling technology also got widely concern with a large number of railway construction. Railway tunnel 3D geological modeling, in order to further meet the researcher's complex diversity of tunnel design, construction, form, construct mode, is developed based on expressions of the traditional 2D maps and mock-ups. How to achieve a 3D visual model of the geological model, tunnel model, and analysis of the geology, can not be ignored in the railway construction.In this paper, we obtain the three-dimensional simulation of the tunnel by use of the VC++ development platform and OpenGL software interface. While the system is running, the 3D railway tunnel model, it is effective for the geological resource data management, 3D automatic modeling,3Dvisualization and spatial analysis, the building of 3D visualization railway tunnel model demonstrate the design intent of the engineering staff, provide a valuable guiding significance on the subsequent construction, management, operation and have high practical value.KEY WORDS: Railway tunnel,3D modeling, OpenGL, Spatial analysis目录目录摘要 (1)第一章绪论 (4)1.1研究背景及意义 (4)1.2国内外研究现状 (6)1.2.1国外研究现状 (6)1.2.2国内研究现状 (6)1.3研究内容 (7)第二章隧道三维建模的理论基础 (8)2.1非均匀有理B样条方法 (8)2.2黄金分割法 (9)2.2.1单峰函数 (9)2.3三维显示技术 (11)2.3.1坐标系统 (11)2.3.2 OpenGL变换 (12)2.3.3 OpenGL光照 (14)2.3.4 OpenGL纹理贴图 (15)第三章隧道三维仿真建模 (17)3.1隧道三维仿真系统场景的建模原则 (17)3.2隧道建模分析 (18)3.3隧道模型结构分析 (18)第四章隧道三维模型设计及内部计算 (20)4.1隧道模型建构 (20)4.2隧道内部计算 (22)4.2.1隧道横断面的若干计算 (22)4.2.2隧道横断面的曲线逼近 (24)4.3隧道头（尾）计算 (27)4.3.1隧道头（尾）斜断面的计算 (27)4.3.2连拱隧道洞口倒角圆弧计算 (28)第五章隧道裁剪算法研究 (29)5.1裁剪算法 (30)5.1.1裁剪的原理 (30)5.1.2二维线段的裁剪 (30)5.1.3多边形的裁剪 (32)5.2Weiler-Atherton 裁剪算法 (32)5.2.1Weiler-Atherton 裁剪算法的基本方法 (32)5.2.2Weiler-Atherton 裁剪算法的不足 (33)5.3对Weiler-Atherton裁剪算法的改进 (34)5.3.1算法的数据结构 (34)5.3.2裁剪前的预处理 (34)5.3.3特殊点处理 (36)5.3.4改进算法执行流程 (37)5.3.5改进算法的优势 (38)结论 (39)致谢 (40)参考文献 (41)第一章绪论1.1研究背景及意义随着人类文明的发展，现代工程技术也不断进步，位于地下的隧道已广泛受到交通领域专业人员重视，隧道以其明显的优势被应用在山区铁路修建过程中以克服高程障碍。
隧道全断面和三台阶对比
工程计算实践学号：姓名：导师：西南交通大学2017年6月目录1、选题背景 (3)2、概述 (3)2.1有限元法概述 (3)2.2有限元软件 (4)3、本构关系和力学参数概述 (5)3.1本构模型 (5)3.2基本假设和力学参数 (8)4、工程资料以及相关参数的确定 (9)4.1工程概况 (9)4.2计算说明 (10)5、隧道开挖数值计算 (11)5.1计算模型 (11)5.2计算参数 (15)6、数值模拟计算结果 (17)6.1全断面法和三台阶法的位移云图对比分析 (17)6.2全断面法和三台阶法特定监测点的位移对比分析 (19)7小结 (24)附录一全断面模型ANSYS建模命令流 (25)附录二全断面法FLAC3D计算命令流 (31)附录三三台阶模型ANSYS建模命令流 (34)附录四三台阶法FLAC3D计算命令流 (43)新奥法中的全断面法和三台阶法对围岩变形影响对比1、选题背景我国是一个多山岭的国家，山丘地区面积占全国面积的四分之三。
随着经济的发展，交通基础设施建设逐步加快。
特别是近年来西部大开发战略的实施和四纵四横高铁的建设，将隧道建设推向了新的高峰，因此隧道在未来几年内将不断增多。
到08年底我国隧道总数己达五千多座，总里程三百多万米，是世界上隧道最多的国家之一。
目前，新奥法在我国的铁路隧道设计和施工中占据主要地位，尤其是长大铁路隧道。
新奥法的特点是把设计、施工与监测二者结合为一体，通过施工过程中的监控量测来动态调整设计、施工参数。
对于深埋长大隧道的而言，监控量测具有重大的经济意义和实际应用价值。
因为科学合理的监控量测工作可以迅速、准确的获取第一手现场数据。
工程师们可以根据这些数据指导施工。
然而，对于长大隧道而言，由于其长度长、地质条件复杂，开挖和支护交错进行，围岩应力变化和支护荷载转换变得较为复杂。
在此背景下，基于一定数学模型的数值模拟技术，以其独特的优点广泛应用于此类工程中。
我国隧道建设起步较晚，虽然在设计理论和修建技术方面取得了一定的成果，但大量工程实际表明，我国公路隧道建设中还存在很多安全隐患，一些工程技术问题仍有待进一步研究。
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岩体隧道不同施工断面的形状优化及其三维数值分析
【摘要】在公路隧道等地下工程中，隧道洞室的轴线一旦选定以后，事实上围岩的介质和初始地应力场等边界条件也就客观存在不能改变了，所以在设计中只能不断地调整洞室断面的几何形态、尺寸等，以改善围岩的应力分布及其稳定性状态。
本文依托高达隧道工程，利用大型数值模拟软件ANSYS研究四种断面形状，即圆形断面、单心圆断面、三心圆断面和直墙圆拱形断面在同一隧道地质条件下的稳定性情况。
并且本文使用MIDAS软件对高达双线隧道进行三维开挖仿真模拟，从而得出更为符合工程实际的理论数据，为工程实际提供更为准确的理论参考
【关键词】隧道；不同断面；数值分析；稳定性
1. 引言
公路隧道的一般设计过程与铁路隧道大体相同，但铁路隧道建筑限界固定统一，而公路隧道的建筑限界却不固定，且公路隧道为大跨度、扁平、几何形状呈多样化的特点，它取决于公路等级、技术标准、车道数、通风要求、工程地质、施工方法等条件，公路隧道的附属设施如通风、照明、消防、报警等也均比铁路隧道多、要求高，且每一座隧道均会因交通流量和长度不同而要求不同。
因此，公路隧道难以像铁路隧道那样编制出标准设计图，而需根据其具体的要求进行单独设计，其中魏建军、蒋斌松发表的公路隧道内轮廓形状的数值优化中对此内容进行了研究。
本文基于高达隧道所遇到的选择断面问题为背景，尝试借助于数值分析的方法，从理论上来探讨高达隧道断面形状的设计比选、优化，并使用MIDAS软件分析工程稳定性问题，国内韩贝传发表的数值分析技术的发展现状及在岩土工程中的应用，张云峰发表的隧道施工过程的数值模拟分析与方案的优化对这方面的问题进行了阐述。
2. 工程概况
高达隧道位于辽宁省东部的宽甸县青山沟乡，走向南西237°左右。
设计双线分离隧道，间隔40m左右，属短隧道。
隧道区位为中低山区，属长白山脉东南部余脉。
总体上北西侧高，向南东倾斜，海拔高度370.60～433.60m之间，相对高差63.00m，山势较缓，树枝状沟谷发育，冲沟窄坡陡，东侧洞口（右进左出口）中等坡地貌，坡角18～24°左右，西侧洞口（右出左进口），坡角11～17°左右。
根据《公路隧道设计规范》（JTG D70-2004）中的公路隧道围岩分级方案的有关规定，综合考虑隧道底板标高以上三倍洞径范围内的围岩工程地质条件及岩土体物理力学性质诸多要素，对隧道围岩进行工程地质分级，洞口段为Ⅴ级围岩，洞身为Ⅲ、Ⅳ级围岩。
由高达隧道工程地质概况可以得出隧道大部分地段处在Ⅲ级、Ⅳ级围岩下，地质条件较为差，所以隧道稳定性研究需要在弹塑性理论下进行。
而稳定性研究主要考虑在较不利的条件下进行的开挖受力情况，所以本文不讨论隧道断面在Ⅲ级围岩下的稳定性问题，而主要分析讨论Ⅳ级围岩下不同断面的稳定性问题。
3. 不同断面隧道的开挖模拟数值分析
由于本隧道属于细长结构物，即隧道的横断面相对于纵向的长度来说很小，可以假定在围岩荷载作用下，在其纵向没有位移，只有横向发生位移，所以隧道的力学分析可以采用平面应变模型进行。
本文选取了四种典型的隧道断面进行计算分析，分别为圆形隧道、单心圆隧道、直墙圆拱形隧道和三心圆隧道，计算分析隧道围岩及衬砌内力和位移。
通过隧道开挖过程中的仿真力学分析，以模拟结果比较分析得出最为适合本工程的隧道断面形式。
ANSYS分析隧道及开挖、支护利用软件中的生死单元法，平面单元采用PLANE42单元，锚杆采用Link1单元，支护用BEAM3梁单元进行模拟。
计算中采用了Drucke-Prager屈服准则。
3.1 圆形断面开挖模拟分析。
圆形隧道位移图见图1。
通过隧道位移矢量云图可以看到隧道在X方向的拱脚处发生较大的位移0.314e-3m，Y方向拱顶处发生最大位移0.0155m。
3.2 单心圆断面开挖模拟分析。
单心圆隧道位移图见图2。
通过隧道位移矢量云图可以看到隧道在X方向的拱脚处发生较大的位移0.812e-4m，Y方向拱顶处发生最大位移0.00413m。
3.3 直墙圆拱形断面开挖模拟分析。
直墙式隧道位移图见图3。
通过隧道位移矢量云图可以看到隧道在X方向的边墙处发生最大位移0.967e-4m，Y方向拱顶处发生最大位移0.004122m。
3.4 三心圆断面开挖模拟分析。
三心圆隧道位移图见图4。
通过隧道位移矢量云图可以看到隧道在X方向的边墙处发生最大位移0.909e-4m，Y方向拱顶处发生最大位移0.0041m。
3.5 特征内力。
各开挖断面位移最大值及位置见表1。
由图可以看出，圆形断面的受力是最小的，而且内力沿断面分布也很均匀，断面受力最为合理；而单心圆断面、三心圆断面的剪力、弯矩则在边墙脚处发生较大的突变；直墙圆拱形断面的剪力同样在边墙发生突变，而断面的弯矩也在边墙中处有一定的突变，对工程稳定性有较大的影响。
本隧道模拟选用Druker-Prager屈服准则，对四种隧道断面进行开挖模拟分析。
分别比较了隧道的洞周位移、应力及衬砌的弯矩、剪力和轴力等力学数据，从各项数据中可以得到结论，圆形断面隧道的受力是最为合理，但是同时隧道的断面面积过大，对于实际工程来说很不经济。
而相比较之下直墙圆拱断面的断面面积最小，受力较为合理，并且开挖方法也最为简便，故综合比较各断面的经济、力学等因素，最终选择直墙圆拱形断面为高达隧道的断面形式
4. 高达隧道工程稳定性分析
鉴于MIDAS/GTS软件在隧道三维建模及施工。
模拟方面的优越功能，本文将采用MIDAS/GTS对高达隧道进行开挖过程的模拟及工程稳定性的分析。
在断面优化比选中，本文选择了直墙圆拱断面形式为高大隧道的主隧道断面，下面将进行隧道的稳定性分析：隧道周围的围岩位移从有限元分析结果来看隧道在开挖过程中总的拱顶下沉在19.2mm，两侧边墙的水平位移27mm。
隧道周围的围岩的移动趋势水平方向上拱脚、边墙处的位移较为明显施工时需注意加强支护。
隧道周围的围岩应力从各个方向地层的应力图以及主应力图可以看出随着隧道的开挖修建整个地层大部分区域都是受压的，水平方向上隧道边墙应力明显集中，垂直方向上隧道拱顶应力较集中。
故需对隧道边墙中加强支护。
5结论
5.1 本文以辽宁丹东地区高达隧道工程施工实际遇到的选择断面问题为工程背景，采用有限元分析等手段，模拟工程实际情况，通过ANSYS有限元分析软件，对不同断面的受力状态进行分析和比较，通过比选得出高达隧道工程技术可行、经济合理的开挖断面为直墙圆拱形断面。
5.2 为更好对高达隧道工程提供理论上的参考，本文最后采用MIDAS软件对高达隧道工程进行三维仿真开挖模拟。
对高达隧道提供更为准确的理论参考数据。
5.3 通过对高达隧道开挖模拟的三维仿真模拟可以得出，总体上说隧道结构是安全的，但是隧道的边墙、拱脚及隧道的底部需注意加强防护工作，尽量早的
对隧道进行支护，以保证隧道的安全施和运营。
参考文献
［1］韩贝传，数值分析技术的发展现状及在岩土工程中的应用［J］，全国岩土工程计算机高效率利用展示与研讨19990512 中国建筑学会.
［2］张云峰，隧道施工过程的数值模拟分析与方案的优化［D］，合肥，合肥工业大学，2007.
［3］朱以文，韦庆如，等.微机有限元前后处理系统ViZi CAD及其应用［M］.北京：科学技术文献出版社，1993.。