基于大样本的强透水砂层盾构施工风险与控制研究

基于大量强透水砂层盾构施工工程事故现场调研及资料分析,建立大样本数据库并构建强透水砂层盾构施工风险事故树,以分析风险源及各自权重;基于模糊综合评价法探究强透水砂层盾构施工风险评估方法,推导出各风险因素对风险发生概率和损失的评价矩阵,从机理控制层面提出风险控制措施,并以广州某强透水砂层盾构工程实施验证。研究表明,施工风险主要为管片破裂、隧道上浮、渣土喷涌及地表塌陷等,风险发生概率与相应损失程度均可划分为5个等级。可通过加强管片拼装质量、改善上覆土层工程特性、渣土改良及装置改进等风险规避策略,有效控制施工风险,并结合风险规避、保留及转移等3种策略对地表塌陷风险进行有效控制。     

越江电力地下综合管廊结构横向抗震性能研究∗

针对越江气体绝缘输电线路(GIL)综合管廊结构的特殊性,考虑内部混凝土支架与盾构隧道的动力相互作用,以及盾构隧道穿越地层的不同,建立了土?管廊结构非线性动力相互作用的整体计算分析模型,从结构变形、盾构管片张开量、结构地震损伤等方面详细分析了越江 GIL 综合管廊结构的抗震性能。结果表明：越江 GIL 管廊结构内部混凝土支架结构明显要先于外部盾构隧道发生地震损伤;当 GIL 管廊结构穿越相对较软土层时的地震损伤明显加重;受制于内部混凝土支架的约束作用,盾构隧道的下部管片张开量明显小于上部管片计算值,同时外侧残余张开量要明显大于管片内侧残余张开量。     

基于地层⁃注浆体⁃管片协同作用的海底盾构隧道受力研究∗

为研究海底盾构隧道中浆液与围岩及管片的相互作用特性,以厦门地铁2号线海底盾构段为工程背景,采用数值模拟方法和现场实测方法,分析注浆的浆液凝固过程,重点研究浆液的抗压强度、刚度、收缩、蠕变等特性对隧道力学和变形的影响特征,以及不同地层分布、不同隧道埋深下的管片受力特征,并采用流固耦合研究海水位变化对管片受力的影响。计算研究表明:注浆材料的刚度比E1/E28对管片最终轴力和围岩压力影响小,变化幅度不超过0.885%,对地层变形影响相对较大,可通过添加剂调节凝结时间,尽量让浆液早一些凝固硬化;最终收缩应变增大,隧道内力和外侧压力降低,地层沉降增大,建议采用泌水率低的浆液,且其收缩值需控制在较小的范围内;蠕变参数取值对管片轴力影响较小,变化幅度最大不超过1.35%;收缩参数主要考虑注浆材料后期的凝固收缩,蠕变则主要考虑注浆材料前期的蠕变收缩;地层变化及隧道埋深变化对隧道管片受力影响显著,隧道拱顶若软土较厚,则不易形成有效压力拱,导致围岩压力荷载较大;半日潮对地层变形、管片受力的影响不大,总体发展趋势与静水位条件下相似。最后,监测结果表明,数值模拟与实测的管片水土压力时程变化规律基本一致。     

基于模糊层次分析的公路隧道结构安全评估技术

针对公路隧道运营时的结构安全问题,通过对隧道结构典型风险事件进行专项分析,结合结构设计、结构现状及病害、养护维修等方面的综合考虑,提出了长大公路隧道结构安全的评价指标,并根据评价指标建立隧道评价指标的分级标准。运用层次分析法和模糊原理,采用了乘积标度法与熵权法结合的组合权重法,再结合变权重方法,确定了指标体系中的各个指标的权重,并以此为基础,最终建立了公路隧道结构安全等级状态的评估体系和分级标准。     

隧道结构健康监测系统与光纤传感技术

隧道安全关系到人类生命安全和社会经济活动,及时掌握隧道结构健康状态是确保隧道安全的重要前提。在详细分析结构健康监测的概念、系统组成和发展现状的基础上,结合隧道结构的具体特点,提出了隧道结构健康监测的定义,构建了一个集监测、诊断和状态评价为一体的隧道结构健康监测系统,重点介绍了光纤结构监测(SO-FO)、布拉格光纤光栅(FBG)和分布式光纤传感器(BOTDR)等3种光纤传感技术的基本原理、功能及其在隧道结构健康监测系统中的作用。有理由相信,以光纤传感技术为代表的新一代工程监测技术将为隧道结构健康监测系统的建立提供厚实的技术基础。     

盾构隧道全寿命防水风险模糊评价

在对盾构隧道进行防水风险等级划分和主要风险因素识别的基础上,对风险因素进行合理模糊化,利用模糊识别理论研究了盾构隧道全寿命防水风险评价,所提方法能一定程度上客观、量化地评价盾构隧道全寿命防水风险,所提方法对其他类似工程项目的风险评价具有借鉴意义.     

小半径盾构下穿高铁桥支护优化及变形控制研究

以济南轨道交通R1线小半径盾构隧道下穿京沪高铁桥为工程依托,分析盾构掘进过程中对高铁桥的影响,并结合现场施工条件提出直线形、折线形、曲线形3种隔离桩布局形式,探讨其变形控制效果。结果表明:曲线盾构施工引起的周围土体应力状态及桥桩变形特征比盾构直线掘进更加复杂,在无隔离桩支护时,桥桩沉降超过1mm的规范设计要求,桩基水平位移高达3.112mm,高铁桥变形过大;对比分析3种隔离桩布局,直线形隔离桩变形控制效果较差,不能完全保证高铁桥安全,曲线形和折线形隔离桩可有效控制高铁桥变形,综合考虑经济性与施工便捷性,确定折线形隔离桩布局最优。研究成果对小半径盾构隧道隔离支护施工具有重要指导意义。     

地铁振动下盾构隧道道床剥离病害演化规律研究∗

盾构隧道整体道床剥离病害是影响地铁行车稳定和运营安全的重要因素。为研究列车振动作用下剥离病害的演化规律，以成都地铁某区段为背景，使用有限元软件 ABAQUS 建立盾构隧道数值模型，根据地层情况、列车轴重及载客情况确定隧道结构受力，利用 DLOAD 子程序编写移动荷载实现列车动载模拟，分析列车动载作用下剥离的分布及发展规律，确定结构最薄弱位置。同时，设计剥离裂缝现场动态监测系统并用于实测，得到的实测结果与数值模拟规律一致。最后根据研究中涉及的影响因素提出了剥离病害的防治建议。研究结果表明：①列车动载作用初期的冲击荷载对道床剥离影响最大，随后在动载作用下，剥离量幅值会逐渐减小；②道床伸缩缝是结构最薄弱位置，列车动载作用引起伸缩缝处的剥离量最大；③提升道床?管片结构整体性可作为病害防治设计思路，如提升道床与管片间粘结面强度、增加锚固措施等，可减少剥离病害的发生。     

考虑变形缝影响的盾构隧道纵向抗震性能分析

盾构隧道通过设置变形缝可适应沿纵向的不均匀沉降和变形,但目前盾构隧道结构抗震设计尚未考虑变形缝的影响,且变形缝对盾构隧道的纵向抗震性能的影响机制尚不清晰。本文将盾构隧道简化为三维的等效梁单元,放置在粘弹性地基上,采用地基弹簧和阻尼单元模拟隧道与土体间的动力相互作用,并通过细观三维精细化模型来模拟变形缝,即采用沿环向分布的轴向拉压弹簧和切向剪切弹簧来真实模拟地震作用下的变形缝张开量和错位量等变形。综合考虑不同地震动输入方向和不同地震波频谱特性,对比分析盾构隧道有/无变形缝时的非一致地震响应特征,并对变形缝间距变化进行了参数敏感性分析,系统揭示了变形缝对盾构隧道纵向抗震性能的影响规律。分析结果表明:在隧道纵向布置变形缝能有效减小盾构隧道在地震作用下的轴力和弯矩,但随着变形缝间距的增大,减震效果显著降低。研究结论可为今后类似工程的抗震分析及变形缝设计提供指导。     

基于模糊四元联系数的防洪工程体系安全综合评价模型

防洪工程体系是由随机、模糊、未确知等众多不确定性因子组成的复杂系统,它至今仍是洪水灾害管理的主体,对该体系综合安全进行定量评价可为洪水灾害管理提供重要依据.模糊四元联系数是集对分析中同异反联系数的推广,它可更深入地分析系统中的各种不确定性.利用模糊四元联系数建立了防洪工程体系安全综合评价模型,用联系度可描述评价对象与评价标准之间的关系,其结果简便直观,能清晰地反应评价对象和评价标准间的动态联系.用该模型综合评价了实际防洪工程体系的安全程度,其结果与物元分析等方法所得结果一致.     

近距双线盾构隧道开挖诱发地层变形演变规律及数值模拟

双线平行隧道盾构施工相互扰动作用对其诱发的地层变形分布特征和演变规律影响显著。以某地铁双线盾构隧道工程为例,考虑双线平行隧道间距与盾构施工相互作用影响,采用数值模拟和现场实测相结合的方法对双线平行隧道盾构施工引起的地层变形演变规律进行了对比分析,并提出了考虑近远距状态的双线平行隧道盾构施工地层变形预测模型。研究结果表明,双线盾构隧道施工地层竖向变形曲线由“V”形发展为非对称“W”形分布,沉降槽宽度由6D扩大为10D,地层深度越深非对称“双峰”特征越明显;地层水平变形曲线以两隧道中线为轴线呈反对称分布,两隧道间区域土体变形受施工扰动影响显著;地表沉降曲线分布随双线隧道近远距变化由深“V”形—浅“V”形—“U”形—浅“W”形—深“W”形—两独立“V”形演变,采用L cr=2CKH可作为双线平行盾构隧道近远距状态临界判据,本文提出的预测模型能较好地反映近远距状态及施工相互扰动对双线平行隧道盾构施工地层变形的影响规律。研究成果可为类似地铁隧道盾构施工变形预测与精细化控制提供科学参考。     

基于改进RABT升温曲线分析受火地铁隧道管片温度场

既有耐火试验标准升温曲线用于模拟地铁区间隧道火灾场景存在局限性。提出了改进RABT(IRABT)标准升温曲线模型,该模型基于既有耐火试验标准升温曲线,同时考虑了地铁区间隧道火灾的峰值温度、受火持时与升温速率等特征,且包含线性降温段,可设置降温时点,以描述实际火灾场景。采用结构抗火有限元分析软件SAFIR,对1/3缩尺地铁隧道管片的耐火试验进行了IRABT标准升温曲线下的数值模拟,获得了5种不同火灾工况下管片温度变化及截面温度场分布,所对应的IRABT模型分别为:峰值温度700℃与800℃,降温时刻为60min;峰值温度900℃,降温时刻分别为60、45、30min。模拟结果表明,进入降温阶段后,管片受火面20mm以上区域,温升仍将持续,且距离受火面越远,温升持续时间越长;距离受火面90mm以上至管片顶部,已没有明显降温段出现,该区域始终保持升温趋稳状态。降温开始30min后,受火面温度开始低于紧邻的管片内温度;受火试验结束的180min时刻,整个管片内部温度场峰值出现在距受火面40~60mm范围内。同一升温曲线降温时点越迟,则管片近受火面及顶面区域的最终温度越高。因此,对于实际地铁区间隧道火灾,应尽量在升温初期对火势加以有效控制,避免进入恒温传热阶段,可减轻管片混凝土传热破坏程度。该分析结果可为研究地铁隧道衬砌结构受火性能退化提供参考。     

盾构隧道横断面地震响应分析

随着盾构法在隧道施工中越来越广泛的应用,盾构隧道横断面抗震性能的研究日益受到业界关注。以武汉长江隧道为例,对土体采用D-P本构模型,盾构隧道结构采用梁-弹簧模型,建立盾构隧道横断面二维模型进行动力有限元计算,该模型顶部采用自由边界,侧面采用自由场边界,底部采用静态边界。选用0.1g的天津波和场地人工波作为激励,研究了盾构隧道结构的加速度、变形和内力响应。结果表明:盾构隧道的拱顶与拱底的加速度响应大于隧道左侧、右侧;隧道拱底的绝对位移响应最大;地震作用对隧道衬砌结构的内力增量较为明显。目前的隧道结构设计可以满足结构抗震性能要求。     

基于模糊综合评价法的泥石流风险评价

在既有的泥石流危险度模糊综合评价模型中加入易损度因子,首次建立了泥石流风险度模糊综合评价模型,使用该模型对神农架林区内的5条泥石流沟进行风险评价,得出了"模糊综合评价模型可用于泥石流风险评价"的结论。针对"模糊综合评价模型的计算结果能反映风险大小,不能表现风险特点"的问题,将模糊综合评价法与平面坐标相结合,提出一种新的泥石流风险评价法:模糊坐标法。该方法对泥石流的危险度及易损度分别进行模糊综合评价,用评价结果组成坐标点,并定义坐标点到原点的距离为风险度,利用平面坐标的二维属性使得评价结果既能表现危险度又能表现易损度,泥石流风险的具体特点也得以表达。将两种方法的计算结果进行比较分析,得出"模糊坐标法的评价结果更符合实际,模糊综合评价法的计算结果偏安全"的结论。     

盾构隧道同步注浆壁后压力模式研究

针对深圳地铁9号线隧道盾构开挖,研究同步注浆在不同压力模式下对隧道稳定性和地面沉降以及分层沉降的影响。获得适合描述该土体性质的本构模型参数,并通过运用有限元软件Midas/GTS对其进行有限元数值分析,对比现场实测数据来验证盾构施工同步注浆壁后压力分布模式。结果表明:非均匀压力模式相比均匀压力模式更接近实际,且更合理;非均匀压力模式相比均匀压力模式下的地面沉降与各层地层沉降,前者最终沉降约是后者的31.9%,且更接近实际情况;非均匀压力模式相比均匀压力模式对管片应力影响更大,前者最终所受应力约是后者的59.0%,可为盾构隧道的设计施工提供参考。     

登陆中国台风灾害损失预评估模型研究

整理了2000-2008年登陆中国且灾情记录完整的34个台风案例,建立案例集;基于模糊数学法建立了台风灾害损失预评估模型。选择8项影响因子作为模型输入指标,利用层次分析法确定影响因子权重,计算案例集中每个台风的综合评价指数;通过对综合评价指数与受灾人口、农作物受灾面积及直接经济损失等典型灾情指标进行拟合;通过适当调整影响因子权重,拟合得出最优幂函数回归方程,从而实现对台风灾情的定量预评估。     

沉管隧道施工前期风险综合评估模型及应用

沉管隧道施工过程面临众多不确定风险因素,在施工前期需采取合理方法评估施工安全风险等级和确定风险事件控制优先级。目前,已有隧道施工风险评估方法主要用来确定整体风险等级,缺少对风险事件重要性进行排序,不利于施工风险精准控制。基于此,该文采用模糊失效模式与效益分析(FMEA)、故障树分析(FTA)、层次分析法-数据包络分析(AHP-DEA)方法,构建了一种沉管隧道施工风险综合评估模型,该模型利用梯形隶属函数解决了专家认知中的主观和模糊不确定性量化问题,并结合模糊故障树计算了风险概率;然后,采用AHP-DEA方法计算风险的影响权重;最后,引入模糊数对传统FMEA方法进行了改进。将该模型应用于广东金光东隧道沉管段施工风险评估中,结果表明:沉管预制风险、管段沉放与连接风险、管节浮运风险和最终接头风险的RPN值均0.4,且7,风险等级为高级,须采取风险控制措施降低风险;护岸施工风险、基槽开挖风险和基础处理与回填风险事件的风险等级为中级;该模型可为沉管隧道静态风险评估提供一种合理途径。     

基于层状土推覆方法的盾构隧道抗震性能分析

当前对于地铁盾构隧道进行抗震分析时多基于弹性假设的简化设计方法,难以体现土体和结构的非线性特征;而动力时程分析具有耗时长,工作量大,考虑因素多等缺点使其在工程设计中的广泛应用受到限制。地下结构静力推覆方法具有概念清晰,考虑土体与结构相互作用,相比动力方法耗时大大减少等优点。而自适应层状土推覆分析可以改善地下结构静力推覆法的地震荷载加载模式,使之在含软弱夹层的场地中同样具有较高的精度。通过建立二维的土体-结构相互作用模型,采用自适应层状土推覆分析法对实际的单线地铁盾构隧道横断面进行拟静力弹塑性分析。绘制了其抗震性能曲线并发现了相对薄弱处的位置,并与动力时程的分析结果进行了比较,证明该方法有良好的精度。同时采用该方法对地铁盾构隧道抗震响应做了参数分析,给出了管片混凝土标号和土体模量的改变对隧道薄弱点受力的影响。     

工作竖井与隧道连接处支护结构横向地震响应

建立了工作竖井与盾构隧道、明挖隧道相连的空间交叉结构三维模型,采用FLAC3D对该复杂结构进行了横向地震响应分析,得到了工作竖井与隧道连接处支护结构关键点的位移和应力响应规律。通过对地震横向激励过程中竖井与隧道连接处支护结构收敛位移和关键点主应力峰值的分析,对该结构的横向抗震性能做出了评价。     

城市地铁盾构施工地层变形三维数值模拟分析

富水砂层条件下,盾构施工问题多、风险大、施工变形难控制。以南昌地铁某区间盾构隧道工程为研究背景,采用有限差分软件FLAC3D建立了三维盾构施工力学模型,对富水砂层条件下的盾构施工过程进行动态数值模拟,并结合现场实测数据分析了盾构施工引起的地表沉降规律。结果表明:盾构施工引起的横向地表沉降呈"V"形,最大地表沉降发生在隧道中心正上方,最终形成的沉降槽宽度约为6倍隧道外径;盾构施工引起的纵向地表沉降呈"S"形,盾构开挖面前方表现为隆起,开挖面后表现为沉降,在开挖面后一定距离逐渐趋于稳定;开挖面支护力对稳定开挖面土体及减小地表沉降有较大影响;盾构进洞与出洞施工中存在较大风险,应采取相应的工程措施以保证盾构施工安全进行。所得结论可供南昌地铁区间盾构隧道设计与施工参考。