管棚预支护条件下水下隧道开挖面三维稳定性分析

为研究管棚预支护条件下水下隧道开挖面稳定性,基于塑性极限分析理论,建立考虑渗流力的管棚预支护条件下隧道开挖面三维稳定性分析模型,并据此确定开挖面的极限支护压力。结合深圳地铁实际工程,采用笔者提出的方法计算得到的开挖面极限支护压力较二维极限平衡法更符合实际情况,该方法的合理性得到验证。进而研究管棚预支护、地下水位和管棚剩余长度对隧道开挖面渗流力的影响。分析结果表明,渗流力对隧道开挖面稳定性有显著影响,渗流力与地下水位呈线性关系;采用管棚预支护能显著减小隧道开挖面处的渗流力,但当开挖面前方管棚剩余长度超过2倍洞径时,再增加管棚长度对减小开挖面渗流力的效果不明显。     

管棚预支护条件下隧道开挖面稳定的可靠度分析

为考虑土体参数的变异性对隧道开挖面稳定性的影响,基于可靠度理论,采用三维弹塑性有限元数值模拟方法,计算管棚预支护条件下隧道开挖面极限支护力;以不同工况下地层参数及其极限支护压力比作为样本,待BP神经网络训练完毕后,即可预测大量给定地层参数工况下的开挖面极限支护压力比,对其进行统计,得到概率分布特征;在理论分析的基础上,结合工程实际,建立了管棚预支护条件下隧道开挖面稳定的极限状态方程,运用粒子群优化算法,对其进行可靠度分析。研究结果表明:采用管棚预支护的隧道,开挖面支护压力存在极限值,达到该值后,增加较小幅度的支护力,就能较大程度地提高隧道开挖面稳定的可靠度。     

共用连续墙结构的现场测试与安全性评价

为分析相邻基坑开挖过程中共用连续墙的受力变化规律,以深圳地铁车公庙枢纽共用地下连续墙为研究对象,选择一个典型断面进行监测。通过在共用连续墙D内埋置混凝土应变计,得到现场测试2基坑施工全过程的受力情况,并以此评价共用连续墙D的安全性。结果表明:共用地下连续墙D处于安全状态;随着基坑的开挖深度增加,大多数测点的应变值呈增长趋势,轴力和弯矩变化越来越大;共用连续墙D受紧邻基坑开挖影响明显,内力变化较大。     

上软下硬地层深基坑结构变形监测及分析*

为探究在上软下硬地层中进行深基坑开挖时围护结构水平位移与内支撑轴力的变化规律,以广州地区某上软下硬地层盾构井深基坑开挖项目为依托,基于现场监测数据进行分析并运用MIDAS/GTS软件开展深基坑开挖全过程的有限元模拟。将围护结构水平位移模拟值与监测值进行对比,验证模型的准确性;改变围护结构嵌固深度、主体结构厚度等工况,研究上述因素对结构水平位移变化产生的影响。研究结果表明:实测围护结构最大水平位移值11.78 mm,位于长边0.7倍基坑深度附近,坑角处位移值最小;改变结构嵌固深度对坑深15 m以下围护结构位移值影响较大,本工程最佳嵌固深度为1.5~3 m;围护结构水平位移会随着结构主体厚度的增加而减小,但最大位移间差值逐渐减小,结构主体厚度设计值宜为0.8~1 m。     

热源及空隙率对上部松散煤体影响的试验研究

为研究热源及空隙率在松散煤体内自卷吸供氧过程中对上部松散煤体的影响,利用自制的高温松散煤体自吸氧试验装置,测试了热源温度分别为30℃、60℃、90℃、120℃、150℃、200℃时,粒径分别为1~3 mm、3~5 mm、5~7 mm、7~10 mm、10~15 mm的松散煤体的内部温度,计算了不同热源强度下松散煤体内部的浮升力。结果表明:1)当热源温度及煤体空隙率一定时,各测点温度分布基本呈线性变化规律,但是随着热源温度不断升高,线性变化规律减弱;2)空隙率一定时,随热源温度升高,松散煤体内各测点温度增大,各测点的温度梯度也增大;3)当热源温度值一定时,随煤体空隙率的增大,同一测点的温度值整体增大;4)随热源温度升高,煤体内各相邻测点区间浮升力大致呈指数规律变化;浮升力随热源升高而增大,不同测点区间的浮升力影响因素不同;当热源温度一定时,距离热源区间越远,煤体浮升力越小。     

基于微台阶法对连拱隧道稳定性的研究

为研究软弱围岩基于微台阶法连拱隧道合理的掌子面纵向间距、仰拱一次开挖长度和开挖进尺施工参数,确保隧道安全和高效施工,以云南省元蔓高速公路风口山隧道为研究对象,从力学机理上分析了施工参数对隧道稳定的影响,采用数值模拟方法,分析纵向间距对中隔墙水平位移和开挖面叠加效应的影响、仰拱一次开挖长度对拱腰水平位移和中隔墙受力的影响、开挖进尺对围岩变形特征和掌子面剪应力的影响,对连拱隧道微台阶法进行最优化设计。结果表明,掌子面纵向间距2D、仰拱一次开挖长度4 m、开挖进尺2m为宜,可为类似连拱隧道的施工提供指导。     

障碍物在分岔附近对瓦斯爆炸压力影响的实验研究*

为研究置障条件下不同分岔角度管道中瓦斯爆炸压力变化规律，采用长15 m、截面为160 mm×100 mm的矩形和直径160 mm的半圆形组成的拱形模拟巷道，通过改变分岔角附近障碍物的形状与阻塞比，研究瓦斯爆炸在30~45°与30~60°双分岔管道分岔角附近的压力变化规律。结果表明:瓦斯爆炸在30~45°和30~60°双分岔管道中，分岔角后2支管压力均有所增大，且45°和60°支管中压力变化较30°支管更加明显；障碍物位于30°分岔角后，当阻塞比为0.4时，障碍物形状对2~4测点爆炸压力的影响均表现为矩形最大，拱形次之，圆形最小；管道中矩形障碍物对2,3测点爆炸压力的影响随阻塞比增加而增大，对测点4爆炸压力的影响则随阻塞比的增加而减小；设置矩形障碍物时，30~45°双分岔管道中2,3测点的压力增幅大于30~60°双分岔管道，且压力增幅随阻塞比增加而增大，而测点4的表现则相反，30~60°双分岔管道大于30~45°双分岔管道，且压力增幅随阻塞比增加而减小。     

基于环形开挖留核心土法的公路隧道围岩应力分析

分析环形开挖留核心土法的公路隧道拱顶、拱肩、拱腰、拱墙、拱脚应力变化规律,并研究公路隧道最佳开挖间距和注浆圈厚度。本文基于隧道工程理论,结合富水区阿嘎下隧道特点,利用有限元软件MIDAS GTS NX,建立与富水区阿嘎下隧道尺寸一致的数值模型,研究不同开挖间距、不同注浆圈厚度条件下,阿嘎下隧道围岩应力的分布规律。研究结果表明:拱墙处围岩应力最大,选取3~4 d(d为隧道净宽)开挖间距和0.3 d厚度的注浆圈时,对隧道围岩稳定性的影响较小。     

成灌铁路CRTS Ⅲ型板式无砟轨道路基段环境振动特性

为研究CRTSⅢ型板式无砟轨道环境振动特点,对成灌快铁某路基段地面振动进行了现场测试,分析了不同测点地面振动加速度时程特点、频谱特征和铅垂向振级随距离的衰减特性。结果表明:CRH 1型动车组以181 km/h速度通过测试路基地段时,地面振动持续时间约6 s,距线路中心线22 m处振动峰值加速度为60 mm/s2,由于传播过程中的几何阻尼和材料阻尼作用,52 m处振动峰值加速度衰减为10 mm/s2;在22 m处振动能量主要分布在20~60 Hz,传播过程中高频振动随距离衰减更快,52 m处振动能量主要分布在20~23Hz;地面振动垂向振级随距离的衰减符合对数规律。     

基坑开挖引起邻侧盾构隧道开裂特性研究*

为探究基坑开挖导致邻侧既有盾构隧道出现开裂破损而带来的不利影响,采用地层-结构法与荷载-结构法相结合的计算方法,同时考虑内置钢筋对混凝土的加强作用,精细化地模拟基坑开挖影响下,非连续盾构管片结构接头处裂缝的扩展过程,揭示其开裂机制。研究结果表明:基坑开挖过程中,管片衬砌“横鸭蛋”变形模式决定了其开裂范围,即左、右拱腰附近为主开裂区;管片的裂损特征为纵向裂缝,初始裂缝由左、右拱腰外弧面逐渐向两侧接头处延展,右拱腰接头处裂缝扩展连接为沿厚度方向的环状裂缝。     

盾构切削桩引起的桩基承载特性变化及可行性研究*

为分析兰州地铁盾构隧道穿越既有桥梁工程方案的可行性,采用有限元数值模拟,研究盾构施工切削桩引起的桩基承载特性变化,分析盾构切削桩基前后桩体轴力、侧摩阻力和弯矩变化,探讨地表及桩基的位移变化。结果表明:直接切削桩将导致桩顶荷载重分布,隧道两侧1,4号桩桩顶荷载增大且增大19.3%~26.7%,而切断桩荷载减小且减小25.5%~29.2%;桩土相对位移随着盾构掘进而增大,促使基桩侧摩阻力的发挥整体呈增强趋势;各基桩弯矩均增大,致使桩基在桩顶以下4 m及隧道中心平面附近存在2个不利截面,各基桩最大弯矩增大2.0~5.2倍;直接切削桩将导致地表、基桩沉降激增,从而导致水平位移增大,致使承台由初始受力状态时的整体沉降变为挠曲变形为主,最大相对沉降达到5.01 mm,超过控制限值。可见,直接切削桩对既有桥梁桩基的承载特性影响显著,此方案不可行,应在盾构施工前采取加固措施。该研究结果可为类似工程提供参考。     

孤岛工作面支承压力影响下顶板破坏机理研究

为了探讨孤岛工作面支承压力影响下顶板破坏机理,通过采用理论分析,建立薄板力学模型,对孤岛工作面顶板弯矩分布规律进行分析,并结合实验室数值模拟手段对工作面顶板支承压力集中系数及顶板围岩塑性区演变规律进行研究。研究结果表明:在支承压力作用下,随着推进距离的增大,顶板支承压力集中系数呈现增大的趋势;工作面顶板煤壁中部弯矩显著大于煤壁两侧弯矩,该结果合理解释了工作面方向上支架工作阻力不相等的规律;顶板断裂的塑性区演变特征存在时空效应及力学特征,顶板四周所形成的横向“O”型破断与横向“X”型破断,共同构成了顶板破断的横“O-X”破断形式。     

高风险城市环境地铁小净距隧道近接隧道群施工方案优选

为优选高风险城市环境中小净距隧道近接施工方案,依托北京地铁19号线新草区间新建小净距隧道近接隧道群工程,利用有限差分软件FLAC3D,对工程采取管棚管幕预加固措施和改变施工顺序2种施工方案,并对2种方案下的位移控制效果进行研究.研究结果表明:采用管棚管幕预加固措施,并以东侧隧道完工后西侧隧道开挖的顺序施工,可有效控制位...     

交通荷载作用下超浅埋隧道洞口段变形及控制研究

为研究交通荷载作用下超浅埋隧道施工的安全性及其控制方法,利用功效系数法分析隧道施工时的风险程度,结合有限元软件模拟交通荷载作用下隧道的变形特征,并探究不同开挖方法及支护条件下隧道变形情况,最后与现场实际监测数据进行对比.研究结果表明:交通荷载对隧道施工影响较大,施工时应采取管制措施;隧道下穿段施工风险较大,应采用双侧壁...     

软土地区大直径盾构对邻近桩基础建筑物影响研究

隧道开挖对邻近既有建筑物桩基乃至整个建筑物的稳定与安全带来不同程度的影响。以京津城际延伸线穿越桩基础建筑物金元宝海鲜宫为背景,采用MIDAS/GTS有限差分软件,对软土地区大直径盾构下穿桩基础建筑物进行了模拟,研究结果表明:盾构隧道施工会引发邻近建筑物产生沉降及倾斜变形;建筑物桩基变形与建筑物变形规律基本吻合,随着桩基位置与隧道侧向间距增大而减小;盾构隧道施工导致建筑物框架的梁柱产生了附加的弯矩和轴力,位于建筑物角部的梁柱节点会出现应力集中。     

大倾角煤层开采覆岩破断机制研究

为了探究大倾角煤层开采覆岩变形、失稳、破断的演化特征,结合潘二矿1212(3)工作面地质与工程条件,采用数值模拟、物理模拟、理论分析相结合的方法,分析了大倾角煤层开采覆岩变形破坏规律,探讨了巨厚砂岩直覆和无坚硬岩层2种条件下大倾角煤层开采顶板破断失稳形式。研究结果表明:受倾角影响直接顶冒落、滑移,充填下部采空区,基本顶中上部挠度最大而发生断裂,破断裂纹逐渐向基本顶两侧及相邻岩层演化;大倾角煤层倾向岩层间的联动时序性破断是形成非对称拱形承载结构的主因;预裂爆破巨厚砂岩顶板、充填开采软弱岩层工作面可促使关键块体组成的拱形承载结构形成,保证大倾角工作面安全回采。     

基于Shear Damage模型的剪切闸板防喷器剪切性能研究*

为揭示剪切闸板在纯剪切工况条件下（无压差、无悬重）剪切钻杆时剪切力特征,以及悬重、内外压差等复杂工况条件对剪切钻杆时剪切力和油压的影响规律。本文基于Shear Damage断裂损伤模型,通过显示动力学方法开展剪切过程仿真研究。研究结果表明:在纯剪切工况条件下,剪切力随时间增加先逐渐增加再急剧下降为0;在有悬重工况条件下,剪切力和油压随悬重增加而呈减小趋势;在钻杆内压大于外压工况条件下,剪切力和油压均随压差增大而增大;在钻杆内压小于外压工况条件下,剪切力随压差增大而减小,5 in（壁厚14.50 mm）、5 in(壁厚12.70 mm)规格钻杆油压随压差增大呈先增加后减小趋势,5 in（壁厚10.54 mm）规格钻杆油压随压差变化不明显,其余钻杆油压随压差增大均呈上升趋势。研究结果可为剪切闸板防喷器油压配置、结构优化、关井工艺改进等提供关键技术支撑。     

极近距离煤层综放开采工作面覆岩“两带”发育规律研究*

为深入研究极近距离煤层综放开采工作面覆岩“两带”的动态发育规律,采用理论推导、数值模拟和现场实测相结合的方法,分析袁店一矿824工作面覆岩“两带”的裂隙演化特征。结果表明:从岩层层向拉伸率角度,研究上覆岩层垮落带和导水裂隙带的垮落程度,考虑角度影响推导出岩层弯曲下沉边缘段变形前后的长度计算公式,根据覆岩的碎胀特征计算各岩层的最大下沉量,预测垮落带和裂隙带的范围分别为30.2~41.2 m和70.7~78.2 m;采用3DEC数值模拟分析该矿824工作面开挖后上覆岩层垮落的基本形态和裂隙分布规律,结合其应力、位移云图和监测线位移曲线的分布特征,得出垮落带和裂隙带的高度分别为32.50 m和77.25 m;采用分布式光纤应变监测系统,监测工作面前方80 m处上部顶板的受力情况,得出受采动影响的光纤应变呈起伏变化,且应变分布与地层岩性存在对应关系,得出垮落带高度约30.4 m,裂隙带高度约74.8 m,验证采用层向拉伸率和覆岩碎胀性2个方面来预测工作面覆岩“两带”高度的合理性,可为类似方面的研究与施工提供相应的技术依据。     

爆破冲击波在台阶法隧道内的传播特性研究

为了解决目前隧道施工过程中掌子面开挖爆破产生的冲击波容易造成工程灾害的问题,基于宁攀高速胜利隧道台阶法开挖的实际情况,采用动力分析软件ANSYS/LS-DYNA及现场测试的方法研究冲击波在隧道上下台阶区段的传播规律。研究结果表明：初始冲击波传播至下台阶断面时先扩散至中上区域,与拱顶及侧壁碰撞反射后再传播至下部区域;冲击波在下台阶段0～10 m范围内,经多次反射叠加形成提升幅度约30%的第2次超压峰值;冲击波由上台阶较小断面进入下台阶较大断面传播时,超压衰减速度相对加快,过渡界面前后10 m范围内衰减系数由1.01%最高提升至1.05%。现场实测数据与数值模拟结果在上下台阶段得到的波形传播规律基本一致,验证数值模拟的可靠性。研究结果可为实际工程中爆破冲击波在变截面隧道中的控制措施提供参考。