西安地铁穿越地裂缝带的隧道结构变形特征研究

以西安地铁工程为背景,对穿越地裂缝带的地铁隧道在地裂缝活动时的变形特征进行了研究.在此基础上,对穿越地裂缝带的整体式地铁隧道的监测部位和监测方法提出了建议.通过对整体式大型物理模型试验结果的分析,认为当地裂缝活动时,在靠近地裂缝下盘3H范围内的隧道变形量较大,变形使下盘隧道顶部受拉,底部受压.位于上盘的隧道在全长范围内都有变形,并在隧道底部产生部分脱空现象,脱空区的长度与隧道的埋深、长度、土与隧道的刚度比等因素有关.当变形或脱空区长度超过隧道的允许变形值时,将引起隧道顶部混凝土的开裂,引发漏水等不良现象,影响隧道的安全运营.在对试验成果分析的基础上,提出整体式地铁隧道的安全监测内容应包括:1)地裂缝两侧隧道的相对垂直位错;2)隧道底部脱空区的长度;3)隧道结构的应力变化幅度.针对上述变形特征及监测内容,提出了监测点的合理布置范围及采用的监测方法.     

盾构隧道施工中土灵敏度分析

以西安地铁二号线某区间隧道工程为依托,根据实际的地质情况,运用FLAC3D数值仿真模拟软件以隧道掘进面洞顶沉降为衡量标准,对隧道变形受土体各参数影响的灵敏度进行模拟分析,找出主要影响参数,使施工中对隧道周围土体的变形控制更有针对性.研究表明,土体的弹性模量为主要影响参数,其次为内摩擦角和黏聚力,各参数的变化对隧道周围土体变形的影响是由强至弱的.各参数变化对隧道变形影响趋势基本一致,且土体参数越好,参数变化对隧道变形的影响越不敏感,所以改善提高围岩参数可以有效地增加隧道的稳定性.     

倾斜岩层大断面隧道塌方机制的数值模拟

塌方是隧道施工中出现的主要安全事故,研究隧道塌方产生的机制对于保证隧道施工安全具有重要意义。以穿越倾斜岩层段某隧道塌方事故为工程背景,基于围岩的工程力学特性,采用数值分析和现场监测方法研究隧道塌方的力学机制。结果表明:在开挖爆破振动荷载作用下,隧道断面拱部左侧节理岩层极易出现超挖,隧道左侧拱腰处的塑性区显著大于右侧,使左侧拱腰处内侧出现拉应力;左侧拱腰处围岩压力显著大于右侧,造成支护结构的受力不均,初支喷层极易开裂,随着松动区范围逐渐增大,围岩压力逐渐增大,隧道变形迅速增大,极易造成围岩失稳而导致隧道坍塌。     

地铁隧道开挖安全关键位置分析及预测研究

为明确隧道开挖时易于引发安全事故的关键位置并预测地层变形趋势,以保证隧道施工和周围构(建)筑物的安全,采用Ansys通用有限元软件对北京地铁7号线广双区间隧道开挖过程进行了数值模拟分析,并结合实际监测结果对隧道开挖过程中地层变形和应力重分布的变化规律和安全关键位置进行了总结;通过对随机介质理论方法的优化研究,推导出简单可行的优化计算公式。结果表明,隧道开挖中拱顶、拱腰和拱脚位置为变形较大和应力分布集中的关键安全位置,优化后的随机介质法计算公式用于地表沉降的安全预测分析是可靠的。     

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。     

新建草莓沟2号隧道近接下穿既有隧道施工安全影响分析*

为探明新建草莓沟2号隧道近接下穿施工对既有盘道岭隧道整体结构的安全影响,基于Peck公式和温克尔弹性地基梁理论建立数值模型,对既有隧道受下穿施工影响的变形沉降和应力增量变化进行研究。结果表明:既有隧道结构在下穿隧道施工的影响下产生竖向和横向位移,且横向位移变形较竖向更为明显,结构的最大沉降量为1.33 mm,远小于沉降控制阈值6.35 mm;下穿隧道施工过程中既有隧道中断面衬砌存在纵向拉应力增量与横向压应力增量,最大的拉应力增量为0.86 MPa,远小于拉应力控制阈值1 MPa;最大的压应力增量为0.5 MPa,远小于控制阈值5 MPa;结构沉降变形和应力增量均小于工程的控制标准,上部既有盘道岭隧道结构安全稳定。所用研究方法和技术方案可为近接下穿隧道的安全施工提供借鉴。     

小净距偏压隧道在特殊素填土施工顺序研究

在较特殊素填土中,为能更好地确定在相同的施工方法下,不同的施工顺序对改善隧道围岩变形和衬砌内力的影响,文章重点以重庆曾家岩浅埋暗挖隧道为依托,运用二维数值模拟分析,研究在特殊回填土下,隧道不同施工顺序引起的围岩变形、衬砌内力变化、塑性区分布规律。从数值模拟结果可以看出,不同施工顺序下,围岩变形、衬砌内力、塑性区分布存在一些不同,对于重庆曾家岩偏压隧道,采用先较浅埋一侧开挖方法对总体围岩扰动较小、能较好改善隧道偏压,并使衬砌受力安全稳定。     

基坑开挖引起下卧隧道竖向变形的Hermite谱分析方法

针对基坑开挖引起下卧隧道的竖向变形问题,通过引入Hermite函数,建立基坑开挖所引起土体附加应力及下卧隧道竖向变形的Hermite谱分析方法。基于Mindlin解答与Pasternak地基上的Euler-Bernoulli梁理论,建立了基坑开挖所引起土体附加应力的计算表达式与下卧隧道竖向变形的控制方程,并采用有限项Hermite级数展开,将下卧隧道竖向变形控制方程转化为线性代数系统进行求解,获得其竖向变形解答;在此基础上,结合工程案例,验证所建立解答的收敛性与可靠性,并探讨隧道埋深、隧道与基坑水平距离及基坑平面尺寸对下卧隧道竖向变形特性的影响。结果表明：随着隧道埋深及隧道与基坑水平距离的增加,基坑开挖对下卧隧道竖向变形的影响逐渐降低,下卧隧道的竖向位移逐渐变小;基坑开挖水平尺寸的增大会使下卧隧道竖向变形增大,且平行隧道方向的尺寸变化,影响更为明显。研究成果为分析基坑开挖所引起的下卧隧道竖向变形特性提供了一种新的计算方法。     

黄土湿陷过程下埋地油气管道力学行为有限元模拟

针对黄土遇水后湿陷产生陷穴并引起埋地管道悬空这一过程中管道的力学行为,以基于弹塑性地基的黄土湿陷区悬空管道力学模型为基础,从湿陷原因和机理出发,建立三维有限元实体模型,模拟了土体湿陷过程和沉降变形,模拟计算结果与理论值和实测值进行了比对验证;进一步的计算和回归分析得到了管道最大位移、最大von Mises应力与地表土体湿陷沉降量的变化规律,同时也得到了最终湿陷情况下管道的von Mises应力分布和湿陷区范围的影响。结果表明:土体湿陷沉降是管道和土体共同作用的结果,湿陷前期管道与土体一起运动,位移和应力增加较快,而管道下方土体脱离管道产生陷穴后则增长较慢;管道最大位移和土体湿陷沉降量间呈对数函数关系,而管道最大von Mises应力和土体湿陷量呈指数函数关系; 湿陷区管段向下弯曲变形会在3个位置形成应力集中区,湿陷区范围增大会引起管道应力和变形的明显增加,且3个区域的最值分布有所不同。     

黄土湿陷过程下埋地油气管道力学行为有限元模拟北大核心CSCD

针对黄土遇水后湿陷产生陷穴并引起埋地管道悬空这一过程中管道的力学行为,以基于弹塑性地基的黄土湿陷区悬空管道力学模型为基础,从湿陷原因和机理出发,建立三维有限元实体模型,模拟了土体湿陷过程和沉降变形,模拟计算结果与理论值和实测值进行了比对验证;进一步的计算和回归分析得到了管道最大位移、最大von Mises应力与地表土体湿陷沉降量的变化规律,同时也得到了最终湿陷情况下管道的von Mises应力分布和湿陷区范围的影响。结果表明:土体湿陷沉降是管道和土体共同作用的结果,湿陷前期管道与土体一起运动,位移和应力增加较快,而管道下方土体脱离管道产生陷穴后则增长较慢;管道最大位移和土体湿陷沉降量间呈对数函数关系,而管道最大von Mises应力和土体湿陷量呈指数函数关系;湿陷区管段向下弯曲变形会在3个位置形成应力集中区,湿陷区范围增大会引起管道应力和变形的明显增加,且3个区域的最值分布有所不同。     

考虑荷载修正的衬砌背后空洞对结构安全性影响分析

以云南省某公路隧道为背景,建立考虑空洞影响下的荷载-结构修正计算模型,引入最小安全系数,对衬砌安全性进行评估。计算结果表明:背后存在空洞时,衬砌受力条件恶化,空洞处衬砌内力重分布明显,弯矩分布形态发生改变,导致衬砌安全性显著降低。拱顶或拱腰背后存在空洞时,衬砌最小安全系数均随空洞范围变大而降低。相同空洞范围下,相较于拱顶空洞,拱腰背后存在空洞时,衬砌最小安全系数更低。     

铁路长大隧道健康状况远程监测诊断装备系统研究

基于服役期铁路长大隧道健康状况劣化影响因素分析,结合隧道衬砌结构特点和健康状况监测实际,采用智能传感、信息融合、故障诊断技术,构建集监测、诊断、评估于一体的长大隧道健康状况远程监测诊断装备系统。研究系统的软硬件设施及其布设技术,建立长大隧道健康状况综合评估体系,给出健康诊断量化评估标准。以国内某铁路长大隧道为例,对其健康状况实施远程监测与诊断分析。结果表明,该条服役隧道健康问题的主要影响因素为隧道衬砌漏水、隧道衬砌裂缝、隧道衬砌变形、隧道衬砌剥落等病害,尤以隧道衬砌变形最为严重,健康等级为4级。     

寒区隧道溶洞安全距离及衬砌冻胀影响规律研究

为了探究寒区溶洞的大小、远近对隧道结构安全的影响规律，依托寒区某高铁岩溶隧道建立三维有限元模型，通过不同工况的模拟得出溶洞距隧道安全距离临界值与溶洞隧道体积比成正比关系，并拟合出安全距离临界值随溶洞与隧道体积比的变化曲线和关系式。探究溶腔积水冻胀力对衬砌结构的影响规律，基于该寒区隧道周边不同位置、远近的溶洞对其影响进行模拟，研究结果表明:隧底处溶洞冻胀力影响最为显著，且距隧底超过10 m时，小型溶腔冻胀力对隧道的影响较小，衬砌变形值渐趋稳定。研究结果可为该寒区隧道溶洞处理提供依据，并为后续类似工程提供借鉴。     

软岩大断面隧道二次衬砌支护时机的选择研究

为探明软岩大断面隧道开挖后围岩的变形与支护时机的相关关系，利用监控测量数据反演分析中获得的蠕变参数，校正ABAQUS的D-P蠕变模型；在此基础上建立数值计算模型，对具有代表性的围岩进口浅埋段、出口浅埋段和洞身段进行了相关的数值分析，研究软岩大断面隧道岩体的变形规律和支护时机之间的关系；通过埋设现场监控量测点对二衬支护时机的结果进行了验证。研究结果表明:出口和进口浅埋段的V级围岩，开挖后岩体的变形速率大、时间短，选择以最终位移量的80%为最佳支护时机，二衬的最佳支护时机为隧道开挖支护后的15 d左右；洞身段IV级围岩具有变形速率小、时间长，以最终位移量的90%为最佳支护时机，洞身段二衬的最佳支护时机为隧道开挖支护后的30 d左右。现场验证表明，选择的二次衬砌支护的时机是可行的。     

OGFC面层在公路隧道防火中的作用

研究了OGFC路面在隧道防火中的应用,并分析了其防火效果.OGFC沥青混合料孔隙率高达15%～25%,可以把泄漏在OGFC路面层的液体燃料迅速排入道路两侧边沟.本文对比分析了OGFC/SMA/AK三种沥青混合料的排油速率和饱油孔隙率.通过室内马歇尔试件的汽油燃烧试验和隧道内燃料泄漏模型的计算分析,发现OGFC面层的排油防火效果非常好.     

盐酸罐体车洒漏原因确定分析

盐酸异地运送多采用碳钢外壳、内衬防腐层的罐体车。根据罐体车内部衬里断裂,外壳底部洒漏盐酸的事实,分析了其内部衬里断裂的各种可能原因。通过聚乙烯(PE)加工冷却收缩、受温度影响收缩等理论计算及内应力实验检测,并经综合分析,确定了罐体盐酸洒漏的原因。由于罐体较长,加工中未对聚乙烯熔体冷凝时产生的内应力进行有效消除,外加使用时温度因素,内衬与外壳分离,并且间隙过大,车体行进中,内衬承受不了强劲的液体盐酸冲击而断裂,盐酸从衬里裂缝进入夹层中,腐蚀碳钢外壳,导致盐酸洒漏。     

深埋长隧道施工地质灾害风险模糊层次评价

地质灾害是影响深埋长隧道安全施工的重要因素,将综合超前地质预报和模糊层次评价相结合,建立深埋长隧道地质灾害风险预测体系。首先对超前地质预报进行了研究并建立综合超前地质预报体系,以该体系为指导对隧道进行地质预报,了解掌子面前方的地质信息。其次在地质预报基础上作隧道施工地质灾害风险模糊层次评价,对隧道施工中可能遇到的地质灾害及整体风险程度进行评估。最后以米仓山隧道为工程背景,对建立的地质灾害风险预测体系进行了实践,得到里程段内发生涌水突泥、塌方、大变形及岩爆等地质灾害的风险等级,以及地质灾害整体综合评价风险等级。     

高地应力软岩隧道初期支护优化研究*

为研究边墙曲率、支护参数等因素对高地应力软岩隧道变形控制的效果,以大瑞铁路营盘山隧道为工程背景,结合现场监测数据,建立有限元模型,分析不同边墙矢跨比及初期支护参数对隧道变形的影响,借此得到合理的初期支护参数。结果表明:原有支护结构中“直边墙”对于隧道水平方向变形与压力抵抗能力较弱,当边墙曲率调整至0.12后,支护结构的受力和变形情况得到明显改善;初期支护参数中锚杆参数对于隧道变形控制效果较小,增强衬砌的强度可以有效控制隧道的变形;通过围岩-支护特征曲线对优化后的支护方案进行安全评价,发现其安全性能较之前显著增强,现场应用结果也表明支护结构并未出现破坏失稳现象,隧道变形得到有效控制。研究结果对类似工程变形控制及支护方案优化提供一定的参考依据。     

铁路隧道衬砌裂缝整治及衬砌补强加固设计研究

通过对某铁路隧道衬砌裂缝的现场调查和研究,把衬砌质量缺陷按照裂缝宽度和长度的不同分为AA、A1、B和C四个等级,并采取不同的加固措施。重点对W钢带补强和骑缝锚杆注浆两种整治措施进行了研究,采用ABAQUS软件对整治前后衬砌的进行数值计算,得到整治前后衬砌的内力,最后计算得出整治前后衬砌的安全系数。结果表明:缺陷整治后衬砌缺陷范围内衬砌的刚度提高,并有效地提高了衬砌的安全系数,达到了整治的预期效果。该研究为隧道衬砌裂缝病害的分类提供了借鉴,同时也为隧道衬砌裂缝病害的整治与加固提供了新的方法和思路。