复杂地下环境中新建隧道侵入对桩基的力学影响

在多层多种地下结构相互作用的复杂环境中,新建隧道施工侵入到地下街群桩基础的内部,具有较高的工程风险。通过数值模拟与现场实测,重点研究新建隧道侵入过程对地下街桩位移与内力的影响。结果表明:开挖正洞下部会使与导洞初衬底板相交处的桩段弯矩急剧增大;截桩后,置于正洞上拱部衬砌中的残留桩段轴力明显减小,而衬砌的最小主应力明显增大;与不存在地铁隧道时相比,附近存在地铁隧道时的新建隧道施工引起的地下街桩基沉降会减小,应考虑第三方地下结构的作用。该研究结论可为新建隧道穿越复杂地下结构体系的灾害预防提供参考。     

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。     

断层破碎带内隧道施工围岩稳定性分析

西藏自治区拉萨-林芝高等级公路松多隧道穿越松多F1主断裂和F2断层破碎带,是拉林公路的控制性工程之一。受断裂破碎带影响,隧道围岩较为破碎,隧道涌水量较大,施工及运营过程中容易发生隧道塌方、突水、突泥等地质灾害。基于该地区详细地质勘察资料,利用数值仿真模拟了松多隧道在开挖以及连续降雨情况下的隧道围岩变形破碎过程。研究结果表明:隧道开挖过程中硐腰处易发生垮塌事故,进而影响到整个隧道稳定性;连续降雨情况下导致破碎带岩土力学性质软化,从而进一步降低隧道安全。建议松多隧道在设计阶段加强地质勘察,施工过程进行地质超前预报与现场监测,确保施工安全。     

渗流场对地铁隧道沉降与受力影响的流固耦合分析

地下水问题是富水地层地下结构设计与施工中普遍存在的问题。为探讨地下水流动对软岩地铁隧道的稳定性及衬砌支护受力的影响,根据流固耦合理论,采用三维快速拉格朗日有限差分方法,在不同地下水位及排水边界条件下,对开挖后洞室周边场地位移、应力场、孔隙水压力的分布情况进行了综合分析。结果显示,由渗流引起的渗透力一定程度上会增加隧道周边场地变形及衬砌应力。从围岩-支护结构共同作用的原理出发,验证了隧道开挖与支护结构设计时需要考虑渗流效应,反映了地下水确实对隧道稳定性有着重要影响。     

冻土隧道动态信息反馈施工控制技术

为形成多年冻土区隧道动态信息反馈施工控制技术,主要研究了隧道施工冻融圈响应规律与控制要点。结果表明:喷射混凝土前,由洞内至围岩围岩内部,其温度逐渐下降。同一深度处围岩温度又会随时间缓慢增长;喷射混凝土后,尽管围岩越深部其温度逐渐降低,但浇筑混凝土产生的水化热对整个围岩温度场影响显著,总体来看,距离洞壁深度与水化热效果影响成反比,当深度超过2m,围岩受水化热作用轻微。喷射混凝土越晚,同一深度处围岩温度越高,冻融圈深度越大。     

岩溶地区双连拱隧道超前地质预报及施工技术研究

岩溶地区修建双连拱隧道难度较大,岩溶探测、支护方式选择等成为施工的关键问题。依托广西宜河高速公路某连拱隧道,根据围岩等级分别制定Ⅲ级、Ⅴ级围岩施工和支护方案,施工期间采用超前地质雷达探测隧道掌子面前方未开挖岩体,通过分析雷达反射波波形图,预测隧道中导洞存在4处溶洞,隧道开挖过程中揭露了3处溶洞,与地质雷达探测结果基本一致,证明了超前地质雷达的可靠性和重要性。针对溶洞地段采用Ⅴ级岩体支护方案,即采用套拱进行溶腔的加固处理,监测数据显示其变形基本值为0,表明该加固处理方法的可靠性。     

基于范例推理的浏阳河隧道风化槽段坍方风险评估

坍方是隧道常见的突发性风险事件.在对已有坍方隧道实例的原因进行了统计分析,并对主要原因进行了力学解释后,进一步应用范例推理方法评估了浏阳河隧道风化槽地段的坍方风险.结果表明:隧道坍方的主要诱因是围岩破碎和降雨,这与断层破碎带处的围岩力学性能差、降水弱化围岩力学性和降低围岩有效应力等有关.浏阳河隧道风化槽地段的范例推理的坍方和梁家山隧道相近,风险为很有可能发生坍方,建议该地段施工中应注重监测信息的反馈并做好超前地质预报.     

基于PRA方法的上软下硬地层隧道施工风险评估研究

针对目前遇到上软下硬地层隧道施工期间安全风险研究中存在的问题,综合考虑上部软弱地层拱部开挖安全风险、下部较硬地层采用爆破施工安全风险,以及其相互影响、风险事件发生概率不一致等因素,采用PRA方法进行了上软下硬地层隧道施工安全风险评估。并以金台铁路五峰山隧道工程建设为依托,基于PRA理论对上软下硬隧道洞身开挖进行风险辨识、分析及评价。案例分析结果表明,PRA方法可实现对隧道施工过程中风险进行有效评估,研究可作为同类工程项目风险管理重要的参考依据。     

分岔隧道施工对上覆建筑变形影响的评估方法与应用

针对分岔隧道下穿建筑问题,分析了房屋建筑规范标准、采煤行业标准、轨道交通经验标准以及国外标准与研究成果,提出以房屋建筑国家规范规定的建筑基础沉降与倾斜为控制指标,考虑隧道施工引起的变形增量与建筑既有变形量的总和;在变形标准确定后,提出了评估方法,首先采用Peck公式进行无建筑物时的初步判定,变形不满足规范要求时,采用刚度修正法或数值模拟法;然后利用该评估方法进行工程实例分析,结果表明,分岔隧道最大跨分岔断面隧道仰拱拉应力最大,断面上方基础沉降增量最大,仅考虑隧道施工引起的变形增量时,建筑变形满足要求,考虑建筑既有变形后则不满足规范要求,评估分析必须考虑建筑的既有变形。     

分岔隧道施工对上覆建筑变形影响的评估方法与应用北大核心CSCD

针对分岔隧道下穿建筑问题,分析了房屋建筑规范标准、采煤行业标准、轨道交通经验标准以及国外标准与研究成果,提出以房屋建筑国家规范规定的建筑基础沉降与倾斜为控制指标,考虑隧道施工引起的变形增量与建筑既有变形量的总和;在变形标准确定后,提出了评估方法,首先采用Peck公式进行无建筑物时的初步判定,变形不满足规范要求时,采用刚度修正法或数值模拟法;然后利用该评估方法进行工程实例分析,结果表明,分岔隧道最大跨分岔断面隧道仰拱拉应力最大,断面上方基础沉降增量最大,仅考虑隧道施工引起的变形增量时,建筑变形满足要求,考虑建筑既有变形后则不满足规范要求,评估分析必须考虑建筑的既有变形。     

隧道洞口滑坡工程地质问题与变形机理研究

以拉林高等级公路控制性工程为松多隧道为研究对象,在详细分析隧道进出口隧道-滑坡体系工程地质问题的基础上,利用数值仿真方法,对隧道进出口滑坡在隧道施工和暴雨情况下的稳定性进行重点研究。其结果表明:隧道施工、暴雨和地震活动对松多隧道进出口段滑坡稳定性有较大影响,将导致滑坡由目前稳定状态逐渐发展成欠稳定状态。由于隧道右洞和左洞分别位于碎石层和基岩中,导致隧道左洞和右洞稳定性存在较大差异,其中右洞卸荷能力强,变形破坏程度高;左洞应力集中现象明显,围岩自稳能力强。     

TSP与超前钻探地质预报技术在齐岳山隧道施工中的应用

在岩溶地区隧道施工过程中,经常遇到溶洞、暗河、断层及突水、突泥等无法预料的地质灾害。为了保证岩溶地区隧道施工安全,对岩溶的发育情况进行准确及时的超前预报,并在隧道修建过程中采用辅助工法穿越众多不良地质段,是岩溶地区隧道施工中亟待解决的重要问题。基于TSP203plus系统与超前钻孔探水的方法对齐岳山隧道右洞岩溶裂隙进行了预报并指导超前帷幕注浆堵水施工,收到了良好的生产效果,对今后的类似工程具有一定的指导意义。     

考虑施工时序的隧道工作面坍塌风险分析方法与验证∗

岩石隧道钻爆法开挖过程中存在多工序交叉作业,且频繁遭遇复杂的地质环境,导致工作面坍塌事故时有发生。为分析隧道施工中工作面坍塌风险,结合 T‐S（Takagi‐Sugeno）模糊事故树与贝叶斯网络,提出了一种考虑岩石隧道施工基本事件时序性的工作面坍塌风险分析方法。广泛调研了 46 起钻爆法岩石隧道工作面坍塌事故,筛选辨识出影响工作面稳定性的 30 项致险因子与孕险环境作为基本事件,基于统计数据量化计算各基本事件的发生概率模糊子集与各节点间条件概率,构建了隧道工作面坍塌 T‐S 模糊事故树并映射为贝叶斯网络,运用贝叶斯网络的双向推理功能,计算得到各基本事件的后验概率与重要度,筛选出部分对隧道工作面坍塌影响较大的关键基本事件。随后结合隧道施工过程中各基本事件发生的时序性,通过在贝叶斯网络中逐次更新对应事件的风险状态, 得到工作面坍塌风险发生概率的时序性变化。以油坊坪隧道坍塌事故为工程实例,讨论了隧道建设中考虑施工时序的工作面坍塌风险分析的可行性与挑战,给出了岩石隧道不同施工阶段的风险管控方案与重点,为岩石隧道施工安全风险分析与管控提供了新的理论基础与技术手段。     

基于渗流-应力耦合分析的野鸡尾尾矿坝稳定性研究

基于渗流场与应力场耦合机理,对柿竹园野鸡尾尾矿坝进行稳定性研究。研究渗流-应力的耦合效应,提出了渗流-应力耦合以及渗流体积力计算的实施方案;建立二维的有限元渗流-应力耦合计算模型,分析了考虑耦合效应时的尾矿坝渗流场、位移场、应力场;最终分析了不同耦合关系对于渗流量、位移场、等效渗透集中力以及应力场的影响。研究结果表明:当前水力条件下,尾矿坝稳定性良好;尾矿坝主要受水平渗透力作用,初期坝坝顶、坝脚以及坝底等处应力集中;尾矿坝的渗流-应力作用不容忽视,不同的耦合关系对于x方向位移、渗透力的预测影响巨大;考虑渗流-应力耦合关系得到的主应力、剪应力以及竖向位移,比不考虑耦合效应时大。     

基于GRA-SSA-Elman的隧道施工瓦斯安全性预测评价

为准确预测隧道施工瓦斯灾害,有效评估瓦斯安全,建立基于灰色关联分析(grey relational analysis, GRA)与麻雀搜索算法(sparrow search algorithm, SSA)优化Elmen神经网络的隧道施工瓦斯安全性预测评价模型。首先从水文地质条件、隧道设计、煤层结构状况及施工管理四个方面考虑,遴选12个主要影响因素,采用GRA法量化分析选取的影响因素与评价对象间的关联性;然后引入SSA优化Elman模型中的初始权值和阈值建立模型,采用留一交叉验证法验证模型性能;最后为进一步验证模型性能,对选取的实例瓦斯隧道待测样本进行瓦斯灾害预测评价,同时与PSO-Elman、Elman、Fisher判别分析(fisher discriminant analysis, FDA)模型预测结果与现场实际结果对比分析。结果表明：SSA-Elman预测结果与实际工程结果一致性更高,优化后的模型精确度和稳定性更好,可操作性强,对隧道施工瓦斯安全性评估具有良好的适用性。     

拱形双排隔离桩对既有隧道的保护效果研究

采用隔离桩来保护邻近基坑的既有隧道是工程中常用方法,目前隔离桩平面排列形式多采用传统的矩形行列式。以杭州市某房建地下室基坑工程为例,提出由直线形排桩和弧形排桩组成的拱形双排隔离桩及相应的优化方案,采用ABAQUS有限元软件建立三维模型,研究了隔离桩中心距、桩半径、平面位置以及弧形排桩曲率半径等因素对隔离效果的影响,并与实测结果进行对比。结果表明:隧道衬砌总位移存在最大值和最小值,隧道衬砌总位移最大值点位于拱底,最小值点位于拱顶,隧道衬砌整体呈现出沉降的趋势。减小隔离桩中心距或增大隔离桩半径均可减小隧道衬砌的位移,拱形双排隔离桩的保护效果优于传统形式;将拱形双排隔离桩设在距基坑10 m处,并将弧形排桩设在隧道一侧更合理;弧形排桩曲率半径对隧道保护效果存在合理值;采用优化方案时隧道位移比原方案减小45.7%,隧道更趋于安全。     

隧道穿越距离变化对地表框架结构变形的影响

为了研究隧道施工对邻近建筑物基础的沉降量、沉降差、扭转及倾斜等变形特征随隧道距离的变化规律,结合广州地铁隧道下穿一个框架结构建筑物,利用FLAC3D软件建立隧道-土-建筑结构的三维有限差分计算模型,考虑了建筑物的中间纵向框架与隧道轴线平行、距离从0m增加到20m共11种工况。根据计算结果,建筑物的最大扭曲变形量和最大沉降量随着距离的增大,都由最大值逐渐减小趋于零,其中最大扭曲变形量减小很快,当水平距离超出隧道轴线埋深时,扭曲变形量可以忽略不计;而建筑物倾斜、相邻基础的沉降差先由零逐渐增加,在沉降槽边缘内侧达到最大值,随后逐渐减小,最后逐渐趋于零。研究结果表明,对于受隧道施工影响的地表框架结构建筑物,在隧道上方位置时应重点监控其沉降量和扭转变形量,而在沉降槽边缘内侧时应注意监控其沉降差和倾斜量。     

某在建城际铁路明洞段地基回填土缓坡稳定性研究∗

南京某在建城际铁路隧道明洞段穿越矿山废弃宕口回填区,受极端强降雨和明洞地基开挖卸荷影响,矿坑南侧陡崖下部的截排水沟多处出现变形裂缝,因此,宕口填土边坡稳定性关系到在建铁路的施工和运营安全。对此, 在地质分析的基础上,运用数值模拟方法对持续性强降雨天气条件下回填土缓坡渗流场、位移场的变化规律及边坡稳定性进行了研究,探讨不同降雨类型对缓坡稳定性的影响。结果表明,在持续性强降雨天气条件下,降水入渗使缓坡下滑力逐渐增大,同时在弱透水层中形成暂时性承压水,产生渗流力和浮托力,在其共同作用下,边坡稳定性显著降低,出现边坡失稳;前峰型降雨和均布型降雨在较短时间内即会对边坡稳定性造成很大影响,而中峰型降雨和后峰型降雨对边坡稳定性的影响在降雨后期逐渐显现。故此,需要对明洞隧道地基进行加固处理,采取有效的截排水措施,以保证城际铁路施工及运营安全。     

松散地层隧道防坍塌控制技术研究

松散砂卵石地层围岩自稳时间极短,开挖后若不支护会立即坍塌,危及施工安全。根据地层特征曲线支护阻力与围岩位移的关系,若围岩自稳时间比支护施工时间短,支护结构要承受较大松散围岩压力,在这种地层中适时的支护时间已没有意义,必须采用合理的隧道防坍塌控制。施工中须根据砂卵石地层工程地质特征、隧道施工方案特点和周围环境的限制要求,合理选择支护措施,有效加固砂体,抑制围岩变形,以解决砂卵石隧道超前支护措施的选取、初期支护参数的优化、变形速率比值判别标准、衬砌结构施工力学行为、砂卵石地层围岩压力分布特征及洞室收敛变形的控制技术难题。研究成果可更好地保障砂卵石地层公路隧道的施工安全。     

火灾作用下隧道结构力学响应及稳定性分析∗

隧道火灾会引起衬砌结构发生高温损伤,威胁隧道运营安全。从材料微观物理化学变化出发,研究了混凝土中水化物的热分解和骨料力学性能的高温劣化过程,揭示了其在火灾等高温作用下宏观力学性能的劣化机理,建立了相应的高温损伤分析模型,在传统模型仅能考虑温度大小影响的基础上进一步考虑了温度持续时间对材料力学性能劣化的影响。以上海某软土地区盾构隧道为算例,分析了不同火灾持续时间作用下衬砌结构的高温损伤过程,得到了衬砌结构在温度和力学荷载共同作用下的应力状态、围岩变形及隧道稳定性的变化规律,为隧道衬砌结构的防火设计及灾后评估与修复提供参考。