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。     

公路隧道坍塌灾害治理效果的GPR检测技术

以湖南省常吉高速公路度龙田隧道ZK 207+300~255坍塌地质灾害为例,详细地探讨了检测坍塌灾害治理效果的高精度地质雷达(GPR)检测技术。在综合分析和研究隧道坍塌灾害的基本情况及灾害治理措施的基础上,结合现场施工记录,采用GPR检测技术,准确地查清了塌方处理中注浆饱满度情况,检查了塌腔内是否仍存在危害隧道安全的空洞或松散体;同时,对塌方地段加密设置的钢拱架数量与间距也进行了准确的检测和判定。工程实践表明:结合隧道坍塌灾害相关资料及现场调查,GPR可以无损、快速、准确地检测隧道地质灾害治理效果和整治质量,为准确评价地质灾害治理效果提供科学依据,这对于减少工程隐患、确保工程质量、指导隧道施工具有重要的工程应用价值。     

上软下硬地层双线地铁隧道下穿既有城市道路地层变形规律研究

上软下硬地层地区进行隧道开挖时,常引起较大的地表沉降,危及地表构筑物。依托深圳地铁7号线安托山停车场出入线下穿深圳北环大道工程,采用现场监测研究方法,对该类地层双线隧道下穿既有道路引起的围岩及地层位移进行研究。研究结果表明:道路荷载对隧道围岩沉降有较大影响,当双线隧道间距较小时,全断面注浆对注浆段上方较浅地层位移影响较明显,对临近隧道较深处影响较明显,全断面注浆对地面沉降有较好的控制作用,但要注意控制隆起,该工程中全断面注浆对注浆加固圈以外8 m内影响较大,8~13 m范围影响较小。通过多种监测手段相结合,可以更好的保障施工安全。     

冻土隧道超前支护适应性及施工控制技术

为明确冻土隧道超前支护适应性,主要进行了冻土段超前小导管和管棚的加固效果研究。结果表明:超前管棚和超前小导管应用于高温多年冻土段时,热扰动产生融化圈,在注浆加固范围以外形成热融弱化区,影响其加固效果。根据融化圈的影响深度,双层超前小导管对围岩温度场的扰动是管棚的3～4.5倍。管棚施工中,采用自进式跟管钻进工艺,可有效防止热融塌孔,显著提高孔效率。     

地铁隧道-地层动力相互作用模型试验参数设计

以西安地铁2号线为研究原型,根据模型试验相似准则,设计了列车荷载作用下地裂缝-地铁隧道-地层动力相互作用试验模型。根据试验需求及场地条件,确定采用模型试验箱进行试验,模型试验箱考虑了地铁隧道与地裂缝的不同交角,可以分别模拟地铁隧道与地裂缝呈90°正交、60°斜交、30°斜交的情况,同时,试验采用激振器模拟了不同频率的车辆振动荷载。根据相似原理,合理确定了几何参数、地铁隧道及围岩材料参数、动力加载方式及动力试验参数,以期通过模型试验来研究地铁隧道-地裂缝-地层在列车振动荷载作用下的动力响应规律,为列车振动控制措施研究提供参考。     

八一沟松散堆积体粒度特征研究

八一沟位于地震极重灾区四川省都江堰市龙池镇云华村,历史上多次发生过大规模泥石流。通过对现有的粒度分析方法进行了总结,采用矩法和标度法分析了八一沟内松散堆积体(坡积物、沟床沉积物、泥石流沉积物)的粒度特征,最后对比分析了现有粒度分析方法。结果表明,八一沟上游为泥石流的主要物源和流动区,对颗粒沉积的影响较小,而下游的堆积区则对颗粒级配的改造较大。标度法可以通过幂指函数对松散堆积体的级配进行统一描述,八一沟中上游堆积土体的特征粒径Dc主要分布在10左右,这与该颗粒级配主要形成低密度泥石流的预测和八一沟已发生的泥石流密度(1.7~1.8g/cm3)一致,说明在强降雨条件下,八一沟上游会再次诱发低密度泥石流。因此利用不同的土体粒度分析方法,可以推测松散堆积体的沉积环境及未来的活动特征。     

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。     

基于滑移线网络法的黄土隧道坍塌拱分析及其承载评价∗

针对隧道稳定分析计算方法复杂、计算量大等问题,基于滑移线场提出一种简洁方便的图解法具有重要的理论意义和工程意义。首先发展完善了无支护黄土隧道全断面围岩滑移线网络图分析方法,然后,通过MATLAB实现了滑移线网络法的可视化分析程序,结合试验性黄土隧道塌落监测成果验证了无支护黄土隧道全断面围岩滑移线网络图分析方法的分析程序,最后,评价分析了黄土抗剪强度内摩擦角和黏聚力对黄土隧洞围岩坍塌范围及土拱极限承载力的影响。结果表明:黄土土拱极限承载力随黏聚力的增大而增大且敏感程度升高,黄土土拱极限承载力随摩擦角的增大而减小且敏感程度降低,坍塌范围随摩擦角的增大而减小。     

富水区隧道合理防排水型式及注浆加固参数研究

以在建的某近接水库公路隧道为工程依托,建立其渗流场和应力场的双场流固耦合计算模型;选取3种不同的防排水型式为研究对象,对注浆圈厚度、注浆圈渗透系数、控制排水量等因素对隧道内排水量和衬砌外水压力的影响规律进行探究,提出了合理的注浆圈加固参数、控制性排水量以及最优的防排水方式等。研究结果表明:增大注浆圈厚度或降低注浆圈渗透系数均能实现减小衬砌外水压力的目的,但并不意味着注浆圈厚度越厚、渗透系数越低,对隧道涌水量的控制效果就越好,而是存在一个相对经济合理的注浆圈加固参数值;隧道控制排水量以及排水型式对于控制衬砌结构外水压力的大小起到决定性的作用;采用环向排水管及盲管+墙脚设泄水孔的排水型式,这对衬砌结构受力最为有利。     

松散破碎岩体锚固与监测技术应用研究

松散破碎岩体质量差、变形大、强度低,其加固技术难度大。合理有效的锚固技术是保证松散破碎岩体锚固效果的关键,采用压力分散型预应力锚索锚固因具有诸多优点而成为加固松散破碎岩体的有效技术。针对浙江金丽温(金华—丽水—温州)高速公路K81段边坡特点,综合考虑多种因素对支护设计方案进行优化,探索压力分散型锚索现场施工关键技术(如锚固力短期损失控制技术、补偿张拉控制技术和初始锁定值大小控制技术等)。现场监测数据表明,优化后方案可改善锚固效果,增强边坡稳定性。     

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。     

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。     

地震下超高层建筑非连续性坍塌模拟及特征研究

为了了解超高层建筑在地震作用下的非连续坍塌特征,以基于颗粒流理论的PFC3D作为模拟平台,模拟了某市内一拟建超高层建筑在地震作用下的坍塌过程。按照建筑物为核心筒-框架结构,且具有两变阶的特点构建模型,并分别施加了加速度a=0.2 g,0.3 g,0.4 g的正弦地震波,震动时间为9s,模拟时间为90 s。模拟结果表明:在a=0.2 g时,建筑物最终结构完整,符合7度抗震设计要求;a=0.3 g,0.4 g时,建筑物最终完全坍塌,其过程为:首先从核心筒中与震动方向相同的剪力墙开始破坏,然后是垂直震动方向的剪力墙折断,上部核心筒在整体完整情况下再次折断,下部框架分离,整体建筑垂直坍塌;a=0.4 g时的坍塌速度大约是a=0.3 g时坍塌速度的2倍。最后针对坍塌过程特征,提出了抗震构造措施。     

隧道开挖地层位移计算方法及工程应用∗

经验方法是计算隧道开挖引起地层位移的重要方法,尤其是当地层的非线性塑性变形显著时,经验方法可更为合理地描述地层的位移分布规律,但是可实现地层竖向位移和水平位移统一计算的方法尚未建立。基于隧道上方土体单元的运动特征,提出了隧道开挖引起的地层位移的经验计算模型,建立了地层水平位移和竖向位移之间的关系。通过分析 25 组现场工程数据,优化了隧道上方地层最大沉降 S_v,max（z）的公式,结合已有的沉降槽宽度系数 i（z）的公式,发展了 Peck‐Mair 公式,实现了隧道上方地层竖向位移场的合理计算。根据地层水平位移和竖向位移之间的关系,基于发展的 Peck‐Mair 公式,推导了地层水平位移的计算公式,实现了地层竖向位移和水平位移的统一计算。在地层水平位移计算公式中,变量 H（z）表示土体运动定向点位置随深度的变化规律,基于工程实测结果提出了一个对数函数实现了 H（z）的定量描述。利用伦敦 HEX 隧道工程中实测的 2 组地层位移数据,验证了所提地层位移计算方法的合理性。最后,将提出的地层位移计算方法应用在北京地铁 12 号线安‐安区间渡线段隧道开挖工程,实现了该工程中隧道开挖引起的地层位移场的反演。     

长公路隧道交通安全研究

由于在长公路隧道中行驶时车道相对封闭、光线时强时弱、行车自由度偏小、空气不易流通等,在隧道内易发生交通事故,而且交通事故发生后易引起火灾,产生的浓烟较难疏散,事故后果及事故救援方法都与其他的交通事故不同。随着隧道交通事故数量不断增加,隧道已经成为交通事故的主要空间分布点和事故黑点。采用事故致因理论,详细分析了造成交通事故的各种原因,找出了引发事故的根源,然后提出了一系列隧道交通安全措施。最后构建了公路隧道交通事故应急系统,可最大程度减少交通事故损失。     

城市燃气管网的地震安全控制技术研究

介绍了落球式全机械式地震自动关闭的燃气阀门以及永磁式全机械地震燃气阀门以及基于地震动参数控制的城市燃气管道地震安全控制系统技术的结构原理、技术性能,并对其进行了全面测试,获得了理想的结果。在唐山某小区率先安装了国内第一套燃气管网地震安全控制系统,该系统已安全运行了近4 a。     

输水隧道的减震措施研究

隔震技术是近几十年发展起来的新技术,对地面结构减震效果显著。本文运用Newmark隐式时间积分有限元法并采用粘-弹性人工边界,分析了在输水隧道施工中设置减震层和注浆加固一定范围内围岩这2种方法的减震效果、适用条件及其减震机理。计算结果表明:减震层或加固层的设置均使隧道衬砌应力减小,起到保护隧道衬砌的作用;在较大的范围内注浆加固围岩的办法,对软土中的输水隧道的减震更加有效,它能充分发挥围岩的承载能力;而在围岩与衬砌间设置减震层的办法,对稳定性极好的坚硬围岩中的输水隧道的减震效果更加有效。计算结果可为地震区的输水隧道抗震设计提供依据。     

新建隧道上穿既有隧道引起的剪切错台变形研究

采用剪切错台模型,研究新建盾构隧道上穿对下方既有地铁盾构隧道的影响。考虑新建隧道上穿时刀盘附加推力、盾壳摩擦力、注浆附加压力以及土体损失在既有隧道轴线处产生的附加应力,将既有盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理并采用合理的位移试函数,建立计算方程来求解既有隧道的竖向位移值、盾构环之间的错台量以及环间剪切力值,同时对相关参数采用控制变量的方式研究其对既有隧道的影响。研究结果表明:本文方法计算得到的既有盾构隧道竖向隆起值与实测值较为吻合;既有盾构隧道竖向位移最大值处的隧道错台量接近0,在竖向位移曲线的反弯点处隧道错台量和环间剪切力值最大;随着新建隧道的掘进,既有隧道的竖向位移、错台量和环间剪力值不断增大,最后趋于稳定;两隧道的轴线交角越小,既有隧道的竖向位移值就越大;两隧道的净距减小时,既有隧道的隆起变形会更加明显。     

公路隧道火灾起因及预防研究

在总结分析近30年典型大中型公路隧道火灾案例基础上,给出了大中型隧道火灾主要起因统计,根据隧道火灾起因和故障树(FTA)分析原理,建立了隧道火灾起因故障树,通过计算故障树各基本事件发生的概率,计算出各基本事件关键重要度并进行排序,找出了导致隧道火灾的常见高频原因,并提出了防范隧道火灾的措施.