基坑开挖影响下下卧盾构隧道变形及控制措施研究

近年来地铁建设不断加快,在地铁隧道上方施工已成常态。为研究基坑开挖影响下下卧盾构隧道的隆起变形,评价不同变形控制措施的实际控制效果,以武汉市轨道交通6号线琴台变电站地下电缆通道工程为例,采用两阶段法计算了基坑开挖影响下下卧盾构隧道的隆起变形,同时采用数值模拟方法对无加固、压力注浆加固、水泥土搅拌桩加固和压力注浆+水泥土搅拌桩综合加固控制措施4种工况下下卧隧道的隆起变形值进行了数值模拟计算,并将数值模拟结果与实际工程监测数据进行了对比分析。结果表明:对于初步预测基坑开挖引起下卧盾构隧道的隆起变形,该理论计算方法可靠、实用;压力注浆+水泥土搅拌桩综合加固控制措施使下卧盾构隧道的隆起变形和横断面收敛变形值分别减小至2.3 mm和0.35 mm,控制效果良好,具有一定的实际推广意义,可为类似工程提供参考。     

红层软岩隧道围岩稳定性及支护时机研究

新奥法作为一种目前国内外地下工程建筑及隧道施工时普遍应用的方法,其原理与优势得到了广泛认可。为分析红层软岩隧道施工中的围岩稳定性和支护合理性,根据成贵高铁南厂沟隧道工程实际情况,利用实时监测的隧道围岩拱顶下沉和周边收敛数据,基于新奥法理念研究了隧道围岩的稳定状况、变形规律以及二衬支护时机。结果表明:南厂沟隧道红层软弱围岩变形可分为变形急速增加阶段、变形相对稳定阶段和变形缓慢增加阶段三个阶段;针对围岩拱顶下沉和周边收敛的合理的拟合曲线,通过拟合计算可以得到围岩变形趋于稳定的时间,并据此提出合理地判定二衬施作时间的方法,可为类似工程提供借鉴。     

基于人工神经网络的炭质岩隧道锚杆应力计算研究

锚杆在软弱围岩隧道加固中的应用非常广泛,为研究其受力特性,以广西某炭质岩隧道为依托,采用现场试验的方法对隧道监测断面锚杆应力进行了测试,并利用人工神经网络(ANN)分析方法,建立了基于ANN的隧道锚杆应力预测模型,通过将模型预测结果与实测结果进行比较,以验证所建模型的准确性和有效性。结果表明:所建模型以围岩应力、渗透压和围岩应变位移为输入参数,较为全面、合理地反映了锚杆应力的主要影响因素;模型计算所得预测值与实测值的相关系数R~2大于0.65,均方根误差RMSE低于0.65 MPa,方差比VAF大于80%,说明模型能够准确、有效地预测锚杆应力。该研究可为有效地估算复杂地质条件下隧道支护的锚杆应力提供参考。     

深部隧道单节理岩体开挖卸荷破裂及锚杆加固研究

深部隧道开挖卸荷引起的岩体破裂是地下工程典型灾害之一。针对深部隧道单节理岩体在开挖卸荷条件下的破裂问题,基于开挖卸荷引起的最小主应力线性降低规律,采用Griffith强度理论准则对开挖卸荷条件下的含单节理岩体破裂进行了分析,并对破裂岩体进行了锚杆加固设计研究。结果表明:当结构面倾角大于支护应力状态下的破裂角时,深部岩体初始应力状态下未产生破裂,随着最小主应力的降低,深部岩体先产生材料破坏后沿结构面破坏;当支护应力状态下的破裂角大于结构面倾角时,深部岩体受支护应力作用仅产生材料破裂;当结构面倾角小于最小主应力为0时对应的破裂角,深部岩体无论是否支护岩体仅产生材料破裂;对于深部岩体,产生破裂的必要条件是最大主应力大于8倍的岩体抗拉强度,且破裂角变化于30°~45°之间;岩体支护应力的选择应在岩体初始破裂应力与结构面破裂应力之间,并且要保证岩体应力的释放率以及围岩的稳定性。石塘隧道岩体破裂分析及锚杆加固研究表明:岩体首先产生材料破坏,其破坏的临界应力值为10.25 MPa,对应的破裂角为39.9°,结构面破裂的临界应力值为4.15 MPa;石塘隧道岩体在无支护条件下,沿结构面产生突发性破坏,岩体支护应在开挖完成40.59h内完成,岩体支护应力为7.175 MPa,支护破裂角为37.5°,单根锚杆锚拉设计值为88.7kN,锚固长度为5m,倾角为15°,间距为0.8m,此锚杆设计参数下可保证岩体应力充分释放以及确保围岩的稳定性。     

岩土施工技术修复有机物污染土壤的中试研究

本文采用高压旋喷注浆法和搅拌桩注浆法对某有机物污染场地进行原位修复研究,比较了对大深度、重污染有机土壤的修复效果,同时也比较了其施工时长、施工难度和修复成本;进一步研究了水泥添加量为土壤质量3%时,对修复效果的影响。中试试验表明,两种方法对土壤中的有机污染物均能达到修复目标,其中高压旋喷注浆法施工时长更短,难度和成本更低;同时,添加水泥后对修复效果无影响,这为解决施工后场地承载力问题提供了方向。     

深井大倾角煤层高帮回采巷道围岩控制技术研究

东保卫煤矿大倾角高帮半煤岩巷道具有变形量大、初期变形速度大、变形持续时间长等特点,其应力环境、围岩性质、施工工艺和常规单一性支护等是导致巷道围岩变形破坏的主要原因。本文针对该工程实际,以"卸压合理、成型规整、支护有力、注浆牢固"为围岩变形控制原则,通过采用窄煤柱沿空掘巷、聚能定向控制爆破和"四锚支护"技术,形成了一个多层次的优势互补的支护技术体系,经工程实践证明这种支护技术体系能够有效地控制围岩的变形破坏,具有良好的支护效果和广阔的推广应用前景。     

公路隧道信息化施工与计算机辅助决策系统研究

结合公路隧道建设实例,通过需求分析,提出了公路隧道信息化施工与计算机辅助决策系统的总体思路。利用数据库技术与软件工程技术,对此系统进行了详细设计,并开发了此软件系(Tunnel-CAS)。该软件系统集围岩类别智能判别、围岩应力分析与预测、围岩变形分析与预测和围岩支护结构安全性判别四大功能于一体,具有友好的用户界面。     

深基坑桩锚支护体系的受力变形研究及优化设计

桩锚支护体系是近年来随着基坑工程的发展而发展起来的一种新型支护结构,因其工程适用性强而被广泛地运用于岩土工程施工中。但是目前有关基坑桩锚支护体系的理论研究往往无法满足现场施工技术的改进,很多以诸多假定为前提的计算模型并不能真实地反映基坑桩锚支护结构与土层之间的关系,以及桩锚支护体系本身的受力和变形特征等。本文以武汉市东湖春树里基坑支护工程项目为例,对该工程深基坑桩锚支护体系的结构受力及变形状况进行了ANSYS有限元数值模拟和分析,同时运用混合遗传算法研究分析了基坑支护相关的参数和约束条件,并对该基坑桩锚支护体系的结构进行了优化设计。     

基于尖点突变理论的隧道工程压力锚杆稳定性研究

以压力锚杆为研究对象,针对隧道工程压力锚杆支护的复杂性建立力学模型,利用突变理论的基本公式推导出压力锚杆几何失稳的尖点突变模型,通过工程实例验算与实测对比的方式对推导出的尖点突变模型进行验证。研究结果表明:利用突变理论的尖点突变模型分析隧道压力锚杆稳定性可行;锚杆注浆固化形成一定的连续承载拱圈的同时水平力Q协助发挥锚杆的剩余强度,且越靠近锚杆中点作用效果越显著。可反馈指导隧道建设中压力锚杆布设长度、注浆位置、加固深度、锚杆应力及为现场监测点位置提供理论依据。     

湖北省十白公路阳南沟隧道进口边坡防护方案论证

边坡防护方案的合理有效是确保边坡治理及边坡长期稳定的关键,分析评价边坡防护方案具有重要的工程意义。采用极限平衡方法对湖北省十堰至白河公路阳南沟隧道进口边坡的稳定性进行了分析与评价,提出了整体加固和局部加固的综合防护方案,并采用有限单元方法对边坡防护方案进行模拟分析与评价,评估防护方案的合理性和有效性。结果表明:采取抗滑桩整体加固措施能保证边坡整体稳定,可有效地控制边坡的整体变形,减小边坡变形对阳南沟隧道大桥桥墩的影响,而采取抗滑挡墙能有效地控制边坡的局部稳定;整体加固和局部加固的边坡综合防护方案是合理的,可有效地确保阳南沟隧道进口边坡在施工和运营期间的长期稳定。该研究可为类似地区边坡的防护工程设计提供参考。     

长江Ⅰ级阶地某深基坑地下水控制分析

对于地处长江I级阶地的深基坑工程而言,由于其地层软弱、水文地质条件复杂、周边建筑密集等原因,地下水的有效控制成为基坑开挖成败的关键。本文以位于湖北荆州市繁华中心城区的地下商业城某深基坑工程为例,通过理论分析和经验判断,提出采用竖向隔水帷幕+深井降水的综合方案来控制深基坑地下水问题,即在弱透水层的潜水和承压水采用在支护桩之间施打高压旋喷桩形成竖向隔水帷幕,在强透水层的承压水采用井管降水的方法来控制基坑地下水,但降水井的深度要适当。经过工程实践验证表明,弱透水层的潜水、承压水的处置措施得当,可为富水复杂环境地质条件下的深基坑工程的设计与施工提供借鉴。     

生态复合改性黄土抗水蚀与强度特性试验研究

针对在降雨条件下,裸露的黄土边坡土体极易发生侵蚀,造成严重的水土流失问题,提出采用新型SH固化剂、木质素磺酸钙与水泥生态复合改性加固黄土的治理方法。通过单掺试验,初步确定了三种固化材料对黄土固化效果的影响规律与掺量范围;通过正交试验,确定了适宜黄土边坡植被护坡的复合改性配方的最优配比为0.5%掺量木质素磺酸钙、4%掺量SH和2%掺量水泥,在该配方下固化土的7 d无侧限抗压强度达到了2.43 MPa,满足护坡强度的要求,且耐水性能明显提高;利用扫描电镜试验,对比分析了复合改性前、后固化土的微观形貌结构变化,结果表明水泥水化产物填充孔隙与胶结土颗粒,木质素磺酸钙与黏土颗粒发生离子交换作用,SH高分子链搭接土颗粒且分子链间相互交联,三者共同促进土颗粒形成团聚结构,从而提高了土体的强度和水稳定性。该研究可为生态护坡工程中土壤的加固提供参考。     

复杂地质条件下高寒山区超长公路隧道总体建设方案研究

天山隧道为我国最长的高寒山区公路隧道,其地质条件极其复杂,且国内缺少建设此类隧道的经验。针对该隧道的线位方案、断面布置、洞口位置和路面结构型式四个方面,通过文献调研、理论分析,开展了全面、系统的对比研究工作,确定了安全、经济、合理的总体建设方案,即:选取K线方案作为隧道越岭线路方案,其纵坡采取0.9%/16 800/2 810.87与-0.5%/4 860/2 937.77的组合;采用两主洞加服务隧道的断面布置方案;选取合理的隧道洞口位置,并针对洞口出现的工程地质问题,提出了相应的防治措施;对比和分析了沥青路面与水泥路面的优缺点,并建议采用水泥路面作为隧道路面结构型式。该总体建设方案对高寒山区类似超长公路隧道的快速施工、运营管理、建设工期控制等具有重要的指导意义。     

基于可拓综合评价模型的隧道塌方概率计算方法

塌方是隧道施工过程中最常见的事故。在研究塌方发生的孕险环境及致险因子特征的基础上,选取岩石坚硬程度、岩石完整性、地下水流量、隧道埋深、隧道偏压、施工效果6个评价指标,依据可拓学理论,建立了隧道塌方评价的物元模型,采用层次分析法确定了各评价指标的权重,并通过实际的隧道塌方概率等级关联度计算,对京台线杉溪隧道塌方进行了评价。评价结果表明:左洞掌子面ZK27+445处隧道塌方概率为很可能(j0=4),与现场实际情况相符合。该评价方法能有效计算出隧道塌方发生的概率等级,是一种实用的计算方法,对塌方的预测具有一定的指导意义,也为今后隧道塌方评估提供了一条新的思路。     

危险废物填埋场地下水环境风险防控体系研究:以某危险废物处置企业为例

以某危险废物处置企业为例,识别厂区造成地下水污染的主要环境风险为危险废物填埋场防渗系统失效造成渗滤液渗漏。设定隔水帷幕、井流抽水、隔水帷幕+井流抽水等3种地下水污染控制方案,运用数值模拟技术分析填埋场污染物事故泄露情况下,各方案对地下水中污染物迁移的控制效果。研究结果表明,通过对重点风险源填埋区设置85 m长垂直幕墙,采用5口井以总水量250 m~3/d,不同时段各井变抽水量进行抽水,可将污染物超标范围控制在可接受的范围内,据此制定在该企业危险废物填埋区设置防渗层检漏系统和注浆法修复措施、监测井加密观测和抽水井变水量抽排系统,以及划定禁止开发利用地下水的环境风险应急区等地下水环境应急措施与响应机制。     

微生物改性肥槽回填土试验

现代城市建设中,狭长且超深的基坑肥槽因作业空间受限回填质量普遍偏低,肥槽回填土后期易产生不均匀沉降、渗水以及抗浮等问题,亟待采取新型有效的措施提高肥槽回填质量。微生物诱导碳酸钙沉积(MICP)作为一种新型加固技术,可用于提高回填土强度并降低回填土渗透。为探究MICP技术应用于肥槽回填土的改性效果,以室内试验为先导,探讨2种改性方法在不同菌液细胞浓度、胶结干粉施加比例及胶结液浓度的配比下的改性效果,再将最佳配比的改性方法应用于实际工程验证。结果表明：2种改性方法中渗流法相较于拌制法胶结质量可控、改性效果更好。渗流法最优添加物配比为10倍稀释的菌液及低浓度0.5 mol/L∶0.5 mol/L(尿素与氯化钙浓度比例)的胶结液。现场验证试验改性后肥槽回填土相较于常规措施回填土,无侧限抗压强度提升174.2%～772.7%,压缩系数值减小0.09～0.41,孔隙比减小0.08～0.5,渗透系数降低1～4个数量级。改性后肥槽回填土对比常规措施回填土不均匀沉降基本消除,阻隔地下水渗流能力增强,回填质量显著提高。     

桩周土体物理力学性质对滑坡抗滑桩桩间距的影响

抗滑桩加固是滑坡防治的主要工程措施之一,桩周土体物理力学性质对桩-土相互作用有较大影响,进而影响抗滑桩桩间距的确定。基于抗滑桩最小桩间距的计算方法,通过解析法分析了桩周土体物理力学性质对土拱强度条件和桩-土相互作用平衡条件的影响,并利用数值模拟方法研究了桩周土体物理力学性质改变后对抗滑桩桩后滑坡推力分布形式的影响;针对部分渣土边坡中土体物理力学性质较差导致抗滑桩桩间距较小的问题,提出了渣土边坡堆积过程中在抗滑桩设桩处周围填筑改良土体的方法来优化抗滑桩的最小桩间距,并对填筑土体类型、填筑范围和填筑深度进行了研究;讨论了桩周土体物理力学性质对抗滑桩最大桩间距的影响,并将其影响结果与桩周土体物理力学性质对抗滑桩最小桩间距的影响结果进行对比,分析了桩周土体物理力学性质对抗滑桩最小和最大两种桩间距影响效果不同的原因。以深圳某渣土边坡为例验证了在桩周填筑改良土体优化抗滑桩最小桩间距的方法,结果表明该方法在不增加施工成本和施工难度的基础上优化了抗滑桩的最小桩间距,可达到节省渣土边坡治理成本的目的。     

生物绳填料净化河流的效果及微生物群落分析

为了改善河流水质,选择了一种新型生物绳填料净化受污染河水,考察了其去除污染物的效果,分析了生物膜的形成过程以及微生物群落结构特征。结果表明:该生物绳过滤悬浮物质的效果较好,SS去除率可达90%;但COD和TP的去除率不高,分别为19.4%~34.4%和13.1%~18.5%;NH3-N和TN去除效果较好,去除率分别为55.2%~74.0%和46.2%~55.9%。环状纤维表面及其形成的空隙极有利于微生物附着。微生物群落分析表明:变形菌门Proteobacteria是克隆文库中的第一大类群,占总克隆子的57.9%;表层生物膜细菌多样性和丰富度较好,内层优势菌的富集状况较好。生物绳由外到内依次形成好氧-兼性-厌氧的动态环境,有利于生物脱氮的进行。     

5种植物沉床系统对富营养化水体修复效果研究

以狐尾藻、马来眼子菜、金鱼藻、伊乐藻和苦草5种沉水植物为试验材料,构建以沉水植物为核心的人工沉床,探讨富营养化水体中沉水植物的生长状况和沉水植物沉床系统对氮、磷和COD_(Mn)的净化效果。结果表明:5种沉水植物在富营养水体中生长良好,生物量明显增加,以金鱼藻生物量最大。5种沉水植物沉床系统对富营养化水体中的TP、TN和NH_4~+-N去除率较高,均值分别为70.16%、79.60%、79.82%,而对COD_(Mn)的去除率较低,平均为39.74%;其中金鱼藻沉床系统对富营养化水体中的TP、TN、氨氮、COD_(Mn)去除率均最高,分别为79.76%、85.23%、85.81%和46.16%。因此,金鱼藻沉床系统对富营养化水体修复效果最好,同时金鱼藻也是该沉床系统的优选植物。     

多级垂直流水培植物系统对生活污水净化效果及稳定性研究

鉴于传统人工湿地存在基质易堵塞、系统长期运行不稳定等缺点,提出采用4级垂直流水培植物系统处理城市生活污水,考察了系统稳定性及2种不同植物对COD、NH3-N、TN、TP的去除效果。系统在运行42 d后达到稳定,该系统随着反应级的增加,出水水质变异系数逐渐减小,稳定效果逐渐提高。稳定后蕹菜系统和水稻系统对COD、NH3-N、TN、TP的平均去除率分别为66.4%、92.9%、86.0%、89.6%和62.1%、90.4%、82.5%、76.8%,污水处理系统出水达到GB 18918—2002《城镇污水处理厂排放标准》的一级B级标准。