深埋老黄土隧道支护限阻器力学特性及其应用研究

为深入探究基于限阻器的隧道让压支护,即限阻支护的受力特征,基于室内试验结果,采用数值计算和数据拟合的方法,系统阐明了限阻器的力学性能和本构关系,提出限阻支护的数值模拟方法;并结合工程应用,分析不同参数下限阻支护的变形和受力特征。结果表明:限阻器的力学性能与竖板的高度和厚度相关,引入预制弯弧可使限阻器性能可控;限阻器采用应变软化/硬化实体单元和弹性正交异性膜单元模拟;限阻器较小的恒阻值降低了限阻支护的轴力但同时也增大了弯矩,有利于小偏心受压破坏防治但增加了大偏心受压破坏风险;限阻器的合理压缩量为7~12 cm,建议在工程应用中对限阻器做降高、增厚和弯弧优化,可进一步增效降本。

三维激光扫描辅助隧道大变形控制研究

为解决在高地应力软岩大变形隧道控制研究中,传统监测方法有限断面有限点、监测结果以点带面、难以发现最大最小平均变形,无法为隧道初支优化调整提供有效数据支撑等问题,以沙嫰山二号隧道为依托,采用三维激光扫描仪对隧道初期支护进行全息变形监测,获取隧道初期支护的变形全貌,并进行沉降收敛和断面轮廓变形分析。同时依据三维激光变形监测结果,设计适应隧道变形特征的限阻耗能支护结构,对软岩大变形隧道初期支护破坏问题进行控制。结果表明:(1)三维激光扫描仪与全站仪沉降监测方差为3.03 mm、收敛监测方差为3.42 mm,两种仪器监测精度相当;(2)三维激光扫描仪监测结果显示,初期支护左侧出现受围岩剪切滑移带影响的局部鼓出问题,鼓出影响范围为左拱脚至左拱腰,且沿里程方向呈现明显的时空效应,监测段初期支护变形包络结果显示,拱顶左侧变形平均值35.2 cm、右侧变形平均值16.4 cm;(3)依据三维激光扫描仪监测结果不对称的设计限阻耗能支护结构,与设计支护段相比,对初期支护破坏取得了较好的控制效果,同时通过变形加速度来判断隧道变形速率的发展,避免累计变形和变形速率预警中假型性预警现象。

引水隧洞下穿既有铁路隧道爆破施工振动影响及对策

结合云南省盐津县白水江三级电站引水隧洞下穿内昆铁路手扒岩隧道爆破施工工程,采用LS-DY-NA显式动力数值模拟方法及现场爆破振动监测,研究钻爆法施工产生的振动对既有铁路隧道的影响。结果表明:爆破振动影响大小与单段起爆药量、爆源距考察点距离关系密切,随药量的减小、距离的增大而减小;在掌子面接近、远离既有隧道相同的距离时,接近时产生的竖向振动速度大于远离时的;振动速度方向和爆源与考察点的方位有关,当两者为左右关系时,水平方向为主,当两者为上下关系时,竖直方向为主;数值模拟与现场监测所得规律和数值均有较好的一致性,证明了采用该方法研究隧道工程爆破振动影响的可行性和正确性。

深埋硬岩隧道初期支护劣化过程衬砌力学特性试验研究

通过室内相似模型试验对深埋硬岩隧道的开挖、支护及初期支护的劣化过程进行模拟,就初期支护劣化过程中的二次衬砌的荷载、位移及内力的变化规律进行深入研究。研究结果表明,二衬的内力随喷射混凝土的劣化呈现出相对稳定的增加,而随着锚杆的劣化呈现出明显的阶段性增加,而且锚杆的劣化相比较于喷射混凝土的劣化对二次衬砌的影响更为明显;总体上二次衬砌的荷载、位移及内力的增加都呈现出先缓慢增加,后快速增加,而后又趋于稳定的变化规律,拱顶及边墙是受力变化最为明显的区域,通过检算,衬砌的安全性是远远满足规范要求的,结构有较大的安全冗余度,可见当前的设计是偏于保守的。

基于围岩稳定性的大断面隧道初期支护优化

文中依托郑州—万州(郑万)铁路客运专线的新庄岭隧道工程,采用现场实测、数值计算、理论分析等手段对隧道稳定性和初期支护各组成部分的支护效能进行了研究。首先,通过对初期支护中喷射混凝土、型钢钢架、锚杆三个组成部分的应力进行监测,分析测试数据发现各组成部分的强度未得到充分发挥,在此基础上基于经济性提出相应的初期支护优化对策。然后,采用有限元极限状态法对优化后初期支护的隧道稳定性进行了分析,借助位移、应力和塑性区等指标证明初期支护优化对策的可靠性。最后,基于隧道三度空间分布特征,确定了该隧道的D_Ⅰ-E-D_Ⅱ空间,发现本段新庄岭隧道的实际埋深处于E空间范围,从理论角度证明了现场测试和数值计算结果的合理性。初期支护的优化工作和方法可以在保证工程安全的基础上,提升其经济效益,以资类似工程提供借鉴。

基于WebGIS的地下工程安全风险管理系统

为解决地下工程施工阶段安全风险的动态评估与管理问题,基于对地下工程施工期安全风险的分析,建立了完善的风险指标体系,并考虑近接影响提出了安全风险的评价方法及适用于地下工程的风险接受准则.结合京石客运专线石家庄隧道工程,开发了基于WebGIS的风险管理系统.该系统能实时采集监测数据、专家评价和门禁系统等信息以及安全风险的动态评估与预警,并及时给出风险的应对措施.工程应用及监测数据表明:该系统切实降低了施工期间的安全风险,有效预防或减少了事故的发生.

城市复杂隧道群中超小净距夹岩稳定性研究

以重庆红岩村处5座隧道组成的隧道群为背景工程,通过数值模拟和室内模型试验的方法,研究隧道群间夹岩的力学行为特征和破坏形态。结果表明:隧道群施工过程中,夹岩的主应力方向会发生偏转且应力集中效应明显,夹岩最薄弱处受剪严重且极易发生剪切破坏;夹岩最不利状态发生在第Ⅲ阶段(三纵线左侧主隧道开挖且未支护阶段);洞群失稳是从夹岩失稳开始的,故夹岩稳定是洞群稳定的关键,及时提供足够的支护反力或对夹岩加固才能够最大限度地保证夹岩的稳定性;模型试验得出的夹岩破坏过程和形式与实际工程中的相似、与理论分析和数值计算的基本吻合,验证了理论分析和数值计算的正确性。

隧道上方挖填方受初始埋深的影响分区研究

依托连霍高速公路改扩建工程,基于强度折减法,研究不同初始埋深下隧道上方填挖方时的影响分区,并结合实际工程进行了验证分析。结果表明:随着初始埋深的增加,填挖方时隧道的安全系数整体呈减小的趋势,埋深较浅时隧道的安全系数受初始埋深的影响较大,随着埋深增加,受初始埋深的影响越来越小,且每次填方高度对隧道结构也有一定影响,当填方高度不大于10m、初始埋深大于40m时,可认为填方时初始埋深对隧道结构无影响,当埋深大于80m时可认为填方高度对隧道结构无影响;当挖方高度不大于10m、初始埋深大于50m时,可认为挖方时初始埋深对隧道结构无影响。通过现场实测数据的分析,阌乡隧道和函谷关隧道受上方施工影响断面的水平收敛、轨道沉降和结构应力变化数据都远小于规定允许值,可认为无影响,同时验证了影响分区的合理性,对类似工程具有一定的指导意义。

长大隧道穿越断层带减震结构数值解析研究

近年发生的大地震中,隧道在断层破碎带的破坏现象严重,衬砌结构抗减震设计问题尤为突出。为了缓和断层位移对隧道的损伤,提出由平滑层、吸收层、接头、去摩擦层等4个单元构成的减震设计建议。通过解析使用高压缩性混凝土(水灰比为W/C=50%)、发泡苯乙烯(EPS)作为吸收层的地震响应结果,得出以下结论:采用发泡苯乙烯(EPS)作为吸收层,其初始刚度小,减震效果明显,但在列车荷载作用下有可能产生过大的变形;采用高压缩性混凝土作为吸收层具有充分屈服后吸收断层位移的变形特性和抑制列车荷载产生过大变形的初始刚度。通过改变高压缩性混凝土的球壳种类、充填率和砂浆配比等来改变其刚性。但W/C不应过高,造成多壳砂浆的单轴抗压强度不能承受列车的荷载,有可能造成隧道的损伤。本文使用W/C=50%时对断层位移小于1.0 m时缓和效果较好。

近景摄影测量法在地下工程中的应用

近年来，结合地下工程的现场量测和模型试验，引入了近景摄影测量的方法，对位移场、既有隧道衬砌变形及新建隧道轮廓超欠挖等进行了量测。取得了较好的效果，开辟了一条地下工程量测技术的新途径。

寒区破碎岩体隧道冻胀力室内对比试验研究

根据相似理论,以曲墙式、直墙式和圆形衬砌为例,通过模型试验方法研究了寒区破碎岩体隧道在不同约束条件和冻结深度下衬砌所受法向冻胀力(以下简称冻胀力)的量值和分布规律.结果表明:冻结深度越大,冻胀力越大;顶端约束越强,冻胀力越大.对于曲墙式和直墙式衬砌,顶端约束对拱部和仰供处冻胀力影响较大,对边墙处冻胀力影响较小;对于圆形衬砌,顶端约束对整个衬砌所受冻胀力影响程度相差不大;直墙式衬砌受冻胀力的量值最大,圆形衬砌受冻胀力量值最小.对于3种衬砌结构,最大冻胀力均发生在仰供脚处.试验数据与现场测试数据基本吻合,说明试验有较好的准确性.

高压缩性混凝土材料在隧道穿越断层带的应用及减震效果研究

在大量的隧道建设中,特别是长大隧道,不可避免地会在活断层附近和高烈度地震区修建,地震中隧道穿越活动断层段结构破坏现象严重,衬砌结构的抗减震设计问题尤为突出。为了缓和断层位移对隧道的损伤,提出使用高压缩性混凝土作为吸收层的减震设计建议,通过数值模拟对比分析使用高压缩性混凝土作为吸收层的地震响应结果。结果表明,采用高压缩性混凝土作为吸收层具有充分屈服后吸收断层位移的变形特性和抑制列车荷载产生过大变形的初始刚度。通过改变高压缩性混凝土的球壳种类、充填率和砂浆配比等来改变其刚性。但W/C不应过高,否则会造成多壳砂浆的单轴抗压强度不能承受列车的荷载,有可能造成隧道的损伤。

上软下硬地层地铁隧道与近接桥梁桩基的相互影响分区研究

依托青岛红岛—胶南城际轨道交通工程侧穿多座桥梁的工程实例,采用有限元强度折减法,对上软下硬地层桩基近接影响下的隧道安全系数变化规律进行研究。结果表明:1)水平方向上,随水平净距增大,隧道安全系数增加,至1倍洞径后,安全系数趋于稳定;2)竖直方向上,随埋深增加,隧道安全系数表现为先增大后减小;3)桩基的存在将降低隧道安全系数,增加隧道达到最大安全系数所需的埋深。通过有无桩基对比,对不同相对位置关系下的地铁隧道近接桥梁施工影响程度进行判定:1)总体上竖向的影响范围和影响程度均大于横向;2)当隧道埋深位于桩底以上时,近接施工几乎只对隧道产生影响;3)当隧道埋深位于桩底以下时,近接施工对于隧道和桥梁桩基均有不同程度的影响,当隧道位于桩底时达到最大。通过样条函数插值补全和多重二次曲面拟合的方法,给出影响系数通用分区图,并结合数值模拟下的桩基受力变形特征,得出影响系数0.8对应的等值线为强影响区与弱影响区的分界线,影响系数1的等值线为弱影响区与无影响区的分界线。通过影响分区结论与监测数据对比,验证了研究成果的实用性。

冻土三轴冻胀应力-应变试验方法研究

提出了一种试验方法,研究土体或破碎岩体在不同含水率、不同温度、不同应力状态下冻结后产生的冻胀应变与冻胀力之间的关系,并针对寒区隧道提出了一种新型三轴冻胀应力-应变关系.试验设备采用应变控制式三轴仪及低温冷冻库,通过改变测力环的刚度来实现不同约束状态,进而得到土体或破碎岩体在不同约束状态下冻结后产生的冻胀应变及冻胀力,将这些特征点进行回归分析即可得到冻胀应力应变关系.根据上述试验方法,对饱和砂土进行三轴冻胀应力-应变试验.结果表明:冻胀应力应变关系呈对数曲线变化,且冻胀力随冻胀应变的对数呈线性变化;轴向约束越强,冻胀应变越小,冻胀力越大,且冻胀力随轴向约束强度的增大趋于某一极值;围压越大,冻胀力和冻胀应变越大.

小净距大跨度公路隧道安全风险管理与施工技术

小净距大跨度隧道风险影响因素复杂、施工期风险较大,需要开展有效的安全风险管理。通过对各类小净距大跨度隧道施工安全事故的分析统计,并结合现场施工实践,建立了安全风险评价指标体系,提出了施工阶段风险管理理念。文章引入ANP方法综合分析风险指标体系各指标间的相互关系,计算出各指标的整体权重,评价出施工中的主要风险源,并针对其制定了有效的施工控制措施。广安翠屏山隧道工程实践证明,实行安全风险管理可提高施工期安全水平,保证工程的顺利推进以至完工。其理论和方法可为同类工程所借鉴。

深圳地铁重叠隧道近接施工影响的数值模拟分析

根据深圳地铁一期工程罗湖—国贸—老街—大剧院三区间隧道的地质条件及设计文献对重叠及交错地铁区间隧道 ,按不同净距分为先上后下及先下后上施工 ,采用 FL AC分析软件 ,按平面应变问题模拟围岩、支护结构及开挖过程 ,对应力场、位移场进行了计算模拟分析 ,其结果供设计及施工参考。

考虑峰后效应的围岩特征曲线

运用UDEC离散元程序对直剪试验进行数值模拟,结果表明该方法可以有效模拟岩石峰后剪胀效应。运用理论分析和数值模拟试验的方法,对某一在建四线铁路车站隧道的全过程围岩特征曲线进行研究。研究结果表明:提出的"统一围岩特征曲线"考虑了弹塑性介质向松弛介质的过渡,运用了弹塑性支护理论、松动圈支护理论和普氏理论,反映了形变压力到松弛压力的转变,体现了不同阶段存在着不同性质的支护荷载;在岩石峰后区应使用可伸缩性支护或多次支护;盲目加大支护刚度反而会使支护承担较大的碎胀力。

隧道地震响应模型试验箱体设计与合理性验证

结构动力试验是探究结构地震响应机理的重要研究手段之一。目前在研究隧道工程结构地震响应机理的动力试验中所采用的模型箱主要有刚性模型箱、柔性模型箱以及层状剪切模型箱,但这三种模型箱因各自的结构特点都具有一定的缺陷和不足。为了达到更好的试验效果,文章提出一种新型试验模型箱——动静耦合模型箱,并通过振动台动力试验验证该模型箱的有效性。基于该模型箱提出了一种研究隧道工程结构地震响应的新方法——拟静力法。通过动力试验和拟静力法试验结果的对比,认为拟静力法试验可以一定程度替代动力试验,既拓宽了该模型箱的试验方式,同时也拓宽了隧道地震响应模型试验的研究方法。

动静耦合剪切模型箱的设计分析及试验验证

根据地层在地震中的响应特性,设计了一种动静耦合剪切模型试验装置。该装置是由侧板组件、阻尼组件和端面板组件组成的可剪切变形的空间结构体。目前在研究隧道工程结构地震响应机理的动力试验中所采用的模型箱主要有刚性模型箱、柔性模型箱以及层状剪切模型箱,但这3种模型箱因各自的结构特点都具有一定的缺陷和不足。为了能够更好地满足静力及动力边界效应,设计了该新型试验模型箱,并通过振动台动力试验验证该模型箱的有效性。基于该模型箱提出并验证了利用拟静力试验方法研究隧道的振动响应。通过拟静力试验和动力试验结果的对比,认为拟静力试验可以一定程度替代动力试验。

隧道仰拱的施作时机与纵向效应的试验分析

本文介绍了国内首次把地面近景摄影测量的方法用于地下结构三维模型试验的一个尝试,包括试验方法、试验结果和所得的初步结论。通过试验证明了此方法的可行性及其优点,其结果可资有关方面参考。