深埋三连拱隧道围岩压力计算方法

基于普氏压力拱理论和过程载荷设计方法,考虑连拱隧道组合成拱作用,以及施工工序和中隔墙支撑作用,量化相邻简化导洞间的施工扰动,提出深埋三连拱隧道不同施工断面及工序下的载荷分布模型,进而改进了深埋三连拱隧道围岩压力的计算方法,结合八达岭长城站三连拱隧道工程,将理论结果与实测数据对比,验证计算方法的合理性.最后系统分析施工工序、中隔墙宽度和开挖跨度等因素对围岩压力的影响规律.结果表明:深埋三连拱隧道相互间的施工扰动影响无法忽视,次行洞、后行洞的开挖都会扩大先行洞上方松散破碎围岩区域,造成较为明显的偏压现象;当中隔墙岩体抗压强度较小时,增加中隔墙宽度难以改善围岩压力分布状态,当中隔墙岩体抗压强度较大时,增大宽度能够显著减小围岩压力;围岩条件越差,三连拱隧道各洞室所受围岩压力越大,同时偏压现象也更加明显.文章基于普氏压力拱理论和过程载荷设计方法所得出的计算方法,增加考虑了连拱隧道相邻洞室间的施工影响,揭示了三连拱隧道的偏压效应,填补了有关三连拱隧道围岩压力计算方法的研究空缺,为相关工程设计提供了重要参考.

考虑隧道掘进过程的新建隧道下穿既有隧道力学响应研究

为有效评估新建隧道下穿施工对既有隧道的影响,确保既有隧道运营安全,将既有隧道简化为放置在Pasternak地基模型上的Euler-Bernoulli梁,基于两阶段分析法提出新建隧道下穿施工引起既有隧道力学响应的计算方法。通过与现场监测和既有方法的结果进行对比,验证了本文方法的准确性。研究结果表明:当新建隧道开挖面位于既有隧道中点时,既有隧道差异沉降达到最大值,转角曲线关于既有隧道中心线对称;在新建隧道掘进过程中,既有隧道的最大正弯矩和最大负弯矩分别出现在既有隧道长度的2/5和3/5位置附近,最大负剪力出现在既有隧道中点处;当新建隧道开挖面到达既有隧道长度的1/4和3/4位置时既有隧道产生最大正剪力;随着隧道轴线夹角和相对弯曲刚度增大,既有隧道的内力显著增大;增大隧道竖向净距有利于控制既有隧道的力学响应。本文方法考虑了新建隧道掘进过程和新建隧道与既有隧道的不同相对位置,可为类似穿越工程风险防控提供理论依据。

服役期隧道结构安全控制技术研究综述

结构安全问题始终贯穿着隧道全寿命周期,是保障交通线路正常通行的关键节点之一。从隧道结构典型病害类型、病害感知、结构安全状态评价与病害整治等方面入手,梳理服役期隧道结构安全控制技术的研究现状。研究结果表明:服役期隧道结构病害主要包括水害、混凝土结构裂损、结构变形超限以及衍生病害;渗漏点的分布与隧道结构的复杂程度有一定关联。隧道病害受周边环境和结构自身共同影响,不同病害之间相互影响、关系密切,在特定情况下互为因果。高清数字图像、激光点云、探地雷达图像均可作为深度学习的训练数据集,病害识别的效果与计算机性能、GPU以及神经网络模型有直接关系,工程中通常借助快速移动平台提高病害的识别效率;依托量子计算的人工智能手段将是隧道病害感知发展的方向。健康监测系统的实施是掌握隧道结构安全状态的重要手段之一,针对其故障率高、成本高、条件要求高的缺点,业内已开展了关于轻量化监测的有关探索。规范中推荐的隧道安全评价方法有单指标评价和综合评价,目前常用的安全评价理论有数十种之多,未来应将相关理论与实际工程应用相结合作为研究的重点。注浆是隧道病害整治的重要手段之一。新技术的应用极大提升了隧道病害整治行业的技术水平,但距离大面积推广尚有一段距离,目前隧道病害整治效果的后评估体系尚未建立。

复杂围岩条件下大跨隧道修建技术研究

基于内昆铁路部分三线大跨隧道的复杂地质条件,采用理论分析、数值模拟和现场实测等方法,对不同开挖方法及支护方式下围岩变形特点和结构稳定性进行了分析,从而确定了合理的施工方法和辅助工法。通过对不同方案的比较,确定了合理的初期支护方式和参数。在对岩堆体稳定性特点分析的基础上,制定了相应的施工工艺、防坍塌及加固抗滑措施,在工程中应用后取得了满意的效果。由此形成了复杂围岩条件下大跨隧道修建的系统关键技术。

城市隧道开挖对地表建筑群的影响分析及其对策

城市浅埋暗挖隧道施工不可避免地扰动地层,造成地表建筑物沉降、倾斜、甚至产生裂缝,影响建筑物的安全和正常使用。分析建筑物的变形特点及其变化规律对减小城市隧道施工造成的环境影响具有重要意义。结合厦门机场路隧道下穿地表复杂建筑群的工程实践,采用现场实测统计分析、数值模拟和理论分析方法,揭示隧道施工影响下地表建筑物的变形规律、变形破坏模式,提出以差异沉降和裂缝开展为主的建筑物变形控制标准和"预警、报警及极限"的三级管理办法,建立建筑物开裂和沉降之间的关系;数值模拟预测分析浅埋大跨隧道开挖对关系工程成败的#34房屋的施工影响,优化施工方法和支护参数,提出相应的控制措施。研究结果可为机场路隧道后续施工和其他类似城市隧道、地铁等穿越工程提供一定的借鉴和参考。

浅埋大断面软岩隧道施工影响下建筑物安全性控制的试验研究

厦门机场路一期工程在大跨、浅埋及复杂地质等工程条件下穿越地表密集的建筑物群,受隧道施工影响的建筑物多达90余栋。在隧道施工过程中,既要保证新建隧道结构的安全,同时还要保证地表既有结构的安全,而后者显得更加重要。隧道施工面临着全风化花岗岩遇水软化、隧道结构整体沉降、地层大变形、建筑物差异沉降及裂缝控制等诸多难题。在对该工程特点和控制方案系统分析的基础上,为保证控制方案的可靠性,对拟拆迁的104#和105#楼房进行试验研究,通过施工过程的注浆抬升和变形监测结果,论述地层沉降、建筑物沉降及裂缝产生、发展随隧道开挖的变化规律,并提出优化洞内施工与地面注浆抬升建筑物相结合方案,控制围岩大变形和有效保护建筑物的工程措施。试验数据表明,将核心控制指标—建筑物差异沉降量控制在20 mm以内可保证建筑物的安全;地表注浆与洞内注浆相结合可实现对建筑物的抬升,并有效地减小建筑物的差异沉降并控制裂缝的发展。研究结果为机场路隧道后续穿越重点建筑物的施工提供了技术支撑和安全保障,也为今后类似工程的设计、施工和研究提供了有益的借鉴和参考。

铁路运营隧道衬砌背后接触状态及其分析

铁路隧道衬砌背后接触状态可分为衬砌背后接触密实、衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞3种情况,其中,衬砌背后接触松散和衬砌背后空洞统称为衬砌背后接触不良,是常见的隧道质量缺陷。研究表明:衬砌背后接触不良是诱发隧道病害的重要原因,直接影响到隧道结构的安全性。通过对100余座铁路运营隧道衬砌无损检测及统计分析,取得以下结论:(1)同等条件下,单层衬砌比复合式衬砌更易出现衬砌背后接触不良状况,且单层衬砌背后接触不良程度高于复合式衬砌;(2)衬砌背后接触不良段所占比例及严重程度与围岩级别有密切关系,在隧道围岩稳定性较差的区段更为严重;(3)衬砌背后接触不良状况随断面位置而变化,以拱顶处最大,拱脚减小;(4)衬砌背后空洞的存在受到隧道设计理念、工程质量控制和运营养护水平等因素的影响,而衬砌背后及时的回填注浆则是控制的关键。取得的隧道衬砌背后接触状态及其分布规律可为结构缺陷的病害演化及致灾机制的研究提供参考与借鉴。

基于风险系数的海底隧道纵断面确定方法

提出海底隧道"极限顶板厚度"的概念,阐述其与"最小顶板厚度"和"合理顶板厚度"的区别与联系,并给出采取辅助施工措施条件下极限顶板厚度的确定方法。由于海底隧道纵断面的选取直接影响到隧道修建的安全性、经济性、技术适用性和环境影响等,因此在"极限顶板厚度"的基础上,从风险系数角度入手,考虑安全风险、技术风险、经济风险和环境影响风险在海底隧道纵断面评估过程中的影响作用,找出相应的致险因素;结合层次分析法,建立一套完整的海底隧道纵断面评估体系,为海底隧道纵断面的选线提供了有效的方法。最后,将这套评估方法应用于厦门翔安海底隧道,对拟取的3条纵断面进行综合评估,确定出最优纵断面,该方法可为今后国内海底隧道工程的规划选线提供一定的参考。

隧道支护结构体系及其协同作用

隧道支护结构体系是围岩稳定性控制的关键,也是隧道设计的基本任务,而对支护结构之间相互作用过程和机制的系统认识则是定量化设计的基础.本文从隧道围岩结构性和支护作用的本质特征出发,提出隧道支护具有"调动"和"协助"围岩承载的基本作用,明确了二者的功能分配原则和实现方式,即分别通过超前支护的保障作用、初期支护的核心作用和二次衬砌的安全储备作用共同完成;针对围岩的正面挤出、前倾式冒落和后倾式冒落等三种超前破坏模式,分别给出了相应的超前支护方式和支护效果评价方法;提出初期支护作为隧道围岩附加载荷的主要承担者,包括锚固体系与拱架及喷射混凝土结构,分别通过"调动"和"协助"围岩实现其承载功能,且同时具有"支"与"护"的作用;阐明了二次衬砌结构作为安全储备功能的内涵,建立了二次衬砌结构的载荷分担比率与刚度匹配性、支护时机的关系,并据此给出了二次衬砌结构参数和施作时机的建议值;建立了以围岩变形量S最小和协同度ξ最优为目标,基于超前支护、初期支护和二次衬砌与围岩相互作用三阶段的协同支护优化模型,明确了支护结构体系与围岩、不同支护结构之间以及支护结构要素之间三个层次的协同关系,并提出了隧道支护结构体系协同优化设计方法.

海底隧道复合注浆机制研究及工程应用

由于海底隧道复杂的地质条件和特殊的水边界,单一的注浆方式和注浆材料不能达到理想的效果,因此提出复合注浆。复合注浆是采用多种注浆方式和注浆材料,根据具体地层条件,按照一定的时空顺序对被注载体进行注浆,其机制在于分步改善工程载荷作用的边界条件,解决围岩的渗透、强度和稳定性问题。基于风化花岗岩地层的特点,利用颗粒流软件对注浆过程进行仿真模拟,揭示复合注浆机制,并提出常见的复合注浆加固模式。结合厦门海底隧道右线F1风化槽复合注浆工程的成功实践,形成风化槽复合注浆堵水关键技术及评价指标,研究成果可为海底隧道安全穿越不良地质体提供参考和指导。

小净距隧道中央岩墙稳定性分析及其应用

利用双极坐标法对小净距隧道中央岩墙受力特性及其稳定性进行研究,得到其应力场分析过程,并结合塑性屈服准则,对中央岩墙塑性区范围进行计算,给出了中央岩墙稳定性的判别方法和程序.对中央岩墙的应力状态影响因素进行探讨,包括相邻隧道的尺度对比、侧压力系数、围岩级别、岩墙厚度和支护反力的影响,这些因素对岩墙稳定性的影响差异极大,由此导致中央岩墙应力分布出现三种不同的形态:完全弹性状态下的下凹单峰形态,完全塑性状态的上凸单峰形态,弹塑性结合状态的双峰形态。最后,应用此方法对大连椒金山隧道工程的中央岩墙的稳定性进行了分析和评价,合理地确定了新建隧道的围岩加固方案、施工方法和支护参数,确保了隧道的安全施工,对类似工程具有重要的指导作用.

圆梁山隧道高压富水区帷幕注浆及止浆技术

针对圆梁山隧道高压富水区的岩溶水类型及特点,确定合理的注浆范围、注浆方式、注浆压力、注浆材料及注浆量等参数。在此基础上设计高压注浆的封孔和止浆系统,选择套筒的内外径尺寸及粘结剂,并对其可靠性进行分析和检算。针对不同溶洞类型,尤其是充填型溶洞,利用稳定岩层或止浆墙进行高压注浆,在细砂层地段实行分段注浆,循环进度为5m,不仅实现了安全,而且该系统应用于注浆施工中已取得理想效果,实现5m3·(m·d)-1的控制渗流量。

地铁隧道施工拱顶下沉值的分析与预测

由于变形监测的滞后,在城市地铁隧道施工中所测到的拱顶下沉通常仅为总下沉量的一部分,并且其所占的比例在不同地层条件下具有较大差异。而隧道拱顶的下沉过程及其最终下沉量则是隧道支护设计及地层环境控制的重要基础。通过对深圳地铁一期工程部分区间隧道拱顶下沉的回归分析认为,隧道拱顶下沉过程遵循指数函数关系,由此可对未量测部分的拱顶下沉量进行预测。通过数值模拟验证了该分析结果的可靠性,并且开挖面前方的超前拱顶下沉量较大。结合隧道开挖应力释放及地下水流失造成的地层失水效应,分析了不同地层条件下拱顶下沉与地表沉降的关系,较好地解释了深圳地铁一期工程建设中拱顶下沉与地表沉降较大而且两者之间呈线性关系的特点,这是由于现场监测滞后以及地层中富水含细砂所致。该成果对城市地铁隧道暗挖施工、支护以及地层环境的控制设计都具有重要的参考价值。

特厚坚硬煤层分层综放开采关键技术研究

通过对特厚坚硬煤层综放开采技术的系统分析，指出提高坚硬顶煤的冒放性和瓦斯的综合治理是该条件下综放开采所面临的主要技术难题。在对特厚坚硬顶煤结构及破碎特点分析的基础上，提出了提高坚硬顶煤冒放性的主要技术途径和措施，在宁夏太西集团白芨沟矿煤层特厚、坚硬、顶板坚硬、高瓦斯和浅埋深条件下，成功地进行了分层综放开采的实践，达到了工作面年产 １５０Ｘ １０４ｔ的生产水平。在该条件下实现了综放开采技术的突破，取得了预期的效果。

夹层对层状岩体稳定性的影响分析

在对层状岩体结构及力学特性分析的基础上，将含夹层岩体视为一个完整的力学系统，建立了含夹层岩体组合系统力学模型，揭示了含夹层岩体的破坏及失稳机理，并研究确定出含夹层岩体稳定性的判别指标，为层状岩体稳定性的控制设计提供了依据。最后，通过一工程实例分析了确定含夹层极限厚度的方法以及提高系统稳定性的措施。

含夹矸顶煤破碎特点分析

在煤岩力学性能试验的基础上，对煤矸组合系统的力学特性进行了较为深入的分析，揭示了含夹矸顶煤的破碎机理，建立了确定含夹矸层厚度上限值的方法，由此提出了提高含夹矸顶煤冒放性的主要技术措施，并在现场应用中取得了满意的效果．

综放工作面围岩结构分析

从系统稳定的观点出发，分析了综放工作面围岩的力学特性、结构特点及其平衡条件，讨论了直接顶与顶煤不同刚度组合对系统稳定的影响以及支架的工作特性，建立了综放采场的围岩力学模型。由此可对综放开采的矿山压力现象作出解释，并为支架的选型设计及矿山压力控制提供了依据。

综采放顶煤工作面岩层结构分析

在大量现场实测、相似模拟试验和理论分析的基础上，提出了“砌体梁”与“半拱”式结构结合而构成的综放工作面覆岩结构的基本形式。指出覆岩结构的特殊性及顶煤的松软破碎是造成综采放顶煤工作面矿压显现复杂化的主要原因，并由此分析了矿压显现特点及其控制．

深圳地铁浅埋暗挖隧道地层变形分析

地铁隧道施工扰动地层,必然造成相应的地层变形,并且在不同条件下变形量表现出较大的差异.通过对深圳地铁Ⅰ期工程3A标国老区间隧道砂质地层深部位移的现场实测和分析,得出了深圳富水软弱含砂地层中浅埋暗挖法施工地层运动的基本规律.该类地层具有变形量大的显著特点,并且地表沉陷具有突发性,地层损失率高达9.2％,远大于普通地层.结合地质及工程条件对地层大变形机理及其主要影响因素进行了分析.在此基础上提出了控制地层大变形的技术措施,在Ⅰ期工程的后期施工中得到充分利用且取得较好的指导施工效果.

大型海底隧道钻爆法修建关键技术

针对海底隧道建设和运营中的突出问题,以工程安全和排水量控制为核心,对其关键技术进行了系统的研究和实践.限于通道两岸接线的条件,提出了"极限顶板厚度"的概念,使隧道纵断面位置的选择更加自如;基于精细化的地质勘察,提出了物探与钻探相结合,以钻探为主的超前探测方法;针对海底隧道施工对围岩稳定和堵水的双重要求,提出了"复合注浆"的新理念,并形成了相应的周边帷幕注浆技术;通过对地层变形及动态演化过程的研究,建立了施工扰动下海床安全状态与隧道围岩变形的量化关系,制定了保证隧道安全性的围岩变形控制标准;提出了隧道原始渗水量的分级方法,建立了基于排水量控制的围岩加固圈和支护结构设计方法,明确了初期支护的主承载作用,二次衬砌结构通常仅作为安全储备;针对海底隧道的高风险特点,建立了工程安全控制体系,形成了相应的管理基准和我国海底隧道钻爆法修建的技术模式.