基于智能化监测的西渝高铁青峰隧道下穿既有隧道研究

为研究新建隧道下穿开挖对既有线隧道的影响,文章通过现场调研、智能监测和数值模拟等手段,获取了既有隧道衬砌裂缝扩展、底部竖直沉降、边墙水平位移等结构稳定性指标,得出如下结论:新建隧道开挖时,上覆岩层发生倾向新隧道空间的变形甚至位移,影响了既有隧道的结构稳定性;既有隧道结构的稳定性受近接距离、埋深及断面等因素影响;既有隧道结构稳定性的智能化监测结果可以为新建隧道施工提供反馈。

西南山区某浅埋铁路隧道初期支护变形侵限治理措施研究

西南山区某浅埋铁路双线隧道主要穿越全风化、强风化玄武岩,在隧道支护过程中发生多次变形侵限,最大变形达205 mm,给施工造成极大困难。为解决施工中存在的地表沉降、隧道变形及初期支护侵限问题,文章基于隧道支护结构的破坏特征,分析了隧道产生变形侵限的原因,确定隧道变形侵限段的临时支护形式,采用交叉中隔墙(CRD)法开挖,并采用隧道锚管径向注浆加固围岩、钢架支护等加强支护措施。通过实施以上技术方案,隧道顺利完成了对变形侵限的处理,并取得了较好的加固效果,可为类似隧道的施工处理提供借鉴和参考。

顶部导洞法TBM卡机脱困技术研究与应用

研究目的:TBM已在我国地下工程建设领域中得到广泛应用,但对于复杂地质条件,TBM卡机问题仍十分突出,施工中曾多次遭遇连续卡机、长期卡机、突水涌泥、设备报废、工法改变等不同程度的困难,不但造成工期延误,还使工程建设成本大幅度增加,因此研究复杂地质条件下TBM卡机防控技术以及TBM卡机后的安全快速脱困技术十分必要。高黎贡山隧道全长34538 m,进口采用钻爆法施工,出口采用TBM法施工。TBM施工中,一般地质条件下掘进比较顺利,但遇到断层破碎带、岩性接触带、节理密集带、风化蚀变带、软岩挤压带等复杂地质条件时,仍发生了19次卡机事故,其中正洞8次、平导11次,严重影响TBM的正常掘进,特别是严重卡机时,常规的脱困方法难以奏效,需要研究安全有效的脱困技术,从而保证TBM的正常掘进。研究结论:(1)顶部导洞法是处理TBM卡机的一种有效脱困方法;(2)采用顶部导洞法处理TBM卡机时,导洞净空宽度宜为120 cm、净空高度宜为130 cm,管棚工作间宜在拱部120°范围内设置,管棚直径宜为76 mm,环向间距40 cm,仰角1°~3°,长度宜一次穿越隧道前方破碎带;(3)本研究成果可在类似隧道TBM施工中推广应用。

砂化白云岩隧道突泥涌水处治技术

我国西南地区广泛分布着以白云岩为代表的碳酸盐岩,这种岩体在有水的情况下易出现砂化现象。营盘山隧道工程D2K169+023~+195施工段,白云岩岩溶强烈发育,局部存在砂化现象。施工过程中在岩溶水作用下先后发生初支变形、左侧边墙溜坍和掌子面突泥涌水问题,危害施工安全。论文针对掌子面突涌问题,为超前泄水降压和探测溶洞发育规模,于路线右侧增设了迂回导坑,确定按“泄水降压、注浆加固、管棚超前”的原则,同时为防止地下水软化,隧底采用钢管桩进行加固,最终隧道安全通过该大型充填溶洞,为后续相关问题的解决提供了经验。

红层堆积体高边坡坡体结构及变形规律

红层堆积体高边坡是红层地区一种特殊的边坡型式。广元到巴中高速公路沿线分布有广泛的红层堆积体高边坡,从红层堆积体的改造过程入手,根据地质条件复查,依据坡顶形态,将沿线的红层堆积体分成:M型、双M型和单侧型;按照土体类型和结构堆积型式分为:层状堆积体、块石土堆积体、黏土层下卧块石土堆积体和块石土黏土中夹杂大孤石4种类型。根据现场调查资料并辅以MIDAS/GTS有限元分析软件,详细分析4种类型的开挖变形破坏特征。所有堆积体均存在坡体浅表层局部滑塌,其中层状堆积体中主要以顺层整体牵引式滑动为主,而在块石土和以黏土构成的堆积体中则主要出现圆弧状滑动面和沿基岩方向的平面滑动。含有孤石的坡体变形和破坏型式,受内部孤石的大小和位置不同而变化明显。堆积体边坡的具体变形特征除与堆积体结构特征有很大关系以外,还要受到其下卧基岩面的形状、倾角等因素影响。地质复查和数值模拟的结果显示,红层堆积体高边坡变形特征和破坏型式也与红层软岩地区同样具有多样化的特点。对进一步分析红层堆积体高边坡病害模式和灾害机制提供基础,也为红层堆积体地区设计开挖支护方法的研究提供依据。

边坡工程中受压微型桩的屈曲分析

建立考虑土体抗力的微型桩组合抗滑结构中受压桩计算模型,进行受压微型桩屈曲分析。地基抗力的分布型式分别采用常数法、m法和k法,运用基于虚位移理论的伽辽金方程,推导受压微型桩屈曲临界荷载的理论计算公式,进而导出压杆计算长度系数。结果表明,理论公式计算结果对土体参数的取值十分敏感;地基抗力的分布型式采用m法和k法计算得到的长度系数随αl的增大极速衰减,偏离实际;对长细比较大的微型桩,地基土抗力型式使用常数法分布得到的计算结果较为合理。

基于模糊层次分析的单线铁路隧道施工经济性评价

基于模糊层次分析法,建立单线铁路隧道施工经济性评价指标体系,即运用层次分析法确定单线铁路隧道施工经济性评价指标体系中各指标的权重,再依靠模糊综合评判法将定性和定量指标结合起来对单线铁路隧道施工的经济性等级进行评价,最终建立单线铁路隧道施工的经济性评价等级和分级标准,并将其运用于单线铁路隧道——云南某隧道工程。结果表明:云南某隧道施工的经济性评价等级为Ⅲ级,即"一般"。

TBM适应性指标在高黎贡山隧道中的应用

为明确TBM适应性指标在工程应用中的具体作用,分析24个TBM适应性指标在勘察、设计、选型配置和工程施工环节的应用,讨论指标与环节的相互作用。以中铁二院近年设计的366座隧道(1355.975 km)为样本,考虑不同隧道工点的差异性,从施工工期的角度分析,认为在复杂地质条件、辅助坑道难以选择的情况下,隧道长度或工区长度超过8 km时,即可初步判定TBM具备可实施性,但应进一步从工程规模、工程进度、施工难度、风险控制等方面对隧道进行钻爆法和TBM法的比较。最后,通过大瑞铁路高黎贡山隧道TBM段施工实践表明,适应性指标对隧道的各环节工作提出明确工作方向,通过适应性指标与各环节之间的信息反馈,使得各环节的既定成果不断进行修正和调整,通过适应性指标确定合理的技术方案,进一步提升TBM对地质条件的适应范围。

高速铁路隧道基底岩溶处理技术研究

岩溶是隧道施工中经常遇到的一种地质现象。本文以云桂铁路东风隧道DK639+441^+459 m段基底岩溶为研究对象,分析了该隧道及溶洞的工程地质及水文地质条件,提出了隧道基底岩溶处理的一般原则与方法,探讨了对东风隧道DK639+441^+459 m段基底岩溶可运用桩+筏板基础措施,配合防排水及加固衬砌和围岩措施,以达到施工安全、顺利穿越岩溶威胁区,~对今后类似隧道工程基底岩溶处理技术有较大的借鉴价值和指导意义。

西南山区高速铁路隧道岩溶治理技术研究

岩溶工程地质问题是我国西南岩溶地区隧道建设中常遇到的重大问题之一。论文针对西南山区高速铁路岩溶隧道的特殊地质条件,给出了隧道遇到岩溶时的治理原则及处置措施,并对该隧道的岩溶治理措施做了具体分析,对隧道顶部溶洞采用钢架和大管棚加固并利用吹填砂回填,边墙主要采用衬砌加固并加干砌片石治理措施,隧道基底主要采用混凝土回填与旋喷桩加固基底。处理结果表明:上述方法在隧道岩溶治理过程中具有安全、可靠等特点,可为今后在岩溶地区隧道设计及施工积累经验,保证隧道施工安全。

花岗岩地区铁路深大竖井治水案例及治水效率分析

为研究铁路隧道竖井建井期间主要治水方案定量化选择的科学依据,从竖井建井方案定性选择的特点入手,依据高黎贡山隧道在火成岩地区竖井注浆堵水的实践,结合2个竖井建井期间2次地面预注浆、42次工作面注浆和47次壁后注浆的实测数据,统计注浆堵水后井筒内的剩余漏水量,计算3种注浆措施后的堵水率。基于数据挖掘和决策方法,分析计算单一或多种堵水措施实施后的堵水率数学期望,提出一种满足数学期望的花岗岩地区竖井堵水定量化评价指标。计算结果表明,采用多种注浆方式组合的综合方案较单一注浆方案处理竖井涌水量的能力提高12~15倍。建议花岗岩地区竖井建井前或掘砌前应采取系统化的堵水措施,保证建井安全,改善井内施工环境。

西南山区高速铁路隧道衬砌脱空对结构安全的影响分析

在西南山区高速铁路隧道的建设过程中,由于隧道开挖断面较大,当围岩条件较好时,受地质及施工等因素的影响,隧道二次衬砌与围岩脱空的现象较为普遍。衬砌脱空导致隧道衬砌开裂、掉块、漏水,降低结构耐久性,是一种严重危害高速铁路行车安全的病害。为了研究二衬脱空位置及脱空面积对衬砌结构内力以及结构安全造成的影响,针对西南山区典型的灰岩隧道断面,建立了脱空计算的地层–荷载模型,计算10种不同脱空位置及脱空面积下二衬内力,进而得到截面安全系数K。通过某隧道的无损检测结果,讨论了引起二衬脱空的4种主要原因,分别是:开挖、混凝土浇筑、模板台车强度以及防水板安装。结合工程实例,最后分析了脱空对二衬结构安全的影响,为高速铁路隧道脱空防治提供一定的理论基础。

微型桩组合抗滑结构及其设计理论

微型桩具有诸多施工优势,近年来正不断推广应用于滑坡治理工程,并取得了较好的工程效果。但由于理论研究严重滞后,急需开展相应研究,为工程提供理论支持和技术服务。边坡岩体的工程地质条件是很复杂的,应针对坡体地质特征选择不同的微型桩组合结构。按照微型桩在坡体的设置位置总结出3种类型的微型桩组合抗滑结构,即坡面加固型、平台加固型和坡脚加固型,对每种类型又给出几种组合结构形式,讨论这些结构在设计计算时应考虑的一些关键问题以及适用条件。在这些结构中,具有顶梁固定微型桩的组合结构在工程中应用较多,按照桩-土相互作用原则讨论这种组合结构的抗滑机制。结果表明,微型桩组合结构除了可增强滑面的抗剪强度外,桩与土形成的抗滑体的抗滑机制不同于一般的抗滑桩,其抗滑效果不是由桩的整体抗弯能力来实现的,而是通过发挥微型桩的抗拉强度和桩土地基承载力的优势来抵抗滑坡推力的。为了求出桩的轴力,按照横向约束的弹性地基梁法提出了设计计算理论,并结合具体工程给出设计计算方法,得出了较为合理的计算结果。

一种微型桩组合抗滑结构内力分析方法

微型桩组合抗滑结构是指把若干根以一定间距排列的微型桩在顶部用板体连接起来,以抵抗滑坡推力的一种新型支挡加固结构。因其具有桩径小、施工快捷、施工人员安全保障高、经济性好等优点,可用于中小型边(滑)坡的治理工程中,尤其是快速抢险工程。根据此种结构的一般受力特征,在计算桩体内力时,提出把该结构在滑面以上的部分视为在滑坡推力作用下的刚架结构,等效分解后对各桩按弹性地基梁利用m法进行解析,其间考虑了受荷段桩间岩土体对桩的推力作用,各桩体在滑面以下的部分视为弹性桩利用k法进一步计算,于是按照先分析上半部分再计算下半部分的方法可确定出该结构内力。分析结果表明,各微型桩承受轴力、弯矩和剪力,其中轴力作用更为主要。以该类结构在四川省广巴高速公路路堑边坡工程中实际应用为例,通过试验说明了所提算法的合理性。

高黎贡山隧道1号竖井设计及分析

为了满足高黎贡山隧道竖井施工任务要求,综合隧道所处环境及竖井能力需求,按照竖井井口、井筒、井下3方面统筹考虑的总体设计思路,提出高黎贡山隧道1号竖井设计关键问题的解决方案:1)根据井口地形、地貌条件及提升设备、井口车场布置要求,合理布置井口场坪;2)根据竖井功能定位,竖井宜采用主副井模式;3)根据井下施工的出渣量、材料数量、人员进出量等综合考虑竖井断面尺寸;4)当地质条件、水文地质条件允许时,竖井宜采用短段掘砌混合作业法施工,设置模筑混凝土井壁;5)竖井提升设备宜按井下施工期间的要求考虑,建井期间各设备之间能力应匹配;6)竖井施工能力应满足井下施工期间出渣、进料要求,并留有富余;7)井底车场应结合运输方式及进料、出渣等功能要求确定;8)竖井安全保障应首要解决地下水问题。目前高黎贡山隧道1号竖井主井已完成建井,结果表明铁路隧道竖井按照以上设计方法及思路是可行的。

预制地下综合管廊地震响应有限元分析

为揭示预制综合管廊在地震荷载工况下的薄弱部位及其受力、变形情况,以自卡式全预制地下连续墙综合管廊为研究对象,进行了地震响应三维有限元分析。结果表明:地震作用下,结构位移主要受土体影响,结构边角点动力响应强烈,顶板、底板动力响应强于侧墙;结构位移从下往上呈递增趋势,应力集中于边角、接头,凸墙纵筋受力明显,两侧墙纵筋轴力呈反对称趋势;加速度传播受介质影响,结构中加速度放大系数低于土体。

微型桩结构加固边坡的模型试验与计算探讨

根据工程中可能出现的微型桩布置形式设计了模型试验,经过对试验数据的分析,假设滑面以上部分结构中土体与桩的相互作用可以忽略,再根据相关假设,提出了微型桩组合结构的计算简化模型,以及均布荷载作用时的计算实例。

基于功效系数法和地应力场反演的深埋长大隧道岩爆预测研究

岩爆是深埋长大隧道面临的主要地质灾害之一,其“孕育-发生-发展”全过程异常复杂,使其成为地下工程中的世界性难题。准确反映地应力变化规律以及区域内地质构造影响,结合实测资料进行岩爆分级预测,对保障隧道前期勘察设计及后期安全施工具有重要意义。根据隧道工程地质资料,通过COMSOL Multiphysics和Rhino建立三维数值计算模型,反演分析得到整个区域的初始地应力场。在综合分析影响岩爆关键因素的基础上,从“储能性-倾向性-突发性”研究角度,选取岩石单轴抗压强度与围岩洞壁最大主应力比(σc/σmax)、围岩洞壁最大切向应力与岩石单轴抗压强度比(σθ/σc)、岩石强度脆性系数(σc/σt)及岩石弹性能指数(W et)作为评价指标。采用熵权法确定指标权重,运用功效系数法加权计算总功效系数值,构建了一种基于功效系数法和地应力场反演的深埋长大隧道岩爆预测模型,并将其应用于川藏铁路桑珠岭隧道。研究结果表明,该模型具有较高的准确性和可靠性,为类似深埋长大隧道岩爆预测提供了一种新的参考。

基于松动区理论的高速铁路浅埋隧道初支变形处理方法

高速铁路浅埋隧道开挖断面较大,围岩强度低,隧道开挖后难以形成承载拱,常引起地表塌陷、初期支护变形过大、掉块、开裂等现象。当初期支护变形侵入二次衬砌限界后,为确保后续施工正常进行以及二次衬砌质量,需对这一部分初期支护进行拆换,并采取相应的加强措施。为确定隧道开挖对围岩的扰动作用,以某高速铁路浅埋隧道初支变形为例,进行无支护开挖条件下围岩应力的数值模拟,利用开挖外轮廓径向分布的特定临界破坏点的集合求出各施工阶段松动区范围。以此为依据,结合相似工程处理措施,最终确定了后续开挖过程中的初期支护型式,后续施工的各项监测指标均满足设计要求。工程实践证明,考虑了一定安全储备的松动区分析方法是可行且有效的。

悬臂掘进机在滇西红层隧道中的应用研究

为解决滇西红层隧道支护变形风险高、单线小断面铁路隧道由于空间受限施工速度慢等问题,结合滇西红层以紫红色泥岩、砂岩为主,节理裂隙较发育,围岩强度适中等工程地质特征,依托大瑞铁路秀岭隧道进口平导,在滇西红层小断面隧道中引入悬臂掘进机施工,通过在适应性、设计参数等方面的深入研究,并与钻爆法在投资、施工进度、安全质量等方面进行对比分析,证明悬臂掘进机在滇西红层地区具有较好的适应性,具备较高的推广应用价值。应用研究结果表明:(1)悬臂掘进机适用于围岩强度适中、围岩(较)破碎、节理裂隙(较)发育以及地下水不(弱)发育的隧道;(2)悬臂掘进机对滇西红层围岩扰动小,初期支护可取消系统锚杆,并可以加大钢架间距;(3)悬臂掘进机在滇西红层隧道施工中进度优势明显,特别对于Ⅳ级围岩,进度较钻爆法提高了近67%;(4)悬臂掘进机早期资金投入较钻爆法高,且各级围岩条件下悬臂掘进机开挖单价为钻爆法的4~5倍。