西(宁)成(都)铁路高地应力节理发育软岩地层隧道支护体系研究

为保证西成铁路高地应力节理发育软岩大变形隧道安全修建,采用现场勘察、室内试验、地应力测试、工程类比、数值模拟等方法展开研究,结果表明,西成铁路与毗邻兰渝线地质条件类似,均以二叠系、三叠系板岩与砂岩为主,层理清晰、节理裂隙发育,地应力以水平主应力为主导,水平主应力在10~30 MPa之间,竖直主应力在4~13 MPa之间,有较强水平构造应力作用,兰渝线控制围岩变形主要采用增加预留变形量、自进式长锚杆、钢花管加固、增加初支及衬砌刚度、钢纤维喷射混凝土等技术措施。在此基础上针对西成铁路节理发育软岩大变形主要发生在垂直节理倾角方向上的特点,提出首先增大矢跨比,然后增大钢拱架刚度,对于Ⅲ级大变形在垂直节理方向设置预应力锚索的非对称大变形隧道支护体系,该支护体系相比传统支护体系能够减小13.8%~21.2%软岩变形,对于控制节理发育软岩变形效果良好。

宝兰客专第三系泥岩物性参数与力学特性研究

研究目的:膨胀性地层中隧道施工是一个较难的工程问题,本文以宝兰客专北二十里铺隧道的膨胀性及地下水情况测试为基础,对泥岩膨胀特性等展开深入的研究,有利于明确泥岩膨胀对隧道内轨道变形的影响,完善隧道设计理论。研究结论:(1)第三系泥岩具有弱膨胀性;(2)膨胀岩的弹性模量和单轴抗压强度、单轴抗拉强度、三轴抗压强度在浸水后都呈现出明显的降低,随着浸泡时间的增加,各强度降低的速率逐渐下降;(3)单轴压缩试验表明,平均单轴抗压强度由29.18 MPa减少为4.65 MPa,衰减了84%,平均弹性模量由2.32 GPa减小为0.85 GPa,减小了63%;巴西劈裂试验表明,膨胀岩的平均抗拉强度由2.66 MPa减少为0.36 MPa,衰减了86.5%;三轴压缩试验表明,随着浸水时间的不断增加,膨胀岩的内聚力出现大幅的降低,尤其是在浸水初期下降迅速,由5.82 MPa降至1.34 MPa,减小了77%,膨胀岩的内摩擦角虽有所降低,但下降幅度不大,浸水15 d内总共降低4.07%;(4)本研究成果可为类似膨胀性泥岩铁路隧道设计提供参考。

挤压型软岩隧道大变形机理与支护参数优化研究

地应力水平是隧道挤压型软岩大变形主导因素之一,深部地应力与岩体力学特性对隧道设计具有较强参考价值。以西成铁路甘青隧道地应力测试与岩体力学试验为基础,深入分析测试数据,采用数值模拟方法进行不同地应力水平的计算,对比现场实测数据,结果发现,测区地应力以水平地应力为主导,三向地应力关系为S_(H)>S_(h)>S_(V),具有较强的水平构造作用,地应力比值在1.5~4.5之间,随着埋深增加逐渐减小;岩体荷载-变形(P-W)曲线外包络线形态大体上呈现为“下凹形”,以塑性变形为主;仅有少量弹性变形,岩体抗剪断应力-应变(τ-ε)曲线基本呈抛物线形,屈服值不明显,以塑性破坏为主。随着地应力比值增加,隧道水平变形越来越大,竖直变形先减小后增加,二者比值介于0.70~2.45之间,均小于地应力比值,最大变形由拱顶向拱腰转移,围岩主应力差值逐渐增加,挤压形变压力越来越大。在此基础上,针对甘青隧道进口的水平挤压大变形特征,提出增大拱架刚度、加强锁脚、加强拱架纵向连接、增大隧道预留变形量等支护优化措施,现场实测表明,这些措施有效控制了隧道变形。

盾构下穿铁路路基钢轨变形及路基沉降分析

为研究地铁盾构下穿铁路路基过程中钢轨变形与路基沉降的变化规律,分析路基深孔注浆的加固效果,基于天津地铁7号线盾构施工下穿某铁路工程,采用有限元软件Midas-NX对盾构下穿既有铁路过程进行动态模拟,分析了盾构穿越过程中有无深孔注浆时钢轨的水平与竖直变形,以及盾构施工完成后铁路路基竖向位移的分布规律.结果表明,钢轨的横向变形经历了两次先增后减的过程,并沿轨身呈对称分布;钢轨变形在盾构两次到达铁路正下方时达到极值,沿轨身沉降槽中心随施工步骤逐渐向工程中心移动;土层经深孔注浆加固后,钢轨的横、竖向位移以及路基沉降分别减小了85.1%、76.7%和74.1%,有利于保证铁路在地铁盾构过程中的安全性.

黄土隧道基底树根桩加固效果的数值分析

为研究树根桩加固软弱黄土隧道对基底沉降的影响,依托榆林某黄土铁路隧道,采用有限元方法对隧底有无树根桩加固的2种工况进行数值模拟,通过对比分析2种工况下隧道边墙角区域和隧底的变形,研究树根桩对隧道基底的加固效果。结果表明:采用树根桩加固后,隧底隆起由16.6cm减小到2.1cm,加固范围内隧底隆起减少68.3%;边墙角区域隆起从8.5cm减少到3.4cm,减幅为58.21%;此外,加固后的拱顶沉降也有所减小。树根桩在较大程度上提高了土层的承载力,加固效果明显。

考虑地温影响的高海拔寒区隧道温度场分布规律研究

高海拔隧道由于其特殊地理条件,易导致进出口高程相差较为悬殊,致使隧道洞内外温差较大,同时隧道穿越山岭,原始地温随埋深变化而随之变化。本文针对高海拔寒区隧道提出一种用户自定义函数的数值计算方法,可精确描述高海拔隧道埋深与原始地温之间的关系。通过红原2号隧道实例验证,该方法可较好地模拟隧道不同区段的原始地温,冬季时,隧道进深1300和3500 m处,洞壁最低温度分别为-5.49℃和-0.07℃;隧道进口风速为3.32 m/s,中部风速为2.66 m/s,数值计算结果相比理论计算结果存在-12.86%误差。研究成果可为西成铁路沿线隧道建设提供防寒保温建议。

偏压隧道边坡桩锚支护加固效果的数值分析

为分析锚拉桩与抗滑桩组成的桩锚支护对偏压隧道边坡的加固效果,以某软弱围岩隧道为背景,建立三维弹塑性有限元模型进行分析,重点分析了桩锚加固与无加固状态下的边坡剪应变,水平与竖直位移,坡底抗滑桩轴力。结果表明,坡体剪应变在岩层交界面上最大,桩锚加固使得边坡的剪应变减小了42.8%;右线隧道拱脚的水平位移最大,桩锚加固使得边坡"U"形区范围明显缩小;竖直位移随着岩层深度的增加逐渐减小,桩锚加固使得坡底到坡中心的竖直位移减小了63%;桩锚加固状态下,坡底靠近临空面的抗滑桩轴力最小,其余抗滑桩轴力大小接近。

寒区公路隧道保温防冻及节能技术分析

为应对寒区隧道冻害,防寒保暖研究不断朝着节能、绿色环保方向发展。结合现场调查,讨论和分析了主要保温方法的研究成果和应用现状,结果表明,铺设保温层等被动保温措施不能彻底消除冻害;使用电加热初期投资少,但后期运营成本较高,带来污染;地热能作为可重复再生的、清洁环保的一次能源,将其应用于寒区隧道的防冻保暖,可以实现节能减排;并分析了利用地热能进行隧道保温防冻的优化设计方法;进一步提出了未来寒区公路隧道防冻害的发展方向。

寒区隧道温度场测试及其影响因素的正交试验

为探究多年冻土及季节性冻土区隧道环境及围岩温度的分布规律及其影响因素,依托吉林省图珲高速公路东南里隧道工程,现场开展隧道洞外、洞内气温测试及围岩温度测试,采用三角函数对温度测试结果进行拟合;通过ANSYS建立数值模型,对年平均气温、年温度振幅、隧道埋深和围岩的热物理参数及对流换热系数等温度场影响因素进行了正交试验。研究结果表明,隧道内气温随着距洞口距离的增大而增加,隧道洞口最大冻结深度不超过2.4m,隧道内温度及围岩温度随着时间的变化规律大致符合正弦曲线;年平均气温、年温度振幅、隧道埋深是隧道温度场的主要影响因素,而围岩的热物理参数是隧道温度场的次要影响因素。

浅埋隧道下穿高压铁塔注浆加固效果的数值分析

为分析浅埋隧道CD法施工对既有高压铁塔的影响,以九景衢铁路某隧道工程为背景,建立二维弹塑性有限元模型,对有无注浆加固两种方案进行模拟,对比分析了高压铁塔水平及竖向位移,隧道周边收敛变化规律。结果表明,地表注浆加固后采用CD法可明显控制高压铁塔的基础沉降和不均匀沉降,其中基础沉降值减少了43.63%,不均匀沉降值减少了54.39%;在隧道上部的施工过程中,铁塔和隧道的沉降位移和沉降速率较大;数值模拟结果与实测值较为接近,加固后能够保证隧道和铁塔的安全。研究结果可为类似工程提供一定的参考。