隧道支护工字型钢与喷射混凝土粘结滑移性能研究

工字型钢与喷射混凝土的粘结滑移性能对隧道初期支护的协同变形,整体承载能力具有重要影响。该文进行了自然粘结和焊接栓钉两组对照的推出试验,观察试件的破坏特征,获取粘结滑移曲线。在此基础上分析试件的粘结滑移性能,通过函数建立了自然粘结和焊接栓钉试件的粘结滑移本构模型,并提出了特征值的计算公式。试验结果表明:自然粘结试件的破坏模式为纵向劈裂破坏,焊接栓钉试件为拉裂破坏,拉裂缝位置沿栓钉横向排列方向;试件的荷载-裂缝宽度曲线与平均粘结强度-滑移曲线变化规律基本一致,可分为四段:无滑移段、斜线上升段、曲线下降段和水平残余段;在型钢腹板增加栓钉连接件,能有效提高型钢喷射混凝土的特征粘结强度。试验曲线与本构模型曲线对比拟合较高,表明该文提出的本构模型具有较高的精度。研究结果对于隧道工字型钢与喷射混凝土支护结构破坏特征研究及设计提供理论支持。

隧道减震层聚丙烯泡沫混凝土力学性能分析

隧道减震层为提升高烈度地震区隧道抗震性能的重要措施,减震层的材料性能是影响隧道减震效果重要因素。为探究一种适合隧道减震层的聚丙烯泡沫混凝土,并对其制备工艺及力学吸能特性进行分析。基于聚丙烯泡沫体积含量指标,采用代石法配制了多种体积含量的聚丙烯泡沫混凝土,通过试验探明了表观密度、抗压强度、弹性模量、泊松比、静动态吸能特性等随聚丙烯泡沫体积含量的变化规律。研究成果表明:(1)当发泡聚丙烯(EPP)体积含量从0增加至28%时,表观密度为2331~1451 kg/m3,抗压强度为54.5~11.2 MPa,抗拉强度为3.6~1.6 MPa,弹性模量为34.0~16.0 GPa,泊松比为0.19~0.28,建立了物理力学性能与EPP体积含量关系表达式;(2)随着EPP体积含量的增加,混凝土静态吸能呈现先增大再减小后增大的趋势,当EPP体积含量为11%时,静态吸能效果最好;(3)随着EPP体积含量的增加,混凝土动态吸能呈现逐渐增大的趋势,当EPP体积含量为28%时,动态冲击吸能效果最好。研究成果可为聚丙烯泡沫混凝土作为减震吸能材料应用提供理论依据。

基于深度学习的基坑开挖引起地表位移时序预测

为更精准预测基坑工程中数据的时间特性,结合卷积神经网络CNN模型与两种单一时间序列神经网络模型长短期记忆网络LSTM模型、门控循环单元GRU模型,建立混合时间序列神经网络CNN-LSTM模型、CNN-GRU模型。基于杭州某邻近既有车站基坑开挖工程,采用滚动预测方法建立基坑开挖引起邻近地铁车站地表沉降数据集。通过平均绝对误差MAE、平均相对误差MAPE和均方根误差RMSE3种评价指标对预测结果进行评价。结果表明:CNN-GRU模型预测效果最优,CNN-LSTM模型次之,其次是GRU模型,最后是LSTM模型。CNN-LSTM混合网络模型相较于LSTM模型对3种评价指标分别降低了24.4%,53.8%,4.1%,CNN-GRU混合网络模型相较于GRU模型分别降低了13.9%,49.1%,1%。

深基坑施工对共用围护结构运营车站的变形影响

依托成都地铁新建18号线倪家桥站与运营1号线车站超近接并行、共用1号线既有围护桩、深基坑采用半盖挖法施工的工程实例,采用数值模拟将围护桩等效为地下连续墙,分析不同围护桩桩径、内支撑数量下,深基坑开挖对运营地铁车站的变形影响。结果表明:基坑开挖卸荷使土体发生变位,带动车站结构产生位移,体现为竖向隆起,横向偏向基坑开挖侧;增大地下连续墙厚度可减小运营车站的变形,但当厚度大于0.76 m时,控制变形效果不明显;当支撑大于2道时,抑制侧墙水平位移和地表沉降的效果不明显。

高速铁路大断面黄土隧道二次衬砌施作时机研究

隧道工程二次衬砌施作时机是隧道界普遍关注的问题。依托正在修建的郑州—西安铁路客运专线大断面黄土隧道工程,以围岩及初期支护基本稳定速率作为二次衬砌施作时机判定指标,采用位移断面监测数据回归分析和数值分析相结合,建立基本稳定速率的理论求解方法,从而确定二次衬砌施作时机;同时,选取贺家庄隧道试验段作为工程实例,对高速铁路大断面黄土隧道二次衬砌施作时机进行研究。研究结果表明:当拱顶下沉变形速率值小于0.55 mm/d,边墙水平绝对收敛速率值小于0.11 mm/d时,即可进行二次衬砌施作。此次研究为类似工程的设计和施工提供了参考依据。

隧道软弱破碎带TBM卡机脱困技术研究

某隧道遭受软弱破碎带不良地质的影响,TBM掘进时出现围岩自稳能力差、易坍塌、积渣堆积等问题,致使护盾抱死或刀盘被卡。为实现TBM脱困,提出了从TBM护盾上方进行小导洞施工新技术,对掌子面前方不良地质进行长距离水平加固以及刀盘、盾体周边积渣清理的方法,使得TBM顺利推进;提出在长大断层破碎带条件下,采用上断面开挖和TBM掘进的半断面法施工技术解决TBM频繁卡机、隧道坍塌的风险的新方法。结果表明:小导洞施工技术具备降低卡机风险、可实现TBM前方围岩水平超前加固、缩短工期、节约成本、施工安全的优点;半断面法施工技术相较于传统的迂回导坑法超前处理断层破碎带工作量小,节约成本,能避免TBM卡机与隧道坍塌风险,施工安全与质量得以保证。

矿山法隧道初期支护中栓钉型钢与喷射混凝土界面黏结滑移本构模型与试验研究

[目的]为探明矿山法隧道初期支护中栓钉型钢与喷射混凝土界面黏结滑移本构关系。[方法]以栓钉长度、直径和布置形式为变化参数,设置4组不同工况,进行腹板带栓钉的型钢-喷射混凝土短柱推出试验,分析其破坏模式、荷载-滑移特性和承载力等。[结果及结论]栓钉试件的破坏模式受栓钉数量和强度影响,分为拉裂破坏和胀裂破坏两类;典型的平均黏结强度-相对滑移曲线可分为无滑移段、曲线上升段、曲线下降段和水平残余段;室内试验证明栓钉直径和布置形式是影响承载能力的主要因素;根据受力机制建立带栓钉的型钢与喷射混凝土界面的黏结滑移本构模型,并经室内试验和数值模拟双重验证,表明提出的黏结滑移本构模型精度较高。研究结果可为矿山法隧道型钢与喷射混凝土支护结构设计提供理论支持。

地铁车站洞桩法施工扩挖并行下穿既有建筑物的施工影响

[目的]受地面既有建(构)筑物影响,有的地铁车站两端盾构接收区车站主体围护桩无法施作,须采用洞桩法施工。对此需研究地铁车站洞桩法施工扩挖并行下穿既有建筑物的施工影响。[方法]以成都地铁18号线新建倪家桥站下穿既有建筑物工程为研究对象,建立有限元模型,根据实际施工方案,对地面和既有建(构)筑物沉降特征进行分析,并采用现场监测数据进行验证。[结果及结论]采用超前大管棚、临时立柱支撑体系、7导洞分部开挖以及人工挖孔灌注桩等洞桩法施工技术,能够在有效控制地面和既有建筑物沉降的前提下,成功实现车站主体围护桩的施作;对地面沉降和既有建筑物沉降影响最大的施工步骤是导洞(1)、(3)、(5)、(7)的开挖;既有建筑物在导洞(1)、(2)处沉降明显,最大沉降值为9.62 mm,是模拟结果沉降值的1.5倍,现场监测结果与模拟结果均满足安全控制要求。

高速铁路深埋黄土隧道变形模式及锚杆作用机理研究

以郑西铁路客运专线函谷关隧道工程为依托,通过理论分析和现场1?1原型试验相结合,综合分析确定高速铁路大断面深埋黄土隧道围岩内变形模式以及基于此变形模式的锚杆作用机理和作用效果。研究结果表明:拱顶部围岩内位移衰减缓慢,不同深度处围岩相对位移值很小,出现整体下沉现象;边墙部围岩位移衰减较快,不同距离处围岩相对位移值较大;围岩内不同部位变形模式是影响锚杆受力的关键性因素,拱部锚杆受力很小,边墙锚杆受力较大;建议隧道拱部130°范围内可不设置锚杆,该范围以下至墙角设置全长粘结型系统锚杆。研究结果有效地指导了现场设计与施工,同时也为类似工程提供参考依据。

土压平衡盾构通用型渣土改良技术研究

为解决城市地铁土压平衡盾构施工中经常出现的结泥饼、喷涌等重大安全隐患问题。本文对不同地质环境下的渣土渗透系数、内摩擦角、渣土保水率和渣土抗水分散等进行试验研究,并系统分析改良后渣土内摩擦角变化、抗剪强度变化、不同压强下渣土含水量变化、改良后渣土渗透系数变化以及抗水分散性变化。本文提出低浓度阴离子1600万分子量的聚丙烯酰胺溶液和5000分子量聚丙烯酸钠溶液具有良好的渣土改良效果,能适应所有盾构施工地层,其中聚丙烯酰胺是最好的改良剂,针对不同地质环境提出了土压平衡盾构通用型最优改良方案及改良剂最佳配比。

铁路隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法研究

研究目的:某铁路隧道底部粉砂质泥岩蠕变导致仰拱结构持续底鼓,致使列车降速行驶,对铁路运行造成安全隐患。为较准确获取仰拱底鼓区粉砂质泥岩的蠕变参数,本文基于某隧道仰拱5年多的底鼓变形实际监测数据,建立室内岩石剪切蠕变试验与深度学习(GRNN)相融合的岩体蠕变参数确定方法,并对隧道仰拱蠕变变形进行长期预测。研究结论:(1)铁路隧道底鼓段粉砂质泥岩具有明显蠕变特性,该特性对隧道仰拱持续底鼓变形影响较大;(2)提出了基于深度学习的隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法,该方法结合底鼓段长期监测变形数据,能够有效获取隧底岩体蠕变参数,解决隧道围岩蠕变参数难以确定的难题;(3)反演得到的隧底岩体蠕变参数相应的底鼓变形值与实测值拟合度较高,验证了该方法的合理性;(4)本研究成果可为隧道围岩蠕变参数确定、仰拱蠕变变形预测和底鼓治理提供理论依据。

多荷载作用下层状土路基的力学特性研究

依据荷载叠加理论,建立了动、静荷载耦合作用下的加载模型,并提出了组合荷载、组合应力、组合沉降变形等概念;根据相似理论建立层状土路基模型,通过室内相似模型试验,对层状土路基在动荷载和静荷载耦合作用下的应力、变形发展规律进行研究,保持动载不变,通过改变静载的大小,研究动、静组合荷载作用下层状土路基的应力和沉降变化规律。结果表明:层状土路基中,各层的组合应力和组合变形随组合荷载的增加而增大,且呈线性变化;组合荷载、沉降变形随着深度的增加呈非线性减小,并成指数函数递减。其结果为公路路基的设计、施工、运行和维护提供了参考依据。

水平层状泥岩铁路隧道底鼓机理及解析方法研究

西南地区缓倾层状泥岩地层铁路隧道仰拱底鼓病害频发,当列车高速通过时因轨道不平顺导致晃车现象,严重影响列车行车速度及安全。针对缓倾层状泥岩铁路隧道底鼓病害问题,以YD隧道底鼓段为研究对象,通过对隧道底鼓段进行长期变形监测和理论分析,对缓倾层状泥岩铁路隧道底鼓特征及机理开展研究。研究结果表明:隧道左线、中心和右线道床板中心位置处测点底鼓明显,即仰拱中部底鼓量较大,底鼓严重区段6 a持续上鼓约69.75 mm,沿隧道纵向底鼓区段长度约40 m,而隧道两侧边墙墙脚处未发生变形;对于中薄层缓倾层状泥岩地层,在水平构造应力作用下,隧道仰拱底部缓倾层状岩体在弹性阶段向临空面发生一定程度的挠曲变形,隧道边墙围岩沿节理面发生水平剪切滑移变形,隧道拱顶部位围岩发生垂直层理面的弯曲变形,由于衬砌结构作用拱部围岩变形较小。依据隧道平底板受力特征,基于竖向及水平双向荷载作用的简支梁力学模型,建立缓倾层状围岩隧道底板底鼓力学解析模型,分析揭示了隧道仰拱最大底鼓变形量与弹性模量E和底板厚度h成反比,与竖向地应力σz,水平地应力σx和隧道跨度l成正比。研究成果可为类似工程隧道仰拱设计及底鼓治理提供理论依据。

岩土偏压荷载对隧道的影响及其防治

以大坪子隧道工程实例为基础,计算了偏压荷载对隧道的围岩压力,分析了偏压隧道产生的原因及其影响,阐述了偏压荷载对隧道的影响。研究表明:偏压荷载对隧道有极大的危害,必须引起重视,并对如何防治提出了几点建议。

大断面海底隧道二次衬砌结构安全性评价

正在修建的厦门东通道(翔安)海底隧道是我国大陆地区第一条海底公路隧道,主隧道开挖断面达170 m^2,隧道采用钻爆法施工.在海底段穿越了几条破碎带或风化囊槽,最大水深25.7 m,风化囊槽段围岩渗透性好,水压大,隧道拱顶最大静水压力0.68 MPa,为了保证二次衬砌安全,对其进行了现场应力监测。文章通过对现场大量实测数据总结分析,研究了大断面海底隧道二次衬砌的受力特点,为相似条件下海底隧道二次衬砌的设计和施工提供了参考。

不同含水率砂卵石围岩宏细观力学特性研究

含水率对具有颗粒物质性质的隧道砂卵石围岩稳定性有较大影响,通过室内大型三轴试验与颗粒离散元数值三轴试验相结合的方法,对中密状态下不同含水率砂卵石围岩在100、200、300 kPa三种围压下的宏细观力学特性展开研究,分析了含水率对隧道砂卵石围岩宏细观力学参数影响规律。研究结果表明:随着含水率的增加,砂卵石围岩的应力峰值、内摩擦角和粘聚力均随之减小;砂卵石围岩变形破坏时轴向应变约为4%,其应力峰值后仍可承受较大的应力特性;确定了中密状态时不同含水率砂卵石围岩的接触模量、摩擦系数、颗粒刚度比、法向接触强度等离散元细观参数。研究成果为砂卵石地层隧道围岩稳定性离散元精细化模拟提供理论依据。

高速铁路隧道近接施工对既有市政隧道影响分析

针对成都某新建城际铁路隧道近接下穿既有市政管线隧道的设计和施工方案,运用有限差分法和流固耦合理论,分析研究了降水以及新建隧道施工过程中,上部既有市政管线隧道的受力特性及位移变化规律,研究结果表明:既有管线隧道衬砌结构应力和位移变化及分布规律几乎一致,交叉处界面位移最大,并沿隧道纵向向两端逐渐减小且呈对称分布;交叉处30m范围内,拱顶纵向应力主要为负值即压应力,仰拱纵向应力主要为正值即拉应力;降水施工对上部市政管线隧道的影响远大于新建隧道施工造成的影响,前者所引起的沉降约占75%～80%,后者所引起的沉降约占20%～25%;降水施工所引起的纵向最大拉应力为新建隧道施工引起的1.39～3.39倍.所以,降水施工前应采取一定的特殊辅助措施,以保证降水施工时结构安全性.

新工科背景下职业道德教育融入高校土木工程专业教学的优化路径

近年来在我国发生的许多建设工程事故都是职业道德的缺失所引起的,造成许多工程悲剧。作为以后要从事于建筑工程这一行的主力军——土木工程专业的学生,对其在校期间进行工程职业道德建设更加重要。虽然我国近些年来土木工程专业教育有较大发展,但是许多高校只注重传授专业知识,对于工程职业道德教育没有足够的重视。新工科背景下,国家对于人才培养的要求更加严格,所以新工科背景下高校土木工程专业教学中职业道德教育的融入也变得十分重要。

基于组合赋权–未确知测度理论的围岩稳定性评价

针对岩体围岩稳定性评价多指标性和不确定性的特点,使用改进的层次分析法和熵值法确定各影响指标权重,并在此基础上,提出一种新的组合赋权规则,得到相对客观准确的结果。依据岩体围岩稳定性影响指标和分级标准,甄选了6个定性指标和8个定量指标,采用组合赋权–未确知测度理论耦合评价模型,构建了评价指标未确知测度函数、评价指标组合赋权值、置信度判别准则,对研究评价12处围岩断面进行了稳定性评价,获得了每个围岩断面稳定性等级,并与现场评价和模糊理论评价结果对比,评价结果基本符合实际情况。研究表明:岩体围岩稳定性的组合赋权–未确知测度模型是一种科学合理的方法,确保了评测对象信息的完整性和评测结果的客观性、准确性、可靠性,为工程岩体围岩稳定性的评价分级提供了一种新思维,具有工程实践指导意义。

客运专线机场路隧道下穿高架桥近接桩基施工位移控制技术

以成都—绵阳—乐山客运专线机场路隧道下穿成都市蓝天立交桥工程中近接12根高架桥桩基为例,研究近接桩基施工位移控制技术。根据相关规范及相似工程研究成果,制定机场路隧道近接桩基沉降控制标准和水平位移控制标准。建立机场路隧道下穿高架桥段的仿真模型,依据工程地质情况和设计支护参数,确定计算模型物理力学参数,对近接桩基隧道施工进行开挖模拟计算。计算结果表明:12根近接桩基的沉降值和差异沉降值均小于预警值,但是水平位移值均大于允许值,必须采取加固措施才能进行施工。提出在机场路隧道两侧设置隔离桩的加固方案,并计算采取加固措施后的近接桩基沉降及水平位移值。结果表明:12根近接桩基沉降值和差异沉降值均有较大的减少,水平位移值亦大为减小且均小于预警值,机场路隧道可以正常施工。