列车荷载下近距交叠隧道加固方案优化选择

为研究列车荷载下交叠段围岩的力学特性变化规律,以青岛市地铁2号线枣山路—李村站区间隧道与3号线李村—万年泉站区间隧道相交叠为工程原型,通过数值模拟分析列车荷载下交叠区围岩关键点处力学特性变化规律,针对原加固方案引起交叠区岩体较破碎,造成运营安全的不确定性特殊工况,提出4种交叠区围岩加固技术,并结合灰色关联理论对上述加固方案进行优化选择,确定最终围岩的优化加固方案为方案2。

弱胶结软岩巷道断面形式及支护优化研究

为研究弱胶结软岩巷道最佳断面结构形式及相应支护措施,以新疆伊犁四矿区弱胶结软岩巷道为工程背景,对巷道断面形式多样、支护措施难以确定的特殊工况进行探究。结合FLAC3D数值软件,分析复杂地质条件下不同断面形式及相应支护措施下弱胶结软岩巷道的围岩变形及塑性区发展规律。研究表明:弱胶结软岩巷道中不同断面形式的选取对巷道围岩变形及塑性区分布有较大影响,其中矩形巷道围岩变形最为严重;对比五种断面形式的围岩变形量及塑性区分布范围,选定马蹄形断面进一步分析不同支护措施下巷道围岩的变形特征及塑性区发展规律,并与现场监测结果对比分析,提出适用于弱胶结软岩巷道的支护方式,即"二次锚网喷+预应力锚索"支护。

大断面隧道穿越古滑坡体施工技术优化研究

以宝兰客专线秦安隧道-王家墩滑坡工程为依托,针对古滑坡体滑动面横穿大断面隧道洞身现象,提出针对性的设计方案,运用有限元软件FLAC3D进行数值仿真模拟,采用三台阶七步开挖法、双侧壁导坑法以及CRD法,以隧道围岩位移特征、塑性区发展规律以及围岩应力状态为主要指标进行对比分析,探讨其优劣性。研究结果表明:进行隧道开挖时,左拱腰以及右拱脚均产生拉应力,并在滑动面与隧道相交处产生相对滑动;CRD工法下的围岩最大拉应力和山侧隧道滑动面处相对滑动位移均小于其他2种工法,且每个洞口的快速封闭和强支护,可以有效限制塑性区的发展。基于地表沉降和水平位移两个控制指标,采用CRD法进行隧道开挖并采取优化措施,现场监测数据显示与数值模拟趋势一致,且地表沉降和水平滑移均在10 mm以内,对滑坡扰动较小,围岩控制效果良好,为类似工程提供借鉴。

富水弱胶结地层地铁隧道裂隙水涌水量分析

针对复杂地质条件下浅埋地铁隧道裂隙水涌水量预测问题,文章以青岛地铁2号线枣李区间隧道为工程背景,基于等效连续介质模型,利用复变函数理论转换岩土体渗流区域和边界条件,推导了适用于浅埋地铁隧道涌水量的计算公式,确定了合理注浆圈参数;并建立了地铁隧道涌水量计算模型,通过流固耦合分析研究了不同注浆圈厚度条件下地铁隧道涌水量变化规律,验证了工程现场实测数据和数值模拟结果与理论解析值的吻合度。结果表明:隧道涌水量随着注浆圈厚度的增大或渗透系数的减小而降低;考虑到地铁隧道涌水量控制标准、经济合理性等要求,确定注浆圈厚度为4 m、渗透系数为0.009 8作为最优合理注浆圈参数;地铁隧道涌水量计算公式解析值与模拟值、实测值在误差允许范围内基本吻合,验证了计算公式的正确性和适用性。

大断面小净距三孔并行隧道施工方案优化

以重庆新中梁山大断面小净距三孔并行隧道段为依托,采用FLAC 3D有限差分软件,首先对大断面主隧道不同施工方案进行了模拟,然后研究了大断面小净距三孔并行隧道在不同施工顺序下围岩位移与应力的变化情况,并与现场监测数据进行了对比分析。研究结果表明:中隔壁法在控制围岩变形和缩短施工工期上有较大优势,所以中间主隧道采用中隔壁法,左右辅助隧道采用上下台阶法施工;三孔并行隧道按左-右-中顺序开挖时主隧道围岩变形量以及各隧道拱顶主应力均小于其他3种开挖顺序。

青岛地铁穿越富水弱胶结地层支护方案优化研究

为解决青岛地铁穿越富水弱胶结地层隧道安全快速施工难题,针对隧道上部天然隔水层保护前提下的支护方案优化,考虑支护结构对围岩稳定性控制的影响,通过数值模拟分析了不同支护方案下隧道开挖后围岩变形规律与塑性区扩展特征;基于隧道上覆岩层塑性区范围、隧道沉降和收敛值等控制指标优化了支护方案,并结合Peck公式采用非线性拟合方法建立了地表变形预测公式。结果表明:以超前小导管结合超前锚杆的联合支护体系能够有效控制隧道开挖围岩变形,并对上覆隔水层起到一定保护作用,优化后支护方案安全、合理、高效,为类似条件下的地铁隧道变形控制及快速施工提供了理论依据和技术指导。

小净距立体交叉隧道流固耦合研究

以青岛地铁2号线下穿地铁1号线为背景，采用试验法与数值模拟方法相结合，对小净距立体交叉隧道进行流固耦合研究。结果表明：①施工扰动产生应力峰值后围压碎裂区挤密，导致渗透作用减弱，当岩石受到的应力峰值达到一定值时，岩石渗透系数趋于稳定，不随水压的变化而变化；②渗流造成的地表沉降增量大于开挖造成的地表沉降增量，且沉降槽宽度也明显增大；③开挖是隧道变形增大的主要因素，在渗流作用下，隧道结构自身能够保持较高的稳定性；④隧道开挖造成围岩孔隙水压力急剧减小，在隧道周边形成漏斗状孔隙水压力区；隧道超前注浆支护有利于降低隧道周边孔隙水压力，减小地下水对隧道的影响。

U型约束混凝土补强机制研究及应用

U型约束混凝土拱架支护可有效解决传统拱架支护后期承载力不足的问题,但灌注口的存在会降低其承载力,它是整个拱架的关键部位之一,需进行局部补强加固。为研究U型约束混凝土拱架补强机制,取留设灌注口U型约束混凝土短柱为研究对象,通过强度指标α和经济指标β对3种不同补强方式及不同补强板厚度在轴压作用下受力机制进行研究。结果表明:沿口竖向补强、沿口横向补强、沿口周全包3种局部补强方式可将短柱的轴压承载力分别提高至补强前的115.6%,105.8%,103.8%;补强钢板厚度在14~22 mm范围时竖向补强方式的经济指标β值增长率最大。将竖向补强方式在全比尺试验验证后应用于工程实际,取得了良好的效果。