济南济泺路穿黄隧道典型粉质黏土HSS模型参数获取及适用性

盾构施工过程中土体大部分区域处于小应变状态,与常用的本构模型的土体性质有所不同。因此,为研究济南济泺路穿黄隧道区域内典型粉质黏土的的静动力行为特性及工程适用性,通过室内基础土工试验、侧限固结试验、标准三轴固结试验以及动三轴试验,确定了粉质黏土基本物理性质参数以及切线刚度E_(oed)^(ref)、割线模量E_(50)^(ref)、卸载/重加载参考刚度E_(ur)^(ref),并将所得参数应用于济南济泺路穿黄隧道工程下穿北岸大堤沉降分析中,同时通过对比应用硬化土小应变硬化(hardening soil model with small strain stiffness,HSS)本构模型、摩尔库伦(M-C)本构模型的模拟结果与现场实测结果,验证了HSS本构模型在该地区变形分析中的准确性。结果表明:围压一定时,该地区粉质黏土试样竖向应变以塑性应变为主,且随动应力的增加,土体达到稳定所需时间越长;循环荷载一定时,增大土体围压可提高土体的稳定性;基于室内试验获取的HSS本构模型参数模拟的济南济泺路穿黄隧道下穿大堤工程地层变形结果与现场实测值吻合良好,验证了基于所提出的室内试验获取岩土小应变相关参数方法的适用性。研究成果可以丰富济南黄河地区粉质黏土地层参数研究,并为该地区岩土工程数值模拟分析的本构模型与地层参数选取提供参考。

富水复合砂层大直径盾构掘进同步注浆性能配比试验研究

针对广佛环城际铁路大直径盾构隧道掘进地段富水复合地层的地质条件,选择具有充填速度快,保水性好,离析率低等性能的同步注浆材料,设计均匀试验测定不同配比下单液浆的物理力学性能参数,对结果采用多目标规划方法优化分析。试验结果表明:选取质量比为水泥∶粉煤灰∶黏土∶生石灰∶硫酸钠∶水=1∶2.56∶0.30∶4.90∶2.32的浆液,能同时满足适用于富水地层的流动度和凝结时间,泌水率较低,强度高和经济效益较高等多约束条件。对砂浆配合比优化前后进行对比试验,结果显示采用最优配合比砂浆的性能有较明显的改善。

A new clay-cement composite grouting material for tunnelling in underwater karst area

A new clay-cement composite grouting material (CCGM) for tunnelling in underwater karst area was developed through the excellent synergistic interactions among cement, clay, meta-aluminate and lignin. The probable formation mechanism of the material was proposed based on a series of experimental tests. The results show that with an optimal mass ratio (2:1:1:0.024) for water, cement, clay and additives, the obtained CCGM displayed an excellent grouting performance for karst in an underwater condition. Compared with neat cement grouts and clay-cement grouts, CCGM has faster gel time, lower bleeding rate and bulk shrinkage rate, greater initial viscosity, and a strong resistance to water dispersion. A successful engineering application indicates that CCGM not only fulfils a better grouting performance for karst in underwater conditions but also reduces the engineering cost and environmental pollution.

基于三维超像素分割的隧道围岩结构面智能识别方法

随着人工智能的不断发展,基于智能算法的快速、无损化隧道开挖面岩体特征识别方法,为在建或在役隧道地质灾害事故下的开挖面结构面调查提供了新思路。在开挖面三维全景图像的基础上,提出了三维SLIC超像素分割改进算法,将三维Mesh图像的基本元素——三角面(Triangle)按照颜色、空间坐标、法向量等指标进行聚类分组,以获取开挖面三维超像素;提出了基于角度差异性的结构面提取算法,对超像素进行逐一筛选,获取开挖面节理裂隙识别结果;基于此,进一步提出了基于无监督聚类学习的多级聚类围岩结构特征融合算法,将围岩节理裂隙识别结果进行聚类,获取开挖面的优势结构面组和大型跨里程结构面组;最后,结合浙江虎溪台隧道的21组开挖面三维图像数据对所提出算法进行了验证。结果表明:所提出算法的识别结果与地勘资料中2个主要结构面方向的倾向误差不超过14.8°,倾角误差不超过17.8°,验证了所提出算法有效性,该方法能较为准确地反映隧道围岩的结构面信息,并为隧道开挖面的结构面三维信息识别与评估提供了一种新的思路与方法。

隧道火灾后衬砌结构伤损特征及变形原因分析

对火灾作用下隧道衬砌结构状态的全面评价与诊断,对于灾后隧道检测、线路恢复与维修加固至关重要。对G4京港澳高速某隧道火灾后的隧道现场进行了大量照片采集,并结合三维实景与全景展开图融合的3DZI检测技术,对隧道火灾受损区段进行了全面的视觉观测和净空检测,获得了火灾后的衬砌表观损坏的详细特征及净空收敛变形。分析表明,隧道火灾造成的衬砌结构损伤位置与火焰及高温烟气扩散范围相重合;衬砌结构变形规律与室内试验揭露的温度分布规律一致,说明火灾高温会导致衬砌结构局部破坏和材料劣化与变形。

四连拱隧道围岩压力计算方法研究

为研究大跨度四连拱隧道围岩压力作用模式以及计算方法,依托观音岩不等跨四连拱隧道工程,基于太沙基理论及其活动门试验相关结果,分析了四连拱隧道围岩压力的作用模式,明确了不同埋深情况下四连拱隧道的荷载计算体系,推导了四连拱隧道围岩压力的计算公式,其次通过现场实测数据与有限元计算结果对围岩压力计算公式进行了验证。最后结合现有工程以及研究成果,提出了四连拱隧道施工指导意见。结果表明:推导的四连拱隧道围岩压力计算公式结果与现场实测及数值模拟结果吻合较好,表明该公式可作为计算四连拱隧道围岩压力的有效方法;在深埋条件下,四连拱隧道围岩压力作用模式主要受中隔墙顶部岩体承载能力影响,相对于两侧中隔墙,中间中隔墙因受多洞室交叉施工扰动次数和程度最大,其顶部岩体承载能力下降程度决定四连拱隧道承载拱的分布特征;在浅埋条件下,四连拱隧道无法形成完整的极限承载拱,围岩压力主要受埋深范围内太沙基土压力影响;不等跨条件下,各开挖洞室围岩压力具有明显差异,施工过程中应针对不同跨度的开挖洞室进行针对性支护设计。研究结果可为类似的四连拱隧道设计施工提供参考意见。

隧道开挖支护质量3DZI检测技术及应用研究

为解决钻爆法隧道施工过程中隧道围岩及开挖支护质量难以快速、完整、准确检测的难题,通过对三维重建与全景展开图技术的融合与改进,提出基于3DZI技术(3DReality and Deep Zoom Image)的隧道开挖与支护质量检测方法。通过用参数化流线与迹线方程构建网格化的设计轮廓曲面,建立三维轮廓与二维展开平面之间的映射关系,实现三维实景与平面全景展开图的信息协同与辨识;通过网格曲面法线方程与三维实景模型求交,实现对空间距离测量和体积估算,并生成净空偏差云图和断面图;通过求交修正后的网格曲面实现对图像无视差矫正拼接,生成高质量的全景展开图,用于还原记录围岩和初支表面情况,实现对表面物体长度和面积的测量。结果表明:该方法设备成本低且作业灵活,仅需在现场布置若干控制点后自由设站拍摄照片,可实现隧道围岩地质编录、超欠挖与初支工程量等量化检测,以及隧道塌方体积与大变形量的快速测定,并可揭示各项作业效果之间的因果关联性。工程现场应用表明:该方法检测结果能直观全面地反映隧道开挖支护效果及围岩地质情况,同时获得超欠挖分布规律和初支材料用量信息,可为隧道施工开挖与支护质量控制、动态设计提供可靠的信息化检测结果和依据。

叠线盾构隧道托架接收施工技术及稳定性分析

针对郑州地铁3号线金太区间叠线盾构隧道接收,对上下叠线盾构隧道托架接收工艺进行总结,并重点对叠线盾构接收托架各构件强度、稳定性及地基承载力进行分析计算,根据《钢结构设计规范》验证了盾构接收托架各构件强度和稳定性均满足要求,并根据计算结果与现场实际给出相应的施工安全建议,对此类叠线盾构隧道接收施工技术提供参考经验。