深埋隧道微震数据规律及岩爆特征分析

多雄拉隧道最大主应力超过30 MPa,属于岩爆易发隧洞。为保证掘进过程中的安全,建立了微震监测网络。通过微震监测数据,对微震监测方案进行评价。同时对微震事件、微震序列和微震震源参数三个指标随时间的演化规律进行统计分析。结果表明:73.23%的微震事件的定位误差在20 m之内,77.67%的微震事件的矩震级集中于-1.75~-0.9之间;在岩爆发生之前累计能量和微震事件会出现显著增加;多雄拉隧道强岩爆和轻微岩爆的微震序列都属于前震-主震-余震型;强岩爆和轻微岩爆的应力降都显著高于其前后的微震事件,且应力降相对于矩震级来说作为岩爆预警信号更加明显。

成都地铁车站深基坑周围地表沉降规律研究

采用颗粒离散元法,分析成都地铁卵石地层深基坑开挖过程中周边地面沉降的变化规律;收集了成都地区9个地铁车站深基坑周围地表沉降的监测资料,给出了地面沉降的包络线及其数学表达式;对比成都地区卵石地层深基坑与上海地区软土地层深基坑周围地表沉降包络线,总结了两者的异同。结果表明:成都地铁卵石地层深基坑周围地表沉降曲线呈凹槽型,沉降包络线可由3段直线组成,其最大沉降点位于坑壁外0.25H处,突变点位于坑壁外0.5H处;成都卵石地层深基坑的地表沉降包络线在地表范围、最大沉降点及突变点距坑壁的距离等均约为上海软土地层深基坑的1/2,两者的最大沉降值可相差1个数量级。

上硬下软地层盾构隧道开挖面极限支护力分析

极限支护力是保证盾构隧道开挖面稳定性的关键参数.但目前鲜有学者研究上硬下软地层中盾构隧道开挖面极限支护力的现状.本文基于极限平衡法和筒仓理论,假设破坏面为折线,建立了适用于该地层的盾构隧道开挖面极限支护力计算模型,并得到其计算公式;进而对该地层模型进行数值模拟.结果表明,与不考虑地层分层的传统方法相比较,本文方法与数值计算结果更为吻合,证明了当开挖面横跨上硬下软地层时考虑分层的必要性.在此基础上,对埋深、上下土层厚度及土体强度指标等参数对极限支护力的影响进行了分析.结果表明:当上下地层土质不同时,考虑分层与否所得的极限支护力差异较大.因此,上硬下软地层不能等同于均质土层,在工程实践中需予以考虑.

高地应力软岩隧道施工动态控制与优化研究

根据兰渝铁路毛羽山隧道出口开挖过程中出现严重大变形的工程实例,利用FLAC3D建立三维数值模型,对不同台阶长度、仰拱闭合时机、锚杆长度以及二次衬砌浇筑时机的隧道施工进行了动态模拟。计算结果表明:台阶长度对大变形控制至关重要,应尽可能减小上台阶长度,采用超短台阶法施工;仰拱对于挤压性围岩隧道大变形控制具有显著的效果,应尽早封闭成环;随着锚杆长度的增加,隧道变形逐渐减小,但是当其长度大于8m时,再增加锚杆长度对控制大变形所起作用不明显;开挖后立即施作二次衬砌,可有效控制围岩蠕变变形。

隧道三维点云施工监测技术与应用

隧道工程作为特殊的地下工程构筑物,施工过程具有很大的难度和风险,对施工过程进行信息化监测十分重要。采用三维激光扫描测量技术,通过三维点云测量,可以进行隧道开挖过程与模型对比分析、变形对比分析和侵限对比分析,及时地掌握隧道施工过程中隧道的沉降和收敛情况、隧道结构的受力和变形情况,为及时调整支护参数、确定二次衬砌最佳时机和修改设计提供可靠的依据;并可依监测成果进行隧道施工安全风险预警预报和风险分级管理。工程实践表明,三维激光扫描系统具有速度快、精度高等优点;测量结果与Leica TPS1200全站仪对比表明,精度符合规范规定的相关要求,数据十分接近。

曲线盾构隧道开挖面被动极限支护力分析

研究目的:曲线盾构隧道在掘进过程中,开挖面受力极其复杂,稳定性难以控制,容易因千斤顶推力过大而造成前方土体的隆起现象。本文以砂土地层为例,基于筒仓理论和极限平衡法,建立曲线盾构隧道开挖面在前方土体被动破坏条件下的"倒梯台-楔形棱柱体"分析模型,提出开挖面被动破坏极限支护力计算方法,然后通过编程试算和数值模拟验证本文所述模型及计算方法的可靠性与准确性。研究结论:(1)被动极限支护力随埋深和内摩擦角的增加而增大,且增长速率逐渐加快;(2)当线路曲率半径小于200 m且土体内摩擦角大于25'时,被动极限支护力对线路曲率半径非常敏感,当线路曲率半径大于800 m时被动极限支护力与直线隧道几无差别;(3)数值模拟结果显示,数值解与理论解变化趋势一致且相差较小;(4)本研究结果可为类似曲线盾构隧道,尤其是小转弯半径盾构隧道开挖面被动极限支护力的确定提供理论基础。

隧道围岩爆破地震累积效应研究

针对公路隧道施工循环爆破作业展开爆破震动累积效应研究。基于现场爆破震动监测与波与能量的相关理论,提出利用单位药量与距离条件下的爆破地震波面积(单位等效面积)分析评估单位药量与距离条件下的爆破震动对结构与围岩介质的影响,通过比较质点振动速度波形面积的变化可分析评估围岩介质体中的爆破震动能的分布与药量和距离的关系,以及围岩介质体物理力学性质的改变与爆破震动能衰减的关系。并提出了爆破地震波单位等效面积的计算方法,通过非药量和距离因素影响下质点振动速度波形单位等效面积分析,合理评估单位爆破震动能在围岩体中的分布状况,以及爆破震动作用下的介质体本身物理力学性质的改变,并可推断与阐述围岩介质体中不连续结构面(体)的总体分布状况,以及在爆破震动作用下的发生与扩展情况和与爆破地震波的互相作用。

盾构隧道通缝拼装管片上浮的监测研究

盾构隧道管片上浮引起的拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显,并直接影响到工程质量。文章对盾构推进过程中管片上浮进行了现场监测及其结果分析,进而得到上浮发生和发展规律,进一步从盾构工法特性、衬背注浆、盾构姿态及线路走向等影响因素着手,对盾构掘进过程中管片产生上浮的现象、原因进行了分析研究,并提出了控制措施。

盾构叠交穿越施工引起的既有隧道变形分析

针对上海新建11号线盾构隧道夹穿地铁4号线的工况,采用数据监测的方法,分析了先下后上穿越施工引起的既有隧道变形规律,采用三次样条插值法对变形曲线进行了拟合,并得出了穿越段全长纵向的变形曲率.基于改进的隧道纵向等效化连续模型,得出了隧道纵向变形曲率与环缝张开量的关系,并结合行业规范,对先下后上多层次穿越引起的既有隧道变形提出了建议控制指标.研究结果表明:新建隧道先下后上夹穿既有隧道时,应控制开挖工程中的最大变形量;内外圈的变形集中在上行线隧道中心线左右2.5倍盾构外径范围内;下穿施工时,外圈由于先期扰动,沉降量较内圈更大,先期扰动影响主要集中在外圈中心区域.研究成果为地铁叠交穿越,尤其是先下后上穿越既有隧道的保护提供了一定的理论基础.

基于雷达信息与监测预警的隧道围岩大变形研究

针对公路隧道溶洞和孔洞的存在给围岩的稳定性控制带来不同程度的困难且围岩大变形极易发生而造成工程事故,采用探地雷达超前探测和监控量测,归纳分析隧道围岩大变形的异常特征,并进一步通过贵州省晴兴高速公路登攀隧道出口围岩大变形预警的工程实例进行验算,获得黔西南区强风化多孔玄武岩及下伏灰岩溶洞雷达图像特征:有充填物时反射波振幅在洞腔范围内衰减强烈,强弱相间;无充填物时反射波基本无衰减,存在中断、起伏和错动现象。围岩大变形监测以拱顶下沉为主,21d最大累计沉降值达到89.40mm,变形速率最大波动范围为14.66～0.64mm/d。应用此结论可以在围岩出现大变形时及时预警并采取控制措施,更好地为后续工程服务。

基坑开挖引起下方纵向斜穿地铁隧道的隆起变形分析

为研究基坑开挖对下方纵向斜穿地铁隧道的影响,通过两阶段分析法提出理论解析解。第一阶段,引入了隧道纵向夹角,考虑了隧道的纵向坡度,使用Mindlin解得到基坑卸荷作用在下方纵向斜穿隧道上的附加应力;第二阶段,将隧道视为搁置在Pasternak地基模型上的Timoshenko长梁,通过有限差分法求解出隧道隆起变形以及内力的计算式,并通过数值模拟算例进行验证,并与基于Euler-Bernoulli梁模型和Winkler地基模型的算法和传统算法的计算结果进行对比。结果表明:采用Euler-Bernoulli梁计算将低估隧道的隆起变形,采用Winkler地基计算将高估隧道的隆起变形;传统算法给出的隧道最大隆起值有10.5%的误差;传统算法给出的弯矩和剪力的最大误差分别为25.48%和30.14%。

不同的开挖方式对公路隧道围岩稳定性影响分析——以重庆公路隧道为例

以重庆某高速公路隧道为研究对象,采用ANSYS有限元软件分析了台阶法和全断面开挖法两种开挖方式对高速公路隧道围岩稳定性的影响。研究表明,重庆某高速公路隧道的围岩是以页岩、泥岩和泥质砂岩等多种围岩材质共同构成的一个高速公路的地段,而其中对于围岩的分类主要是可以分为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ这3类围岩,但是其中最能代表整个围岩路段的是IV类围岩。把该高速公路隧道的挖掘方式进行比较分析时,发现使用上下台阶正断面的挖掘方法可以最大程度地减少隧道围岩所移动的位移距离;进行施工前期支护时,对于隧道围岩的移动位移可以进行控制和制止,这样在进行隧道施工作业时稳定性得到保证。通过应力场对比,采用上下台阶正断面方式时,隧道围岩在整个开挖过程受到的扰动要小于全断面方式。在隧道各部位具有较小的塑性区范围应力集中。在初期支护施加后,可较好地改善应力集中现象。

高水压公路隧道的结构受力特征及对围岩稳定性的影响

以四川省某公路的高水压隧道为对象,采用有限元软件ANSYS11.0,对其结构的受力特征和围岩的稳定性进行了研究。结果表明,水压力对隧道所受的轴力、弯矩、剪力影响最大,受水压力的影响,轴力增加69%以上、弯矩增加97%以上、剪力增加203%以上。在水压力作用系数相同时,在衬砌背后排水系统排出的地下水时,衬砌内力、塑性应变、隧道位移最大值要大于从衬砌渗出的数值,但增幅很小。无论是蛋形断面还是圆形断面,隧道轴力、位移矢量、竖向位移的最大值均有一定程度的减小,两种断面的减小幅度非常相近,圆形断面对隧道结构受力与围岩稳定性要比蛋形断面好。水压力分布不均匀的衬砌内力、塑性应变、隧道位移最大值比分布均匀的要大,其中弯矩、塑性应变最大值增加非常明显,分别增加了100%、443%,水压力分布不均匀对隧道结构受力、围岩稳定性影响较大。

地铁隧道暗挖施工引起刚性接口管线变形的理论分析

地铁施工造成邻近管线危害及其保护是一个重要问题。研究地铁隧道暗挖施工引起管线变形有助于在保证地铁暗挖施工的同时,确保管线的变形满足管线的正常使用,为地铁隧道的安全高效施工提供技术支撑。基于Winkler弹性地基梁理论模型,分别推导出与隧道轴线平行和垂直情况下的刚性接口地下管线由于隧道暗挖施工引起的变形计算公式,结果表明:隧道直径、管隧距离、沉降槽宽度系数、管径、管壁厚、管材弹性模量、下卧岩土体弹性模量、特征系数、泊松比、地层损失率等参数是管线变形的主要影响因素。以西安地铁三号线通—胡区间施工工程为例,制定了管线变形监测方案,工程实践表明理论预测公式计算结果与实际相符。

大断面黄土隧道变形规律及预留变形量研究

文章统计分析了大断面黄土隧道初期支护变形量,研究了大断面黄土隧道变形规律及预留变形量合理取值范围。大断面黄土隧道变形规律表现为:隧道拱顶、拱脚下沉差异小,隧道开挖后拱部将产生一定程度的整体下沉;隧道拱顶下沉量均大于水平收敛;初期支护封闭后,隧道周边位移基本上不再发展;当隧道埋深小于40m时,隧道变形量较大且规律不明显;当隧道埋深大于40m时,隧道变形量分布相对集中。经过对现场量测数据的统计分析可知:在Ⅳ级围岩条件下,大断面黄土隧道预留变形量可取10～15cm;在Ⅴ级围岩条件下,大断面黄土隧道预留变形量可取25～28cm。

基于监测量值变化速度特征的围岩稳定动态综合评判模型

隧道施工中围岩力学行为受较多因素影响,考虑多因素对围岩稳定的综合评判被越来越多研究者所共识。监控量测是隧道围岩应力、变形状态最直接的反映,其变化速度特征是围岩稳定性评价的重要指标;从围岩稳定性的综合评判模型构建角度来说,所建立的模型必须考虑时间因素进行动态综合评判。据此,文章利用具有速度特征的动态综合评价模型可将评价对象速度状态和趋势融合的特点,提出了基于监测量值变化速度特征的隧道围岩稳定动态综合评判模型的构建方法和评判准则。该模型从多因素角度出发,可以全面地对多时段内被评价对象的变化速度进行测度;所采用的被评价对象变化速度状态和速度趋势计算方法使模型在短时量测或量测数据拟合程度不高时同样适用。该模型的可行性在华蓥山隧道围岩稳定判别中得到了验证,为隧道围岩稳定的综合判定提供了一种新的途径。

双线软岩浅埋隧道施工地表沉降预测及控制

采用基于统计理论的二维沉降预测方法及回归模型,对新曲儿岔隧道出口浅埋段地表沉降等问题进行了分析.提出了新曲儿岔隧道施工沉降控制基准确定的方法和控制沉降的措施,以供工程参考.

毛羽山隧道高地应力软岩大变形施工控制技术

兰渝铁路毛羽山隧道出口段穿越薄层状碳质板岩地层,区域原岩应力较大且以水平构造应力为主,隧道开挖过程中出现严重的大变形情况。通过分析,认为高地应力、最大水平主应力与隧道轴线呈大角度相交是大变形的主要因素。隧道施工过程中,通过采取提高支护体系刚度、合理预留变形量,以及采用长锚杆、多重支护和超短台阶法等常规措施控制了围岩变形;基于对围岩动态演化机制的认识,提出了高地应力隧道超前导洞法应力控制释放技术,开展了大型工程试验。阶段性试验成果表明,采用超前导洞有效地降低了正洞施工时的变形速率,对上中台阶影响尤为显著。通过对应力控制释放技术研究的进一步深化,有望探索出安全、高效的高地应力软岩施工新技术。

近距离叠层的盾构隧道施工扰动问题研究

针对上海某新建越江隧道与新建轨交区间隧道立体交叉重叠施工的情况,采用BC-3位移边界条件分析了不同开挖次序以及不同土体损失率下的施工扰动影响。结果表明:在“先上后下”工况下,后开挖对先开挖隧道的影响较大,但对地表沉降的影响较小;在“先下后上”工况下,施工扰动影响与“先上后下”相反;若能将盾构施工的土体损失率控制在一个较小值,则无论采用“先上后下”还是“先下后上”,施工扰动都相对较小。

连拱隧道施工监控量测技术研究

结合铜黄高速汤屯段下杨干隧道的具体情况,详细介绍了连拱隧道的现场监控量测情况,并根据监测结果,在围岩大变形地段以及附近区域选择较为典型的拱顶下沉、水平收敛断面,以及在发生围岩大变形地段增设的8个选测断面,对下杨干隧道由小塌方所引起的围岩大变形情况加以分析,揭示了此种条件下围岩变形与支护结构受力的特点以及大变形对附近地段围岩的影响情况,并提出相应的治理措施,有效地指导了隧道施工的进行,保证隧道施工的安全。