关于采空区地表变形对桥梁影响的研究

目的 以二龙山1号高架桥为研究背景,研究既有采空区所引起的地表沉降以及沉降对已建桥梁的影响。方法 结合数值模拟分析,拟定不同的采空区情况(采空区半径、采空区空洞高度、采空区顶板埋深、顶板弹性模量),分析在自重及附加桥梁荷载作用下,地表沉降规律以及地表沉降对已建桥梁的影响。结果 地表沉降最大值与采空区半径大小、采空区空洞高度呈正相关;地表沉降最大值与采空区顶板埋深、采空区顶板岩层弹性模量呈负相关;结合相邻墩台最大沉降差的要求,在实际工程中,采空区半径小于60 m、采空区埋深大于55 m、采空区空洞高度小于1 m、桥梁正下方岩层弹性模量大于2 000 MPa,理论上可以不进行处治。结论 采空区半径越小,顶板埋深越大,空洞高度越小,顶板岩层弹性模量越大,采空区地表变形越小,对已修建桥梁影响越小。

矩形顶管临近地铁施工地表变形特性

伴随城市地下空间的利用与开发,对于矩形顶管工程的应用愈加广泛,为探究临近地铁隧道情况下,矩形顶管近距离施工时地表的变形规律,依托顶管工程,利用MIDAS-GTS-NX软件进行顶管施工全过程模拟,分析了各施工参数数值的改变对地表变形的影响。结果表明:(1)顶管顶进过程中,顶管机刀盘前方土体受挤压产生隆起变形,后方因地层损失以及出土卸荷而出现地表沉降,开挖面处地表隆起变形较大,地层扰动明显;(2)在一定范围内,增加掘进压力可以有效维持掌子面稳定,减小地表沉降,降低对周围建筑及临近地铁造成损害的风险;(3)增大注浆压力可以控制土体扰动,减小地表沉降,但本工程条件下,超过140 kPa会出现过度补偿作用,反而增加地表沉降;(4)摩阻力相对于掘进压力与注浆压力对地表变形的影响较小,但地表整体沉降反映出随摩阻力增大而增大的趋势。

基于InSAR技术的夏藏滩滑坡区地表变形监测与分析

黄河上游两岸巨型滑坡发育,对以龙羊峡水电工程为代表的黄河上游梯级电站以及当地居民生产生活和生命财产安全等带来一定影响和潜在危害。为研究黄河上游巨型滑坡分布区地表形变特征,以位于青海尖扎境内的黄河上游右岸夏藏滩滑坡分布区为研究区,利用升轨、降轨Sentinel-1A影像数据,采用InSAR技术对滑坡体地表形变信息进行提取和分析,并通过实地调查对基于InSAR技术监测结果进行现场验证。结果表明:采用升轨、降轨Sentinel-1A影像数据所获得的区内滑坡体地表最大形变速率分别为24mm/a和21mm/a,最大累计变形量分别为133mm和128mm;2017—2022年监测周期内,随着监测时间增加,位于夏藏滩滑坡前缘的次级滑坡特征点A和B累计位移量呈逐渐增加的变化趋势;基于PS-InSAR和SBAS-InSAR两种方法所得到的滑坡体地表累计变形量具有一致性特征,该结果表明InSAR技术适用于黄河上游拉干峡—寺沟峡流域巨型滑坡体地表变形的监测。该研究结果不仅为开展黄河上游巨型滑坡地表变形监测提供有效方法,而且为该流域有效防治古滑坡复活提供数据支撑和实际指导。

盾构双线隧道随机有限差分法地表变形研究

研究目的:准确预测盾构双线隧道开挖引起的地表问题对保障线路周边安全十分重要。基于随机场理论框架,将非侵入式随机分析、有限差分法和响应面法有机耦合,建立非侵入式盾构双线隧道地表变形分析有限差分模型,系统研究土体参数与双线隧道间距对地表变形的影响特性。研究结论:(1)土体参数变异系数与双隧间距对地表变形特征曲线变化影响明显;(2)地表变形曲线特征与土层参数随机分布密切相关,由于低刚度占优效应与模量呈现对数正态分布;(3)相较蒙特卡罗法,PCE法的计算精度相近,精度随阶数增加而提升,计算效率优势突出;(4)本研究成果可为设计参数选取提供一种快速可靠简便方法,也可为类似工程提供参考。

路桥膨胀土区域地表变形三维时序InSAR监测方法

本文研究了InSAR技术在路桥膨胀土地区的变形监测方法,以获取地表变形规律和沉降值。实验结果表明,该方法可以通过分析差分干涉图来获得表面变形,获得的表面变形沉降值与实测实际沉降值的误差在+3~-3mm之间,因此监测结果更加准确。路桥膨胀土区域的地表变形具有一定的规律性,膨胀土的特性会导致该区域的地表形变。

羊东矿保护煤柱开采地表变形研究

为解决羊东矿实际开采储量有限、解放呆滞煤量的问题,在控制地表变形的基础上,通过开采保护煤柱的方法,提高煤炭的采出率,延长矿井的生产年限。本文采用概率积分模型对地表变形值进行预计分析,并研究工业广场保护煤柱开采所导致的重要建构筑物采动损害特征,分析工业广场保护煤柱开采中重要建构筑物的影响程度以及墙体、地面变形情况,在此基础上制定相应的维护措施。结果表明,通过概率积分模型得到地表最大下沉值为1.7m,最大水平位移值为0.51 mm/m,最大倾斜值为16 mm/m,曲率为0.68 (10^(-3)/m),判断交换站外侧的楼房会受到IV级破坏,根据结果对墙体进行实施监测,做好修补措施,同时对地面进行监测,并及时将裂缝进行了修补,减小开采对地表的破坏程度,从而保护地表建筑物,实现煤炭合理有效开采。

泥岩地层盾构施工地表变形影响分析

在成都轨道交通30号线一期工程中,泥岩地层的比重占到了一半以上,在这种地层中进行盾构施工,会对地表造成一定程度的影响。因此,在进行泥岩地层盾构施工时,应针对地表变形的影响因素进行分析。本文以成都轨道交通30号线一期工程为例,采用理论分析的方法对泥岩地层中盾构施工引起的地表变形进行了研究,得出了地表变形与隧道埋深、土体强度以及地层含水率等因素之间的关系;并在此基础上提出了泥岩地层盾构施工引起的地表变形控制标准;最后提出了几点有利于泥岩地层盾构施工的建议,希望对以后类似工程有一 定的借鉴作用。

高速公路下伏采空区地表变形分析

为分析下伏采空区路段高速公路地表变形情况,文章利用有限元软件建立模型,对开采、公路建成和注浆填充后各施工阶段的地表水平位移和竖向位移进行数值模拟分析。结果表明:开采后地表竖向位移较大,水平位移基本可忽略;公路建成后地表变形较大,施工中应加强变形监测;注浆填充后地表变形较未处治时水平位移和竖向位移均明显下降,说明注浆填充后地基稳定性明显提升,加固效果良好。

基于概率积分法的复杂多层采空区隧道地表变形预测方法研究

针对复杂多层采空区隧道地表变形预测这一技术难题,采用分割叠加求解法对传统概率积分法进行简化处理,并应用Matlab语言编写采空区隧道地表沉降预测程序,实现自动坐标系的变换。预测结果表明,受复杂多层采空区影响,该隧道段的地表沉降、水平位移、水平变形和倾斜值均较大,特别是隧道出口段地表水平位移及倾斜值较大,易出现滑塌、崩塌现象,施工过程中需进行加固处治。研究结果可为地表变形预测及施工安全控制提供参考。

工作面开采地表变形观测及影响规律分析

为了解决某矿开采沉陷的问题,建立了地表移动观测站进行观测。通过实地观测、地表移动变形参数计算,并利用概率积分法进行模拟,分析了地表移动变形规律,获得了本区地表移动变形参数和预测参数与地质采矿、地形地貌的关系,为该矿煤炭合理开采和各类煤柱的留设提供依据。

地面出入式盾构隧道施工地表变形控制措施

本文以上海市龙水南路越江隧道新建工程为背景,针对地面出入式盾构隧道施工过程中面临的工程重难点,提出了相应控制措施并进行监测。研究发现,采用壳体注浆、同步注浆和土仓保压技术可以有效控制盾构施工对地层的扰动。对于控制隧道上浮和地表变形,地面压重 + 满堂加固技术效果最佳,而地面压重 + 半堂加固技术效果有限。监测结果表明,这些控制措施能够有效减小施工对地表位移的影响。通过有针对性的控制措施和有效的监测手段,成功解决了龙水南路越江隧道新建工程的关键挑战,确保施工的安全性和效果,为类似工程提供了宝贵的经验和借鉴。

深部特厚煤层开采过程中地表变形特征

深部特厚煤层开采过程中会导致地表部分区域出现沉陷、地下水涌出等问题,严重影响地表建筑物的稳定性,同时增加地面人员工作生活的安全隐患。为此,以山西省东瑞煤矿为研究区,基于正在开采的一采区地表变形监测数据,采用理论分析与数值模拟相结合的方法分析将要开采的二采区地表变形特征。结果表明,地表沉降系数与矿区回采率呈正相关,与采高呈负相关,在相同采高和采宽条件下,随着回采率的增大,地表变形参数极值逐渐增大;当区域回采率恒定时,地表变形参数极值随采宽的减小而略有下降;在相同开采宽度下,地表最大倾斜度随回采率和开采高度的增大而增大。

遗留煤柱回采围岩破坏特征及地表变形规律研究

针对榆神府矿区旺格维利采煤遗留煤柱回采围岩稳定性及地表变形控制难题,提出窄条带式胶结充填、连采机回采旺格维利采煤遗留煤柱方法,开展了胶结充填材料物理力学特性测试,采用FLAC 3D模拟分析及地表沉陷预计,研究了不同遗留煤柱回采尺寸下采场围岩塑性区、采场应力演化规律及地表变形规律。研究表明,遗留煤柱回采尺寸为14 m时,采场煤柱塑性区破坏严重,最大垂直应力达19.60 MPa;遗留煤柱回采尺寸为6 m时,采场煤柱塑性区发育范围减小,应力峰值仅为11.6 MPa;工作面充填开采区域越小、充实率越大,地表变形影响程度及范围逐渐减小,当充实率为95%时,地表最大下沉值仅为46 mm,充填可有效控制岩层移动,实现水源保护区下保水采煤。

无人机低空遥感裂缝识别与采动地表变形指标的相关性研究

山西煤炭资源丰富,随着煤炭资源大规模开采利用诱发了一系列地质灾害,地表裂缝即为地质灾害的主要表现形式之一。目前对地表裂缝监测多采用人工野外调查识别和卫星影像解译识别方法,存在成本高、效率低、分辨率低、易受天气影响等不足。利用飞马D2000无人机对山西省华阳二矿某地质灾害易发区进行了航空摄影测量,得到了测区数字正射影像模型(DOM)、数字表面模型(DSM)和三维点云模型(3DPCM),基于这3种模型数据解译得到地表裂缝发育与分布特征。同时,根据地质采矿条件进行地表移动变形预计,分析了地表变形指标与采动裂缝分布之间的关系。结果表明:利用DOM与3DPCM模型数据可以高效、准确地识别地表裂缝,且裂缝分布情况与采动引起的地表曲率变形、水平变形高度相关。研究结果对于预测评估开采引起的地表裂缝发育情况具有参考意义。

厚松散层薄基岩下开采地表变形规律——以鲁南矿区为例

我国东部厚松散层薄基岩矿区开采地表沉陷普遍具有下沉量大、移动范围广、稳沉时间长等特征。本文以鲁南矿区某煤矿为例,探讨了不同松散层与基岩厚度比条件下煤层开采的地表变形参数变化规律,在现场实测的基础上,采用FLAC3D数值模拟技术,建立不同松基比(0.25~5.00)条件下煤层开采的地表变形计算模型,研究了地表变形特征,分析了松基比对概率积分法参数的影响,并从开采沉陷的角度对厚松散层薄基岩条件进行了定量分析与探讨。研究表明:(1)在开采厚度相同条件下,当松基比不断增大时,地表变形量呈明显的先增大后减小特征,在松基比达到某一限值后,地表变形趋于稳定;(2)下沉系数、水平移动系数和主要影响角正切均随着松基比增大表现为先增大后减小的关系,松基比拐点分别为1.75、1.25和1.25;(3)松散层厚度在平均采深中所占的比例对移动角、边界角具有较大的影响,边界角、移动角随着松基比的增大逐渐减小。基于上述研究,提出将松基比为1.25~1.75作为厚松散层薄基岩条件的临界值,为我国东部典型厚松散层薄基岩矿区地表变形预计和开采沉陷灾害防控提供了理论基础。

基于随机场理论的顶管隧道施工地表变形特性分析

针对顶管施工引发的地表变形问题,采用基于高斯型自相关函数和Karhunen-Loeve(KL)级数展开法的随机场理论,考虑地层参数的空间变异性及自相关性,建立三维数值模型中土体参数的随机模拟方法。结合具体顶管施工案例,分析地表纵向及横向变形规律,并与现场实测结果进行对比验证计算方法的可靠性。研究地层土体摩擦角、黏聚力、弹性模量的变异性、相关距离和变异系数对地表变形的影响规律。研究结果表明:与确定性数值模拟相比,随机模拟方法在分析顶管施工地表变形时具有更好的适用性;三维随机场较二维随机场更能够反映3个维度的空间变异性和顶管顶进的空间效应,得到不同顶进距离下各断面地表变形超出控制值的概率;弹性模量的空间变异性对地表变形随机曲线的离散程度和包络范围有较大影响,但不改变变形趋势和规律;变异系数和相关距离对随机曲线的离散程度有较大影响。

盾构法隧道施工地表变形阶段控制目标规划及其在盾构自主驾驶中的应用

为降低阶段地表变形目标设定中对施工人员经验依赖程度,提高盾构施工的安全性和效率,提出一种科学、有效的地表变形阶段目标规划方法。首先,对不同地质条件下各阶段地表变形量与盾构掘进效率和周边环境的关系进行分析;然后,采用机器学习方法建立盾构掘进效率评估模型和最终地表变形预测模型;最后,基于预测结果综合考虑推进效率、环境扰动和施工成本,得到工程综合效益评价,并应用粒子群优化算法计算得到各阶段地表变形控制值,以实现最优综合效益。该模型已被内置在“智驭号”盾构自主掘进控制系统中,并应用于南京地铁5号线隧道工程。工程应用结果表明,该模型通过对地表变形阶段控制目标的优化,有效提升了自主驾驶盾构施工的安全性和高效性。

考虑流固耦合效应的双模盾构施工对地表变形的影响

为研究考虑流固耦合效应的盾构施工对地表的影响,文中以穗莞深城际西宝区间大直径双模盾构在复杂地层中施工为背景,采用midas GTS NX软件建立三维有限元模型,探究渗流作用下TBM模式在硬岩中掘进时的地表变形规律。结果表明,对于位于裂隙发育、富水性及透水性中等的硬岩隧道,隧道开挖引发的地下水渗流会加剧隧道周围及地表的位移变化,因此,在计算盾构施工对围岩及地表带来的影响时,应当考虑流固耦合效应。

管幕+CRD法隧道并行下穿对地表变形的影响

地铁隧道近距离下穿重要管线时安全风险较大,为了认识CRD法隧道在管幕法支护特定工法下并行下穿既有管线对管线及地表变形的特点,本文依托该暗挖隧道施工工程,通过工程现场实际监测数据的处理和分析,系统揭示管幕施工和暗挖隧道CRD法施工过程中管线、隧道和隧道周围地层的变形规律,以及隧道内型钢支架结构的受力特征。研究结果表明:施工中产生的沉降叠加效应导致左线隧道上方地表沉降比右线隧道上方沉降大3.86%;开挖面通过监测断面时产生的沉降值最大;开挖面通过监测断面后,地表沉降变化速率变小,开挖阶段左线平均沉降速率约为右线平均沉降速率的1/2;左线隧道和右线隧道的水平收敛值最大值位置集中在隧道内侧靠上部位监测点,隧道变形以竖向变形为主;管幕支护完成后,先行线开挖对后行线所在地层具有一定扰动但是影响较小,管幕法施工对控制沉降变形有明显作用。

水平定向钻扩孔施工地表变形计算分析

部分城市地下工程的管道埋深较浅(属半无限空间土体),上覆土压力较小,使用水平定向钻进行扩孔施工时常处于过压状态,易导致地表隆起变形,地面冒浆等情况发生。基于圆孔扩张理论和镜像法,推导出半无限空间土体下采用水平定向钻扩孔施工时地表位移的解析解,并以西安地铁十号线某穿越工程为例进行验证计算。结果表明:实测值与理论值变化趋势相一致,且平均误差仅为7%;增大扩孔级数、黏聚力和内摩擦角可以减小地表变形;强度理论效应对地表变形计算的影响不容忽视,计算时应根据土质选取合适的强度准则,避免使用D-P1和D-P3准则。分析结果可为水平定向钻技术的工程应用提供一定的理论技术参考。