某山区高速公路特长隧道特殊地质塌方涌水分析及处治

由于山区高速公路受地形条件的制约,在选线过程中常采用隧道方案穿越山岭。山区高速公路隧道地形起伏大、条件复杂,面临断层、岩溶、高地应力、瓦斯等不良地质,可能出现涌水、塌方、大变形、岩爆等地质灾害,若处治不当不仅造成安全质量事故、增大投资、影响工期、后期的运营,甚至会造成不良的社会影响。以某山区高速公路特长隧道为例,探讨复杂地质条件下公路隧道塌方涌水原因分析及处治措施。

衬砌结构异形富水微裂缝模型试验与量化识别

为探讨准确识别隧道衬砌结构中异形富水微裂缝的方法,用探地雷达和F-K偏移法针对4种异形富水微裂缝模型进行检测试验及对雷达检测的特征信号进行偏移归位,再用波形分析法和小波变换模极大值法对裂缝模型的位置和形态进行识别。研究结果表明:异形富水微裂缝模型的雷达响应图像很难被直接识别,通过F-K偏移归位处理后,可识别裂缝模型的形态。小波变换模极大值法比波形分析法能更精确地实现异形富水微裂缝模型的量化识别;微裂缝模型的二维轮廓重构图能够较好地拟合实体模型的形状。该结果可为隧道衬砌结构异形富水微裂缝的识别提供借鉴。

公路隧道衬砌病害分析与处治方案研究

公路隧道衬砌病害降低隧道结构承载能力的同时,也对行车安全造成了较大不利影响。大部分衬砌病害的表现形式为衬砌变形脱落、衬砌裂缝以及隧道路面出现波浪形鼓包等。文章以某高速公路分离式隧道为研究背景,对公路隧道衬砌病害成因及治理方案进行了系统性的研究。在分析该公路隧道地质结构特点、围岩等级、地下水来源以及衬砌支护参数的基础上,以隧道病害区域表观病害特点和专项病害检测结论为依据,分析了衬砌病害出现的原因,并提出了切实可行的治理方案。

西宁至成都铁路甘青隧道设计及工程对策

甘青隧道为西宁至成都铁路的控制性工程,隧址区海拔高、气候环境恶劣、地质构造复杂、地下水发育。隧道建设将面临高原寒区长大隧道分合修、长大隧道施工组织方案、特殊地质隧道工程对策、安全快速施工、防寒、防灾救援模式等技术难题。结合隧道环境、地质条件,开展复杂环境下隧道设计及工程对策研究,并提出以下工程对策:(1)合修方案作业空间大,有利于充分发挥机械工效;(2)隧道出口设局部平行导坑可超前探明地质,有效降低施工风险;(3)高地应力岩爆隧道应加强监测,实时优化支护措施;高地应力软岩隧道采取调整仰拱曲率、加强衬砌支护措施方案;膨胀岩隧道采取调整仰拱曲率,仰拱填充面布设护面钢筋,仰拱采用钢筋混凝土结构;(4)采用埋在冻结线以下的中心深埋水沟、防寒泄水洞等防寒措施;(5)采用洞内列车救援模式;(6)围岩条件好、控制性工区采用大型机械化配套施工。

盾构区间正线隧道内机械法实施下沉式泵房技术研究

为了解决目前盾构区间正线隧道内设置泵房出现的一系列问题,在天津市既有线内置式泵房使用现状的基础上,优化排水泵总体布置形式,通过管片底部开孔下探来增加集水坑深度,以满足排水相关要求。提出在盾构区间正线隧道内采用机械法实施下沉式泵房外挂集水坑的技术方案,以满足集水坑的有效容积需求,从而缩短集水坑的纵向长度,减少对道床结构的不利影响。提出与该项技术实施相关的特殊衬砌管片构造形式、结构方案、实施步骤等,并对该项技术施工全过程进行了数值模拟分析,结果显示该项技术整体施工风险可控、结构方案合理。鉴于目前地下工程建设需求,研发一种在盾构区间正线隧道内采用机械法实施下沉式泵房外挂集水坑的技术方案,具有重要的探索价值及推广意义。

异形孔水包爆破围岩粉碎范围研究

隧道掘进中光面爆破的超欠挖、开挖轮廓线不光滑及爆破效率低是施工中最为关心的问题。针对异形孔水包爆破破岩机理的问题,基于岩石爆破损伤分区理论,拟合并推导出异形孔水包爆破的孔壁冲击力计算式及围岩粉碎区的计算式P_(d)=3028.4K_(d)^(-1.021)及围岩粉碎区的计算式R_(c)=(P/N[P_(r)])^(1/α)(r_(b)+l)。以重庆市黔江区正阳镇隧道为依托,以自制钻头为工具,通过异形孔水包爆破与常规爆破的对比试验以及岩石爆破损伤阈值的数值模拟,验证了计算式的可靠性。结果表明:前者公式拟合精度为R^(2)=0.996,后者围岩粉碎范围的理论值与实测值吻合;该爆破方式即使在复杂岩石节理中也能产生光滑的隧道开挖轮廓线;炸药径向不耦合系数K_(d)≤1.5内,炸药量的增加对围岩粉碎区的影响甚少,其主要对破裂区产生影响。

大断面异形盾构同步注浆两阶段复合扩散机制及压力时空分布模式

异形盾构在隧道断面形式多样化发展的情势下越来越多地出现在地铁建设中,因其自身几何形状特性所对应的非常规盾尾间隙和复杂的浆液流动路径让注浆施工控制较为困难,长时间的拼装过程亦使得浆液压力重分布更难明晰。在分析盾构同步注浆充填运动特征和渗透扩散机理的基础上,通过考虑浆液的非预定填充轨迹、黏度时变性以及驱替/渗滤效应,建立更加符合实际情况的浆液填充与渗透复合扩散模型,推导浆液压力和时空扩散距离的理论计算式。由此统一注浆过程中浆液的填充扩散与渗透扩散两阶段,整合浆液压力的传递和消散过程,依托类矩形盾构工程实例获得压力沿管片的3D时空分布规律。研究表明:浆压的传递与消散对管片总的及单位面积受力均有显著影响,填充扩散的计算结果呈上小下大,重力主导的趋势,竖向梯度约为16kPa/m,压力曲线更加饱满,压力槽现象不太明显;该地层和参数条件下的渗透消散计算结果呈非线性变化特征,前期较快后期较慢,达到稳定时间更短,不透水层的形成使得最终浆压与静水压力的差值达到初始渗透压差的46%左右。文中提出的两阶段注浆扩散模型与现场实测结果更加接近,浆液压力分布的局部趋势、波动特征及消散规律与传统方法计算出的结果有显著区别,其能更好地说明浆液在异形空间中的运动方式及其向外扩散中的损失细节。该研究成果也能在传统圆形盾构隧道的建设中进行应用服务,并为精细化分析施工阶段的衬砌管片受力模式提供理论依据。

隧道坍塌应急处置和未来科学救援发展趋势

依托国家应急救援中铁二局昆明救援队历年来参加的14次隧道坍塌事故应急救援案例,总结分析如何科学有效地组织隧道坍塌应急救援,详细阐述成功救援的关键因素,包括救援方案选择和救援装备使用等,并提出隧道坍塌科学救援发展趋势,为今后隧道坍塌应急救援提供参考。

高瓦斯隧道贯通后通风施工分析

为了将高瓦斯隧道中的有毒有害气体及时排出,营造安全的隧道洞内施工环境,结合王家岩隧道实际情况,立足于隧道贯通后通风方案,探讨风机安设施工的要点以及通风检测的方法,并验证方案的可行性。在高瓦斯隧道贯通后通风专项工程施工中,须根据隧道实际情况,切实做好风机安设施工工作,可有效降低有毒有害气体对施工人员、机械设备造成的影响,保证各道工序安全有序地开展,值得类似工程借鉴参考。

悬臂式掘进机在城市地铁隧道施工应用探讨

城市轨道交通发展日新月异,为适应当代环保、安全、质量、成本等要求,地铁隧道施工领域逐渐采用悬臂掘进机进行施工。此文结合济南城市轨道交通4号线一期工程历下广场站~奥体中心站区间工程案例,在不同施工条件下,通过对施工工效、能耗等问题,综合对比分析了其主要性能和适应性,并对悬臂掘进机的选择、穿越特殊地质和主要运作性能等方面提出合理化建议。

下穿主河涌明挖隧道防水施工关键技术

结合汕头塔岗围片区翠峰路下穿隧道工程,对穿越厚淤泥层主河涌的特殊地质与环境下,采用明挖工法的隧道防水施工关键技术进行阐述,主要内容涉及主体结构、底板防水、侧墙以及顶板防水等施工要点。

盾构侧向始发预埋钢板受力特征及安全性研究

北京地铁昌平线南延线02段工程采用异形钢套筒侧向始发技术,实现地面空间不足条件下的盾构始发,文章通过数值模拟和现场监测对异形钢套筒和洞门连接处的安全性进行分析,结果表明洞门采用预埋宽15cm、厚12mm的预埋钢板与异形钢套筒焊接后,在整个盾构机始发过程中结构安全系数均在2.0以上,满足安全规范要求。

大直径输水隧洞压力钢管液压反铲安装施工技术

为了有效解决大直径缓坡段输水隧洞压力钢管安装施工诸多难题,应用挖掘机液压反铲机械改造、专用支架制作、压力钢管变形控制等施工方法,并采取U形垫块式支架配合手拉葫芦、设置钢管内支撑等措施,采用合理的焊接工艺避免焊接应力集中现象,完成了输水隧洞压力钢管运输、调整及安装。工程应用实践证明该技术效果较好,具有较好的推广应用前景。

一种输水隧洞内超长大直径钢管运输对接专用工装车的设计与应用

输水隧洞采用盾构机或TBM施工,管片为外衬,钢管为内衬。由于钢管直径大,与管片间隙小,在管片内运输和对接存在困难。为了解决该问题,设计了一种钢管运输对接专用工装车。工装车以锂电池为能源,采用电气系统和液压系统协同控制,具备驾驶室和遥控两种操作模式,配置防碰撞预警功能,满足超长大直径钢管在管片内安全运输和快速校正对接要求。在输水隧洞工程应用该工装车,操作安全便利,施工流畅高效。

饱和土–隧道动力响应的2.5维有限元–边界元耦合模型

针对饱和土中异形隧道的三维动力响应问题,建立了2.5维有限元与边界元耦合模型.将隧道结构视为弹性体,采用2.5维有限元建立隧道模型;将地基土视为饱和多孔介质,采用2.5维边界元建立饱和土体模型.借助组合辅助问题基本解消除了边界积分方程的奇异性.利用饱和土与隧道接触面的位移、面力连续和完全透水或完全不透水边界条件,实现2.5维有限元和边界元模型的耦合求解.模型具有计算效率高、适用范围广的优点.通过与完全透水和完全不透水边界条件下轴对称问题的半解析解以及单相介质的2.5维有限元与边界元耦合模型对比,验证了本文模型的正确性.最后利用该模型计算了饱和土体中类矩形隧道在移动载荷作用下的三维动力响应,分析了不同土体渗透性下位移及孔隙水压力沿隧道轴向、环向和深度的分布规律.结果表明:(1)孔隙水压力随土体渗透性增大而显著减小,位移受土体渗透性影响小;(2)位移及孔隙水压力在隧道环向主要分布在距载荷作用点两侧约2 m的范围内;(3)孔隙水压力沿深度的衰减比土体位移快,且孔隙水压力和轴向位移沿深度的分布受土体渗透性影响大.

超长异形深基坑施工对紧邻运营线路水平位移影响分析

以滨海快线福州火车站基坑工程为背景,对紧邻既有隧道水平位移的实测数据展开细致分析,并结合弹性地基梁理论,探讨超长异形深基坑分坑施工对紧邻既有隧道水平位移的影响规律。实测结果表明:随着基坑的开挖卸荷,既有隧道整体发生朝向基坑侧的水平位移,水平位移曲线呈现多峰形态,且各峰值均大致位于各分坑的中部。同时,受到既有隧道平面线形影响,分坑施工过程中,其水平位移曲线出现局部反弹效应。进一步地,将隧道简化为搁置于Winkler弹性地基梁上的Timoshenko梁,通过两阶段分析法计算既有隧道水平位移的近似理论解,与现场实测水平位移的变化规律基本吻合,但量值上略小于实测值。

异形隧道盾构切削机构的奇异性与运动学分析

首次选择传统五杆机构的一种变异机构作为异形断面隧道盾构切削机构,并就切削机构的奇异性和运动学问题进行了详细的分析,从而为该核心技术在实际工程应用时,如何避免切削机构的瞬时运动不确定位置提供了必要的理论基础.同时,运动学的分析工作,也为动力学分析、杆长相互关系的组合与选择、切削机构刀盘位置布置及结构设计等分析提供了前期的理论分析基础.尤其对实现任意轨迹的要求,提供了两输入控制所需的数学模型基础.

公路隧道环境因子对混凝土衬砌耐久性影响综述

公路隧道混凝土衬砌结构中衬砌混凝土的耐久性对隧道的健康运营具有重要的影响。隧道所处的环境较为恶劣,包括一般大气环境和地下水的侵蚀性环境。隧道环境中的CO2、SO2等酸性气体会使混凝土发生碳化或类碳化反应,造成衬砌混凝土开裂,大气中的相对湿度、相对温度都会加速碳化过程。地下水的侵蚀性环境主要包括地下水中Cl-、SO42-,它们对混凝土的侵蚀主要体现在钢筋锈蚀和混凝土的胀裂。这些反应严重时甚至导致隧道无法正常运营。就公路隧道环境的特殊性,科学地对其进行划分并阐述和分析公路隧道环境对衬砌混凝土耐久性的影响及发生机理,并提出提高公路隧道衬砌混凝土耐久性的措施。

地裂缝活动下分段式马蹄形隧道特殊变形缝的三维变形特征试验研究

为研究40°斜穿地裂缝分段式马蹄形衬砌结构受地裂缝影响的变形破坏模式、特殊变形缝的三维变形特征,从西安地铁隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计分段式马蹄形隧道衬砌结构40°斜穿地裂缝的物理模型试验。模型顶面土体沉降、结构底部土压力分布、变形缝三维变形特征表明:分段式马蹄形隧道衬砌结构40°斜穿地裂缝时其破坏模式为顺变形缝发生整体剪切变形破坏,变形缝发生垂直位错、轴向拉伸、水平偏移三维变形分量,管段结构混凝土没有破坏;变形缝拱顶处的三维变形分量均分别大于其拱底的,且其分布规律基本一致;上盘侧变形缝垂直位错大于下盘侧,其轴向拉伸变化不大,水平偏移主要发生在地裂缝处,变形缝垂直位错从下盘端部向上盘逐渐增加;根据相似理论推算,原型结构在地裂缝上盘下降90cm时,5处变形缝最大总垂直位错量达72cm,最大总轴向拉伸量达34.5cm,最大总水平偏移量达32cm。

LNG接收站卸料管道专用隧道设计探讨

作为常规地面管架或栈桥管廊方案的替代,LNG接收站卸料管道专用隧道是一种全新的技术解决方案,具有许多独特之处,为此,介绍了目前世界上仅有的两条卸料管道专用隧道——美国Dominion Cove Point LNG接收站和日本东京瓦斯Ohgishima LNG接收站卸料管道专用隧道的情况,并以广东省某地处于前期可行性研究阶段的LNG项目为例,分析了国内第一条LNG卸料管道专用隧道工程的内部系统相关设计和研究情况,提出了该类型隧道内系统设计应着重考虑的设计特点:横断面的基本形状;高等级安全性的保障;合适的操作和维护设施;连续监控系统的设置。该研究成果对更为广泛的低温管道专用隧道内部系统的设计和研究具有借鉴和参考意义。