地面爆炸下软硬不均地层超大直径盾构隧道动力响应分析

近年来港口危化品堆场爆炸灾害频出,盾构隧道面临着潜在的地面爆炸荷载威胁。采用多物质任意拉格朗日-欧拉(arbitrary Lagrangian-Eulerian,ALE)流固耦合建模方法,考虑到螺栓、钢筋、混凝土管片等多种结构复杂的非线性行为,建立了地面爆炸荷载下超大直径盾构隧道精细化模型,通过对炸药当量、埋深、爆源偏心距进行参数分析,研究了地面爆炸荷载对所处上软下硬地层隧道结构的动力响应和损伤过程,并对管片接缝处的变形模式及螺栓的塑性发展进行了分析。结果表明:在地面爆炸荷载下盾构隧道损伤由顶部向两肩发展,纵向接缝形成错动,环向接缝开合交替;区别于整体结构,超大直径盾构隧道在地面爆炸荷载冲击下应着重加强隧道两肩和接缝处的防护。

上软下硬地层盾构隧道施工控制技术

为解决上软下硬地层中盾构施工遇到的问题,采用理论分析的方法,并结合具体工程实例,通过分析土仓压力、推力、刀盘转速和掘进速度等掘进参数,验证施工措施的合理性。结果表明在上软下硬地层中,盾构施工采取“满土仓、小推力、低转速和慢掘进”的施工控制方法,能够满足地表沉降规范要求。文中研究结果可为相似地层中盾构隧道施工提供借鉴和参考。

上软下硬地层CSM整体式止水帷幕施工关键技术

上软下硬地层且富水环境中,基坑止水帷幕的施工质量直接影响基坑开挖安全和变形控制。依托青岛市地铁7号线周村站深大基坑工程,从施工机械、施工方法和信息化角度探讨CSM工法,形成整体式止水帷幕施工关键技术。系统研究了CSM刀盘选型与配置,浆液材料配合比,双轮铣头多点喷浆技术及注浆参数,浆液制备、存储方法,跳打搭接循环施工方法,以及CSM钻进全过程数据信息化监测方法。基于现场监测结果,CSM工法水泥土墙深基本超出设计墙深0.5%,基坑开挖过程外围水位最大降深为1.5m,右邻省道最大沉降值为13.1mm,基坑开挖安全,表明CSM整体式止水帷幕适应性强、成墙质量好。

强风化花岗混合岩上硬下软地层公路隧道施工优化

针对临云高速公路特长隧道全、强风化花岗混合岩上硬下软地层的特殊地质情况,采用原开挖支护方案施工过程中围岩变形收敛较大并可能发生局部坍塌、冒顶等问题,结合隧道变形监测结果,针对性提出缩短隧道台阶长度+锚杆长度及布置的优化方案,并通过有限差分数值模拟软件对不同开挖支护工况的围岩压力、隧道变形、锚杆轴力和塑性区深度等进行对比分析。结果表明:隧道采用台阶法施工时,开挖至硬、软岩层交界处附近,由于拱脚下围岩性质软弱,无法形成可靠的支撑,上覆岩土体会挤压衬砌使其产生较大的沉降和收敛变形,且该交界位置的围岩压力最小;上硬下软地层隧道开挖过程中,中台阶开挖支护对隧道变形收敛影响最大,随着中台阶长度的缩短,隧道变形收敛逐渐减小,围岩压力逐渐增大;短锚杆对围岩的变形控制作用较弱,增长锚杆长度可以更好发挥锚杆的悬吊增强作用,充分利用了围岩的承载能力,减小了开挖支护后隧道的变形;采用上台阶、中台阶、下台阶、仰拱长度分别为4,6,2,2 m,锚杆长度分别为4.5,6.0,6.0,4.5 m的开挖支护方案既可以满足隧道变形收敛要求,也可以方便实际施工,保证了隧道的安全、快速掘进。

上软下硬地层浅埋大跨地铁车站施工技术

针对上软下硬地层浅埋大跨地铁车站施工技术需求,融合双侧壁导坑法和拱盖法,提出一种适用于上软下硬地层的浅埋大跨地铁车站施工方法。在提炼出一些创新技术内容的基础上,开发出一套上软下硬地层浅埋大跨地铁车站施工技术。通过工程应用案例示范,给出了具体施工工序和施工参数。

“上硬下软”土层既有建筑基础加固方法

广西某工程项目地质条件复杂,土层力学特性变化明显,土层刚度呈现“上硬下软”状态,且分布厚度不一,多栋建筑封顶后出现不均匀沉降,本文旨在确定一种基础加固方案能够较好地解决以上问题。针对土层“上硬下软”的特点,对于沉降较大的区域创新采用“Φ377+Φ127组合钢管桩”进行基础加固,防止沉降继续发展。浅层硬壳层采用Φ377钢管桩提供承载力,深部软土层采用Φ127钢管桩深入原CFG桩下1~2 m,结合注浆工艺,加固松软土体,对原CFG桩桩底进行加固。对于沉降较小的区域创新采用高压注浆深层扰动技术,增加局部沉降。采用动阻力控制作为终桩条件,解决土层起伏剧烈地区桩端持力层无法判断的工程难题。“Φ377+Φ127组合钢管桩”极大地提高了原工程桩承载力,从而解决了坚硬土层难以沉桩、软弱土层承载力不足的工程难题。该基础加固方案成功解决了既有建筑的不均匀沉降工程难题,积累了宝贵的工程经验,为“上硬下软”复杂土层既有建筑基础加固提供了新思路,具有显著的经济效益和社会效益。

复合地层盾构隧道管片施工病害特征及成因分析

上软下硬复合地层盾构隧道施工,极易发生管片裂损病害,对盾构隧道长期安全影响显著。以某地铁盾构隧道为依托,针对施工阶段管片裂损情况进行了大量现场调查,总结归纳了管片裂损分布规律及裂损特征。在此基础上,采用理论分析和扩展有限单元法,系统分析了管片裂损的成因机制。研究结果表明:盾构隧道管片衬砌裂损按照所占比例由大到小依次为环向区域性剥落、纵向裂纹、边角部裂损,环向区域性剥落和纵向裂纹属于结构性裂损,边角部裂损属于材料性裂损。纵向裂纹与千斤顶推力和接触面不平整有关,其产生及扩展多沿千斤顶推力分界面分布,裂纹扩展是能量积累—释放的往复过程,表现出台阶式渐进递增的特点,开裂机制为受拉破坏。环向区域性剥落与环间错台有关,与榫槽径向允许位移量8 mm相等的错台高差是管片发生环向区域性剥落的临界值。在上软下硬复合地层采用错缝拼装进行盾构隧道施工时,应避免使用带榫管片或减小管片榫槽深度。

南宁地铁2号线盾构选型设计与适应性分析

盾构的选型与设计对地铁区间盾构施工具有重要意义,其选型的合适与否直接影响到盾构施工的成败。针对南宁地铁2号线所遇到的黏土层、硬岩层、夹杂碎石砂砾层、上软下硬地层及岩溶地层等多种地层相结合的特殊复杂地质条件,提出盾构选型总体要求,开展对盾构动力设备、刀盘、刀具等关键部位的选型研究,同时优化防泥饼、螺旋输送机、小倾角皮带机和同步注浆设计方案以及地质加固方案。通过实际掘进参数和地表沉降数据分析,结果表明盾构设备选型及优化设计方案对南宁地区特殊复杂地质条件适应性良好。

上软下硬地层碴土改良试验及应用研究

针对南昌地区上覆富水砂砾石下卧泥质粉砂岩地层盾构掘进过程中存在碴土改良困难的问题,文章首先通过矿物成分分析及筛分试验得到了泥质粉砂岩的粘土矿物成分高（40.5%）、富水砂砾石微细颗粒含量低（29%）的特点,确定了盾构掘进时将极有可能出现结泥饼以及喷涌的问题,以此提出了采用泡沫剂进行碴土改良方案,并在考虑泡沫剂类型、碴土级配及含水率等影响情况下通过室内试验,得到了最优的室内试验改良参数,即刀盘在砂砾与泥质粉砂岩的面积比分别为2∶1,1∶1和1∶2时的泡沫添加比分别为25%-30%,37.5%-45%和40%-50%。最后,以所得试验参数为基础,考虑了室内试验与现场施工的差异因素,推导出了室内试验参数应用于施工的计算公式。通过现场应用及施工效果反馈,确定了从室内试验到参数推导的碴土改良方案具有良好的适应性。

大断面隧道在上软下硬地层中施工方法研究

当大断面隧道穿越上软下硬地层时,出于安全、成本及进度等综合考虑,单一的开挖方法往往不能满足施工要求,恰当的开挖方法需要在理论计算的指导下不断试验、分析和总结,才能有所突破。结合ANSYS10.0有限元计算软件和施工监测结果,对上软下硬地层中大断面隧道施工方法做了深层次的分析,通过对多种工法的实际量测结果的比较、分析,得出一些施工参数,可为类似地层施工借鉴,可为类似工程借鉴。

基于熵权模糊理论的上软下硬地层隧道施工风险评价

上软下硬复合地层隧道施工安全所面临的影响风险因素复杂繁多,具有模糊性和不确定性,使隧道施工安全得不到保证。结合现有工程实际,在影响上软下硬复合地层隧道施工安全的众多影响因素中,分层次地进行详细剖析,建立上软下硬复合地层隧道施工安全风险评价体系。用熵值赋权法计算确定各层次风险因素的影响权重,运用多级模糊评价理论对各影响因素进行逐级逐层综合评价,直至得出对上软下硬复合地层隧道施工的风险评级,计算结果符合工程实际,对类似隧道工程施工具有指导意义。

上软下硬特殊地层的加固换刀方法

在地铁盾构法施工中,最难通过的应属"上软下硬"地层,其表现为刀具损伤快且无法常压及压气换刀。针对深圳市填海区施工的特殊性在实践中采用旋喷桩将盾构切口环及刀盘前方进行加固及仓内砂浆回填的方法,彻底解决了"上软下硬"地质条件下的换刀难题,保障了换刀人员的安全,同时实现了低成本及短时间恢复掘进。

上软下硬地层深基坑结构变形监测及分析

为探究在上软下硬地层中进行深基坑开挖时围护结构水平位移与内支撑轴力的变化规律,以广州地区某上软下硬地层盾构井深基坑开挖项目为依托,基于现场监测数据进行分析并运用MIDAS/GTS软件开展深基坑开挖全过程的有限元模拟。将围护结构水平位移模拟值与监测值进行对比,验证模型的准确性;改变围护结构嵌固深度、主体结构厚度等工况,研究上述因素对结构水平位移变化产生的影响。研究结果表明:实测围护结构最大水平位移值11.78 mm,位于长边0.7倍基坑深度附近,坑角处位移值最小;改变结构嵌固深度对坑深15 m以下围护结构位移值影响较大,本工程最佳嵌固深度为1.5~3 m;围护结构水平位移会随着结构主体厚度的增加而减小,但最大位移间差值逐渐减小,结构主体厚度设计值宜为0.8~1 m。

上软下硬地层隧道下穿建筑物矿山法施工风险控制

以青岛地区某区间隧道穿越建筑物工程为例,该地铁隧道因地质条件及周边环境的复杂性、不确定性等特点,采用矿山法施工,施工风险较高.本文结合该区间隧道工程地质及水文地质条件和周边环境特点,进行了数值模拟,结果表明,在上软下硬地层中采用矿山法分上下台阶施工安全、经济、快速,可以有效控制地表和拱顶沉降以及衬砌和支撑结构受力,确保施工过程的安全,并提出了具体的风险控制措施,从而确保该工程的顺利进行.对将来隧道在上软下硬地层中下穿既有线或建构筑物的施工具有一定参考价值.

上软下硬地层浅埋大跨度车站拆撑安全性分析

对于复合式衬砌隧道,初支受力最危险的时期就是为保证二次衬砌的完整性而分段拆除临时支撑的阶段。依托青岛地铁某暗挖车站,采用现场实测数据分析和数值模拟相结合的方法,对比拆撑前后围岩与初支变形情况,进而对6 m范围内交替拆撑,并以6 m为工作单元间隔拆撑的拆撑方案安全性进行分析。实测数据表明,地表沉降、拱顶沉降及净空收敛在拆撑前后增长量及影响均较小,数值计算结果与实测数据吻合较好,可知初支的安全性受支撑拆除的影响较小。研究结论为实现信息化施工提供了依据,也为今后类似工程积累了相关经验。

上软下硬地层地铁隧道下穿既有城市道路的变形规律及控制措施研究

在上软下硬地层中进行隧道开挖时,常引起较大的地表沉降,危及既有建(构)筑物。文章依托深圳地铁7号线安托山停车场出入线下穿深圳北环大道工程,采用数值模拟和现场监控量测相结合的方法,利用三维有限差分软件FLAC^(3D)建立了下穿施工过程数值计算模型,分析"八"字形隧道下穿既有道路施工过程中,路面沉降特性及地层沉降规律,并通过现场多种监控量测手段加以对比验证。研究结果表明:地表沉降槽总体呈"人"字型,在隧道间距小于2.0D时,左右隧道拱顶沉降槽叠加效应明显。在隧道间距小于4.0D时,地表沉降有较大叠加;左右隧道开挖引起的上覆地层变形影响范围随深度增加而减小,减小速度随地层深度增加而增加;通过分析模拟过程中每一开挖步引起的地表沉降量,论述了超前支护措施对控制地表沉降的作用,并就超前注浆参数进行对比研究,进而优化了施工工法与支护对策。

青岛城市地下空间稳定性三度区域划分研究

针对青岛独特的上软下硬地层城市地质环境特征,文中采用基于有限元强度折减的数值计算方法和基于现场监测数据的统计分析方法,对青岛城市地下空间稳定性区域划分进行了系统研究。从围岩稳定性角度出发,提出了"难区域(R_(D1))—易区域(R_E)—难区域(R_(D2))"三度区域的概念,并指出上软下硬地层城市地下空间稳定性区域划分问题的研究重点是RD1与RE分布范围及分界覆岩厚度Hr(D1-E);软弱地层厚度Hs越大,开挖跨度D越大,R_(D1)分布范围越大,R_E分布范围越小,H_(r(D1-E))越大,反之H_(r(D1-E))越小。研究成果为城市地下空间的合理开发利用提供了理论基础和依据。

千斤顶偏心荷载作用下盾构隧道管片裂纹扩展规律

盾构在穿越上软下硬复合地层时掘进姿态控制不佳,易出现千斤顶偏心,导致管片局部出现裂纹。基于扩展有限元理论,运用ABAQUS软件建立管片精细化三维模型,分析千斤顶向内、向外偏心时管片的裂纹形态、扩展规律和扩展路径。分析结果表明:初始裂纹出现在千斤顶偏心一侧的凸榫边缘,内弧面、外弧面、顶面与侧面均出现大范围网状裂纹;千斤顶向内弧面偏心时管片裂纹范围更广,数量更多,危害更严重;裂纹长度呈台阶递增,裂纹扩展可分为裂纹初始发展、裂纹协调发展、裂纹迅速发展3个阶段,在第3个阶段裂纹扩展最迅速,管片结构出现区域性破坏。

上软下硬地层铁路隧道下穿既有高速公路施工方法研究

石头岗隧道下穿衡昆高速公路,洞身上部为膨胀土,下部为灰岩,呈上软下硬特点,不仅施工风险大,且施工困难。为此采用数值分析手段对上软下硬地层隧道下穿高速公路施工方法进行研究。研究结果表明:上软下硬地层隧道采用上部中隔墙法施工,在降低施工风险、保证施工安全的同时,能加快施工进度,可供类似工程借鉴。

上软下硬地层隧道围岩分级方法研究综述

随着我国城市化进程的加快和隧道工程逐步向深部开发的必然趋势,上软下硬地层隧道工程将会越来越普遍。围岩分级是上软下硬地层隧道工程勘察、设计、施工的基本依据,也是保障工程施工安全、运营安全的基础,其对隧道工程来说是基础性的工作也是关键性的工作。在概括了解围岩分级概念的基础上,从国内外围岩分级的发展史出发描述了当前上软下硬地层隧道围岩分级的研究现状,针对性地阐述了目前在我国常用的三种围岩分级方法:Q系统、RMR分类方法以及公路隧道围岩分级BQ法。指出围岩分级研究中存在的一些问题,发现在目前的研究中还没有建立专门的上软下硬复合地层隧道围岩分级方面的研究体系,最后指出未来我国隧道围岩分级的发展趋向。