Prediction of subsurface settlement induced by shield tunnelling in sandy cobble stratum

This study focuses on the analytical prediction of subsurface settlement induced by shield tunnelling in sandy cobble stratum considering the volumetric deformation modes of the soil above the tunnel crown.A series of numerical analyses is performed to examine the effects of cover depth ratio(C/D),tunnel volume loss rate(h t)and volumetric block proportion(VBP)on the characteristics of subsurface settle-ment trough and soil volume loss.Considering the ground loss variation with depth,three modes are deduced from the volumetric deformation responses of the soil above the tunnel crown.Then,analytical solutions to predict subsurface settlement for each mode are presented using stochastic medium theory.The influences of C/D,h t and VBP on the key parameters(i.e.B and N)in the analytical expressions are discussed to determine the fitting formulae of B and N.Finally,the proposed analytical solutions are validated by the comparisons with the results of model test and numerical simulation.Results show that the fitting formulae provide a convenient and reliable way to evaluate the key parameters.Besides,the analytical solutions are reasonable and available in predicting the subsurface settlement induced by shield tunnelling in sandy cobble stratum.

Water shutoff model test in water-rich sandy stratum by phosphoric acid-water glass grout

The rheological behavior of phosphoric acid-water glass grout in different mixing ratios was studied. Grout made of water glass with Baume degree of 20° and 13.4% phosphoric acid by 1:1 volume ratio is found to be more effective in stopping water. Laboratory model test of water shutoff by grouting was conducted. Test results show that the diffusion length and water cutoff effect of the grout are significantly improved as the grout head is raised, due to the dilution of underground water, and it takes the grout longer than its gel time to cut off water.

A method for predicting the water-flowing fractured zone height based on an improved key stratum theory

In the process of using the original key stratum theory to predict the height of a water-flowing fractured zone(WFZ),the influence of rock strata outside the calculation range on the rock strata within the calculation range as well as the fact that the shape of the overburden deformation area will change with the excavation length are ignored.In this paper,an improved key stratum theory(IKS theory)was proposed by fixing these two shortcomings.Then,a WFZ height prediction method based on IKS theory was established and applied.First,the range of overburden involved in the analysis was determined according to the tensile stress distribution range above the goaf.Second,the key stratum in the overburden involved in the analysis was identified through IKS theory.Finally,the tendency of the WFZ to develop upward was determined by judging whether or not the identified key stratum will break.The proposed method was applied and verified in a mining case study,and the reasons for the differences in the development patterns between the WFZs in coalfields in Northwest and East China were also fully explained by this method.

Correction to:Wear mechanism and life prediction of the ripper in a 9‐m‐diameter shield machine tunneling project of the Beijing new airport line in a sand‐pebble stratum

Jiang H,Zhu J,Zhang X,Zhang J,Li H,Meng L.Wear mechanism and life prediction of the ripper in a 9‐m‐diameter shield machine tunneling project of the Beijing new airport line in a sand‐pebble stratum.Deep Undergr Sci Eng.2022;1:65‐76.doi:10.1002/dug2.12010.

Study on the disaster caused by the linkage failure of the residual coal pillar and rock stratum during multiple coal seam mining:mechanism of progressive and dynamic failure

Multi-seam mining often leads to the retention of a significant number of coal pillars for purposes such as protection,safety,or water isolation.However,stress concentration beneath these residual coal pillars can significantly impact their strength and stability when mining below them,potentially leading to hydraulic support failure,surface subsidence,and rock bursting.To address this issue,the linkage between the failure and instability of residual coal pillars and rock strata during multi-seam mining is examined in this study.Key controls include residual pillar spalling,safety factor(f.),local mine stiffness(LMS),and the post-peak stiffness(k)of the residual coal pillar.Limits separating the two forms of failure,progressive versus dynamic,are defined.Progressive failure results at lower stresses when the coal pillar transitions from indefinitely stable(f,>1.5)to failing(f,<1.5)when the coal pillar can no longer remain stable for an extended duration,whereas sud-den(unstable)failure results when the strength of the pillar is further degraded and fails.The transition in mode of failure is defined by the LMS/k ratio.Failure transitions from quiescent to dynamic as LMS/k.<1,which can cause chain pillar instability propagating throughout the mine.This study provides theoretical guidance to define this limit to instability of residual coal pillars for multi-seam mining in similar mines.

富水砂层地铁盾构隧道渣土混合改良的流塑性与渗透性

[目的]盾构在富水砂层中掘进时,易产生刀盘扭矩过高、磨损严重以及螺旋运输机喷涌等问题。为了保证施工的安全性,需对渣土进行改良。[方法]以西安地铁16号线某盾构区间工程为依托,根据砂土地层自稳性差、摩擦性高、渗透率高的特点选取渣土改良剂。通过渣土坍落度试验、渗透试验、现场试验相结合的方式,采用泡沫单独改良、泡沫及膨润土泥浆混合改良两种方案开展富水砂层渣土改良试验研究。[结果及结论]实际盾构掘进施工中,在考虑安全、高效、经济的前提下,结合室内试验所得数据,确定采用膨润土泥浆、泡沫混合改良的方案。当膨润土与水质量比为1/8,发泡液质量分数为3%时,改良剂性能满足施工要求;泡沫单独改良渣土受含水率影响大,含水率越高,泡沫最佳注入率越小。中砂的最佳改良方案是BIR(膨润土泥浆注入比)为10%,FIR(泡沫注入率)为20%~25%;砾砂的最佳改良方案是BIR为10%,FIR为35%~40%。工程实践表明,渣土混合改良效果良好,盾构掘进参数平稳。

富水砂层中盾构始发穿越既有地铁线路的结构稳定性研究

[目的]富水砂层地质条件下,新建地铁线路盾构始发穿越既有地铁线路时,对既有地铁线路结构稳定性的研究较为鲜见,需总结类似工程的相关规律。[方法]以新建的郑州地铁7号线黄河迎宾馆站—英才街站区间盾构始发穿越既有地铁2号线结构工程为依托,根据实际工况采用有限元软件MIDAS GTS NX建立了施工区间的三维数值模型,并利用软件的结果提取功能得到了该工程对应模型的模拟结果。选取现场2个监测点位,将2个测点的现场实测值与模拟计算值进行对比,证实了该模型的准确性。在此基础上,进一步研究了盾构始发穿越、一般下穿施工两种穿越方式下对既有地铁线路结构稳定性的影响,以及始发洞门与既有地铁结构间竖向距离d的4个取值对既有地铁线路结构稳定性的影响。[结果及结论]所建三维模型在一定程度上可反映实际工况。在既有地铁线路结构、材料、加固方式等因素均不变的情况下,既有地铁线路结构的稳定性因穿越方式的不同而有所差异,与一般下穿施工相比,采用盾构始发下穿方式时对既有地铁线路结构的影响较小。采用盾构始发下穿方式时,d的取值不同,对既有地铁线路结构稳定性的影响有较大差异。d=2.00 m对既有地铁线路结构的影响较小,工程成本也较小。建议在工程条件允许下采用盾构始发下穿方式,且推荐d值取2.00 m。

中国石化超深层钻完井关键技术挑战及展望

超深层是中国石化油气勘探开发的重要增储上产领域。针对超深层勘探开发需求和高温高压及复杂地质环境带来的工程挑战,中国石化持续开展关键技术攻关,在钻完井基础理论和方法、钻完井装备、高温井筒工作液、耐高温井下工具仪器和完井测试等方面取得关键技术进展,保障了120口超8 000 m油气井的安全钻探,钻深能力突破9 000 m,助推塔里木盆地顺北大型超深油气田建设、四川盆地海相特深层油气勘探开发突破,为保障超深层油气勘探开发提供了有力的工程技术支撑。随着油气勘探开发不断向更深层推进,技术升级转型需求日益迫切,需进一步夯实理论研究基础,突破耐高温关键工具仪器和井筒工作液,加快推进钻完井工程技术向数智化转型,为保障深层、超深层油气高效勘探开发和加快技术升级转型提供工程技术支撑。

成都地区卵石地层深基坑开挖的土压力计算方法

[目的]现有土压力理论计算方法未考虑卵石地层孔隙度大、结构松散等离散性特点,计算结果与实际土压力有所偏差,需要研究适用于成都地区卵石地层的土压力计算方法。[方法]以成都轨道交通7号线为依托,分析卵石地层深基坑土压力与朗肯土压力理论值的差别,并建立深基坑开挖土压力计算方法。采用离散元数值模拟和数据统计分析,获取围护结构平动、围护结构绕墙顶转动和围护结构绕墙底转动三种基本变位模式下静止土压力、被动土压力和主动土压力的分布特征。与朗肯土压力理论计算结果进行比较,得到不同变位模式下三种土压力的修正系数,并建立深基坑土压力修正计算方法。进一步与现场实测数据比较,对比验证所提出的土压力计算方法。[结果及结论]主动土压力和被动土压力分布形式具有强烈的非线性,可采用双折线进行描述,交点分别位于埋深8 m和9 m处。静止土压力修正系数分布在0.91~0.96之间,在使用时不需要修正;主动土压力修正系数分布在0.33~0.78之间,被动土压力修正系数分布在0.52~0.91之间,在使用时应予以修正。所提出的卵石地层深基坑土压力计算结果与现场实测结果吻合较好,可为类似轨道交通工程提供参考。

地下水位变化对砂土地层地铁隧道沉降影响试验研究

为考察地铁运营后列车载荷和地下水对隧道造成的影响,对某砂性土地层城市中某一地铁盾构隧道区段运营6年间的沉降变形进行实测观察;根据实测所得沉降规律,设计并开展缩尺模型试验,研究车致振动条件下因地下水位变化产生的隧道沉降规律。结果表明:随着时间推移,隧道各测点所得数据呈现一定的周期性上升与下降变化趋势,前2年隧道总体上浮,之后略有沉降,第3年后虽有波动但基本未发生进一步沉降,第6年后隧道最大沉降不超过3 mm;砂性土地层中,地下水位变化会造成重塑土层内部应力变化,且振动荷载会导致土体颗粒结构重新调整至密实,易导致隧道发生沉降,因此不能忽视地铁周围施工降水给隧道带来的不利影响;土体振密及因地下水产生的浮力共同作用,导致隧道的上浮及沉降。相比于软土地层,砂性土地层中盾构隧道的沉降速率明显更低且沉降基本稳定时间更短,2种地层下的沉降规律、影响因素完全不同,各地层下的沉降分析理论亦无法相互适用。

软土地层临近地铁基坑施工影响控制研究

随着城市地铁沿线地下空间的持续开发,基坑施工对临近地铁变形影响控制越来越受到关注。以上海某邻近地铁的基坑工程为例,通过实测分析和数值计算的方法研究了基坑开挖和拆撑对临近隧道变形的影响,并对伺服系统控制临近隧道变形进行定量分析。结果表明:覆存于软土地层中的隧道对临近施工扰动非常敏感,尽管大区基坑与隧道间距超过2.5倍开挖深度,隧道变形仍超过了监护要求的控制值;大区地下结构施工时拆撑对隧道收敛变形影响超过开挖影响的50%;应力伺服支撑系统对控制临近隧道变形比较有效,适当的“负位移”可以对隧道变形产生有利效果。

TRD工法在赣江尾闾围堰防渗工程中的应用

赣江下游尾闾综合整治工程4支枢纽采用TRD工法对防渗墙进行施工,并针对重难点区段调整了施工工艺,该做法克服了地质条件复杂、砂卵砾石地层厚度大、防渗墙深度大等不利因素的影响,施工效率高且安全环保,取得了良好的防渗效果。

基于IFM-KS模型的多层煤开采上覆岩层移动模型

双系煤层条件下的重复开采使得单层开采后已经趋于稳定的岩层再次“活化”,加剧了变形破坏的影响。因此,对煤层重复开采后引起的覆岩移动规律进行研究具有十分重要的意义。基于“力学模型+几何方法”融合的IFM-KS模型,提出了适用于多层开采条件下的岩层移动计算模型,揭示了煤层重复开采情况下岩层二次扰动后的移动变形规律。通过理论计算及UDEC数值计算方法验证了双系煤层开采情况岩层移动新模型的预测准确性。结果表明,理论计算的岩层位移结果与采用数值模拟得到的结果整体呈相同的沉降趋势,平均误差率约为15%。结合岩层移动模型计算结果,层间及上覆岩层空隙率的相关计算,与单层煤开采相比,双系煤层开采后造成的采空区空隙率变化剧烈,岩层破坏更加严重,上下采空区可通过裂隙沟通形成漏风通道。该计算模型能为类似采动件下岩层变形预计、采空区空隙率分布等提供一定的参考。

砂卵石地层盾构刀具磨损预测模型及刀具参数敏感性分析

[目的]砂卵石地层中的石英颗粒体积分数较高,会导致盾构刀具磨损严重,影响施工进度及工期。建立盾构刀具磨损预测模型来预测盾构刀具的磨损量,是确保盾构法施工高效安全进行的重要环节。因此,有必要研究刀具磨损预测模型,并进行刀具参数敏感性分析。[方法]分析了砂卵石地层对盾构刀具的研磨性;介绍了砂卵石地层盾构刀具的切削机理;建立了考虑微观磨损特征的盾构刀具磨损预测模型,并对刀具参数进行敏感性分析。[结果及结论]不均匀系数、特征粒径与材料的磨损量正相关;塑性去除磨损、脆性去除磨损和黏着磨损的体积分数分别为61.4%、30.8%、7.8%,塑性去除磨损和脆性去除磨损占比较大;磨损系数随着不均匀系数和特征粒径的增大而增大,盾构刀具的磨损量整体随着刀具刃角的减小而减小。盾构刀具的磨损主要由磨粒磨损和黏着磨损造成。

成都平原浅层天然气高瓦斯隧道抽排性能评价

针对浅层天然气工区高瓦斯隧道盾构施工难的问题,借助工程实例,采用理论分析、数值模拟和现场试验的方法,分析了成都平原浅层天然气抽排性能的影响因素,确定了研究区的有效抽排半径和抽排时间。结果表明,当裂隙渗透率为39 mD、瓦斯压力为0.31 MPa时,研究区浅层天然气高瓦斯工区的有效抽排半径为5 m、抽排时间为60 min,与煤层瓦斯的抽排参数差异巨大;抽排负压对抽排流量影响较大,对有效抽排半径影响较小;抽排流量和有效抽排半径与地层初始渗透率的变化呈现正相关关系。

基于柱孔收缩理论的含气土盾构施工引起地表沉降研究

依托杭州地铁塘青线盾构穿越含气地层的实际工程,对柱孔收缩理论进行修正,首次提出基于柱孔收缩理论的含气地层盾构施工引起地表沉降理论计算公式,并结合实际工程参数,分析隧道埋深、开挖半径、基质吸力等因素对含气地层盾构施工引起地表沉降的影响。研究表明:柱孔收缩理论计算结果与实测数据较为吻合,能较好地反映出含气地层盾构掘进引起的地表沉降特征;与饱和土工程不同,双线盾构穿越含气地层时,先行线引起的地表沉降更大;含气土等非饱和土中基质吸力通过改变土体内摩擦角和黏聚力进而影响土体特性,但较之于土体黏聚力,土体内摩擦角的变化对盾构穿越含气地层引起地表沉降的影响更大。

软土地层双洞口顶管接收井下沉力学特性研究

相较于常规沉井,顶管接收井几何形式的差异对结构受力、变形的影响规律尚不明确,亟待对此展开深入研究。以武汉市某排水顶管工程矩形接收井为依托,对沉井结构受力及下沉姿态开展现场监测,并利用数值模拟进行了对比验证和拓展研究。结果表明:预设顶管接收洞口引起的结构局部刚度降低,会导致结构在初沉阶段受弯效应增强,从而使接收洞口附近的内层钢筋压应力减小并使钢筋转向受拉状态,并且在下沉后期加剧该处钢筋应力变化幅度;因沉井外壁摩阻力增大而产生的附加应力叠加弯矩作用,使结构内、外层纵向钢筋沿井壁厚度方向的内力分布不均。对软土地层进行土体加固,有利于提高顶管接收井结构稳定性和顶管机头接收精度。

20年来“新的社会阶层”研究回顾与展望

自党中央提出“新的社会阶层(人士)”概念后,学术界进行了大量研究,但缺乏系统性的总结。基于CNKI(2000—2022年)的文献数据,对20年来新的社会阶层研究进行回顾发现:在基本概况上,该研究领域经历了探索、爆发、回落、上升企稳四个时期,统战部门期刊、人员、网络占据主导地位;在研究内容上,主要是对新的社会阶层人士概念进行溯源与群体确认,了解此群体的政治态度以及对他们的政治引导和组织;在发展脉络上,呈现出从参政议政的主体参与到社会治理的组织动员全过程。展望未来,需要在加强统战研究、丰富群体研究、深化理论研究等重点方向上着力。

南京地铁7号线中胜站密贴下穿运营站MJS+水平冻结施工与实测研究

为解决南京新建地铁7号线在承压富水砂层近贴下穿既有10号线中胜站开挖时易发生涌砂涌水现象及冻结对既有线变形的影响问题,提出一种全方位高压喷射工法(metro jet system,MJS)+水平冻结法联合加固承压富水砂性地层的施工方法。根据实际工程,确定MJS+水平冻结加固工艺、加固参数、加固范围及冻结的方案,并通过数值模拟方法预测冻结温度场的变化规律、计算开始冻结的合理时间和积极冻结时间。对冻结过程中的土体温度、冻结及开挖过程中的既有车站底板位移进行监测,并在此基础上对暗挖方案进行优化。工程实践表明:1)冻结过程中中部MJS加固体温度一直高于端部MJS加固体温度,应当加强对中部位置温度的监测;2)冻土帷幕范围应控制在MJS加固体范围内,否则土体冻结会对冻胀变形影响较大,为此提出了上部钻孔取土泄压及间歇冻结的方案,可在一定程度上减小冻胀;3)本工程冻结及开挖阶段既有车站结构变形较小,减小了对近贴既有车站结构的影响;4)优化后的暗挖方案可加快施工进度,原开挖时间约80 d,优化后开挖时间缩短至66 d。

大埋深富水地层横通道冻结加固设计与施工

针对大埋深富水地层横通道冻结法设计理论和施工经验欠缺问题,以北京东六环改造工程10号人行横通道为背景,系统介绍了该工程的冻结设计方案与主要安全技术措施,冻结壁设计厚度为3.5m,平均温度≤-12℃,运用结构力学方法进行了冻结壁承载能力验算,并根据设计孔位进行了温度场验算,主要安全技术措施设计了防护门、隧道支架和充填与融沉注浆。该工程已安全顺利完成结构施工,开创了国内埋深最大富水地层横通道冻结工程,为后续类似工程提供了宝贵经验。