Analysis and Comparison of Slope-cutting Widening Schemes in Highway Reconstruction and Expansion Project Based on MIDAS Software

In this paper,the geological condition of the right-side slope of the K114+694–K115+162 section of Yong-tai-wen Expressway is investigated and analyzed with the results showing that the strength of rock mass is the main contributor to the stability of the slope.Then,two widening schemes are proposed,which are the steep slope with strong support and the gentle slope with general support schemes.The static/slope module of MIDAS GTS finite element analysis software and the strength reduction method were used to compare the two schemes.The results show that the steep slope with a strong support scheme has obvious advantages in land requisition,environmental protection,and safety and is more suitable for reconstructing and expanding the highway slope.

Numerical evaluation of new Austrian tunneling method excavation sequences: A case study

The main aspects that require attention in tunnel design in terms of safety and economy are the precise estimation of probable ground conditions and ground behavior during construction. The variation in rock mass behavior due to tunnel excavation sequence plays an important role during the construction stage.The purpose of this research is to numerically evaluate the effect of excavation sequence on the ground behavior for the Lowari tunnel project, Pakistan. For the tunnel stability, the ground behavior observed during the actual partial face excavation sequence is compared with the top heading and bench excavation sequence. For this purpose, the intact rock parameters are used along with the characterization of rock mass joints related parameters to provide input for numerical modelling via FLAC 2D. The in-situ stresses for the numerical modelling are obtained using empirical equations. From the comparison of the two excavation sequences, it was observed that the actual excavation sequence used for Lowari tunnel construction utilized more support than the top heading and bench method. However, the actual excavation sequence provided good results in terms of stability.

胀锁型锚索双向加固窄煤柱试验研究与工程应用

针对沿空掘巷窄煤柱非对称变形问题,提出了对穿锚索双向加固窄煤柱技术,设计了伸长型和胀锁型两种对穿锚索结构及工艺,开展了对穿锚索拉拔试验,试验表明两种锚索结构均满足抗拉要求,从锚索破坏形态、施工便捷性和材料经济性等方面对比分析,确定胀锁型对穿锚索为窄煤柱双向加固的首选。进一步通过相似模型试验与数值模拟研究了不同加固方式下煤柱承载变形规律和对穿锚索受力特征。结果表明:双排紧密型对穿锚索加固试件较未加固试件峰值荷载提高了96.04%,且随着锚索排数及数量的增加,窄煤柱双向加固稳定性越来越高,胀锁型对穿锚索提高了煤柱破坏前的能量储存量和临界破坏点。最后,在济宁三号煤矿123_(下)04工作面运输巷开展胀锁式对穿锚索加固窄煤柱工程试验,监测显示对穿锚索锚固力超过220 kN,锚索加固区煤柱帮鼓量降低70%,窄煤柱整体稳定性好,窄煤柱双向加固技术可行,为沿空掘巷工程提供了新技术途径。

膨胀岩湿胀本构研究综述

膨胀岩湿胀特性对膨胀岩地区隧洞、路基、边坡等稳定性具有很大的潜在威胁,而湿胀本构关系是膨胀岩变形分析的一个重点,也对膨胀岩地区工程岩体的变形预测、稳定性评价具有十分重要的实际价值和理论意义。本文从湿胀本构关系的建立条件及方法出发,系统分析了目前膨胀岩湿胀本构的研究进展;并结合工程岩体实际赋存条件,提出应该考虑工程开挖施工及运营全过程,以岩体赋存应力条件及水环境条件的变化为依托,微细观数值模拟机理分析与宏观力学反应相结合,以此构建膨胀岩湿胀本构关系。

液氧相变气体膨胀技术在隧洞开挖中的应用研究

为了实现在不许可使用炸药爆破条件下的隧洞快速开挖施工,应用新型氧气膨胀破岩技术,成功探索、研究、总结出一套适用于一般隧洞开挖的掏槽、扩槽、辅助、周边孔气体膨胀破岩施工方法,详细给出了适用于隧道开挖的优化钻爆参数。隧洞穿越的山体为花岗岩,试验研究段属于Ⅳ~Ⅲ围岩,岩石的抗压强度为90~100 MPa,非常坚硬,解理裂隙比较发育,可爆性一般。采用现场试验研究方法,经过不断总结、改进、优化,对于面积约65 m^(2)的隧洞,实现了2 d一个循环,平均循环进尺约2.5 m,基本满足在不能使用炸药爆破情况下一般隧洞快速开挖施工的要求。研究表明:新型气体膨胀破岩技术可以在坚硬岩体中进行隧洞开挖,具有操作安全、破岩效率高、不涉及民爆物品和易制爆危险化学品、不产生爆炸冲击波、振动幅值较低等优点,可有效地解决复杂环境下不许可使用民爆物品及使用机械法开挖进度慢的问题。

含联络通道地铁区间隧道扩挖形成新建车站施工过程的围岩变形分析

[目的]重庆轨道交通9号线邮轮母港站是将原区间隧道(含联络通道)进行扩挖施工而建成的地铁车站。该工程的地质条件、围岩初始应力场和原区间隧道结构均较为复杂,为确保施工安全,需要对施工过程中区间隧道的复杂力学行为进行分析研究。[方法]在简述该扩挖工程概况的基础上,建立了采用各向异性节理岩体弹塑性模型的三维有限元数值模型,进一步确定了该模型的几何特征、地层特征、结构特征及工序特征。选取了3条测线(联络通道中心线、左线大里程区间隧道中心线、右线小里程区间隧道中心线),分别对这3条测线上方的地面沉降,以及左线隧道、右线隧道的洞周变形进行分析,并将模拟值与实测值进行对比,以研究区间隧道扩挖施工过程中围岩和结构的变形特征。[结果及结论]对模型的模拟结果与施工实测结果进行对比后可认为所建模型具有合理性;联络通道扩挖施工会导致隧道洞周收敛变形明显增大,区间隧道原联络通道位置与施工主通道交汇处的洞周变形最大。应对联络通道内进行渣土回填,以确保隧道扩挖施工的安全、顺利实施。

基于小孔扩张理论的顶管施工扰动分析应用

针对顶管穿越施工扰动影响问题,依托某污水处理厂顶管下穿箱涵工程,基于岩土介质小孔扩张理论采用MATLAB平台对顶管-土-箱涵相互作用进行编译计算,考虑不同开挖面支撑力和不同顶管埋深,分析顶管施工引起的既有箱涵结构受力和位移变化。结果表明:顶管施工导致的箱涵附加竖向位移及弯矩沿顶管轴线左右对称,箱涵附加应力以顶管轴线为中心向两侧递减;随着顶管埋深和开挖面支撑力的增加,既有箱涵的最大位移、应力以及弯矩逐渐变小。根据顶管埋深,选择合适的开挖面支撑力,可有效降低顶管施工对既有箱涵的施工扰动。同时通过现场实测数据分析,验证顶管穿越地层及构筑物变形的理论分析与现场实测规律的一致性,拓宽小孔扩张理论在顶管工程领域的应用。

软土及膨胀土放坡基坑的危害及对策

文章介绍软土及膨胀土土层在放坡基坑中的危害,在施工过程中利用测量监测对基坑边坡进行卸载,消除安全隐患。通过在成都地铁18号线项目基坑施工中的实践证明,在软土及膨胀土地层中采用合理的开挖方案及对策,能够减小基坑边坡的危害,保证基坑安全,具有一定的实际指导性。

谈既有铁路隧道改扩建开挖施工技术

结合实际的隧道扩挖施工工程,深入探讨了既有铁路隧道改扩建工程中的开挖施工技术。详细介绍了隧道的衬砌状况与相关问题,包括施工特点、原有衬砌拆除风险、低等级围岩施工难点以及对施工的影响。探讨了不同的开挖方法选择,包括常规开挖方法(手工法和机械法)以及先进开挖技术(预裂控制爆破技术和TBM技术)。分析了开挖施工过程中的关键技术,包括衬砌拆除与支护、扩挖施工流程。通过深入研究和探讨,旨在为隧道改扩建工程的实际应用提供有益的参考,促进隧道施工技术的不断创新与发展。

地铁穿地裂缝段盾构扩挖施工临时支护方式研究

为研究采用盾构扩挖工法施工穿越地裂缝过程中,不同临时支护方式对围岩变形的影响,依托西安地铁15号线府君庙村站—祝村站区间工程,采用FLAC3D和Midas GTS NX软件对盾构扩挖穿越地裂缝过程中围岩变形与盾构隧道的受力进行分析,得出合理临时支护方式进行实际应用,并结合现场地表变形情况进行对比分析。研究结果表明:双竖向临时支撑对围岩变形以及隧道结构均起到良好的控制效果;首环管片破除与扩挖施工会改变隧道结构的整体性,从而导致围岩变形剧增,是盾构扩挖施工中危险环节,需要加以重视;通过现场监测,扩挖施工地表沉降均在规范允许范围内,扩挖施工影响范围主要在7环以内,施工中可结合扩挖影响范围进行超前加固。

左江山秀船闸扩能工程高边坡开挖施工技术

以广西左江山秀船闸扩能工程为例,研究引航道高边坡施工开挖与支护施工技术。结合施工现场实际与引航道高边坡的特征,制定了高边坡施工的开挖和支护方法,以确保工程的安全性和可行性。研究结果表明,在左江山秀船闸扩能工程中采用该方法进行施工,两岸边坡的稳定性问题得到解决,确保了施工的安全进行,同时保障了既有航道的正常通航。

新型气体膨胀技术在隧洞开挖工程中初步应用分析

为了在不许可使用炸药爆破的条件下进行隧洞开挖,本文首次将新型气体膨胀技术应用到隧洞开挖工程中,探索出了一套适用于隧洞开挖的掏槽、扩槽、辅助、周边膨胀破岩的方法,初步总结出的钻孔、充气、堵塞、点火、防护等技术参数,在广东某隧洞开挖工程的现场应用中得到了验证。应用研究表明,新型气体膨胀技术可以在坚硬岩体中进行水平掘进,具有操作安全、破岩效率高、不产生爆炸冲击波、气体膨胀破岩产生的振动幅值较低,不涉及民爆物品等优点,可有效解决复杂环境下不许可使用民爆物品,而使用机械劈裂法开挖进度太慢的问题,具有广阔的工程应用前景。

CPTU数据校准上海深层软土参数的随机力学-贝叶斯方法

城市深层地下空间的开发需要开展科学计算。合理的本构模型和准确的岩土参数是岩土力学分析的两大支撑。修正剑桥模型(modified cam-clay,MCC)的岩土参数简单直观,被广泛应用于岩土工程实践。室内土工试验由于取样扰动、试验误差等不可避免的缺陷,难以精确获得深层岩土参数。结合先验知识、室内试验数据和孔压静力触探(piezocone penetration test,CPTU)测试数据,将关键岩土参数视为随机变量,采用随机力学-贝叶斯方法,校准深层软土的关键岩土参数,如临界状态应力比、压缩系数、回弹系数和超固结比。以上海市苏州河深层排水调蓄管道系统工程——云岭竖井基坑工程为背景,以基础底板处的深部第(8)层土为研究对象。首先,利用MCC模型的柱孔扩张理论,揭示了CPTU数据(锥尖阻力、侧摩阻力和孔隙水压力)与极限扩孔应力之间的力学转换机理,利用苏格兰Bothkennar岩土试验场地的试验数据,验证CPTU测试数据力学模型的适用性;其次,建立关键岩土参数与CPTU数据之间的二次非交叉响应面,利用MCMC(Markov-chain Monte Carlo)抽样算法,获得关键岩土参数的后验统计特征;最后,结合岩土参数的后验均值,开展超深基坑工程的数值计算。结果表明,经过柱孔扩张随机力学-贝叶斯方法校准后,关键岩土参数的不确定性大幅度降低,后验均值的预测结果与监测值较为接近,证明了该方法的高效、合理性。

高速铁路无砟轨道路基上拱变形整治研究

研究目的:随着国内高速铁路飞速发展,高速铁路网覆盖范围越来越大,遇到的地质条件趋于多样化与复杂化,运营过程中病害类型较多,其中无砟轨道路基上拱变形问题在近年陆续显现,严重影响轨道的平顺性与行车安全,因此有必要深入研究其上拱变形的机理和整治方案,以确保高铁高速运行的安全。研究结论:(1)高速铁路路基填料应特别警惕硫铁矿伴生的硫酸钙盐矿物含量,其与水结合吸收结晶水发生水化反应形成二水硫酸钙,导致体积竖向膨胀上拱2.68%~6%,具有遇水膨胀但失水不收缩的特性;(2)上拱变形规律是冬春季细雨低温下填料含水量不断上升导致上拱膨胀量持续增大;夏秋季升温蒸发后失水,含水量减小,膨胀上拱趋势减弱;大气降水影响填料膨胀变形的深度在1~2.3 m;(3)轨道板下膨胀填料单元整体受力处于非刚性有限约束,基床表层及基床底层的折减经验系数宜分别按0.45与0.55取值;(4)在不同的限制条件下宜采用不同的整治方案,开通前或有单线封锁条件的情况下可采用揭板明挖法,在限速运行及天窗条件下宜采用暗挖置换方案;(5)本文所述各方案整治效果明显,整治经验可为今后类似工程提供借鉴与参考。

复杂环境下矿山法横向扩挖地铁车站的受力特性研究

目的:为避免地铁车站修建时征地拆迁导致的巨额赔偿及工期延误,需研究分析建筑物下超大断面矿山法横向扩挖地铁车站的变形规律和受力特性。方法:依托成都地铁13号线新南门站矿山法横向扩挖盾构井工程,运用MIDAS GTS有限元程序分析研究矿山法横向拓展车站期间周边建筑物及扩挖结构的变形规律及受力特征,并针对性地提出安全控制措施。结果及结论:导洞开挖支护作业引起的建筑物沉降量最大,约占总沉降值的55%;拆除临时支撑浇筑二次衬砌和破除洞口临时立柱引起的建筑物沉降量分别占总沉降值的28%和17%,且其沉降变化速率较快;建筑物基础间最大差异沉降值为1.6 mm,满足0.2%l(l为相邻基础中心距离)控制值要求;最大倾斜值为0.00013,远小于0.003的整体倾斜控制值。地面沉降呈“双漏斗”状,沉降最大值为8.5 mm,沉降槽宽度为明挖车站结构外延30.0 m;掌子面水平变形呈现出中间大、四周小的楔形分布规律,并关于掌子面中心线基本对称;二次衬砌结构弯矩极值位于洞口周边及板墙交接处,应力集中现象显著。

地铁工程先盾后扩穿越西安地裂缝设防段隧道扩挖方案研究

目的:为优化地铁工程穿越西安地裂缝段常规“竖井暗挖+盾构空推”施工方法,开展基于“先盾后扩”新型建造技术的扩挖方案研究。方法:依托西安地铁15号线府君庙村站—祝村站区间隧道穿越F9和F′9两条地裂缝带设防工程,进行新型建造技术试点应用。介绍了“先盾后扩”法的施工基本流程和设计要点,提出了6种设防段盾构扩挖方案,重点讨论了各方案可行性及优缺点,并综合施工便利性、地面沉降控制和结构受力特性给出了推荐方案。结果及结论:“先盾后扩”法省去了竖井和洞内端头土体加固工程量,确保了盾构作业连续性,解决了设防段地面作业条件受限的问题,不考虑盾构空推的扩挖断面也可大幅减小,进而降低了工程造价;设防段盾构扩挖时,横向及竖向支撑能改善扩挖隧道支护结构变形,但临时仰拱或横撑发挥的作用较为有限,在地层降水措施有保障的条件下设置的必要性不强;竖撑能明显改善扩挖隧道支护结构受力,应予以保留;综合横向及竖向支撑切割断面引起的施工干扰问题,推荐“全断面+双竖撑法扩挖”为依托工程扩挖方案。

西安地铁穿越地裂缝段隧道扩挖施工参数优化

采用正交试验设计确定数值模拟工况,研究西安地铁15号线府君庙村站—祝村站区间隧道扩挖施工参数对拱顶、地表沉降的影响程度和最优参数组合。结果表明:扩挖施工参数的影响程度排序为施工工法>施工进尺>加固圈厚度;微台阶法和全断面法扩挖均满足地表沉降控制要求,考虑到临时横撑的受力特性和施工干扰问题,建议采用全断面法;增大加固圈厚度对地表沉降的控制效果有限,从经济性考虑建议加固圈厚度取3.0 m;确定施工进尺须考虑盾构管片环宽,环宽1.0 m时建议施工进尺取0.50 m,环宽1.5 m时建议施工进尺取0.75 m。该区间隧道设防段未改变管片环宽(1.5 m),已采用本文建议的全断面法+加固圈厚度3.0 m+施工进尺0.75 m的参数组合施工。目前左线已完成10环扩挖,地表累计沉降与模拟结果相差不大,满足规范要求。

大跨度变截面隧道施工工法数值模拟分析

针对后岭下隧道内引出联络线段设计跨度大、变截面横向扩挖尺寸长、安全风险高等特点,对三台阶临时仰拱法上台阶采用支立门架法和类正洞台阶法横向过渡扩挖的2种方案进行了数值模拟,即在10 m过渡段内上台阶分部开挖:纵向先、后行导坑开挖并架设竖向支撑,支点上部纵向加设连接梁或用槽钢将环向拱架纵连。然后拆除扩挖侧中间竖撑,形成横向扩挖门洞,扩挖施工中采取支立门架法防护或类正洞台阶法扩挖,并最终扩挖至拱脚,最后接长正洞环向拱架,完成过渡段上台阶施工。数值模拟分析结果表明,2种方法均安全可行,结合现场围岩实际情况,本工程采取了支立门架方案成功完成了扩挖,洞周土体变形的监测值和模拟值变化规律基本一致,土体位移与应力变化均小于模拟值,且在允许范围内。本案的成功实施为类似大跨度变截面隧道横向扩挖施工提供重要的参考和借鉴,具有重要的实用意义。

扩建洞库施工巷道开挖对相邻运营洞库影响分析

对已建运营地下水封洞库进行扩建是增大石油安全储备的重要方式。但在扩建洞库开挖爆破过程中,不可避免地会对相邻已建洞库的运营安全产生影响。然而,需要注意的是,开展洞库扩建施工时,必须科学制订开挖爆破方案,并进行合理爆破振动监测和控制,以减少对相邻已建洞库运营安全造成的影响。为了全面评估这种影响,选择了国内首个大型地下水封洞库扩建项目作为研究依托,并通过对扩建洞库施工巷道开挖爆破过程中已建运营洞库渗透压力、围岩内部位移、地下水位、水幕系统水位和主洞室涌水量等数据的分析和总结,对扩建洞库施工巷道开挖爆破对相邻已建洞库的运营安全影响进行了评价。研究结果显示,在进行现场10次爆破试验时,通过合理设置爆破振动监测参数,爆破对已建洞库围岩的稳定性和水封安全性无直接影响。

基坑开挖支护施工技术在污水厂扩建工程中的应用

结合污水厂扩建工程实例,将基坑开挖支护作为重点考虑对象,简述作业方案,详细探讨施工要点,对基坑土钉墙支护的具体技术措施进行了分析,通过科学合理的施工组织安排确保了工程的顺利进行,工程采取的基坑开挖支护施工技术具有可行性。