某浅埋土质隧道的衬砌静力分析和动力响应研究

浅埋砖砌土质隧道存在衬砌强度低、地下水渗透等问题,结构易遭到破坏。为合理评估隧道的稳定性及灾害影响,研究中采用midas GTS NX软件建立了详细的二维、三维数值模型,分别进行地层结构分析和线性时程分析,并结合砌体结构设计规范对衬砌的承载力进行验算。主要结论如下:稳定性分析中,砖衬砌中各部位强度满足受压和抗剪承载力要求,除侧墙和底板外的结构点均满足抗震承载力要求,拱顶的抗震承载力接近抗震承载力设计值,判定不利位置为拱顶及侧墙底。在地震作用下,隧洞周围土体塑性区向斜上45°发展,塑性区范围随时程不断增大,侧墙底及顶拱出现应力集中;隧洞竖向、水平位移最大点分别出现在拱顶和侧墙底;Mises应力和最大剪应力从隧洞中部到两端递减,顶拱应力远大于侧墙;隧洞两端加速度较大,拱顶加速度数值随时程变化大于其余部位。判定衬砌最不利位置位于拱顶45°附近及侧墙底部。

土压平衡盾构长距离下穿浅基础房屋施工技术

根据区间地质勘察情况,以盾构掘进渣土改良、出渣情况、掘进参数、地表及建筑物监测数据为依托,同时在盾构下穿浅基础房屋前对房屋基础进行探测,对下穿房屋基础进行加固并预埋注浆管路,增加土体强度,降低盾构在下穿过程中出现水土流失的可能。盾构在穿越过程中严格控制出渣量,加密地表沉降监测,对产生超挖或沉降的里程位置实施洞内二次注浆、地表注浆、超前注浆加固、土仓内注入膨润土等措施,实现快速稳定地层的目的,确保盾构机安全、平稳、连续通过。

考虑主应力偏转的土体浅埋隧道支护压力研究

传统方法计算浅埋隧道支护压力时,未考虑上覆土体主应力偏转过程,与实际情况不符且计算结果不准确。为真实分析和计算浅埋隧道支护压力,以砂土为研究对象,首先概括浅埋隧道围岩破坏模式,在此基础上分析隧道上覆土体主应力偏转过程和应力状态,得到水平微分土层平均竖向压力与侧向压力和层间平均剪切力的定量关系,进而建立水平微分土层受力平衡方程求解上覆土体竖向压力。最后以隧道侧面滑移土体为对象,通过受力平衡方程求解获得支护压力表达式。新方法考虑了上覆土体主应力真实偏转过程,较传统方法更符合实际,研究结果表明:距离隧道顶部中心线越远,水平正应力与大主应力比值越小;随着土体内摩擦角的增大,竖直正应力与大主应力比值呈现先减小后增大的规律。与模型试验结果对比表明:当隧道埋深较浅时,新方法计算所得支护压力与模型试验结果高度吻合,优于不考虑主应力偏转方法计算结果和半经验性的Terzaghi方法计算结果,从而验证了该方法的有效性,可为浅埋隧道支护设计提供一定理论依据。

浅埋隧道围岩压力确定的极限分析方法

应用极限分析上限法计算浅埋隧道围岩压力,构造了浅埋隧道围岩两种刚体平动破坏模式,并推导了理论公式。将浅埋隧道围岩压力计算转化为一个数学优化模型,编制相应计算程序。通过算例分析了两种破坏模式下浅埋隧道围岩压力计算结果,对照太沙基理论,对结果进行探讨,指出对于浅埋隧道而言,利用极限分析上限法计算隧道围岩压力是一个可行的方法。

非线性破坏准则下浅埋隧道围岩压力的极限分析

采用土体非线性破坏准则,基于浅埋隧道的泰沙基破坏模式,利用极限分析法中的上限定理,推导非线性破坏准则下浅埋隧道围岩压力的计算公式。运用序列二次规划算法进行优化分析,得出围岩压力上限解的最优值。研究结果表明:当非线性系数m=1时,非线性破坏准则变成线性Mohr-Coulomb准则,本文方法的计算结果与泰沙基极限平衡法的计算结果比较接近,证明了本文方法的有效性;非线性系数对围岩压力上限解有较明显的影响。

浅埋黄土隧道土石分界高度对初期支护结构安全性的影响分析

为获得浅埋黄土隧道土石分界高度对初期支护结构安全性的影响,文章以临县隧道为工程背景,采用数值模拟的方法研究了浅埋土石分界高度及土石分界面位置对隧道初期支护结构安全性的影响。结果表明:土石分界致使隧道初期支护结构安全系数发生突变,分界面倾斜时安全系数分布不对称。同一种埋深条件下,随着土石分界面位置的下移,土石分界面以上部分偏压减弱,分界面以下的部分偏压增强。同一界面深度条件下,隧道初期支护结构左右断面偏压情况随着埋深增加而增大。当土石分界面分别位于隧道上导坑和中下导坑、分界面倾角为10°时,可通过增加20%隧道左侧荷载或减小20%右侧抗力系数来进行荷载计算。

超大直径浅埋盾构隧道土压力实测分析及其计算方法适用性评价

以扬州瘦西湖隧道为工程依托,对超大直径盾构隧道管片荷载、结构内力等进行长期现场监测,分析超大直径浅埋盾构隧道土压力、管片钢筋应变的变化规律。采用上覆土柱法、太沙基松弛土压力法计算管片土压力理论计算值,并与现场实测结果对比,分析不同土压力计算方法在不同埋深条件下的适用范围。结果表明,盾构纠偏对隧道管片荷载大小、分布形式影响较大,且其影响一致持续至稳定期;盾构隧道施工结束后,作用在盾构管片上的土压力逐渐减小并趋于稳定;管片钢筋应变同土压力变化趋势基本一致,但进入稳定期时间略滞后于土压力,土压力进入稳定期后实测土压力值约为理论计算值的48%~60%;松弛土压力法计算的土压力值较上覆土柱法计算值和实测结果更为接近。研究成果可为盾构隧道管片设计荷载取值提供指导。

考虑土拱效应的浅埋隧道松动土压力计算方法

随着浅埋隧道拱顶位移的增加,土拱结构分别经历上凹拱、三角拱、下凹拱、矩形拱这4个阶段。对于浅埋隧道施工而言,土拱结构以下凹拱和矩形拱为主,随着拱结构的不断变化,土拱效应的影响也在不断变化。文章首先建立拱结构判断的标准:假定隧道拱结构为下凹拱,根据拱顶位移δ得到理论边部位移δ′1;当隧道施工监测边部两处的位移沉降δ1大于下凹拱理论边部位移δ′1,认为此时土拱结构发展到矩形拱;反之,则认为土拱结构为下凹拱。在上述基础上,通过薄层微分层析法,给出了浅埋隧道的松动土压力计算公式。算例表明:浅埋隧道松动土压力与土拱结构有直接关系,当土体从下凹拱发展到矩形拱时,松动土压力会大幅减小,即土拱效应的影响会增加。上述研究对于丰富浅埋隧道松动土压力计算理论有着重要意义。

土体非共轴各向异性对城市浅埋土质隧道诱发地表沉降的影响

当前用于隧道工程数值模拟的本构模型,大多局限于土体各向同性框架下的共轴假设,难以充分反映隧道周围土体力学响应的复杂性。针对典型砂土和软黏土,建立考虑初始强度各向异性和非共轴特性的二维平面应变、理想弹塑性的土体本构模型,并编制用户材料子程序（UMAT）,嵌入非线性有限元软件ABAQUS中,对城市浅埋土质隧道开挖施工进行二维数值模拟分析。结果表明：开挖面附近土体应力主轴可能发生明显旋转;同等地层损失率下,考虑土体初始强度各向异性预测的地表归一化沉降槽的形状与离心机试验结果更加吻合;同一程度荷载衰减下,考虑非共轴各向异性影响后沿中轴线的最大地表竖向位移明显偏大。因此可以认为,如忽略土体的非共轴和各向异性特性,可能会导致相关的设计方案偏于不安全。

纯黏土条件下浅埋隧道掌子面稳定性分析

针对玉磨铁路的太达村隧道工程,并结合纯黏土特性,提出一种改进的破坏模型,用于分析纯黏土条件下浅埋隧道掌子面稳定性。所提出破坏模型可分为2部分:交叉层部分破坏模型为三维旋转破坏机制的一部分,覆盖层部分破坏模型是基于太沙基地应力理论。基于所提出破坏模型,采用非线性最小优化算法fminsearch获得掌子面极限支护压力值。研究结果表明:所提出的改进破坏机制能够大大提高极限支护压力的严格下限值,提升幅度约9%~19%;所提出模型获得的极限支护压力下限值略小于实际监测值;隧道掌子面极限支护压力值随黏聚力的增大而线性减小。

黄土公路隧道结构设计与施工中的若干问题

针对黄土公路隧道结构设计和施工中的理论研究滞后于工程实践的现实情况,结合白虎山隧道、新庄岭隧道、土家湾隧道三座黄土公路隧道衬砌结构力学性状研究成果,提出了以黄土公路隧道拱顶中心线侧压力系数为判据的深、浅埋界定的新方法,指出应结合黄土特性及埋置深度进行隧道衬砌设计,不宜按计算摩擦角或围岩类别确定隧道的围岩压力;设计时除进行荷载计算外,还应根据工程地质条件,经工程类比及综合研究后确定衬砌结构。应根据不同的地质条件确定设计原则和施工方法,例如,地质条件较差地段应采用微台阶或分区微台阶法施工,而不采用侧壁导洞法或双侧壁导洞法;在取得同等支护效果的条件下应加强初期支护;在湿陷性黄土地区应特别注意水的处理。

软弱夹层对隧道施工稳定性的影响分析

天恒山隧道为浅埋土质隧道,其地质条件较差,地层中含有软弱夹层。当隧道在含有软弱夹层的地基上施工时,软弱夹层将对隧道的稳定产生影响。利用有限元方法模拟分析了软弱夹层位于隧道不同位置时对隧道施工期间稳定性的影响,得出了软弱夹层位于拱脚附近时为最不利情况的结论。

浅埋段隧道洞口堆积大量松散土施工技术

小间距浅埋段隧道洞口在勘测设计后出现大量堆积弃土,为解决洞口堆积弃土和进洞安全、项目工期、工程造价上综合考虑采用最优的洞顶放坡开挖弃土,洞门向洞身方向前移,前移段隧道采用明挖暗做工艺进行施工,很好地解决了安全、工期和造价之间的矛盾问题。

考虑塔形滑移面的浅埋隧道松动土压力研究

以不完全拱效应为基础,对浅埋隧道松动土压力展开研究。与Terzaghi土拱效应理论的垂直滑移面不同,本文综合考虑国内外对滑移面形式的研究,采用塔形滑移面计算模型,同时考虑主应力旋转角的分布特征,给出松动区内大主应力与水平面夹角分布公式,改进了浅埋隧道松动土压力的计算方法;将塔形滑移面间松动土体侧向土压力系数定义为滑移面上法向应力与平均竖向应力之比,并给出计算表达式;建立出主应力转角与隧道顶部位移的数量关系,进而得到不同拱顶沉降允许值下的平均竖向应力计算方法。将本文松动土压力计算公式同国内外学者提出的计算方法对比,结果相吻合,验证了本文公式的合理性。对公式中主要影响参数(侧向土压力系数、隧道宽高比、相对变形量、滑移面倾角)进行了分析,结果表明:竖向应力?v随着深度z的增加而增加,土拱效应的发挥程度也随着深度z的增加而增大,但其增速逐渐放缓,当达到某一深度(土拱效应完全发挥)后,随着深度z的增加?v趋向于定值;侧向土压力系数K随着土体内摩擦角φ及滑移面倾角α的增大而减小;在一定范围内,随着隧道宽高比B0/h的增大以及相对变形量λ的减小,其表面的竖向应力随之增大。因此,适当的增大浅埋隧道顶部相对变形量、减小隧道宽高比,其所承受的竖向应力随之减小。

土质浅埋隧道扩建技术研究

结合已有的土质隧道扩建理论和施工方案,针对利民隧道扩建工程,采用矿山法选取合理的设计参数和施工方案。设计参数充分考虑土质浅埋隧道扩挖受力特点,同时,在已有的施工方案基础上选取实用、安全可靠的施工方案。为以后的工程设计和施工提供借鉴。

浅埋暗挖法地铁隧道土方开挖施工技术

在公用地下工程中，因地下障碍物和周围环境限制通常采用浅埋暗挖法施工。它的突出优势在于适用于城市松软地层，不影响城市交通，无污染、无噪声，且适合于各种尺寸与断面形式的隧道洞室。本文结合郑州地铁1号线02合同段郑～中暗挖区间隧道施工实践，对浅埋暗挖法隧道土方开挖施工技术进行研究，主要介绍了上下台阶环形开挖预留核心土法、CRD法的施工工艺以及施工方法。

合肥轨道交通2号线怀宁路站暗挖通道施工技术研究

合肥轨道交通2号线怀宁路站1,4号出入口暗挖通道下穿长江西路,2个通道属浅埋~超浅埋,通道的上覆地层与围岩为人工填土和膨胀性黏土,工程环境条件复杂。采用合理的设计与综合施工技术,实现在合肥地区浅埋土质围岩且地面道路有车辆荷载的隧道暗挖施工。其要点包括:采用超前大管棚+超前小导管相结合的超前支护,4部CRD+预留核心土开挖工法并控制循环进尺,在暗挖通道穿越的地面主干道上满铺12000mm×2000mm×20mm钢板以减小隧道上部地表的车辆荷载。监控量测表明,拱顶下沉等数据均符合控制标准,地表沉降、管线沉降的发展过程与暗挖隧道拱顶下沉过程相似。

紧邻桩基条件下盾构隧道施工的现场监测和分析

以福州地铁1号线南门兜—茶亭区间隧道穿越洗马桥段工程为依托,通过现场监测手段,研究了紧邻桩基条件下,盾构隧道开挖对周围土体的影响规律。重点分析了地表土体沉降、各深度处土体水平位移及各深度处土压力,随着掘削面距离而发生的变化情况,得出了盾构推进对周围土体的影响规律。

浅覆土盾构隧道近距离侧穿地下承重桩施工技术

济南地铁某盾构区间近距离侧穿紧邻车站主体结构尚未施工完成的地下承重桩基,承重桩基底板距离区间隧道拱顶最近处3.3m。盾构穿越区域采用三重管高压旋喷注浆对地层进行预加固,衬砌结构采用冗余注浆孔管片,采用土压平衡掘进和足量同步注浆,管片脱出盾尾后及时二次注入双液浆以进一步提高管片的稳定性等技术措施,这些技术措施可有效控制地面沉降,规避盾构掘进对地下承重桩基的不利影响。

基于主应力旋转特征的浅埋隧道上覆土压力计算及不完全拱效应分析

砂土及黏聚强度较低的破碎岩体中,不完全拱效应对浅埋隧道上覆土压力计算的影响尚不明确。不同于传统极限平衡方法考虑主应力迹线的分布形态,直接考虑隧道开挖后主应力旋转角的分布特征,同时考虑滑移面范围变化及滑移面摩擦角调用情况,改进了浅埋隧道上覆土压力的计算。在此基础上分析完全拱作用下土体平均侧压力系数、竖向应力分布等特点,并与传统方法比较说明了其异同。此外,与数值结果、模型试验结果对比验证了改进解的适用性。最后在改进解基础上分析不完全拱效应的影响。结论显示:(1)隧道开挖后,滑移面范围内土体竖向应力减少,转移至滑移面外稳定土体,滑移面附近剪切应力δ集中,阻碍隧道上方土体向下变形,改进方法计算所得应力分布与实际情况更相符;(2)平均侧压力系数Kwav受土体内摩擦角φ及滑移面调用摩擦角δ共同影响,土体内摩擦角较小时,可忽略不完全拱效应δ/φ对平均侧压力系数的影响;(3)改进解与传统解均表明地层拱作用效果系数Kwavtanδ在一定范围内对土体内摩擦角φ不敏感;(4)此外,改进解表明地层拱作用效果系数Kwavtanδ对土体内摩擦角φ的不敏感性除受φ取值范围影响外,还受不完全拱效应δ/φ影响,随不完全拱效应增强(δ/φ减小),Kwavtanδ对φ的不敏感性越来越明显。