城市隧道近接建筑物施工的影响与对策分析

研究目的:为探讨新建隧道从不同距离、不同部位邻近既有建筑物施工的影响强弱程度,采用数值模拟方法,基于隧道与建筑物之间的夹岩应力状态变化趋势,建立隧道近接建筑物施工的影响分区,并在影响分区的基础上提出对策分级。研究结论:(1)基于摩尔-库仑准则,可按隧道开挖后的夹岩应力状态"全部进入屈服、全部出现应力集中但并未全部进入屈服、开始出现应力不变或应力反而改善"三种情况,对新建隧道近接既有建筑物施工划分强、弱、无3个影响分区;(2)基于本文计算参数的影响分区划分如下:在0°方向,强、弱影响分界为隧道距离建筑物基础边界1.0d(d为隧道跨度,下同),弱、无影响分界为3.0d;在30°、45°、60°、90°方向,强、弱影响分界为隧道距离建筑物基底中心1.5d,弱、无影响分界为3.0d;(3)针对强、弱、无影响分区,可相应采取"超前加固措施、仅加强掘进参数控制,按常规地段施工控制"等对策分级措施;(4)该研究成果对隧道近接建筑物施工的精细化管理具有一定的指导意义。

循环爆破荷载作用下小净距隧道中夹岩的累积损伤特征分析

为了研究循环爆破荷载对小净距隧道中夹岩的影响,以六月田分岔隧道为工程背景,采用LS-DYNA有限元软件建立分岔隧道的三维模型。基于HJC本构模型,通过引入损伤变量,模拟循环荷载作用下小净距隧道保留岩体的累积损伤演化过程,探讨中夹岩累积损伤程度、损伤范围与爆破次数之间的关系;在此基础上,根据损伤区质点振速衰减规律,通过数据拟合,建立单次爆破装药量、最大损伤范围与临界损伤峰值质点振速之间的函数关系;最后利用现场的声波测试结果与数值模拟结果进行对比,验证数值模拟结果的合理性和准确性。研究结果表明,数值模拟结果与现场测试结果较为吻合,最大损伤范围出现在中夹岩的拱肩;相比单次爆破,循环多次爆破开挖造成的累积损伤范围明显增加,临界损伤峰值质点振速显著降低。

小净距隧道夹岩力学特征分析

以深圳地铁3号线老街站—晒布路站区间盾构隧道为背景,针对小净距双孔盾构隧道中间夹岩的复杂三维受力状态,引入基于Mohr-Coulomb剪切屈服准则与拉伸屈服准则的屈服接近度函数,采用数值模拟计算和离心模型试验相结合的手段,对上下重叠和水平并行两类小净距隧道中间夹岩力学特征进行了深入研究。研究结果表明,无论是重叠还是并行隧道,其夹岩的中间部分屈服接近度值均大于两侧部分,即中间比两侧相对稳定,但两者的原因侧重点不同,前者侧重于减小应力圆"半径",而后者主要是通过应力圆"圆心"外移来相对改善夹岩中间部分的受力状态;对于城市浅埋隧道,在同等静力学条件下,上下重叠隧道夹岩的受力优于水平并行隧道。计算结果可为今后类似工程的设计、超前注浆孔的合理布置提供指导。

基于时效理论解的双层衬砌圆形隧道围岩压力分担的简便计算法

隧道的顺序施工叠加岩石流变特性,使围岩和衬砌的力学状态与时间相关。针对水平和竖向地应力不相等的一般地应力条件下双层衬砌圆形隧道施工问题,采用复变函数方法和Laplace变换,推导了开挖和支护全施工过程任意时刻围岩、衬砌的位移和应力理论解答。理论推导中用任意黏弹性模型模拟岩石流变特性,并在隧道开挖完成后的任意时刻分别施加一次衬砌、二次衬砌。并与相同条件下有限元解进行了比对。为便于工程设计,基于本文时效理论解,通过衬砌压力的机理分析,运用数据拟合的方法,给出了围岩压力分担的简便计算法,公式形式简单、适用范围广,同时也可以实现解析解的类似精度,为科学合理确定二次衬砌施工方案提供了理论依据。结合一算例,针对不同围岩压力分担情况,分别给出二衬施加时刻和二衬厚度建议值。工程中可据此方便、快捷地进行相似工程条件下的初步设计。

西龙池抽水蓄能电站内加强月牙肋岔管围岩分担内水压力设计

埋藏式岔管国内外基本按明管设计,围岩分担内水压力仅作为一种安全储备。西龙池抽水蓄能电站岔管HD值远超过国内已建工程规模,在国内首次采用考虑围岩分担内水压力设计。本文重点介绍西龙池岔管考虑围岩分担内水压力设计成果。首先通过三维有限元结构分析,较系统研究岔管围岩分担内水压力的规律,并初步提出埋藏式岔管的设计原则;通过1∶2.5比尺的现场结构模型试验,最终确定埋藏式岔管设计参数和验证有限元计算成果。

西龙池抽水蓄能电站高压岔管考虑围岩分担内水压力设计现场结构模型试验研究

西龙抽水蓄能电站岔管规模远超过国内已建工程,为降低制作、安装难度,考虑岔管与围岩联合受力设计。在大量结构分析基础上,通过现场结构模型试验对埋藏式岔管实际受力状态和施工工艺的模拟,为设计参数取值、岔管与围岩联合受力规律研究,提供重要的科学依据。

基于CAD/GIS技术的公路隧道及围岩体三维可视化系统

针对公路隧道勘察设计多个阶段大量丰富、准确的工程信息未能有效管理、缺乏再利用的现状,提出将CAD、GIS技术运用于公路隧道的信息资料数据库管理。通过对工程实例调查标准化和整合多来源、多个时期、多样格式和多数据标准的公路隧道信息,以三维可视化为重要特征,建立平面图与隧道各类附属设施、隧道设计资料数据库、隧道设计模型、地质及地形三维模型之间的联系。构建公路隧道设计的三维可视化管理系统,建立了覆盖公路复杂隧道的设计、运营、养护等多阶段的信息管理、共享服务平台。通过vc2005和ObjectArx2008开发工具实现,并在厦门翔安海底隧道中进行了应用,取得良好效果。

软弱围岩小净距公路隧道施工技术分析研究

通过对各工法的优缺点及适用性的比较,给出了道冠山隧道小净距段所用工法及其具体施工工艺,及各开挖步对应掌子面间的距离控制要求,并在对超前小导管注浆、预应力对拉锚杆、局部加长系统锚杆等小净距隧道中间岩柱常用加固方法进行比选,以确定道冠山隧道小净距段中间岩柱的加固方案。

基于监控量测的公路隧道二次衬砌受力分担比例

依托垫江至邻水高速公路铜锣山及明月山隧道,对公路隧道二次衬砌受力分担比例进行研究。通过围岩压力实测值与普氏理论、太沙基理论和公路隧道设计规范深埋围岩压力公式计算值进行对比,结果表明:Ⅲ级、Ⅳ级和Ⅴ级围岩压力计算值比较符合实测情况。通过对围岩压力、初期支护与二次衬砌的接触压力现场量测数据进行分析,得出Ⅲ级(深埋)、Ⅳ级(深埋)、Ⅴ级(深埋)和Ⅴ级(浅埋)围岩二次衬砌受力分担比例分别为29.20%、35.28%、41.38%及32.17%。研究成果对于公路隧道结构设计有着理论指导作用。

山岭公路隧道围岩压力统计规律分析

基于大量公路隧道围岩压力监测数据,分析了垂直围岩压力与隧道开挖跨度、埋深、围岩级别的关系,并和深浅埋隧道法、普氏系数法计算得到的围岩压力进行了对比分析,得到了实测垂直围岩压力值与规范计算值之间的关系。同时,统计分析了侧向压力、侧压力系数及隧道二衬压力在各级围岩级别条件下的分布规律:侧向压力随着埋深及围岩级别的增加而缓慢增长;侧压力系数随着围岩级别的增加逐渐变大,并普遍大于规范值;实测二衬围岩压力荷载分担比例与规范基本相符。

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力比例的研究

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力的评价方法是隧道工程技术的重要研究课题之一。依托某新建铁路隧道工程,提出了一种基于监测位移反分析评价围岩和支护应力,进而计算初期支护和衬砌背后压力的方法。根据监测位移和衬砌施作时间,确定初期支护的已发生变形和剩余变形。通过有限元反分析求出与已发生变形和剩余变形相对应的围岩和支护应力,得到初期支护和衬砌背后压力。对比初期支护背后压力及衬砌背后压力的现场监测和反分析的计算结果,两者比较一致,说明了该方法的可行性。该新建隧道初期支护闭合95 d后施作衬砌,计算得到衬砌背后压力约0.04~0.06 MPa,衬砌分担围岩压力比例约13%~16%。研究成果对复合式衬砌结构的设计具有一定的参考意义。

V级围岩小净距隧道二次衬砌支护荷载分担比优化研究

以某V级围岩小净距隧道为研究对象,借助数值分析手段寻求小净距隧道在多种荷载分担比组合下的力学行为特征,研究了先行洞和后行洞围岩支护的荷载分担比优化问题。结果表明,先行洞在围岩和初期支护共同荷载比不变的情况下,围岩相对初期支护承担较小荷载为宜,二次衬砌荷载分担比的优化值为从大往小趋向60%;后行洞在二次衬砌荷载分担比60%条件下,二次衬砌支护对地表沉降抑制效果较差,确定二次衬砌支护荷载分担比的优化值为从大往小趋向70%。研究成果为类似小净距隧道围岩支护荷载分担比优化提供了新的思路。

护拱回填暗挖法隧道支护结构安全性评价

文章依托九景衢铁路荆生坞隧道工程,介绍了护拱回填暗挖法的施工步序,利用弹性理论推导了护拱与初期支护拱部的围岩荷载分担比例计算公式,采用极限平衡理论建立了边墙处围岩受力模型,推导了初期支护边墙附加围岩压力计算公式,最后通过建立荷载-结构模型,计算了护拱和初期支护的内力、安全系数,评价了护拱和初期支护安全性。结果表明:初期支护围岩荷载分担比例与护拱和初期支护的弹性模量、厚度有关,荆生坞隧道初期支护围岩荷载分担系数约为30%;护拱拱脚竖向压力导致边墙上部围岩沿破裂面滑动,对初期支护边墙上部产生一个水平向的附加围岩压力;九景衢铁路荆生坞隧道护拱回填暗挖段护拱和初期支护均处于安全状态,初期支护安全性随围岩荷载分担系数的增大而略有降低。

循环爆破荷载作用下小净距隧道围岩累积损伤特性研究

明确多循环爆破推进情况下小净距隧道围岩损伤演化特征有助于施工安全和围岩稳定。依托福州地铁2号线某区段小净距隧道工程,基于LS-DYNA完全重启动技术,结合现场中夹岩声波测试结果,研究循环爆破荷载作用下该区段小净距隧道5个开挖进尺内围岩的累积损伤演化过程。结果表明:围岩损伤范围和损伤程度随爆破加载次数增加而增加,每一循环爆破荷载下各段别均对围岩有不同程度损伤,MS7和MS9段爆破荷载对围岩损伤最大;实测和模拟结果表明在多次爆破后中夹岩体损伤沿测孔深度方向呈圆角的斜“L”形状,近爆破处岩体损伤较大于远爆破侧;在同一监测断面内围岩的累积损伤尤以段间爆破加载损伤程度最大,随着隧道开挖推进岩体的损伤范围逐渐趋于稳定,监测断面9 m范围外的爆破扰动基本不再对监测部位围岩造成损伤。研究成果可为现场围岩的加固提供参考,也可为类似工程的提供理论依据。

基桩嵌岩段承载特性试验研究

根据滑移剪胀机理,建立了滑动剪胀阶段和剪切滑移阶段侧摩阻力的表达式,求得了滑动剪胀阶段的嵌岩段摩阻力及桩身轴力的解析式。基于所获得的解答,分析了嵌岩段摩阻力及轴力随深度变化的分布规律,并对桩端荷载分担比进行了研究。研究表明:嵌岩比l/d与综合影响系数λ对桩端荷载分担比P_b/P_d影响较大,在不同的λ下,随着嵌岩比l/d的增加,桩端荷载分担比P_b/P_d均不同程度地减小,随着l/d增大到一定值时,P_b/P_d接近于0;现场大直径嵌岩桩静载试验结果表明,正常工作状态下嵌岩桩具有摩擦桩的性质,桩侧土阻力和嵌岩段摩阻力分担荷载的比例较高,桩端阻力所占比例不大,在全加载过程中变化也不显著。最后结合理论公式反算得到计算参数,理论计算结果与实测数据吻合良好。

岩石力学室内试验ISRM建议方法的标准化和数字化

通过系统分析岩石力学室内试验ISRM建议方法体系基本特征和试验数据信息的结构层次,提出标准化的基本思路和模式,建立标准的方法体系、统一的试验数据结构和发布模式;并应用网络语言技术设计数字化的试验数据结构文档、数据存储文档以及数据显示文档。通过试验数据格式转化平台的开发和Excel的二次开发分别实现初始试验数据文档的数字化存储和试验数据的双向传输。标准化与数字化的试验数据可脱离平台进行网络发布与传输,从而构建国际岩体力学试验数据共享平台。该平台为不同数据库之间的数据整合与共享以及虚拟实验室的实现奠定了基础。该标准化和数字化方法在BPI试验的ISRM建议方法中的成功应用,显示其科学性和可用性。

按桩顶沉降控制的嵌岩桩嵌岩深度计算方法

深入探讨了嵌岩桩的荷载传递机理,针对目前规范采用的嵌岩桩嵌岩深度计算方法的不足,根据嵌岩桩承载机理建立荷载传递方程,提出按基桩竖向荷载传递特性确定嵌岩桩嵌岩深度的计算方法,并得到桩端荷载分担比与嵌岩深度的表达式。通过算例深入研究了嵌岩深度及桩端荷载分担比随桩顶沉降变化规律。结果表明,同等条件下桩顶沉降要求越小,所需嵌岩深度越大;沉降越大,桩端所承受荷载比例越大;桩端荷载分担比随嵌岩比的增加而减小。该方法可同时考虑上部结构对沉降的要求与桩端荷载分担的比率,从安全和经济角度综合确定嵌岩桩的嵌岩深度。

软土地基中嵌岩桩嵌岩深度的研究

结合试验资料对嵌岩桩的嵌岩深度、端阻力以及桩侧阻力进行了分析。讨论了端阻比随嵌岩深度的关系、桩承载力与嵌岩比的关系以及不同岩层对桩的承载力的影响,并提出了软土地基中不同桩径的桩具有最佳嵌岩深度,认为不存在最大嵌岩深度。

以岩矿分析为特色的应化专业系列精品资源共享课程的建设

"岩矿分析"是地质工作的"排头兵",被喻为人类认识地球的显微镜。当前,在国土资源大调查、生态环境保护与治理以及化工、冶金、燃料、农业、商品检验、国防科技等诸多领域,岩矿分析发挥着越来越重要的作用。

浅埋偏压小净距大断面公路隧道进洞施工技术研究

在小净距隧道施工过程中,合理开挖和支护是施工的关键,通过超前大管棚对软弱地层进行超前支护,有效控制了地表沉降;浅埋软弱围岩地层中,通过采用中隔壁法、双侧壁导坑法,有效控制了施工中隧道围岩的变形;小净距隧道中夹岩通过中空注浆锚杆进行加固,有效提高中夹岩的完整性和抵抗侧向膨胀变形的能力。