京张高铁八达岭长城地下车站建造及运营关键技术

因具有跨度大埋深大、洞室多密度大、古迹多环保严、人流大行车密等工程特点,八达岭长城地下车站建造面临密集洞室设计与施工组织、超大跨隧道修建、文物与环境保护、复杂地下车站运营组织等难题。为解决这些难题,所提出或形成的相关建造及运营关键技术如下:1)基于BIM的地下车站协同设计、层叠交错小净距洞室施工安全保障技术和复杂洞室群智能施工组织,实现了密集群洞空间最优化布局和复杂结构高效施工组织;2)通过超大跨隧道主动支护技术、“品”字形开挖技术、长寿命结构体系,实现了软弱围岩超大跨隧道安全快速施工;3)通过地下车站出口消隐设计、微震微损伤精准爆破量化控制、施工通风与粉尘处理以及清污分离排水系统,解决了风景区隧道下穿影响难题;4)通过深埋洞室群车站舒适环境构建、智能防灾疏散救援以及地下车站智能运营管理与智能能源管理,保障了复杂深埋地下车站旅客乘坐体验与生命安全,实现了车站高效运营和节能降耗。

大跨度地下洞室拱顶稳定性及支护措施研究

拟建的金沙江下游一水电站引水发电系统地下洞室群规模巨大且布置复杂,其圆筒型阻抗式调压井高度达100 m,直径达50 m,洞室在同类工程中罕见,拱顶稳定及支护措施问题突出。针对复杂地质条件下,尾调顶拱围岩潜在的应力型破坏和结构面导致的变形与坍塌两类不同性质的问题,采用工程地质分析与三维数值模拟3DEC等相结合的方法,深入探讨圆筒形尾调室围岩应力集中范围、程度和高应力破坏风险;说明软弱层间错动带对围岩变形稳定影响及其安全性。研究表明:圆筒形尾调室总体受力特征良好,拱顶应力集中水平(30～44 MPa)相对不高,高应力破坏问题不突出;但层间错动带对拱顶稳定影响明显,沿层间错动带的错动变形较大且NNE向浅层7 m范围发生剪切屈服。采用系统支护与混凝土置换的加强支护措施后,可以明显减小层间带的错动变形,提高层间带的安全储备。

特大跨度扁平洞室开挖施工离散元数值模拟

特大跨度扁平洞室,断面形式为拱形,宽约60 m,高约20 m,高跨比为0.333,其力学行为需进行深入研究。利用颗粒流程序建立模型,模拟特大跨度扁平洞室开挖过程,研究了开挖施工过程中变形和受力特征,特大跨度扁平洞室模拟分析表明:(1)围岩破坏区主要集中在拱顶和拱底。(2)拱部围岩内的周向应力在隧道开挖后先升高,随着塌方破坏区域的扩大而后逐渐降低。(3)节理倾角对稳定性的影响影响比较大。(4)通过锚索支护可以保持特大跨度扁平洞室围岩稳定性。

城市大跨、浅埋地下洞室控制爆破技术

某市于山溜冰场工程位于市中心于山下 ,属大跨、浅埋地下洞室 ,该工程位于闹市区 ,具有周围环境复杂、技术要求高、施工难度大的特点。为此 ,在钻爆施工过程中 ,必须采用控制爆破技术 ,一方面要尽量减少爆破振动对周围建筑物及文物的影响 ,另一方面又要控制飞石距离 ,并尽量降低爆破噪音 ,使之不影响附近居民的正常工作和生活 ,本文重点阐述了控制爆破技术在于山溜冰场工程中的应用。

压力型预应力锚索在大跨度高边墙地下洞室中的应用

在对压力型预应力锚索机理进行介绍的基础上,结合工程实例,对压力型预应力锚索的设计与施工工艺进行了较为详细的论述。实践证明本工程锚索设计合理,施工成功,工程安全可靠,压力型预应力锚索技术作为一种先进的手段,解决了高边墙地下洞室工程支护问题。

闹市区浅埋大跨度岩石地下洞室的开挖、支护及预测

本文就位于重庆市闹市区浅埋大跨度岩石地下洞室的开挖、支护及预测进行了数值分析，根据分析得出的位移场、应力场、塑性区提出了安全、经济的开挖支护方案，并对施工中的监测提出了指导性的意见。由施工监测反馈的阶段性信息表明，分析的结论基本上符合实际。

超大跨度扁平地下洞室变形控制标准研究

为解决目前超大跨度扁平地下洞室(跨度大于50 m)变形控制尚无明确规范的问题,基于某工程实例,采用理论解析与数值模拟相结合的方法,对大跨洞室变形控制标准进行研究。以围岩应变作为岩体强度指标评判大跨洞室稳定性,建立洞室拱顶沉降量S与围岩极限应变ε的关系,并提出以"沉降跨度比"作为大跨洞室沉降变形控制指标,给出适用于各施工阶段的变形控制标准,并建立变形控制标准分级管理办法。研究结果表明:1)大跨洞室沉降变形允许值与洞室几何形状、围岩强度特性相关;2)结合本工程大跨洞室"分部开挖-预留岩柱"的开挖方案,洞室变形主要发生在大跨洞室阶段。

大跨度高边墙地下洞室围岩压力研究

作用于地下洞室衬砌结构上的围岩压力的计算方法有多种,采用多种围岩压力计算方法计算某大跨度、高边墙地下洞室的围岩压力并结合施工监控量测进行对比分析,以提出针对硬岩地层中开挖的大跨度、高边墙深埋洞室围岩压力计算的合理方法。

地下厂房锚杆支护的反向传播神经网络智能化设计模型

水电站地下厂房的支护设计一般采用工程类比法,而西南地区高地应力、大跨度地下洞室的修建难度往往超出以往的工程,难以完全适应。亟待建立考虑复杂地质条件影响的围岩支护定量设计理论和方法。在29个跨度为18.0~34.0 m,强度应力比为2.00~80.8的地下厂房支护参数的基础上,采用反向传播(back propagration,BP)神经网络方法,训练出了地下厂房系统锚杆支护的智能化设计模型。该模型通过输入洞室跨度值和强度应力比对系统锚杆直径、间排距进行优化设计。采用对神经网络权重分析的方法探讨了洞室跨度和强度应力比对系统锚杆支护方案选择的影响程度。研究结果表明:基于BP神经网络的水电站地下厂房系统锚杆支护的智能化设计模型具有良好适用性和可靠性;在仅考虑强度应力比和洞室跨度的情况下,水电站地下厂房系统锚杆的支护设计应该优先考虑强度应力比的大小。

巨跨地下洞库顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车施工技术

为解决传统衬砌台车在巨跨扁平地下洞库衬砌施工中面临的结构复杂、跨度巨大、体型超大、组装困难、成本巨高等问题,攻克被覆结构工程施工体积大、面积大、自重大、钢筋密集等技术难题,结合某在建地下洞库被覆结构跨度大(约70 m)、矢跨比极小(约0.21)等特点及被覆结构施工需求,融合盘扣式支架体系与全液压衬砌台车的技术优点,采用整体式顶推滑行的设计思路,研制出一套可快速组装的顶推滑行式巨跨地下洞库被覆混凝土施工装备。该装备涵盖顶托调节式模板、盘扣支架式门架、顶推滑行式底盘、旋转对接式布料、插入式振捣等系统结构设计技术,辅以液压、电气控制技术,集成台车自主行走技术,混凝土浇筑、振捣、养护、监测等施工技术,并在某巨跨地下洞库得以应用,取得了良好的施工效果。应用结果表明:顶推滑行式盘扣支架重型衬砌台车结构简单、强度高、承载能力强、组装容易,可以有效降低工人劳动强度,节约成本,提高施工效率与质量。

大跨度扁平地下洞室开挖方案研究

为获得大跨度扁平地下工程开挖成洞的施工方法,论文结合断面形式为拱形的某超大跨度扁平地下洞室,提出将进深方向的大跨度洞室变成小跨度洞室的纵向跳格、横向分布的开挖方案,采用数值模拟的方法对考虑洞库纵向跳格的开挖顺序、开挖宽度以及两侧导洞的宽度等因素的9种方案进行了对比计算,并从洞库拱顶位、围岩最大剪应变以及锚索、锚杆的受力情况等几个方面对模拟结果进行了系统分析。结果表明:对于超大跨度扁平地下工程采用顺序跳格、逆序回挖的跳格开挖顺序、纵向跳格开挖宽度取15米左右、两侧导洞宽度取10 m左右较为合理,论文研究结果对同类型大跨度地下工程的开挖成洞具重要的参考价值。

大跨度地下洞室工程技术发展

通过对中国古代大跨度地下洞室工程进行分析和研究,总结中国古代大跨度地下洞室工程在设计和建设中的技术和经验,并在此基础上,进一步研究我国当代新建大跨度隧道和洞室工程技术的现状,对典型的大跨度海底隧道工程、铁路隧道工程、竖井工程、液化石油气储藏洞工程、不良地质条件下的地下工程、水利枢纽地下电站工程、穿黄隧道工程和软土地下大跨度工程的技术工艺进行分析和总结,并提出大跨度地下工程技术的发展趋势,对推动我国的工程技术发展具有一定的借鉴意义和参考作用。

水平薄层岩体中大跨度地下洞室工程地质研究

山西西龙池抽水蓄能电站地下厂房围岩为水平薄层岩层,工程竣工发电已多年,施工及运行期安全,但工程开工前,还没有在水平薄层岩体中开挖大跨度高边墙地下洞室的成功范例,鉴于此,以山西西龙池抽水蓄能电站工程为依托,从工程地质角度,对水平薄层围岩岩性特征、岩体结构特征、岩体力学特性、大跨度高边墙地下洞室围岩分类、围岩变形特征等方面进行了研究,依据研究成果,对洞室开挖支护施工、围岩变形监测等进行了分析,依据围岩变形监测成果对围岩力学参数进行了反演,验证了前期勘察成果,取得了在水平薄层状地质环境中开挖大型地下洞室的宝贵经验,进而为在水平薄层状地质体中修建大跨度、高边墙地下洞室提供了更多的技术支持,对此类不良地质条件下大型地下洞室群建设具有重要的指导意义。

大跨度地下洞库爆炸荷载下破坏形态试验研究

为分析不同药量的钻地武器爆炸对大跨度地下洞库产生的破坏效应,采用模型试验的方法对大跨度地下洞库的抗爆性能进行了分析研究,获得了不同爆炸荷载作用下洞库周边及衬砌的压力、加速度和位移的分布规律,并对比分析了围岩及洞室的整体破坏情况。试验结果表明:随着爆炸药量的增加,测点压力、加速度和位移的峰值基本均呈增大趋势,且相同测点位移峰值增大最明显;当爆炸药量增大时,先在洞室拱顶出现影响结构安全的纵向裂缝,且随着爆炸药量的继续增加,地下洞室裂缝的部位和数量逐渐增多、宽度逐渐加大,洞室衬砌甚至出现掉落现象;洞室拱顶围岩自两侧拱脚至爆心均出现了"八"字形的裂缝,且随着爆炸药量的增加,裂缝的宽度逐渐加大,甚至出现了拱顶围岩整体塌落的现象。其论文研究成果可为大跨度地下防护工程的抗力评估提供参考。

官地电站高应力大跨度洞室群围岩稳定性评价

官地电站厂房地处高山峡谷段、高地应力区、高地震烈度区等,地质条件复杂。在基本工程地质条件和结构面统计分析的基础上,确定洞室群开挖后可能出现的块体并评价其稳定性。高地应力环境下的大跨度地下洞室群的稳定性分析研究评价较为复杂,应根据地应力、地质体等采取不同的分析评价方法。官地电站运用多种方法进行岩体质量分析,运用地质分析法和数值模拟法综合确定研究区的地应力场分布规律,运用有限元法研究地下洞室群的开挖效应及群洞效应,最后进行大型地下洞室群围岩稳定性评价,做到即有宏观指导又有具体稳定性研究,确保了围岩的稳定。

巨跨地下洞库被覆施工一体化装备研究与应用

为解决某在建巨型单跨地下洞库被覆结构钢筋绑扎量大、混凝土浇筑量大、施工风险高,简易台架结构复杂、体型巨大、移动困难、施工效率低等技术难题,融合全液压钢模板衬砌台车与模块化高性能贝雷架的技术优点,研制集钢筋绑扎、混凝土浇筑功能于一体的巨跨被覆施工装备。该设备以贝雷架为支撑体系,底部设置行走机构,顶部设置混凝土浇筑平台和钢筋绑扎作业平台,采用液压、电气控制与驱动技术,多种自动化机构辅助施工,可实现一次定位,钢筋绑扎、混凝土浇筑多工序同步施工。应用结果表明,被覆施工一体化装备可有效降低人工劳动强度,提高施工效率,且施工质量良好,施工风险可控。

巨跨超扁平地下洞库建设方法及实践

为探讨巨跨超扁平地下洞库勘察设计和施工运营过程中的关键技术难题,采用文献调研、理论分析和实践验证相结合的方法,对巨跨超扁平洞库洞室稳定机制、关键性地质参数及其评价体系、定量化设计方法、施工工艺工法以及监控技术进行研究。得出:1)通过及时、主动的支护体系有序调整围岩承载力是巨跨超扁平地下洞库成洞的关键。2)巨跨超扁平地下洞库围岩稳定性评价方法必须考虑尺寸效应,结构面产状、地应力、跨度、高跨比、摩擦角是影响围岩稳定性的显著因素。3)喷+锚+网柔性支护体系是合适的,宜采用“以数值计算为主,类似大跨经验为参考,施工监测动态反馈调整”相结合的综合设计方法。4)采用预留双岩柱支撑开挖方法是合理的。5)应采用多种手段对结构及围岩应力场和位移场进行监控量测,可采用“以收敛和沉降指标为主,围岩内部位移指标相结合”的综合判断方法,评判施工及运营过程中围岩的稳定性和结构的安全性。

超大跨扁平地下洞库锚喷支护受力特征研究

针对巨跨超扁平洞库围岩荷载分布的复杂性和施工的困难性,为填补国内远超50 m级巨跨超扁平洞库修造技术的空白,提升对支护结构和围岩受力特征的认知,依托巨跨洞库工程展开了巨跨超扁平地下洞库开挖过程中支护技术的研究。通过对巨跨洞库锚喷支护进行数值模拟,得到不同支护结构的受力情况,并对不同支护结构的支护效果进行对比分析。结果表明:1)在开挖过程中,系统锚杆轴力和喷射混凝土结构内力总体较小,相比之下锚索的拉力较大;2)在拆除两侧岩柱时,锚索拉力增幅较大;3)锚索轴力监测数据和数值模拟的变化趋势相同,验证了数值模拟计算结果的合理性。因此,可以认为在整个施工过程中,锚索对围岩稳定起主要支护作用。

三峡水利枢纽地下电站布置及洞室稳定关键技术研究

为解决三峡水利枢纽地下电站洞室群因埋深浅、山体单薄、块体强发育、洞室规模大、起吊重量大等特点带来的各类关键技术问题,在工程建设过程中进行了多项联合攻关,研究出“稳定拱”设计理论、“单洞型布置”、钻孔彩电技术及可视化偏录等多项创新成果,确保了工程的顺利建设,为类似工程积累了宝贵经验,具有一定工程意义和推广价值。

超大跨度扁平地下洞室三维围岩压力荷载计算

国内外修建了越来越多超大跨度扁平地下洞室,然而关于其围岩压力荷载计算方面的研究内容较少且缺少相应规范。本文基于过程荷载理念并结合《公路隧道设计规范》提出三维过程荷载计算方法,该公式引入影响系数α_(i)(x)和β(y),分别反映了施工过程引起围岩压力荷载在横断面内非均布和沿洞室轴线方向变化特征,通过数值计算确定α_(i)(x)和β(y),该计算方法能得到每一个开挖状态下的荷载值,真正体现了超大跨扁平洞室围岩压力荷载过程性特点。以Ⅳ级围岩,埋深200m,跨度68m,高度18m,矢跨比0.26的超大跨扁平洞室为例应用三维过程荷载计算方法,对同类型工程的设计及施工具有借鉴意义。