极高地应力软岩隧道非对称变形机理及支护优化研究

针对极大断面公路隧道施工中出现的非对称大变形问题,考虑高地应力第一主应力与隧道轴线关系、层状软岩夹层与互层状态、掌子面软岩空间不对称、地下水等因素,基于对工程地质条件、围岩与支护结构失效及破坏特征的分析,结合岩样物理力学特性室内试验研究及地应力实测情况,探究了非对称大变形形成机理并提出针对性的支护结果优化方案。结果表明:高地应力层状软岩隧道围岩不对称变形是在岩层倾角α、最大水平主应力与隧道轴线夹角β和岩层夹角γ、围岩岩性和地下水综合作用下的大变形,围岩不对称部位由以上几种因素共同决定;当主应力σ1与隧道轴线既不垂直也不平行时,会产生挤压性偏压构造水平地应力,使隧道横断面侧向受力不对称,发生偏压性非对称大变形;通过改变锚杆的布设方式、提高超前注浆小导管的长度和刚度、喷射临时封闭、在防水板与喷射砼间增加高密度橡塑海绵板缓冲层等措施,可以有效的减少变形量,防止围岩因开挖扰动而松动和坍塌。

水位变化下浅埋盾构隧道开挖面渗透力与稳定性研究

为分析临江地区透水地层浅埋盾构开挖面渗流作用下的稳定性,结合安庆市沿江东路管廊盾构段典型断面,建立浅埋盾构三维流固耦合数值模型,分析水位变化、土体力学性质对开挖面稳定性影响以及渗透力的变化规律,明确浅埋盾构渗透作用下开挖面的失稳形式,建立区别于传统破坏模型的圆台-弧转体数学模型,提出一种基于极限分析上限法且考虑渗透力作用的极限支护压力的计算方法,并与已有研究结果相对比,验证该方法的可行性;根据该方法分析水位、土体力学参数、盾构掘进参数对极限支护压力的影响。研究结果表明:黏聚力及内摩擦角增加会导致破坏区高度显著减小,而水位增加会导致破坏区高度及长度显著增加;开挖面上渗透力随开挖面与拱顶的距离增大而增大,渗透力随水位变化呈线性变化,平均渗透力随水位变化率为2.75 kN·m^(-3);极限支护压力随黏聚力、水位呈线性变化,随摩擦角呈非线性变化;结合开挖面前方土层土体力学性质,极限支护压力随水位变化率为5.11~5.75 kPa,与实测土仓压力变化率6.38 kPa较吻合,控制土仓压力在80 kPa以上时能有效保证开挖面稳定。

高海拔铁路隧道斜井机械化配套与快速施工

为解决高海拔高寒地区斜井施工存在气压低、含氧量低、温差大、严寒干燥等问题,以某高海拔铁路隧道斜井工程为背景,结合围岩等级、断面大小、海拔高度,根据斜井施工机械化配套原则,提出高海拔陡坡长斜井机械化安全快速进洞施工工法,并选配超前支护、钻爆、装运、喷锚支护、衬砌等机械化作业线的成套设备。基于高度机械化的设备配套,提出“快挖、快运、快支”的高效施工技术以及各工序快速衔接工艺。以控制围岩变形为核心,构建一套积极干预加固围岩、注重早期支护并快速闭合的主动支护体系。结果表明:与普通钻爆法施工相比,采用三臂凿岩台车高度机械化配套施工效率高,月最快进尺为180 m,较人工钻爆法施工月进尺为130 m相比提高了近30%,施工质量稳定,作业人员投入少,且拱顶沉降和周边收敛均小于规范要求值,衬砌强度可靠,可实现高海拔小断面隧道“快挖、快支、主动支、快封闭”。

城区繁华地段隧道透水险情分析及应急处置

隧道地下水影响施工安全,引发灾害,为减轻灾害的危害程度,须采取正确合理的措施。地处城区繁华地段的电缆隧道在施工中发生了透水险情,通过分析险情原因,采取合理的应急处置,喷射混凝土封闭掌子面,对周边地层采用双液浆回填注浆止水,对沉陷区回填商品混凝土,做好施工过程管理,消除险情,沉降监测结果表明采取应急措施后未出现预警情况,为隧道类似险情处置提供借鉴。

国道G312线西北某隧道病害整治安全加固技术浅谈

近30年来国家对铁路、公路、市政交通基础设施建设投入巨大资金,各类交通线路上所修建的隧道越来越多,隧道在投入使用运营多年后,经过多年各种恶劣自然环境侵蚀、破坏作用,衬砌混凝土劣化可能造成强度不足,促使隧道在使用后出现越来越多危险病害,当危及交通安全时,需要对隧道危险病害进行治理加固,保证隧道能正常投入运营,现对该隧道病害治理技术进行叙述说明,供类似工程加固施工予以借鉴。

盾构隧道下穿城市道路的路面沉降计算方法研究

随着我国城市化进程的不断推进,地下空间的开发和利用越来越受重视,特别是盾构隧道已成为工程建设的重要技术手段。而城市地下环境日趋复杂,市政隧道下穿既有道路的项目愈发常见,研究与之对应的土体位移预测方法对地下空间安全评估至关重要。借助弹性力学中薄壁圆筒的平面模型,构建相应的边界条件,推导出适用于有重地层浅埋圆截面土体沉降变形的计算方法。以中国澳门纯钢纤维混凝土盾构隧道下穿友谊大马路工程为实例,并与不同收敛模式下随机介质理论进行对比验证。研究结果表明:理论公式与土体位移实测值吻合度较高,且略优于随机介质理论的计算结果。理论公式综合考虑了路基土体参数、隧道深径比及施工技术水平等因素的影响,计算结果合理可靠,可为盾构隧道下穿施工诱发土体位移预测提供重要的理论支持。

深埋隧道微震事件规律及岩爆前兆微震信息研究

以西藏多雄拉隧道作为研究对象,在隧道施工过程中构建微震监测系统,对TBM(Tunnel boring machine)掘进过程中微震信号的规律以及岩爆发生前微震信号的演化过程进行研究。结果表明:(1)微震事件总体上随着掘进进尺速率的增加而增加;(2)TBM开挖过程中围岩应力调整危险区域主要在掌子面前方1D和掌子面后方3D范围内,这与岩爆发生的区域一致;(3)矩震级大于零的微震事件可以作为岩爆预警的信号,同时注意强岩爆发生后次生灾害的防护;(4)能量指数的下降和累计视体积的上升可以作为岩爆发生前的预警信号。

跨管状垂直落水溶洞隧道施工变形分析及加固措施

岩溶区隧道施工会遇到溶洞的侵入,威胁施工安全。以实际工程为背景,采用数值模拟的方式研究垂直落水溶洞对隧道开挖及支护结构的影响,并提出隧道加固措施。研究结果表明,隧道开挖过程中,临近隧道的溶洞壁会存在向洞内坍塌的趋势,施工存在一定的坍塌风险;受围岩偏压的影响,初期支护出现了向溶洞内“挤入”的变形,增加了初期支护隧道纵向方向的压应力,隧道仰拱处出现弯折变形;二次支护结构变形量较小,但仍存在沿溶洞轮廓发生变形的情况。结合模拟计算结果,提出了仰拱底部设置钢筋混凝土板、衬砌结构优化、施加护拱的加固措施及优化排水的措施保障工程安全,通过现场监测验证了加固结果,该研究可为同类型工程提供参考。

王家寨隧道第三系半成岩富水段涌水突泥机制及风险评估

为探究隧道穿越第三系半成岩富水段时引发的涌水突泥、冒顶等地质灾害机制,依托云南临清高速公路王家寨隧道,通过室内力学试验和模糊层次分析法,对第三系半成岩力学特性、作用机制及涌水突泥灾害风险进行分析。研究表明:1)王家寨隧道第三系半成岩遇水软化特性明显,随着含水率增加其黏聚力先增后减,内摩擦角不断减小,含水率为18%时黏聚力与内摩擦角分别为12.53 k Pa和7.35°,围岩逐渐失稳。2)软弱的第三系半成岩、高地下水量及隧道开挖扰动为王家寨隧道第三系半成岩富水段发生涌水突泥灾害的主要影响因素。3)王家寨隧道第三系半成岩段可按工程地质条件、水文地质条件划分为A、B、C、D 4段,各段涌水突泥灾害风险由大到小排序为B段=C段>A段>D段,其中评估的A段涌泥量与实际涌泥量较为吻合。

超大直径泥水盾构水中接收关键技术研究——以汕头海湾隧道为例

为解决超大直径泥水盾构在临海富水淤泥、砂层接收洞门的涌水、涌砂、涌泥地层存在的技术难题,以汕头海湾隧道工程超大直径泥水盾构在富水地层采用的接收关键技术为例,分析超大直径与小直径盾构水中接收的区别。基于超大直径盾构接收流程,阐述了超大直径泥水盾构在接收工作中端头加固、接收井封堵墙施工、接收基座施工、单层玻璃纤维筋洞门破除、贯通测量、接收掘进与注浆、洞门封堵等方面的解决方法,从盾构姿态控制、掘进参数控制、注浆控制、管片复紧、洞门临时封堵几个方面对超大直径盾构接收关键技术进行分析;通过采用设置砂浆接收基座为盾构接收提供足够的反力,保证盾构机出洞安全;借助同步注浆和二次注浆封闭补强质量,加强管片复紧,确保盾构隧道结构强度稳定;在最后5环使用多孔特殊环管片,提高注浆效果。然后,通过排水清砂并从上及下逐次施作钢筋骨架加喷射混凝土封堵洞门、降低无封堵洞门暴露时间、确保洞门施工安全等措施,保障水中接收的安全性。

软土地区盾构小角度下穿箱形隧道的变形与控制

以天津地铁4号线盾构隧道小角度、近距离下穿运营的地铁1号线明挖箱形隧道为工程背景,分析了下穿施工阶段既有隧道的竖向位移、水平位移变化情况,并对控制措施进行了研究。结果表明:盾构隧道左线、右线先后下穿引起的既有隧道纵向沉降曲线分别呈V形、U形,右线下穿引起的既有隧道沉降较左线引起的大;与双洞盾构隧道正交下穿既有隧道工程相比,小角度下穿引起的既有隧道纵向沉降曲线的沉降槽宽度显著增大;随着盾构掘进,既有隧道水平位移的方向由逆着盾构掘进方向转变为朝着盾构掘进方向;二次注浆对于控制既有隧道竖向位移、水平位移效果较好。

铁路隧道工程建造过程低碳评价系统研究

为提高铁路隧道建造过程低碳评价的效率,基于Matlab APP Designer交互式应用程序开发工具,采用MVC框架设计并研发了铁路隧道工程建造过程低碳评价系统。系统结构包括感知层、数据层、模型层、应用层和表现层,提供工程信息管理、评价指标筛选、指标权重计算、低碳综合评价等主题服务。以某铁路隧道工程为例对系统进行应用,结果表明:该隧道建造过程低碳等级为“较好”,与实际低碳施工管理情况相符合,基于系统提高了铁路隧道工程建造过程低碳评价效率。

复杂敏感环境城区隧道爆破振动及噪声控制技术

为了避免和减少隧道爆破振动及噪声对复杂敏感环境城区的影响,以珠海板障山新增隧道为例,采用数值模拟和现场爆破试验的方法,对不同掏槽眼延期时间下既有隧道迎爆侧进行爆破振动监测。发现掏槽眼延期时间4 ms时,既有隧道迎爆侧爆破振速最小。同时,针对隧道进口段周边建筑物繁多、爆破噪声大、飞石迸溅的问题,进行了炮孔封堵和防飞石的试验。设计发明了一种新型炮孔堵塞装置,在装药量增大情况下,爆破噪声能够控制在允许范围内。在洞口采用联合防护门帘,减少了飞石迸溅的风险。可为复杂敏感环境城区隧道爆破振动和噪声控制提供参考。

过海区间隧道多风机组合排烟性能试验研究

为实现多通风机组合的隧道通风系统高效排烟,建立1:10缩尺试验模型,其工程原型为下穿青岛胶州湾的地铁1号线瓦贵区间隧道。基于试验模型,测定通风机功耗、行车道风速及静压,量化4种通风机组合及其运行参数对隧道内流场参数的影响,呈现出排烟口周边区域的气流滞止现象。气流滞止是惯性力与压差力平衡的表象。为了度量气流滞止效应,应用无量纲准则,推导出Eu数(Euler number)表达式。应用该表达式,比较了4种风机组合的排烟性能而得出,四通风机组合工况2排烟性能最高,三通风机组合工况4、工况3次之,而两通风机组合工况1排烟性能最低,这表明,开启抽出式通风机能显著提升系统通风排烟能力。

我国城市地下空间盾构法隧道工程技术新进展

基于盾构施工特点,对盾构法施工技术的发展过程和创新进展进行调查研究,总结盾构法施工技术在地铁、市政公路、城市铁路、城市水工隧洞、城市综合管廊等工程中的最新应用,阐述城市盾构法隧道在地质条件多样化、越江跨海常态化、结构断面多元化、地面条件复杂化、隧道结构耐久性等方面面临的技术挑战。介绍超大直径盾构装备、大直径泥水盾构常压换刀、多模盾构、类矩形盾构隧道建造、联络通道机械法施工、软硬极端悬殊地层掘进、富水砂卵石地层土压平衡盾构、地下高地震烈度盾构隧道减隔震抗震和超长距离综合施工等技术创新成果;总结不良地质识别、设备状态实时感知、同步推拼连续掘进、盾构自动驾驶技术、盾构智能化管控平台等盾构智能掘进技术进展;指出城市地下空间建设盾构法隧道工程的发展趋势,地铁隧道、城市道路、综合管廊、城市给排水等设施需要不断更新,并网络化,盾构法隧道技术需要不断发展,盾构法隧道智能化施工需日趋精益。未来盾构装备将朝着“多模式、无刀化、外星化”等多元化,多源信息感知、管片智能拼装、地质探测预报、自主感知掘进决策等智能化以及特大直径、超长距离、超大埋深、超高水压等方向发展。

高海拔隧道喷浆出碴过程风速场及粉尘分布规律数值模拟研究

为明确气压等环境参数对粉尘运移的影响,掌握高海拔隧道空间重点产尘工序粉尘质量浓度分布,使用Fluent软件模拟隧道喷浆和出碴阶段风速场和粉尘质量浓度场,分析海拔对隧道空间内风流和粉尘质量浓度波动性的影响。通过曲线拟合风速场和粉尘质量浓度场的沿程分布,建立隧道粉尘质量浓度预测模型。引入风速不均匀度和粉尘质量浓度不均匀度参数,构建海拔与风速、粉尘质量浓度不均匀度的线性回归方程。研究结果表明:1)高海拔地区隧道通风过程中,粉尘运移速度接近风速所用时间相比平原地区较长;低海拔地区风流接近直线沿全断面流出隧道,随着海拔升高,风流覆盖范围逐渐缩小,风流在水平方向逐渐沿S型流出隧道。2)喷浆过程中,距掌子面40 m以内风速较高,40 m以外风速迅速下降,在距掌子面60~180 m均匀波动;隧道整体粉尘质量浓度随海拔上升而发生波动性变化,在距掌子面20~180 m均匀下降,呈近似线性降低。3)出碴过程中,海拔上升,断面平均风速和呼吸面平均粉尘质量浓度值无明显变化,风速不均匀度和粉尘质量浓度不均匀度逐渐呈线性升高;海拔每上升1 000 m,风速不均匀度上升0.156 m^(2)/s^(2),粉尘质量浓度不均匀度上升4.42×10^(-6)kg/m^(3)。

盾构隧道下穿高铁站影响规律与控制措施:以天津地铁四号线下穿天津西站为例

已有研究对下穿高铁车站工程的变形规律以及施工措施研究并不充分。以天津地铁四号线北段下穿天津西站工程为背景,利用大型有限元软件,对下穿工程进行了数值模拟,验证了各个施工措施的有效性,对桩基变形进行了分析。研究表明,盾周空隙充填注浆施工具备很好的减小地层沉降的效果;底板加厚可以在一定程度上减小盾构下穿结构的竖向变形,且站房本身的框架结构在一定程度上削减了盾构下穿带来的影响;掌子面压力越大,桩基上部远离盾构的横向位移越大,向着盾构掘进方向的位移越大;注浆压力越大,桩基横向变形、纵向变形越小;在盾构侧穿的过程中,桩基顶端在不断沉降,底端隆起幅度较小。研究成果可为盾构隧道下穿既有地下结构等类似工程提供借鉴及参考。

铁路隧道建造过程TBM施工碳排放量计算研究

随着国家“双碳”目标的提出,隧道工程施工碳排放核算至关重要。本文建立碳排放因子数据库,使用碳排放因子法编制隧道碳排放定额,建立铁路隧道TBM法开挖的碳排放量计算模型。根据LCA理论,将整个施工碳排放划分为建材生产、现场施工及建材运输三个阶段以进行相关计算,得出各阶段碳排放总量并分析各主要的碳排放量来源。结果表明:(1)TBM法隧道施工碳排放强度为173.593kgCO_(2)/m^(3),划分的三个阶段碳排放分别占比52.60%、44.44%、2.96%;(2)建材生产阶段主要碳源为钢材和水泥,现场施工阶段碳排放量主要来自盾构机、轴流通风机等电力机械。

隧道结构智能综合检测装备研制与应用

为解决隧道结构健康检测常规方式存在检测指标相对单一、机械化程度低、检测效率低、智能化水平低、安全风险高等突出问题,通过“非接触远距离检测”“表观病害智能检测与识别”“装备集成与智能控制”等关键技术研究与创新,研制出隧道结构智能综合检测装备,实现隧道结构内部病害、表观病害、结构形变等一体化综合检测。经工程验证,该装备可实现隧道衬砌厚度、背后空洞、钢拱架分布、衬砌裂缝、衬砌裂损、渗漏水、隧道断面及盾构法隧道椭圆度、管片错台等非接触高效综合检测,其综合作业效率为10~40 km/h,比常规检测方式提升2~8倍,检测方舱采用模块化设计,可搭载于轮式汽车底盘、轨道平板车等多种载体,适用于隧道建设施工过程中、竣工验收及运营期等多种工况,市场应用前景广阔。

隧道预切槽法合理支护时机及管片接头结构研究

预切槽法是隧道暗挖施工的一种超前支护工法,此工法可大幅度降低地表沉降量,对隧道围岩土体及地表建(构)筑物影响较小。采用室内试验和数值模拟的方法,针对浇筑预切槽管片所用混凝土的前期强度、合理支护时机以及预切槽管片接头处合理的接茬方式进行了研究。研究结果表明,按C30配比的混凝土养护1.5~2 h时即具有6 MPa以上的抗压强度,满足拆模要求;粘接介质对管片环向位移的约束效果明显,环氧树脂可作为优良的管片粘接剂;榫槽式接头榫头角度α的理想范围为55°~70°,综合考虑预切槽工艺的可操作性,榫槽式接头深度B的理想范围为6~8 cm。