重叠地铁隧道地表沉降数值分析

利用数值分析法,建立重叠隧道不同埋置深度、空间角度及水平间距多组数值模型,从地表沉降展开研究。结果表明:1)随埋深h的增加,沉降槽宽度W介于开挖隧道之间,集中在某一区域,当h≥20.0 m时,变化不大;2)W随隧道空间角度θ变化发生偏移,当θ=0°时,最大沉降值分布均匀,随θ的增加,最大值偏向埋深较大的隧道,θ=45°时的沉降量最大,θ=90°时最小;3)W随隧道间距l的增加而增大,沉降值先增大后减小,当l=25 m时最大,以l=25 m为中心向两端相应减小。其研究结果为此类隧道开挖设计提供参考。     

浅埋交叉隧道地震动力响应及减震措施研究

运用ADINA软件中的Newmark直接积分法和Mohr－Coulomb弹塑性模型,计算了交叉隧道运行期,在不同地震动波和不同方向地震激励作用下,隧道顶部不同覆土厚度时动力响应规律;分析了衬砌厚度变化对隧道地震反应的影响。计算结果表明:垂直于隧道轴线方向的地震波对隧道结构影响最大,对于立体交叉隧道最大位移、最大加速度一般发生在上部隧道顶板中间位置处,而最大主压应力一般出现在隧道顶板与边墙连接处,这些部位是结构安全的关键点,设计时应重点关注;随着隧道顶部覆土厚度的增加结构相对位移、加速度和应力都有所增加,且位移和应力变化比加速度大,当覆土厚度增加到一定程度时,响应将基本趋于稳定;随着衬砌厚度的增加结构最大相对位移和应力逐渐减小,而加速度将逐渐增大,但减小和增大幅值随衬砌厚度增加而越来越小。     

节理特性对顺层隧道破坏模式及稳定影响分析

顺层隧道的破坏模式及稳定性与岩体节理特性密切相关。建立顺层隧道的节理岩体模型,采用有限元强度折减法,研究了当顺层隧道围岩为硬质岩层、硬质岩软质岩互层时,节理倾角变化以及节理间距变化对隧道破坏模式及稳定性的影响。结果表明,顺层隧道开挖后,顺层面方向围岩会顺着节理面滑移,垂直层面方向围岩会产生弯曲折断破坏。当节理倾角变化时,两个方向的破坏程度和破坏范围会随之发生变化,从而影响隧道的安全系数,倾角40°时安全系数达到峰值。当隧道围岩为硬质岩层时,节理倾角的变化对隧道围岩的破坏模式影响较小,当隧道围岩为硬软互层时,随着节理倾角的增大,软质岩顺着节理面滑移的可能性大大增加。当节理间距增大时,隧道围岩宏观力学性质逐渐趋向于岩石,安全系数逐渐增大。研究成果对于合理设计顺层隧道的支护措施具有指导意义。     

浅覆土砂卵石地层盾构施工地表沉降规律研究

为研究浅覆土砂卵石地层中土压平衡盾构施工对地表沉降的影响,本文以北京地铁新机场线2号风井-3号风井区间盾构施工为背景,采用FLAC3D有限差分软件进行数值模拟计算,结合实测数据,对10 m覆土厚度下左、右线盾构不同线间距、不同前后间距条件下盾构施工造成的地表沉降规律进行了研究。结果表明:随着隧道左右线间距增大,隧道上方的地表沉降先减小,间距增大至1.5D(D为开挖直径)后,地表最大累计沉降量不再随间距增大而变化,间距大于3.0D后,左右线施工不再相互影响;盾构施工纵向的影响范围约为32 m,前后施工间距小于48 m时左右线纵向影响范围重叠,前后施工间距越小,开挖造成的地表沉降值越大,前后间距大于48 m后,左右线施工不再相互影响。     

大跨度无衬砌蛋形黄土隧道围岩结构的静力和地震动稳定分析

为得到大跨度无衬砌蛋形黄土隧道围岩结构在重力和地震作用下的剪切破坏规律,借助于ANSYS软件,根据强度折减法,分别对蛋形无衬砌黄土隧道进行重力分析和地震作用下的动力稳定性分析;探讨跨度、覆土厚度和地震烈度对围岩抗剪强度安全系数的影响。数值算例结果表明:从抗剪强度的角度来看,大跨度无衬砌蛋形浅埋黄土隧道虽能达到初次衬砌的要求,但均不能达到正常使用的稳定性要求;安全系数随跨度、覆土厚度以及地震烈度的增大有所降低,但影响幅度不大。得出的结论可为大跨度蛋形无衬砌隧道的实际施工提供理论基础,并为定量分析大跨度有衬砌黄土隧道的地震反应提供参考。     

既有地铁隧道与基坑的安全距离研究

结合具体工程实例,针对拟建基坑与既有地铁隧道间的安全距离进行深入分析。在常规基坑变形控制条件下,建议隧道结构与围护墙间距≥20m,以便于保护隧道结构的安全。在加强基坑支护刚度的条件下,随着围护墙与隧道结构间距的减小,基坑支护刚度加强所需代价将逐渐增大。当围护墙与隧道结构间距≤12m时,即便花费极大的基坑支护代价提高基坑支护刚度,仍较难以满足隧道结构的安全要求。当围护墙与隧道结构间距15m时,基坑支护代价逐渐减小,隧道结构的安全更易得到保证。     

通车荷载下不同覆土厚度的地铁隧道开挖对管线安全性的影响

地铁隧道的开挖将对临近的地下管线造成较大的影响。当管线附近同时存在新隧道开挖和通车中的地铁时,管线将同时受二者的影响。采用三维有限元方法分析在临近的地铁通车荷载作用下,不同覆土厚度的地铁隧道因开挖造成的地表沉降值和沉降槽曲线。利用沉降值和沉降槽曲线推算出保证管线安全性的控制参数。并得出新建隧道的覆土厚度对参数的影响,再将计算值与实测值进行比较。研究结果表明：(1)通车荷载的考虑和新建隧道的不同覆土厚度对参数的影响较大。(2)随着覆土厚度的增大,地表最大斜率和Smax/i有所增长,增长趋势随覆土厚度增大而减缓。(3)随着覆土厚度的增大,地表最大沉降值和地表损失系数呈现线性增大趋势。(4)随着覆土厚度的增大,沉降槽拐点曲率呈现线性降低趋势。(5)通过计算值与工程实测值的对比可知,有限元模拟结果与实测结果吻合,所推公式求得的参数与实测值求得的参数相吻合。     

冻融引起黄土隧道洞口段应力变形分析

通过试验获得了原状黄土冻融后的强度参数,并利用有限元方法分析了冻融对黄土隧道洞口段应力及变形的影响。分析结果表明,在冻融作用下,覆土厚度和冻融次数均会对拱顶位移和拱顶上部土体水平压应力产生影响。覆土厚度越大,隧道在开挖和经历冻融后,拱顶沉降也越大;且冻融第1次后对拱顶沉降影响最大。拱顶上部土体水平压应力最大值随覆土厚度的增加而增大;距拱顶较近土体的水平压应力随冻融次数增加逐渐减小,距拱顶较远土体的水平压应力值随冻融次数增加逐渐增大。     

青岛小间距海底隧道施工优化的有限差分分析

 介绍青岛胶州湾湾口海底隧道的工程概况和国内小间距隧道的研究现状。由位于断层破碎带f3–1中的典型断面ZK5+607的几何参数和地质资料构建三维尺寸为215.0 m×86.1 m×100.0 m的数值计算模型,考虑混凝土衬砌,而钢拱架则以等效方法折算给混凝土衬砌。根据各条隧道开挖支护施工步的空间时间关系、工作面开挖方法、掘进进尺、各掌子面空间间距和覆盖层厚度等多种因素制定12种施工方案并用FLAC3D进行相应的三维数值计算。分析特定方案下3条隧道工作面后拱顶下沉量随与相应掌子面距离逐渐增大时的变化曲线后得到有益于施工和现场监测的结论。通过对比各方案的隧道工作面拱顶下沉量、衬砌最大压应力、相互扰动情况以及塑性区体积等因素,对施工方案进行优选。给出多个覆盖层厚度情况的对比,从而验证覆盖层厚度建议值的合理性。最后,通过分析小间距隧道施工相互扰动程度最大断面的服务隧道洞周关键点的位移和最大主应力的分布情况,明确施工、监测中应该重点关注的部位。     

卵砾石土层大跨公路隧道初期支护优化研究

 江苏省宁常高速公路茅山隧道位于卵砾石土层斜坡中,具有浅埋、大跨扁平的特点,结合现场大型剪切试验分析、获取卵砾石层剪切强度参数,采用弹塑性非线性有限元法模拟并分析开挖和支护的全过程。根据新奥法,喷混凝土是公路隧道施工中体现初期支护柔性支护特点的主要因素之一,针对卵砾石土层II类软弱围岩浅埋地段交叉中隔壁法实际施工工艺特点,选择拱顶区右上部、中轴线、左上部3个测点下沉值(S1,S2,S3)建立协方差函数,并结合围岩和二衬塑性区的分析,对初支喷混凝土厚度进行合理性研究,提出该隧道卵砾石土层拱顶埋深在26 m左右断面最合理的初支喷混凝土厚度为22～28 cm,该典型断面最优初支喷混凝土厚度为26 cm,该研究成果对斜坡浅埋软弱II类围岩地段交叉中隔壁法施工设计有一定参考价值     

小净距交叉隧道爆破振动响应研究

新建隧道从既有公路隧道上方穿过,在空间上形成交叉隧道。上下隧道最小净距为8.1 m,为评价新建隧道爆破施工对既有公路隧道结构的影响,进行了数值模拟研究。结果表明:当新建隧道在距离隧道交叉点10 m以外位置以全断面法爆破施工时,下方既有公路隧道仅受到较小的影响;当其在距离交叉点10 m以内位置以全断面法爆破施工时,既有公路隧道二次衬砌振动速度超标,而采用台阶法爆破施工时,新建隧道可安全通过。     

海峡特长铁路隧道人员疏散时间影响因素

为探究海峡特长铁路隧道疏散设施对人员疏散时间的影响,利用 Pathfinder 人员疏散模拟软件分别以横通道宽度、横通道间距、疏散通道宽度和疏散人数为变量,对不同变量影响下人员疏散时间的变化趋势进行分析。结果表明,横通道宽度对人员疏散时间的影响以 2 m 为分界,呈现阶段性差异的特征;人员疏散时间与横通道间距线性相关;疏散通道宽度和疏散人员荷载与疏散用时的关系分别为幂指数关系和二次函数增长关系。建议特长铁路隧道疏散系统设计时,应兼顾工程施工建设和后期运营管理,并有针对性地开展疏散系统参数评估。     

新二郎山隧道通风系统局部结构优化研究

新二郎山隧道长13.4 km,采用四斜井三区段分段纵向式通风。为了降低隧道运营期间的通风能耗,通过数值模拟对隧道通风系统中的渐缩风道长度以及渐缩角度、渐扩风道长度以及渐扩角度、弯曲风道弯曲角度进行了优化;借鉴泥巴山隧道竖井自然风通道经验,增设自然风通道排水设施与风道控制风门,设计了新二郎山隧道的自然风通道;利用CFJZ6通风机综合测试仪对隧道通风系统渐扩段建成后的局部阻力损失系数进行了现场实测。根据优化结果推荐其渐缩段风道渐缩角度为10°,风道长度为6.8 m;渐扩段风道渐扩角度为10°,风道长度为24.1 m;弯曲风道弯曲角度80°。优化后渐扩段局部阻力系数为0.100 7远小于优化前的0.380 2。     

A novel image-based approach for interactive characterization of rock fracture spacing in a tunnel face

This paper presents a novel integrated method for interactive characterization of fracture spacing in rock tunnel sections. The main procedure includes four steps: (1) Automatic extraction of fracture traces, (2) digitization of trace maps, (3) disconnection and grouping of traces, and (4) interactive measurement of fracture set spacing, total spacing, and surface rock quality designation (S-RQD) value. To evaluate the performance of the proposed method, sample images were obtained by employing a photogrammetry-based scheme in tunnel faces. Experiments were then conducted to determine the optimal parameter values (i.e. distance threshold, angle threshold, and number of fracture trace grouping) for characterizing rock fracture spacing. By applying the identified optimal parameters involved in the model, the proposed method could lead to excellent qualitative results to a new tunnel face. To perform a quantitative analysis, three methods (i.e. field, straightening, and the proposed method) were employed in the same study and comparisons were made. The proposed method agrees well with the field measurement in terms of the maximum and average values of measured spacing distribution. Overall, the proposed method has reasonably good accuracy and interactive advantage for estimating the ultimate fracture spacing and S-RQD. It can be a possible extension of existing methods for fracture spacing characterization for two-dimensional (2D) rock tunnel faces.     

拉索间距及覆冰对双索尾流驰振的影响

利用FLUENT中的SST模型对不同索距的扇形覆冰双索和无覆冰双索绕流场进行三维数值模拟,得到下游索在0°~90°风攻角下的阻力系数、升力系数以及驰振力系数,进而研究两索之间的距离、风攻角及有无覆冰等条件对双索尾流驰振稳定性的影响。结果表明:覆冰双索三维数值模拟结果与无覆冰双索三维数值模拟结果差异较大;覆冰双索比无覆冰双索更易发生尾流驰振失稳;拉索间距越近,发生尾流驰振的可能性更大,当覆冰拉索间距超过一定范围时,不会发生尾流驰振失稳;双索发生尾流驰振的风攻角范围与拉索之间的距离有关,拉索间距越近,发生尾流驰振失稳的风攻角越小;不同间距双索的绕流场存在很大差异,当拉索间距较近时,类似于单钝体绕流。     

交叠隧道相互影响性研究

随着隧道邻近建筑物施工的增多,如何确保邻近建筑物与隧道结构物交叉段的安全成为施工中的难题。采用三维有限元方法,对具有横洞隧道下穿既有隧道进行模拟和分析。研究表明,当新建隧道下穿既有隧道时,二者相互“吸引”,既有隧道沉降沿自身轴线呈“拱形”曲线分布,且受力增大,远离交叉段影响逐渐减小;横洞开挖对主洞的影响表现为交接处拱顶、拱腰受力增加,下沉量增加,周边收敛减少,出现应力集中现象。研究成果对具有横洞的交叉隧道的安全施工有一定的指导意义。     

水下浅埋小净距隧道施工相互影响的力学行为研究

 为便于连接两岸的既有道路和节约用地,穿越城市江河的水下隧道可考虑采用小净距隧道的型式。在水下小净距隧道施工期间,双孔隧道施工的相互影响是决定隧道稳定性的关键因素之一。依托一采用矿山法施工的水下浅埋小净距公路隧道--长沙市湘江大道浏阳河隧道,对双孔隧道施工的相互影响进行研究。首先,利用三维有限元法计算双孔隧道开挖掌子面间的合理纵向间距;然后,在施工期间,系统测试两相邻隧道的围岩孔隙水压力、围岩压力、钢拱架和二次衬砌内力、锚杆轴力、隧道地表沉降、拱顶下沉、洞周收敛、河水水位等;最后,基于现场监测结果,从双孔隧道施工相互影响的角度,分析隧道围岩和支护系统的变形及受力特点。研究结果可为类似工程的设计、施工和监测提供参考。     

不同层厚层状岩体对TBM开挖的影响

 TBM的开挖效果在很大程度上受到节理间距的影响,TBM掘进速度随节理间距变小而增大,但节理间距过小,会造成掌子面岩体不稳,不利于TBM开挖。锦屏II级水电站引水隧洞洞段主要以层状大理岩为主,沿洞轴线方向大理岩层层厚变化较大,从几厘米到几米不等,层面是岩体中主要的不连续面,且层面与隧道轴线大角度相交。TBM的破岩过程主要受到高地应力条件和岩体层厚的影响。从TBM破岩机制角度,分析在高地应力条件下TBM在薄层面、中薄层面和厚层面大理岩层状岩体中的开挖表现,研究岩层厚度对TBM开挖的影响。