考虑回填层的护盾式TBM隧道结构设计方法研究

回填层作为管片与围岩之间的传力层对管片受力有着重要的影响,而现行护盾式TBM隧道设计方法均忽略了回填层的影响,与工程实际存在一定的差异。研究考虑了护盾式TBM隧道中回填层的实际分布,推导了回填层-围岩等效抗力系数计算公式,并以此建立了TBM隧道管片结构设计模型。研究得出:由于回填层的存在,围岩-回填层的等效抗力系数与围岩抗力系数存在一定的差别,围岩抗力系数的改变程度与围岩、回填层力学参数比有关;回填层在管片背后分布呈"上厚下薄"状,使得管片背后围岩-回填层弹性抗力系数分布不同,Ⅱ级围岩回填层-围岩弹性抗力系数呈"上小下大"的鸭蛋状,Ⅲ,Ⅳ级围岩近乎圆状,Ⅴ级围岩呈"上大下小"的倒鸭蛋状;基于回填层-围岩等效抗力系数的结构设计模型计算出的管片受力结果与现场试验值更加接近,验证了回填层-围岩等效抗力系数计算方法和设计模型的准确性。     

路基模量沿深度非均匀分布沥青路面动力解析解

推导了落锤式弯沉仪（FWD）荷载作用下考虑路面结构黏弹性、横观各向同性、层间连续条件以及路基模量沿深度方向非均匀分布的沥青路面动力响应解析解。首先,在考虑横观各向同性轴对称动力基本方程基础上,借助Hankel-Laplace积分变换建立了路面结构部分的常系数常微分方程组以及路基结构部分的变系数常微分方程组;然后,应用Frobenius法以及刚度矩阵法获得了沥青路面动力响应解析解,并编制数值计算程序;最后,结合ABAQUS有限元结果以及文献对比验证了解析解的可靠性,并就路面结构以及路基结构参数进行讨论。结果表明,路面结构中的层间接触条件和横观各向同性能对弯沉产生显著影响,同时路基模量沿深度的非均匀分布对弯沉的影响也不容忽视,建议在实际的FWD道路检测以及路面力学分析中给予充分考虑。     

地埋管线周围土体抗力系数的正交各向异性解析分析

地埋管线周围土体抗力系数的各向异性及合理取值问题的解决,对于市政或海底管线的设计和评估是至关重要的。考虑管线部分或完全埋置以及管土刚度比的变化,综合运用传递矩阵法和解析类比法得到竖向及水平抗力系数;轴向抗力系数采用剪切位移法(部分埋置)或镜像法(完全埋置)求解。算例验证了抗力系数取值方法的合理性,并针对3种地基分布形式分析了参数变化下抗力系数取值的差异性。结果表明,抗力系数均随着管线埋径比的增大而增大且埋径比达到20后趋于稳定值,竖向及水平抗力系数随着管土刚度比的增大而减小;均质半无限地基中轴向抗力系数小于竖向抗力系数,管线部分埋置时水平与竖向抗力系数的比值小于1,而完全埋置时其值大于1且埋径比达到20后会趋近于1;管线下方土体的有限压缩特性对竖向及水平抗力系数均有明显影响,且竖向更为显著;抗力系数的简化均质解与成层解相差较大,均质解偏大(上软下硬地层)或偏小(上硬下软地层),分层特性明显时应采用成层解。     

护盾式TBM施工隧洞豆砾石吹填过程模拟研究

豆砾石吹填是TBM施工中非常重要的一道工序,研究吹填过程对分析填充层质量和优化吹填工艺具有一定的工程应用价值。借助PFC在离散体研究方面的优势对豆砾石吹入过程进行多方案模拟,并进行豆砾石的受力运动分析,探究填充层内豆砾石的分布特征及其影响因素。结果表明:依次吹填管片环中部80°、上部160°、顶部180°(补吹)吹填孔,填充层呈4段分布,其中0°~45°和75°~135°区间,粒径不同的颗粒分层分布严重,大颗粒分别靠近管片侧和围岩侧,45°~75°区间存在局部颗粒分层分布现象,135°~180°区间存在吹填不密实的问题;分层分布现象受吹入豆砾石颗粒的粒径组合、表面摩擦系数、所受压力大小等因素的影响;通过改变吹填孔位置和新增吹填孔,控制各孔的填充范围,进而降低颗粒在该范围填充完成前受到的压力,再采用阶梯吹填法吹填,能显著缩小分层分布区且使颗粒分布更为规整。吹填孔的填充范围应控制在45°内,但顶部吹填孔易发生堵塞,不宜用做大量颗粒吹填,因此具体部位吹填孔的填充范围需进一步研究。此研究成果可为工程吹填方案设计提供一定的参考。     

公路隧道围岩抗力系数计算

按照荷载——结构法思想。合理考虑围岩与衬砌一道工作、分承荷栽的能力能够充分体现设计时安全与经济应相互协调的理念，其中围岩抗力系数值的确定尤为关键。作者基于统一强度理论推导得出的围岩抗力系数计算公式，可以考虑中间主应力的影响，并且文中公式中的参数取一些其他值可以得出其他围岩条件或者其他强度理论条件下的围岩抗力系数计算公式，可适用于各种岩体条件，具有较强实用价值。     

地层各向异性对套管受力的影响

套管损坏是制约油气生产的瓶颈问题，而套管外挤载荷设计合理与否对套管寿命具有决定性的作用。前人在研究套管外挤载荷时，都将地层考虑为正交各向异性、横观各向同性材料，没有考虑在垂直井眼轴线平面上岩石力学性质各向异性的问题。在考虑这一特点的基础上，建立，套管应力计算的力学及有限元模型。计算结果表明，在均匀水平地应力条件下，若地层为横观各向同性，则套管应力为均匀分布：若地层力学件质在垂直井轴平面上为各向异性，则套管应力由均匀分布转化为非均匀分布，且戍力极值增大。这一结论说明；在均匀水平地应力条件下，地层各向异性对套管受力有着较为明显的影响，在设计套管外挤载荷时，应该给予允分考虑；同时这也有助于解释套管所受外挤载荷超过上覆岩层压力的问题。在非均匀水平地应力条件下，无论地层为各向同性或各向异性，套管应力均呈现非均匀分布态势，其套管应力极值变化不大。因此，在非均匀水平地应力条件下，地层各向异性对套管受力影响不大，在设计套管外挤载荷时，可简化省略。     

正交各向异性地层井壁围岩应力新模型

 常规石油工程岩石力学分析中,通常把地层正交各向异性简化为横观各向同性,然而该简化在某些地层条件下并不适用。对实钻岩芯进行的力学性质测试结果表明,在垂直于井眼轴线平面内,不同方向岩石力学性质的差异是客观存在的。在各向异性材料力学的基础上,利用叠加原理,分别考虑钻井液柱压力、水平最大地应力以及水平最小地应力单独作用 种情况,建立正交各向异性地层井壁围岩应力分析新模型。实例计算结果表明,无论水平地应力是否均匀,只要地层力学性质是各向异性的,那么井壁岩石处的周向应力必然呈现非均匀分布特征。而且,地层各向异性条件下的井壁围岩应力极值均比各向同性条件下要大。因此,地层力学性质的各向异性使井壁岩石的受力状态明显恶化。这一特征应该在今后的相关工程问题力学分析中予以重视。     

钢压弯构件弯扭屈曲的研究

本文简要介绍了近年来在西安冶金建筑学院完成的有关钢压弯构件弯扭屈曲研究的成果,包括以下几个方面;(1)确定钢压弯构件设计承载力的典型截面选择;(2)考虑钢材屈服非连续性或焊接残余应力影响时构件的非弹性弯扭屈曲;(3)单轴对称截面压弯构件的弯扭屈曲分析和试验研究;(4)双轴和单轴对称截面构件弯扭屈曲的实用相关公式;(5)绕截面弱轴弯曲的压弯构件的弯扭屈曲分析和试验;(6)冷弯薄壁型钢构件的非弹性弯扭屈曲的分析和试验。     

固结作用下非均质隔离墙中污染物二维运移规律研究

土-膨润土隔离墙广泛应用于污染场地管控和修复工程。在隔离墙自重和侧向土压力的作用下,墙体沿深度方向呈现非均质性。基于双向固结理论,建立了非均质隔离墙-含水层系统中污染物二维运移模型。模型采用高斯函数表征污染源局部非均匀分布,并考虑了屏障系统中污染物对流—弥散—吸附—降解耦合运移过程。结合边界条件和层间连续性条件,选用大型有限元计算软件COMSOL Multiphysics的对流-扩散方程瞬态分析模块进行求解,分析了污染源浓度分布形式和墙体力学参数对污染物运移规律的影响。研究结果表明：(1)采用均质隔离墙模型进行计算会明显高估隔离墙的服役时间,且会低估通过隔离墙出口污染物的质量通量;(2)隔离墙的服役性能随着墙体材料抗剪强度增大而降低,但几乎不受材料抗压强度的影响;(3)最终基于本文的非均质模型提出了浅部增强型隔离墙强化区域设计思路。     

胜利—果园村液化带工程地质条件及液化土层特性分析

砂土液化是地震主要次生地质灾害之一,其是否发生及液化程度如何与地层结构、地下水、土层类型及特征等工程地质条件密切相关,通常饱和砂土和饱和粉土容易发生液化。5.12汶川地震中,在以砾石为主要地层的德阳等地发生了严重的砂土液化现象,这在以往地震中少见。胜利—果园村液化带是德阳地区诸多典型液化带之一,通过现场钻探和试验表明:液化带主要土层为砾石和粘土,发生液化的土层为全新统砾石层;液化砾石层结构松散,颗粒大小分布曲线较平缓,平均粒径和不均匀系数较大,曲率系数较小;地面喷出物是粗砂,其颗粒组成与液化砾石层相差很大。     

豆砾石回填灌浆方案及质量控制

详细介绍了豆砾石回填施工方案，探讨了水泥灌浆遵循的原则，分析了灌浆过程中出现的问题，并提出了解决方案，就如何保证豆砾石回填和灌浆的质量进行了论述，以保证隧洞的施工质量。     

基于数字图像分析的豆砾石形态特征量化研究

护盾式TBM施工过程中,围岩和管片之间会形成一个环形空隙,豆砾石是该环形空隙填充的主要材料,开展豆砾石形态特征量化研究对其材料特性研究具有重要意义。试验选用人工碎石和天然卵石4种豆砾石样本,采用数字图像分析与筛分试验相结合的方式研究。试验成果首先从颗粒的轮廓形态、棱角形态以及粒径3个方面获取了6个颗粒形态定量指标,然后通过体积加权获取豆砾石样本的形态特征量化指标,最后将图像分析结果与筛分试验结果对比,验证图像分析结果的可靠性。研究结果表明,借助数字图像分析,可快速、有效地获取表征豆砾石形态特征的定量指标,进而为TBM工程中豆砾石筛选及质量控制提供依据。     

Squeezing loading of segmental linings and the effect of backfilling

Overstressing of the segmental lining is one of the major hazard scenarios related to shielded TBM tunnelling in squeezing ground. The present paper deals with this specific problem, addressing the key question of the ground pressure acting upon a segmental lining installed behind a single shielded TBM. Starting with a structured discussion of the influencing factors and their interactions, the paper investigates how the type, location and thickness of the backfilling play an important role with respect to the loading of a segmental lining. Secondly, it explains how to take due account of the actual thickness of the backfilling (which is not known a priori since it depends on the deformations of the bored profile) in a numerical simulation. Thirdly, the paper advances a number of theory-based decision aids which cover the relevant range of ground parameters, initial stress, segmental lining and backfilling characteristics, thus supporting rapid initial assessments of the ground pressure acting upon a segmental lining and making a valuable contribution to the decision-making process.     

隧洞豆砾石灌浆软模止浆梗初步设计

 掘进机在隧洞施工中的应用方法是在掘进后, 紧跟着安装钢筋混凝土预制管片、回填豆砾石和进行水泥灌浆。由于灌浆时无止浆梗, 运用这种方法存在隧洞顶部不易填满豆砾石, 特别是灌浆不密实等缺陷。为此提出了应用软模砂浆止浆梗进行豆砾石灌浆的设计, 使豆砾石灌浆体的强度、抗渗性、密实度指标都得到了提高。     

双护盾TBM施工法简述

介绍了TBM的发展及分类,阐述了双护盾TBM的组成及功能,重点论述了双护盾TBM的掘进施工,并对TBM出渣及材料运输、管片安装、豆砾石回填和灌浆等作了归纳,从而更好的推进TBM的发展。     

豆砾石回填灌浆质量控制初探

结合新疆大坂隧洞工程实例,针对采用"全断面双护盾硬岩掘进机(简称TBM)"施工的隧洞,对如何提高豆砾石回填灌浆质量进行了探讨,并提出了有效的措施,以期对其他采用TBM施工的工程在设计、施工方面提供借鉴。     

大粒径卵砾石地层盾构刀盘选型及适应性评价

大粒径卵砾石地层是北京地铁修建过程中开挖难度最大的地层之一,给土压平衡盾构施工造成了一系列的难题。刀盘是土压平衡盾构的重要构件之一,合理的刀盘结构型式是大粒径卵砾石地层土压平衡盾构高效、可靠运行的前提。为了找出适用于大粒径卵砾石地层的刀盘结构型式,以北京地铁九号线盾构工程为背景,开展大粒径卵砾石地层土压平衡盾构开挖原型试验,基于"北京地铁盾构施工实时管理系统"和"北京地铁建设安全风险技术管理体系"收集盾构关键施工参数,以现场掘进试验数据有基础,对盾构掘进效能、盾构关键参数地层适应性及刀具磨损情况进行了对比研究。研究结果表明:1)大粒径砂卵石地层辐条式刀盘适应性更好,掘进效率更高,对刀具的磨损控制更为有利;2)辐条式刀盘可适当增大开口率至55%~65%;3)大粒径卵砾石地层,辐条式刀盘比面板式土压力控制更加稳定;提高盾构掘进速度的同时,应注意盾构土压力的控制,合理的盾构推进速度应为20~60mm/min。     

引黄工程北干线1号洞出口豆砾石回填灌浆施工

结合工程实例,介绍了豆砾石回填材料、回填设备及其回填步骤,为了取得豆砾石回填灌浆的有关参数,在长2 300 m洞段作为灌浆试验段进行了灌浆试验,并分别对两次试验方案进行了分析,最终取得了合适的灌浆参数,可供类似工程参考。