一种适应隧道大变形的限阻耗能型支护结构研发与应用

为解决隧道大变形初期支护因受力过大而破裂问题,通过理论分析和试验验证,自主研发利用材料峰后性能实现能量释放的"限制支护阻力阻尼器",简称"限阻器"。通过室内试验和工程调研,确定限阻器设计参数,制定由限阻器组成的限阻耗能型支护的设计和施工方案,并应用于工程实践,得到以下结论:(1)在应对隧道大变形等高能问题时,支护理念应从传统的大刚度、强支护转变为允许围岩变形、控制围岩能量释放的限阻释能型支护;(2)限阻器环向嵌入到初期支护受力关键部位中,将传统刚性支护转化为"刚–柔–刚"型的限阻释能型支护,成功解决了深埋老黄土隧道和高地应力水平岩层隧道中初支开裂问题,是一种可行有效的隧道支护手段;(3)限阻耗能型支护整体性和安全性有保证,且限阻器取材容易,加工方便,施工简单易操作,故限阻器增加了结构安全性的同时又提高了经济性。     

砂质黄土地层中既有隧道上方挖方离心模型试验研究

以既有隧道上方挖方工程为背景,运用离心模型试验方法,研究了砂质黄土地层中既有隧道衬砌围岩压力在上方挖方时的变化规律:提出根据衬砌和围岩是否按刚度分配荷载划分深浅埋、以及是否存在挟持力划分浅埋与超浅埋的标准,得到了1.25D~1.75D(D为既有隧道跨度)为深埋和浅埋的分界埋深范围,0.75D~1.25D为浅埋和超浅埋的分界埋深范围;同时发现既有隧道衬砌刚度越大,承载拱范围越小,即刚性支护承载拱边界为1.5D,柔性支护承载拱边界为1.8D;并提出基于衬砌围岩压力相对比例的近接影响分区控制标准,得到刚性支护的强影响区、弱影响区和无影响区分界埋深分别为1.5D,2D,柔性支护的强影响区、弱影响区和无影响区分界埋深分别为1.5D,2.5D;对比0.5D和0.3D挖方步距,发现步距会造成挖方过程中围岩应力路径的差异,施工时宜选用0.3D或更小的挖方步距。试验揭露了砂质黄土地层中既有隧道受上方挖方影响的普遍规律,成果可为类似工程提供借鉴和指导。     

金川矿巷道格栅支护的试验研究

从围岩与格栅支护的共同作用出发，对处于复杂地应力条件下的金川巷道，进行了毛洞、素喷、有无仰拱等的多种情况的模型试验。基本掌握了在软弱围岩中，λ≥１的条件下，巷道的变形和破坏状态。证实了格栅的喷层作为一种柔性支护体系和围岩的共同作用，符合现代支护原理的观点。在比较试验的基础上，提出了合理的结构型式、对金川矿巷道的设计和施工，具有一定的参考价值。     

基于小波包技术地铁隧道分区爆破振动特性研究EI北大核心CSCD

小波包分析技术被广泛应用于爆破振动信号的幅频特性研究,其有助于分析爆破振动的传播规律与控制。该研究依托青岛地铁交叠隧道工程分区爆破振动试验,获得了现场爆破振动监测数据,并采用小波包技术对爆破振动信号的频率、能量分布特征进行了研究。研究表明:自由面个数、已(未)开挖区等因素导致爆破振动特性的差异性。掏槽区爆破主振频率相对辅助区较小。爆破工作面前方(即隧道未开挖段)主频带随着水平距离的增加总体向高频移动,高频能量比重增加。而在工作面后方,主频带随着水平距离的增加总体向低频移动,低频能量比重增加。辅助区与掏槽区爆破振动能量随距离变化趋势基本一致,但是能量随距离的衰减速率不同。该研究结合频率与能量因素,对既有隧道的安全保护提出建设性意见,以期保证隧道的安全稳定。     

圆梁山隧道在高水位条件下支护结构体系研究

采用围岩与结构共同变形的计算模式，优选出圆梁山隧道在高压涌水条件下的合理支护结构形式。通过对圆梁山隧道注浆加固圈单独承载稳定性分析，拟定出圆梁山隧道所需加固圈的最小尺寸为3m。通过对38种工况模型的弹塑性数值计算，找出了在满足相同结构安全度要求K=2．4条件下，随着注浆加固圈厚度增加，可相应减薄二次衬砌所需厚度的关系曲线。此外，研究结果还表明，提高注浆水平能较大程度地减弱支护结构参数。因此，改善注浆水平是有很大意义的。     

大变形巷道限阻耗能型支护结构研究

为了解决深部煤矿开采过程中所遇到的“高地应力、大变形、支护结构破坏”等问题,以朱集东矿东部辅助轨道大巷为工程背景,采用变形监测与数值模拟的方法研究深井软岩巷道围岩变形特征规律;依据围岩耗能支护理念,设计出控制巷道围岩能量释放与变形的“限制支护阻力阻尼器”(简称“限阻器”);通过数值分析与室内静压试验相结合的方式得到限阻器试件的性能指标与设计参数之间的关系,并验证限阻器的工作性能;最后通过数值模拟对比巷道常规支护与限阻耗能支护形式的变形与受力情况,验证巷道限阻耗能型支护方案的可行性。结果表明：限阻器的试验压缩量均达到了80%以上,具有较大的变形行程,在保证初期支护发生较大变形的前提下,达到降低围岩压力、耗散围岩能量的目的。限阻耗能支护较巷道常规支护最大主应力值分别降低51.2%、89.8%,提高了结构的安全性。     

引水隧洞塌拱影响因素及其防治措施研究

为了弄清隧洞塌拱的原因和寻找合理有效处理塌拱的工程措施,以曾达电站引水隧洞1、2号支洞施工中发生的不同程度的塌拱行为为实例,分析了地下水、岩体结构、施工因素等对塌拱的影响;进一步研究了处理和防治塌拱的施工措施和原理。研究结果表明:地下水的影响是塌拱发生的重要原因之一,岩体结构及施工因素特别是支护的时机对保护围岩的稳定性非常重要;现场采用超前小管棚预注浆与锚喷支护综合技术处理隧洞塌拱取得了良好效果。     

板式构件加固衬砌裂缝的模型试验研究

为了得到板式构件对隧道衬砌裂缝的加固效果,采用模型试验方法,对带裂缝衬砌加固前后的力学特性进行研究。通过对衬砌加固前后位移、接触应力、结构内力和破坏形态的考察,得研究成果：隧道产生裂缝后,发生位移早且位移量增大、承载能力降低,并将衬砌的破坏由墙脚压溃转变为裂缝处拉裂|通过板式构件加固后,产生变形较晚且位移量减小38.5%,板式构件有效的改善整个结构的受力状态并阻止裂缝的发展,显著提高了整体结构的抵抗变形能力和承载能力|既有衬砌承担的轴力占合力的73.9%,其仍然是加固后组合结构的承载主体|若采用合适的板式构件进行加固,其承载力完全可以恢复到甚至超过完好衬砌的水平。     

遗传算法在洞群二次衬砌厚度优化中的应用

 因地形地貌及工程间的相互影响,高密度地下洞室群的出现概率逐渐增大,洞群各洞室与洞群整体稳定性的关系、洞群的主导破坏模式、合理规划设计各洞室支护措施强度以实现等强度设计理念等课题研究的需求越加迫切。基于有限元强度折减理论,依托重庆某一大型高密度地下洞室群,对比现行安全系数主要判定准则在洞群应用中的可行性及合理性;基于最小二乘法,利用二次多项式对各洞室安全系数与二衬厚度的隐含关系进行显示拟合,并通过遗传算法对二衬厚度进行优化。洞室间夹层围岩等次要部位的局部破坏对洞室乃至洞群的整体稳定性影响较小。并行洞室的主导破坏模式与两者间距、埋深等因数有关,主要分为3种破坏模式：埋深较浅且洞间间距较大,洞室拱顶塑性围岩破坏区向背离洞群中心的斜上方发展并贯通至地表,洞群破坏;当埋深较深且洞间间距较小,各洞室拱顶塑性围岩破坏区向靠近洞群中心的斜上方交汇贯通,洞群破坏;当洞间间距及埋深均处于两种破坏模式之间时,上述两种破坏模式共同导致洞群破坏。洞群主导破坏模式多样,洞室关键点位移随强度折减系数的变化曲线不一定有明显的突变点,此时宜结合塑性区分布及其发展历程共同确定洞室安全系数。基于最小二乘法的二次多项式对隐含关系显示表达,利用遗传算法对洞群各二衬厚度进行优化,既可达到一定的拟合精度也能得到较理想的优化结果。     

大跨超浅埋轻轨车站隧道施工技术

着重介绍了重庆轻轨车站隧道施工中浅埋大跨城市隧道施工技术,以及对爆破振动和地表沉降控制措施。