隧道围岩渐进性破坏机理模型试验方法研究

研究目的:模型试验是研究隧道工程问题的一个重要手段,而围岩破坏问题模型试验一直是一个难点.通过本研究,建立隧道围岩渐进性破坏机理模型试验方法,为围岩破坏机理的研究提供试验基础.研究结论:将隧道围岩简化为均匀介质,以公路隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩为研究目标,以围岩级别、隧道埋深、隧道断面为参量设计了模型试验内容、试验装置,研制了围岩模型材料,建立了隧道围岩渐进性破坏机理模型试验方法,实现了自重应力场作用下毛洞状态时隧道围岩塌方破坏过程的试验模拟,并结合模型试验结果对隧道围岩渐进性破坏过程及破坏过程中围岩应力、地表位移变化规律进行了分析.     

新建两并行盾构隧道下穿高铁隧道模型试验研究

为研究新建盾构隧道下穿施工对既有高铁隧道的不良影响,采用离心模型试验模拟两并行盾构隧道下穿高铁隧道开挖施工。研究了两并行盾构隧道下穿施工时既有高铁隧道结构内力、拱顶变形、拱底变形和地面沉降的变化规律,同时考虑高铁隧道沉降缝对其结构的影响。模拟研究表明：后行盾构隧道开挖引起的不利影响小于先行盾构隧道开挖引起的不利影响;对于无沉降缝的既有隧道,仰拱和拱顶纵向沉降分别呈U形和反U形;考虑沉降缝时,既有隧道拱顶、地面沉降值增加了100%以上,既有隧道最大纵向弯曲应变、剪应力减小了60%;沉降缝的存在不会改变高铁隧道的横向弯曲应变和变形趋势,但是在数值上会有所降低。     

基于地层损失的复合地层盾构隧道施工沉降研究

盾构隧道施工诱发地面沉降的影响因素较多,但主要因素可归结为地层损失引起的地层变形。基于现有地层损失的理论,对引起地层损失的注浆过程进行模拟,依此研究复合地层盾构隧道施工对地层沉降的影响。研究结果表明:隧道贯通时,土体最大沉降和隆起区域分别位于隧道拱顶和拱底;浆液的硬化会对地表和拱顶的沉降速率产生影响,当浆液弹性模量达到最终硬化的75%时,地表和拱顶的沉降速率达到最大值并开始逐步减小;地表和拱顶沉降随浆液的逐步硬化而趋于稳定,且拱顶沉降趋于稳定的速率更快。     

双孔盾构隧道地表位移离心机模型试验研究

采用室内离心模型试验模拟双孔盾构隧道近接施工,通过定量控制隧道外套的水囊注放水的方式模拟盾构隧道的地层损失。研究了横断面地表沉降的量值、分布规律以及随盾构推进距离的变化规律,并提出相应防护措施。结果表明:水囊注放水方法可以有效模拟盾构隧道地层损失;盾构推进距离和隧道相对位置关系对地表沉降的量值和分布规律有显著影响。     

复合地层曲线盾构隧道施工环境影响分析研究

以南京地铁7号线万寿村站—丁家庄站区间工程为背景,建立复合地层曲线盾构隧道三维数值仿真模型,利用现场实测数据验证数值模型的可靠性.计算分析隧道曲线半径和地层分布对施工环境的影响规律,分析得出曲线隧道施工造成的超挖量对地表沉降影响显著,超挖量越大,沉降量越大,10 m m超挖量会导致约2.08 m m的沉降增量;隧道于复...     

富水软弱地层盾构隧道施工端头加固技术研究

隧道盾构施工过程中,进出洞施工最容易发生工程事故。以南京地铁2号线莫愁湖至茶亭区间茶亭站到达端头加固施工为例,针对富水软土地层的实际条件,提出盾构隧道端头地层加固措施以及施工方法和工艺。通过后期加固检测表明,该加固方法已达到预期目的。     

富水地层盾构隧道变形的成因和防治

通过对北京地铁工程某盾构隧道管片环变形现象的描述,分析产生变形的原因,即盾尾同步注浆浆量分配不均匀、封顶块位置选择不当等,提出减少衬砌的变位、控制盾构机姿态和规范管片拼装的防治措施。     

地铁盾构隧道穿越瓦斯地层的施工技术

介绍了武汉轨道交通2号线一期工程汉口站至范湖站区间盾构隧道成功穿越低瓦斯地层的地质及施工情况.就目前的技术水平和存在的不足,提出了瓦斯地层勘察的基本要求.分析了瓦斯地层修建隧道的风险因素和风险源.针对性地提出了瓦斯地层隧道的电气设备防爆改造、监控监测系统、隧道通风系统、盾构掘进参数、施工工艺、人员培训等方面的技术措施、方案和技术参数.     

隧道盾构施工对邻近管线群位移影响的模型试验研究

隧道盾构施工会对邻近管线造成不利影响,但目前对管线位移的研究多集中在单一管线方面,考虑管线之间影响的研究较少。针对这一问题,开展砂土地层盾构施工对邻近管线群影响的室内模型试验,研究隧道盾构垂直下穿多条既有管线时对管线竖向沉降的影响。研究结果表明:当单一管线垂直于隧道开挖方向时,管线最大沉降发生在隧道正上方位置,沉降曲线形态关于隧道轴线呈对称分布,且符合Gauss曲线特征;当隧道垂直下穿双管线时,管线产生的竖向沉降曲线形态与单一管线基本一致,但管线最大沉降值较单一管线明显减小。通过对试验结果的归一化分析,提出管线间距对最大沉降影响的计算公式。     

地铁盾构施工下穿既有明挖隧道模型试验研究

为探究盾构下穿施工对既有隧道结构和地层的变形影响规律,以拟建的石家庄市地铁5号线下穿6线隧道为工程背景,基于几何相似比配制地层和结构模型试验材料,并设计试验监测系统。采用直径1 200 mm小型盾构机,试验模拟盾构隧道以不同深度垂直下穿既有6线隧道的施工过程,并分析下穿过程中既有6线隧道和地层土体的沉降变形规律。结果表明：随着既有隧道底部地层距盾构隧道拱顶距离的增大,地层沉降减小,盾构施工对地层的影响范围约为1.5倍洞径,显著影响区为1倍洞径;随着埋深的增大,盾构施工引起结构下方地层的沉降减小,距盾构隧道拱顶距离分别为1倍洞径和1.5倍洞径时沉降最大差值为31.25%;6线隧道结构与其下方地层产生脱空,盾尾脱出阶段发生的地层沉降占比大于80%。     

大断面地铁车站隧道软弱围岩渐进破坏规律模型试验研究

以贵阳市地铁2号线阳明祠车站为背景,采用室内模型试验模拟大断面地铁车站施工过程中隧道塌方破坏过程,明确施工期间大断面隧道塌方破坏过程机制,对比分析围岩和路面的变形。结果表明:通过围岩重力作用模拟隧道施工过程中塌方过程,与实际塌方过程基本吻合,弥补了常规加载破坏的不足;围岩渐进破坏过程表现为裂隙出现-裂隙发展-裂隙贯通-围岩塌方,支护渐进破坏过程表现为变形缓慢增加-变形快速增加-裂缝快速发展-支护破坏;围岩渐进破坏与支护渐进破坏相互作用,共同发展;在实际施工过程中,当支护变形大幅增加时,应增加支护强度,同时还应及时注浆、打设长锚杆,以减缓围岩裂隙发展,阻断围岩渐进破坏过程。     

岩溶地层中的盾构隧道施工

研究目的：岩溶地层中采用盾构法施工在国内尚属首次。盾构掘进中可能发生盾构机栽头、陷落，地层大量失水、坍塌，严重差异沉降而致隧道结构破坏等事故。对溶洞的空间分布、大小及充填情况，溶洞处理，盾构掘进技术措施3个方面进行深入研究，并组织精心设计、精心施工，以保证施工及运营安全。研究方法：采用多种勘查手段分析岩溶地层，充分注重盾构机及盾构施工的特点，比选、优化设计施工方案。研究结果：顺利完成岩溶段盾构隧道施工，验证了勘查及加固方案，填补了国内的空白。研究结论：综合运用多种探测方法对探明溶洞的分布很有成效；根据盾构施工特点制定地层加固方案并有效实施以及对盾构机设计进行针对性的改进并采取相应的掘进技术措施都是适宜的。     

富水地层盾构到达洞门密封技术研究

以华东地区某盾构接收工程为例,针对盾构到达洞门帘布时橡胶与盾壳之间无法完全密封引起的洞门漏浆现象,基于三道洞门密封技术以及自制浆液同步注浆和二次注浆技术对洞门密封方法进行研究。研究结果表明:通过三道洞门密封施工以及自制浆液同步注浆和二次注浆技术,使洞门内与外界完全封闭,封堵洞门效果相比于传统施工工艺大幅提高,该技术能使盾构机安全快速地推出外置洞门,迅速高效地完成洞门封堵,大大降低了进洞时常见的洞门涌水涌砂、塌方现象,达到了盾构到达洞门密封接收的预期效果,该技术适用于各种地质条件下的盾构到达接收,尤其在高富水地层应用中效果尤为突出。     

盾构隧道正交下穿施工对既有隧道影响的模型试验与数值模拟

在城市地铁工程中,经常出现新建隧道施工近接既有隧道的情况,包括隧道水平、竖直和倾斜平行以及上下正交和斜交等,新隧道的掘进不可避免地对既有隧道产生影响。本文针对盾构法新建正交下穿隧道,以广州地铁3号线大塘-沥滘区间盾构隧道为背景,采用室内相似模型试验和三维有限元数值计算相结合的手段,引入横向和纵向等效刚度折减系数,对盾构隧道正交下穿施工所引起的既有隧道纵向变位、纵向附加轴力和弯矩、横向变形、横向附加轴力和弯矩进行深入研究,得到围岩条件、隧道净距、顶推力等因素作用下盾构隧道正交下穿施工所引起的既有隧道的变形和附加内力分布变化规律。     

复合地层盾构隧道联络通道涌水处置方案研究

依托南昌地铁1号线盾构隧道联络通道工程,对富水复合地层条件下采用旋喷桩加固施工方案进行总结,并对联络通道施工发生的涌水、涌砂问题进行分析,提出针对性土体注浆加固结合降水井降水的处置方案。根据现场施工情况以及现场地表监控结果,处置方案能够保证该地层条件下联络通道施工安全顺利进行。     

泥炭质软土地区盾构隧道抗震性能研究

文章采用ANSYS有限元分析软件,对土体与衬砌管片组成的耦合系统进行盾构隧道抗震三维有限元分析,其中考虑了土层的内摩擦角、内粘聚力。对不利于抗震的泥炭质土层采用多线性随动强化处理,使计算结果更加真实可靠。管片采用实体梁单元模拟,地震波选取汶川地震的地震动曲线。计算结果包括隧道周围土体的时程位移曲线、管片的轴力、剪力、弯矩等。最后从地震对盾构隧道的影响,对隧道抗震性能进行了初步评估,其结论可供昆明地区盾构隧道抗震设计参考。     

动力作用下盾构隧道接头破坏行为研究

为揭示盾构隧道接头在高速列车动力撞击下的破坏行为,通过建立盾构隧道三维数值模型,对螺栓开裂与否两种工况下的管片接头破坏情况进行分析对比,同时捕捉管片接头与螺栓的动态开裂过程。研究结论:是否引入螺栓开裂对于管片纵向接头的开裂情况有较大影响,引入螺栓开裂后管片纵向接头部位不会出现完全破坏的单元,但其裂缝张开度总体上反而有所增大。撞击荷载下,管片纵向接头率先出现开裂的部位均为弯螺栓处,且环向弯螺栓呈环状断裂破坏,纵向直螺栓纵向剥离破坏。     

含软弱夹层和均质围岩隧道洞口仰坡动力特性研究

针对洞口段均质围岩仰坡和含软弱夹层仰坡2种工况,开展大型振动台模型试验,分析水平和竖向激振下仰坡加速度和洞口段仰坡模型土振动特性。研究结果表明:水平向激振时仰坡存在明显加速度放大效应,竖向激振对含软弱夹层仰坡的影响不可忽视;洞口段隧道衬砌各点加速度时程曲线不一致,衬砌结构受力状态复杂;在水平向激振作用下,均质仰坡模型土坡肩土体先出现张拉裂缝,而后坡肩土体局部出现倾倒崩塌,最后沿坡面滑落堆积;含软弱夹层仰坡坡脚土体先出现挤压破碎,而后坡顶表面沿软弱夹层位置出现张拉裂缝,上覆土体沿软弱夹层滑动,最后土体大规模崩塌、滑落。本文为山岭隧道洞口段边坡抗减震研究和设计提供参考。