城市富水砂卵石地层浅埋暗挖电力隧道的设计技术

针对成都市下穿天府大道电力隧道工程实例,在深入分析富水砂卵石地层特点的基础上,从电力隧道断面设计、初期支护设计、超前支护设计、防排水设计、井点降水设计等方面阐述了浅埋暗挖法应对富水砂卵石地层的技术措施。     

砂卵石地层超前管棚和深孔注浆复合预支护效果研究

以北京地铁12号线区间下穿京张高铁盾构隧道为工程背景,数值模拟了砂卵石地层超前管棚和深孔注浆复合预支护工法的地层变形控制效果,探讨了预支护方法对下穿工程地层变形规律、地表沉降规律、盾构管片变形规律、塑性区分布以及管棚受力特征的影响。结果表明:下穿工程地铁施工引起上部高铁盾构管片最大变形区在双区间中心截面±15m范围内,这是布置超前支护以控制地层变形的关键区;深孔注浆加固条件下增设超前管棚,可减小拱顶围岩塑性区开展范围,改善注浆体受力状态,有效降低隧道中上部围岩变形;超前管棚和深孔注浆复合预支护可充分利用深孔注浆的拱效应,又可利用管棚的梁效应,发挥各自力学优势,联合承担上部围岩压力。     

全风化花岗岩富水地层超大断面隧道设计技术

研究目的:在艰险困难山区,受铁路车站设置和联络线出岔影响,会出现多线车站隧道和变断面隧道,甚至形成超大断面隧道。当隧道位于软弱浅埋富水地层时,隧道建设存在以下安全风险:地形地质条件差,地下水发育,易坍塌破坏;初期支护受力大,变形控制难度大,存在变形侵限、失稳及塌方风险;隧道需采取多次开挖支护,受力转换困难,支撑拆换安全风险大。鉴于国内外软弱富水地层超大断面隧道实例不多、研究较少,本文结合实际工程,对此问题进行研究。研究结论:论文总结了国内外超大断面隧道修建技术现状,对隧道施工过程中的力学行为进行了分析,制定了隧道的超前支护措施、衬砌支护参数和施工方法,并得出如下主要结论:(1)软弱富水地层超大断面隧道修建难度大,安全风险高,造价高,需结合隧道工程的具体条件制定切实可行的支护措施和施工方法;(2)为控制软弱富水地层超大断面隧道初期支护变形和初期支护措施转换,采用大墙脚基础和多重支护措施是必要的;(3)为控制软弱富水地层变形,超大断面隧道变形及坍塌,应采取强有力的超前加固及掌子面加固措施;(4)该研究成果可为软弱地层超大断面隧道设计、施工提供借鉴。     

宜万铁路马鹿箐隧道“+978”溶洞处理技术研究

宜万铁路马鹿箐隧道"+978"大型富水溶洞容量巨大,水压高,充填物为饱水淤泥质粉质黏土夹碎石、块石及孤石,颗粒细、强度低、施工风险大。在排水减压的条件下,根据Ⅰ、Ⅱ线溶洞段不同的工程地质条件,Ⅰ线溶洞段采用了"注浆加固、超前支护、加强结构"的处理方案,Ⅱ线溶洞段采用了"回填反压、盖挖通过、加强结构"的处理方案。针对溶洞充填物强度低,荷载大的特点,采用双层喷混凝土支护形式的初期支护,有效控制了围岩变形,并承担了大部分围岩压力,为二次衬砌承受雨季突增水压力提供了有利条件,隧道结构安全性监测结果表明溶洞段结构安全可靠。     

基于双层永久衬砌结构的桩基托换施工力学行为研究

以西安地铁1号线矿山法区间下穿太平河桥工程为背景,运用有限元方法分析研究基于双层永久衬砌结构的桩基托换体系的施工力学行为,并论证超前注浆预加固地层的效果。研究结果表明:基于双层永久衬砌结构的桥梁桩基托换体系安全可靠、环境影响小,可为后续类似桩基托换提供宝贵的借鉴和参考;桥桩托换段桩基出露施工环节对桥跨结构的沉降变形影响较大,是衬砌结构洞内托换群桩基础的关键工序,故施工过程中应予以重点关注;基于双层永久衬砌结构的桥梁桩基托换体系在完成承载体系的有效转换后托拱结构节点处产生明显的应力集中现象,因此应适当加厚桩基托换节点处结构厚度并增加配筋量以满足结构安全要求;桩基托换施工过程中桩基开挖暴露长度愈短,托换体系施工引起的桥跨结构沉降变形及桩基托换节点区域主应力值愈小;洞内预注浆加固能够显著降低桥跨结构沉降变形及托拱结构受力,从而确保隧道修建时桥梁结构的安全性。     

增湿条件下膨胀土隧道近距离下穿既有地铁车站施工力学分析

为确保膨胀土地层渗水后,矿山法隧道近距离下穿既有地铁车站施工过程隧道及车站的安全,以合肥地铁5号线下穿既有车站隧道工程为依托,采用PLAXIS 3D岩土有限元软件精细化模拟整个施工过程,计算分析隧道、地层及既有车站结构的响应规律。研究结果表明:隧道下穿车站结构时经历的应力场较低;引起的地层变形主要表现为底部隆起和掌子面回弹变形;隧道下穿后,车站结构表现为中部隆起,前后两端沉降,施工时应控制既有车站的局部上浮。结合监测数据分析,表明隧道自身和既有车站基本处于安全稳定状态,施工方案合理可靠。     

下穿浐河地铁站深基坑与降水设计研究

研究目的:随着城市轨道交通网格化发展和城市地下大空间开发需求的增长,地铁穿越河流成为难题及重点。研究地下水与周边地层有水力联系的河岸边强透水砂卵石地层地下空间深基坑开挖支护措施成为必须。本文以西安地铁1号线浐河站为例,对下穿浐河强透水砂卵石地层的地铁站及地下大空间开发的基坑支护结构设计进行研究。研究结论:(1)在强透水层砂卵石地层中深基坑开挖采用地下连续墙的基坑支护形式,为地下连续墙在浐河岸边的应用提供了示范效果;(2)地下连续墙在砂卵石地层中施工易塌孔问题可通过在护壁泥浆中掺加膨润土等措施来改良;(3)强透水地层地下连续墙墙幅间优先采用锁口管连接,可起到良好止水效果;(4)浐河岸边随季节变化,水位变化较高,可采取在地下水位变化幅度2.5 m范围以上浅部基坑放坡开挖+深部基坑地下连续墙支护结构形式,其经济效果明显,为后续地下连续墙在西北地区富水砂卵石地层中的应用起到示范引领作用;(5)本工程的成功实施,可为西北地区浐河岸边类似强透水砂卵石地层地下空间开发及深基坑支护结构设计等方面提供参考和指导。     

地铁穿越砂卵石富水地段支护施工技术

结合北京地铁穿越砂卵石富水地段的施工,对隧道的支护以及在砂卵石中管棚施工的钻机钻进施工技术进行了探讨和介绍。通过在拱墙部位施作30 m超前长管棚注浆并辅以单排超前小导管补注浆进行超前支护,形成棚架作用;采用三台阶预留核心土人工开挖,及时施作初期支护,并设置临时仰拱、横撑和竖撑加强支护;跟进径向注浆和隧道底板注浆,扩大固结范围和封堵初支渗水;二次衬砌紧跟,完成隧道施工。确保了在复杂地质条件下的隧道开挖安全。     

浅埋暗挖法在下穿公路连拱隧道施工中的应用

采用浅埋暗挖法在既有公路下修建高速公路连拱隧道,隧道施工对围岩造成多次扰动,从而引起地层发生位移和沉降,较大的地层位移和沉降将影响既有公路的正常运营,同时上部汽车荷载对隧道施工安全隐患较大,因此,下穿公路连拱隧道浅埋暗挖施工面临许多技术难点,必须采取特殊的超前支护和施工工艺。在土江冲隧道施工中综合应用双层管棚超前支护、三导洞法开挖、信息化施工等技术,使隧道成功下穿319国道。     

MJS工法在富水砂层隧道密贴下穿既有车站工程中的应用

以某城市富水砂层中新建暗挖法隧道密贴下穿既有车站工程项目为背景,分析了富水砂层中密贴下穿既有车站的关键技术,对几种可行的地层预加固方案进行了分析比选。工程实践表明,首次在富水地层密贴下穿工程中采用的水平M J S工法(全方位高压喷射工法)加固技术,可有效提高土体自稳能力、隔断承压水,减少对既有车站结构的影响。     

公轨合建大直径盾构隧道车辆振动响应数值分析

对于大直径水下盾构隧道,研究并讨论列车振动荷载对隧道结构安全性及地基稳定性具有重大意义。以三阳路公铁合建长江隧道工程为背景,采用2.5维数值计算程序对三阳路长江隧道段典型断面处进行计算分析,研究地铁振动荷载和汽车振动荷载耦合作用对隧道结构及隧道下覆粉细砂层稳定性的影响。计算结果表明:(1)在地铁振动荷载与汽车振动荷载联合作用下,隧道衬砌结构的位移振动响应量值及受力情况均较小,振动荷载不会对衬砌结构自身产生不利影响;(2)列车和汽车车队耦合荷载引起隧道下覆饱和粉细砂层超静孔隙水压力在隧道正下方衰减较为缓慢;(3)隧道下覆饱和粉细砂地层由正常的地铁振动荷载及汽车荷载激发的超静孔隙水压力不会超过1 kPa,在正常地铁荷载及正常汽车荷载单独作用或联合作用下,该饱和粉细砂地层能够保持稳定,不会发生液化失稳。     

环境荷载作用下盾构隧道断面变形特征分析

研究目的:城市地铁盾构隧道在环境荷载作用下容易诱发衬砌结构变形。为分析城市盾构隧道结构变形成因及变形基本形态特征,基于向量基本概念,提出定量分析隧道结构断面变形特征的描述方法,并结合有限元数值分析方法,模拟盾构隧道在不同环境荷载作用下的结构变形形态,以验证隧道变形描述方法的正确性。研究结论:(1)盾构隧道处于无软弱滑动面的一般地层中,结构变形大小和方向与环境荷载作用形式密切相关,且结构最大向内变形与最大环境荷载作用方向一致;(2)盾构隧道处于软弱滑动面地层中,隧道衬砌结构向内变形极大值不与最大加载方向一致,而与滑动面的滑动方向有关,且在滑动面穿越隧道断面的衬砌端点位置变形大小具有突变特征;(3)本研究结果对于揭示城市盾构隧道变形机理以及预测隧道周边环境荷载变化具有理论价值。     

土压平衡盾构穿越透水砾砂层渣土改良试验研究

土压平衡盾构在透水砂性地层掘进时,通常会出现不同程度的渣土喷涌问题,严重时可能威胁盾构隧道管片衬砌结构的安全。针对土压平衡盾构穿越深圳地铁7号线大沙河段透水砾砂层掘进施工,采用钠基膨润土与CMC作为渣土改良基材,开展透水砂层土压平衡盾构掘进渣土改良室内试验,揭示了改良剂浓度、掺量及不同组合对渣土改良效果的影响规律,并据此提出具有针对性的配比方案。研究结果表明:钠基膨润土泥浆对饱和砾砂改良效果显著,膨润土泥浆与CMC混合使用可以进一步降低改良土体的渗透系数,提升土体改良效果;结合工程实际给出膨润土泥浆浓度为11%、膨润土浆液与渣土体积比为1∶4的改良方案,通过对改良后渣土状态、盾构施工参数及地表沉降控制效果的综合分析,验证所提渣土改良方案的可行性。     

深埋双圆盾构隧道的横向地震响应特性研究

阐述反应位移法的基本原理和深埋双圆盾构隧道的地层荷载模式,并基于反应位移法和梁弹簧模型,对双圆盾构隧道仅受静载和静载与水平剪切地震荷载同时作用下结构的变形和内力等动力响应特性进行研究。分析表明:与对称静载作用下相比,在静载与地震荷载同时作用时,结构的变形和内力不再是对称的;弯矩和变形走势基本一致,两洞各自上半圆的迎地层位移侧和下半圆的背地层位移的衬砌基本都有向洞内的位移和内侧受拉的弯矩,两洞各自上半圆的迎地层位移侧和下半圆的背地层位移的衬砌基本都具有相反方向的位移和弯矩,与中柱底部连接处的弯矩集中现象得到消除;衬砌的轴力不再是全部为受压值,而是出现大范围受拉的情况,且拉力值较大,中柱的压力值减小十分明显;与中柱连接处的剪力集中现象消除明显,远离中柱处的管片衬砌剪力绝对值增大明显。     

衬砌刚度对盾构隧道抗震性能的影响分析

研究目的:提高盾构隧道的抗震性能是保证隧道安全运营、保证人民生命及财产安全的必然要求。盾构隧道抗震减震措施主要有改变衬砌一定范围内围岩的性能和改变结构本身的性能。改变衬砌结构本身性能方面有多种方式,如增加衬砌厚度,改变管片环向或纵向接头方式、改变衬砌刚度等。本文通过数值分析比较不同的衬砌刚度对盾构隧道抗震减震性能的影响,为盾构隧道抗震设计提供参考。研究结论:根据不同衬砌刚度盾构隧道的受力分析,得出单纯提高管片的刚度并不能提高盾构隧道的抗震性能,反而增加衬砌管片的受力。随着隧道衬砌刚度的增加,衬砌结构的位移减少量不足2 mm,因此增加衬砌刚度对约束盾构隧道在地震作用下的变形并不明显。     

人工湖积水对下方地铁盾构区间结构变形影响分析

为明确下穿人工湖地铁盾构隧道结构下沉变形原因,并对变形后盾构隧道结构安全进行评估,以某人工湖受极端天气影响水位快速上升后,下穿人工湖的地铁盾构隧道产生沉降为例展开研究。首先通过荷载结构模型对盾构隧道强度进行验算,然后采用地层结构模型模拟盾构隧道上方堆载及卸载工况对盾构隧道变形的影响,并与现场监测数据进行对比分析。结果表明：人工湖水位上升为盾构隧道变形下沉的主要原因,产生变形后隧道结构自身承载能力及裂缝宽度均满足设计和规范要求,盾构隧道结构自身是安全的,同时对人工湖抽水后隧道上浮值进行预测,盾构隧道结构在上浮后仍然处于安全状态,研究成果可以为后续人工湖及地铁隧道处理措施提供参考依据。     

某滨海填土区地铁盾构隧道翻浆冒泥病害治理分析

某滨海填土区地铁盾构隧道,在运营8年后出现道床翻浆冒泥病害。结合区间隧道所在地区地质情况及结构特征分析病害发生的原因:①地质情况复杂,隧道处于淤泥质地层中,衬砌结构发生不均匀变形;②道床结构与衬砌管片之间不密实,道床与管片结构变形不协调。根据病害原因,制定以适用的材料填充道床结构与管片结构间缝隙的病害整治方案。     

滨海孤石地层盾构掘进的稳定性数值分析

孤石是风化岩残留体硬度高强度大,地层存在孤石是阻碍盾构施工的危害之一。依托厦门城轨交通4号线彭厝北站~蔡厝站区间,针对滨海孤石地层盾构掘进的稳定性进行离散元数值分析,分别研究孤石与隧道距离、隧道埋深、孤石位置及盾尾空隙对地层稳定性的影响。研究结果表明:随着孤石与隧道距离增大,地层扰动范围、拱顶衬砌压力变化及地表沉降都有减小的趋势;随着隧道埋深的增大,地层扰动范围及地表沉降都呈减小趋势,衬砌土压力整体上呈现增大趋势;随着孤石位置逐步远离隧道顶部,地层扰动范围及地表沉降都呈减小趋势,孤石位于拱肩、拱脚、仰拱底时衬砌压力产生突变;随着盾尾空隙增大地层扰动程度及地表沉降也增大,衬砌拱顶土压力呈增大趋势。     

北京地铁无水砂卵石地层盾构施工技术难点及施工对策研究

针对土压平衡盾构在砂卵石地层掘进中经常出现土压建立困难,刀盘推力与扭矩大且磨损严重,经常出现刀盘"卡死"、螺旋输送机磨损严重及抱死现象,采取对土体进行塑流化改良、刀盘改造及刀具优化、调整注浆配比等措施,很好地控制了地面沉降,确保了该区间的顺利贯通。     

兰州黄河高阶地复杂地质大断面隧道监控量测

兰州地区黄河阶地是国内最为典型的河流阶地,地质条件复杂。本文结合兰新第二双线兰州枢纽引入工程孔家营隧道施工,选择典型断面(阶地黄土地层、阶地黄土圆砾土地层、阶地圆砾土软岩地层、阶地黄土圆砾土软岩地层)对该隧道施工进行全面、系统监控量测,对比分析了各种地质条件下的大断面隧道的应力变形特征。结果表明,不同地层组合隧道围岩稳定性具有较大的差别,尤其是隧道拱顶存在圆砾土时其稳定性最差;阶地隧道存在较明显的偏压现象,二衬可以很好地控制偏压对隧道稳定性的影响。