InSAR技术对采空区铁路隧道病害分析研究

研究目的:随着铁路建设的蓬勃发展,隧道工程的比重不断加大,运营隧道的病害也陆续出现并呈上升趋势,为解决上述问题,本文通过对侯月线桃坪隧道病害的介绍,采用In SAR技术开展地表变形监测研究,并将监测结果与隧道洞内病害段落进行对比分析,探寻深埋煤矿采空区隧道病害的成因,为隧道病害整治提供地质依据。研究结论:(1)煤矿采空区形成的地表变形与桃坪隧道病害有直接相关性;(2)深埋煤矿采空区对隧道工程的影响具有时间上的滞后性、长期性和复杂性,给隧道工程病害整治带来了困难;(3) In SAR技术是一种高效、可靠的采空区变形监测手段,对煤矿采空区隧道病害分析与整治有一定的指导价值。     

沪昆客专何家地隧道出口煤矿采空区沉降分析

研究目的:沪昆铁路客运专线何家地隧道出口D1K976+780～D1K977+208段在施工过程出现二衬变形开裂病害,地表产生长大贯通裂缝,严重影响隧道正常施工及开通运营。本文通过地质调查、煤矿资料收集、下井实测、物探、钻探、变形监测等综合勘察手段,对引起病害的煤矿采空区进行综合勘察,从而为何家地隧道病害整治提供可靠依据。研究结论:(1)通过综合勘察查明了引起隧道病害的煤矿采空区位于隧道左侧,最近距左中线约32 m,路基面以下183～225 m;(2)综合分析确定了煤矿采空区移动参数、变形参数及垂直分带;(3)基于变形监测成果,分析煤矿采空区从初始期、活跃期到衰退期的沉降特征,评价采空区沉降对铁路隧道的影响;(4)本研究成果可为类似煤矿采空区工程地质勘察及分析采空区沉降规律提供参考。     

侯月线桃坪隧道病分析及整治建议

对侯月线桃坪隧道的地质构造和病害情况作了介绍，在详细分析病害形成原因的基础上，对如何整治该隧道病害提出了建议。     

地表注浆在浅埋大断面黄土隧道中的应用研究

研究目的:围岩变形量过大、地表沉降开裂甚至塌方是浅埋大断面黄土隧道施工过程中最容易出现的工程病害。为解决大断面黄土隧道在浅埋地段施工过程中出现的地表与围岩变形难以控制、施工效率低下等问题,以在建银西高铁上阁村隧道浅埋段为试验工点,通过现场地表注浆与室内试验,从注浆前后地表沉降与围岩变形量及围岩物理力学参数变化等方面对地表注浆在浅埋大断面黄土隧道中的应用效果进行研究。研究结论:(1)地表注浆可以有效控制围岩变形和地表沉降,变形降幅可达27%～50%,注浆后可将地表与围岩变形量控制在规范允许值内,防止隧道开挖过程中出现地表裂缝、坍塌、拱顶沉降量过大等灾害;(2)采用地表注浆后围岩物理力学参数明显得到改善,平均增幅可达10%～35%,提升围岩强度与整体稳定性,确保隧道开挖安全;(3)地表注浆能够提前二衬施作时机,加快施工进度;(4)地表注浆形成的浆-土结合体具有明显的"挤密效应"和支撑作用,可以改善原状黄土的结构性;(5)该研究成果可为大断面黄土隧道的浅埋地段快速安全施工和设计提供参考。     

盾构诱发的地表及邻近建筑物变形规律研究

研究目的:以北京地铁八号线某区间隧道盾构工程为依托,采用FLAC模拟预测盾构施工引起的地表及其附近建筑物的变形规律,为盾构隧道施工安全通过地表建筑物时的合理施工参数确定和现场监测方案的制定提供技术支撑。研究结论:(1)采用数值模拟得到北京地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律,地表横向沉降曲线在水平方向上基本对称,建筑物对其周围区域地表变形影响较大,对其所在区域地表变形影响相对较小,最大差异沉降为8,09 mm;(2)数值模拟预测结果表明两隧道开挖对地表影响的范围主要在两隧道中心左右各36 m,开挖面影响区域为开挖面前方24 m及开挖面后方20 m范围内,施工时应重点监测;(3)实践表明实测曲线与数值模拟曲线吻合较好,数值模拟是预测盾构施工对地表及邻近建筑物变形影响规律的有效手段;(4)研究成果可用于地铁盾构施工对地表邻近建筑物的变形控制方案的制定。     

富水隧道整体道床及隧底病害治理技术研究

研究目的:针对某长大富水隧道在运营过程中整体道床与隧底出现张合的现象,对产生病害的原因进行分析,采取合理的整治措施,封堵地下出水及注浆加固病害区域,确保铁路线路运营安全。研究结论:(1)现场实践表明病害区域采用组合锚杆锚固方法与定量定压注浆方法治理病害区域的方法是可行的;(2)轨道高程监测结果表明注浆施工前后道床板未发生明显变形,注浆压力满足线路安全控制要求;(3)列车通过时道床板的动态监测结果表明整治后道床板已处于稳定状态,病害区域加固效果良好;(4)该研究成果可为类似长大富水隧道病害治理提供参考。     

铁路双线隧道塌方整治

以浙赣线诸暨一号隧道坍塌为实例,叙述大跨、浅埋、偏压和不利地质条件下铁路双线隧道塌方经过,分析了塌方的成因,从山体的病害治理、加长明洞、洞身整治和变形整治等方面提出了塌方综合整治措施,对地表沉降沉陷、裂缝发展状况、护拱沉降、变形段和暗挖段沉降及洞身净空变化进行了监测。     

暗挖地铁隧道斜交下穿既有铁路的施工研究

研究目的:新建地铁隧道下穿既有铁路工程涉及到铁路运营安全和地铁施工安全,受到工程界的重视.文中选取暗挖地铁隧道斜交下穿某既有铁路工程为研究对象,该地铁隧道为双线、部分浅埋隧道,隧道采用暗挖法施工难度和风险较大.通过ansys计算软件按初步设计的施工顺序和施工工艺进行三维数值计算,分析隧道施工引起的地层沉降和塑性区分布.研究结论:(1)隧道施工引起地层内力重分布,是地表产生沉降的原因,但是列车荷载对地表沉降的影响更为显著;(2)数值计算对施工措施的选择提供了重要依据;(3)施工前对铁路路基注浆加固或在铁路路基两侧预埋袖阀管根据沉降情况进行注浆,可对沉降变形进行控制.     

岩溶区隧道下穿居民聚居区沉降变形规律研究

为研究岩溶区隧道下穿居民聚集区的沉降变形规律,采用数值模拟方法,分析了下穿隧道施工效应产生的地层变形对建筑物的影响。结果表明:(1)隧道下穿施工时地层产生了向居民聚集区中心方向的位移,且下穿居民聚集区时地表水平位移影响范围相比无居民区增大25%,但水平位移峰值相比无居民区时减小15.8%;(2)隧道下穿施工造成完全处于隧道正上方的建筑主要发生整体沉降,倾斜率较小,而处于隧道边界线上的建筑物沉降值较小,但倾斜率较大,此外建筑物倾斜率并非随施工一直单调增加,而是处于动态变化之中;(3)隧道下穿施工时处于隧道正上方建筑物基础与地表交界处易发生剪切破坏,应采取注浆加固和超前地质预报等综合措施。研究成果可为今后隧道下穿建筑群的设计和施工提供参考。     

第四系富水红砂岩地层隧道围岩变形特征研究

研究目的:富水条件下砂岩地层隧道开挖极易产生大变形。本文以蒙华铁路阳城隧道第四系富水红砂岩地层围岩大变形段为研究对象,通过室内试验、现场试验及数值模拟等方法,对围岩变形特征进行研究,从而提出围岩大变形的整治措施。研究结论:(1)对地层围岩认识有限、支护与降水措施不到位,导致围岩背后脱空溜砂,是产生大变形的主要原因;(2)工法变更辅以加密降水能有效控制围岩变形,拱顶沉降、水平收敛降低60%～65%,掌子面挤出降低50%;(3)现场试验监测结果显示,大变形整治措施、工法变更辅以加密降水行之有效,围岩变形量皆在规范允许范围内,后续施工段拱顶沉降监测值与数值模拟值相差18%,拟合较好,数值模拟有一定可靠度;(4)本文提出的围岩大变形相关整治措施,可为类似地层隧道围岩大变形整治、控制围岩变形及隧道安全施工提供借鉴。     

双线地铁盾构施工引起的地表沉降分析及施工控制

为了研究双线隧道盾构施工对周围土体的扰动规律及其控制措施,在讨论双孔平行隧道地表沉降计算公式在厦门地铁某区间隧道适用性的基础上,采用双孔平行隧道地表沉降计算公式、数值模拟及现场监测3种方法,揭示双线地铁隧道盾构施工引起的地表沉降分布规律和地表动态变形特性,分析影响地表沉降的施工控制参数的效果。结果表明:(1)双孔平行隧道地表沉降计算公式具有较好的适用性,双线隧道盾构施工完成后,地表形成非对称的"W"形沉降槽;(2)地表沉降本质上是盾构施工引起的土体损失累积造成的,在开挖面到达目标面时,实测地表沉降达到最终沉降值的45%;(3)设置合理的同步注浆、土舱压力和推进速度参数,可以有效控制地表沉降,建议增加同步注浆量作为控制地表沉降的首选措施。     

浅埋暗挖地铁大断面隧道施工引起的地层变形特性

运用数值模拟及现场监测的方法对石家庄地铁浅埋暗挖大断面隧道施工过程中引起的地表沉降变形规律进行了研究。结果表明:采用双侧壁导坑法(9导洞)能够将地表沉降控制在允许范围之内;在不同的施工步地表沉降速度存在较大差异,在隧道的拱脚处塑性区较为发育,隧道两侧地表会出现拉伸破坏区。应及时采取深孔注浆、径向注浆等加固措施,以有效控制塑性区的发育、地表沉降,保证隧道周边建筑物的安全。     

斜穿地裂缝黄土地铁隧道施工诱发的地表沉降及隧道变形规律研究

研究地裂缝影响区内存在可弱化土体的不利因素情况下,西安黄土地区地铁隧道暗挖斜穿地裂缝施工所诱发的地表及隧道相关变形规律。通过FLAC3D模拟预测施工变形规律,并与实际监测数据进行对比分析,得到以下结论:(1)FLAC3D模拟表明,隧道暗挖施工穿越地裂缝时裂缝临近处收敛值会在初期出现短暂负收敛现象;(2)地表在地裂缝影响带的差异沉降发展集中在穿越前和穿越过程中,而拱顶上下盘差异沉降主要集中在穿越过程中;(3)当地裂缝影响带内存在可弱化土体强度的不利因素时,地表最终沉降的峰值点会向不利因素处移动;(4)拱顶最终沉降的峰值点基本在隧道轴线和裂缝的相交处,其受地表的土体弱化因素影响较小。     

黄土地层地铁盾构施工地表变形规律预测研究

研究目的:西安地铁是我国首次在黄土地层修建地铁,黄土地层具有湿陷性等特殊的物理力学特性,盾构是西安地铁隧道的主要施工方法之一,但有关西安地铁盾构施工诱发的地表沉降特性预测的研究成果目前还很少,急需开展黄土地层地铁盾构施工诱发的地表变形规律预测方法研究,目的是为盾构施工地表沉陷监测方案的制定和盾构施工参数的确定提供理论依据,以保证隧道盾构安全施工。研究结论:通过理论预测计算得到的沉降值与西安地铁某区间隧道的地表沉降实测数据进行了对比分析,研究结果表明:(1)给出的地表沉降预测公式预计的地表沉降趋势和数据与实测值基本一致;(2)盾构施工时,正面附加推力可以维持开挖面前方土体的稳定,但正面附加推力的大小对地表竖向位移量的大小会产生影响;(3)盾构施工时,影响地表竖向位移因素很多,而盾尾间隙的大小对地表竖向位移影响最大;(4)盾构施工时,地表沉降量随着距隧道轴线距离的增加变形量逐渐减小,在隧道轴线上方变形最大。     

基于变形控制的密排管幕顶管施工顺序优化分析

管幕可以为隧道施工提供强度较大的超前支护。为择优选择管幕施工顺序,减少管幕施工对地表沉降影响,以合肥大连路隧道工程为例,采用三维数值分析方法,考虑“先下排后上排连续顶入/先上排后下排连续顶入、先上排后下排间隔顶入”3种顶入顺序,研究不同管幕施工顺序对地表沉降的影响规律。研究结果表明：(1)上排顶管形成的土拱效应对下排起到保护作用,故最佳施工顺序为：先施工管幕上排顶管,再施工两侧及下排顶管;(2)由于顶管端头的高压旋喷加固和端部结构约束,管幕顶进引起的地表变形呈现端部小,中间大的特征;(3)侧排顶管不影响沉降叠加区最大沉降值,横向地表沉降曲线类似于S形,地表沉降最大值为12.7 mm,最终影响范围为24 m。     

双线隧道盾构掘进对地表沉降影响的数值分析

研究目的:在双线隧道盾构掘进过程中,先开挖隧道地层变形会对后开挖隧道地层变形产生不可忽视的影响,导致双线隧道盾构掘进完成后地表沉降存在差异性。依托天津地铁某盾构区间隧道掘进工程,基于FLAC3D软件建立隧道掘进过程的有限元模型,从隧道开挖变形、地表沉降的角度分析先挖线路对后挖线路变形特征的影响,验证双线隧道盾构施工导致地表沉降的叠加效应。为保证盾构掘进过程中地表沉降不超标,通过数值模拟分析盾构土仓压力、同步注浆量和出渣量等因素对地表最大沉降量的影响,有效指导盾构隧道施工参数的选择,最后通过现场监测数据验证数值模拟结果的正确性。研究结论:(1)前序次开挖隧道对后序次开挖隧道的隧道拱顶沉降与地表沉降均存在叠加效应影响,后序次开挖隧道的拱顶沉降及地表沉降均略大于前序次隧道的对应沉降值;(2)数值模拟结果与现场实测结果的对比显示,实测地表沉降值相比数值模拟计算值分别高出5. 78 mm、4. 97 mm,隧道的管片沉降实测值与计算值误差均在5%以内,数值模拟计算误差均处于可控范围内,一定程度上验证了数值模拟结果的正确性;(3)本研究结论在城市地铁盾构(TBM)法施工领域,对地表沉降控制方面的机理研究和实践操作有较好的应用效果。     

陡倾斜地层大断面小净距地铁车站暗挖施工力学响应分析

为了降低重庆轨道环线涂山站施工风险,提高施工效率,节约工程造价,以涂山站部分主体隧道和联络通道为对象,建立三维有限元数值模型,辅助现场监控量测,分析洞室群的施工力学响应规律,得到以下主要结论:(1)受陡倾节理的影响车站隧道群受偏压显著,右洞的水平位移明显大于左洞;中夹岩内水平位移为零的位置偏向右洞约4 m;地表沉降变形呈非对称分布,沉降最大值位于右洞拱顶上方;(2)主体隧道开挖引起联络通道竖向变形,占总位移的43.2%;联络通道开挖对主体隧道洞周位移的影响较大,对地表变形的影响较小;(3)主体隧道的底部和拱顶出现局部的拉应力区,与联络通道交叉口处的侧壁应力集中较大。     

黏性土地层曲线盾构施工地表沉降预测研究

研究目的:小半径曲线盾构隧道施工引起的地表变形规律与盾构直线掘进差异明显,易造成地层损失加剧、地表非对称性沉陷等问题。本文以济南厚冲积黏性土地层盾构曲线施工为研究对象,探究隧道埋深及曲率半径对地表变形的影响规律,基于Peck公式结合现场实测数据,建立曲线盾构施工地表沉降预测公式。研究结论:(1)曲线盾构掘进受转弯段刀盘超挖、主动铰接盾壳挤压土体、千斤顶不平衡推力等因素的影响,致使隧道两侧地层差异扰动、地表变形非对称性;(2)在1.5~3倍隧道直径的埋深范围内,地表峰值沉降、沉降槽宽度系数及地层损失率随埋深的增大呈线性递增,地表沉降槽偏移量随曲率半径的减小呈线性递增;(3)修正Peck公式与现场实测数据吻合较高,修正系数取值范围为α=0.46~0.52,β=0.43~1.16;(4)该研究成果对黏性土地层曲线盾构施工地表变形预测及灾害防控具有指导意义。     

中浅埋隧道综合物探勘察模式研究

研究目的:国民经济的迅猛发展对铁路的运能及运行速度提出更高要求,铁路等级的不断提升造成线路桥隧比的增加,隧道尤其中浅埋隧道的勘察成为铁路勘察中的重点。浅地表物探勘察方法较多,不同地质要求及勘察条件所采用的方法多样、效果不一,亟待综合考虑工期、地表条件、噪声干扰情况、地质目的及精度要求并兼顾工程造价等开展中浅埋隧道综合物探勘察模式的研究。研究结论:(1) 0～50 m埋深隧道以地震折射波法、地震层析法沿隧道平面线位贯通勘察,直流电测深法补充、核查;(2) 50～100 m埋深隧道以直流电测深法(高密度电法、直流激电法)或瞬变电磁法沿隧道贯通,地震折射波法补充、核查,复杂地段开展孔内综合测井;(3) 100～200 m埋深隧道以高频(音频)大地电磁法沿隧道贯通,在隧道进出口及垭口地段布置地震折射波法,复杂地质段结合钻孔开展孔内综合测井;(4)中浅埋隧道勘察受地表地质条件影响较大,野外施测必须密切结合现场实际,选择适宜的物探方法,建立合理、规范的中浅埋隧道综合物探勘察模式;(5)本研究结论适用于地质勘探领域,中浅埋隧道物探勘察。     

基于随机介质理论的浅埋偏压隧道沉降预测

研究目的:在偏压地形中,隧道开挖引起的地层损失可能导致倾斜地表和水平地表的沉降或隆起,造成地层及地面上建筑物发生不均匀沉降,影响建筑物的安全,因此有必要对隧道开挖引起的地表竖向位移进行估算与分析。研究结论:(1)论文基于随机介质理论,推导了浅埋偏压盾构隧道开挖地表沉降公式;(2)通过理论推导修正了地表沉降公式计算所需的断面收敛区域U'-V';(3)计算过程中,为简化计算,采用极坐标改进了倾斜地表和水平地表沉降公式;(4)浅埋偏压条件下,倾斜地层坡度α≥45°时,位移变化速率明显加快;此外,地表竖向位移最大值同开挖单元深度与沉降半径之比呈现出一种线性关系;(5)隧道轴线到斜坡表面的垂直距离d3.5R时,地表竖向位移变化也会加快,所以隧道修筑应尽量选择在d≥3.5R的位置;(6)该研究成果可为浅埋偏压隧道开挖的地表位移预测提供一种新途径,为地表位移控制提供技术支持。