高烈度地震区山岭隧道洞口减震问题的数值模拟研究

采用有限差分软件FLAC3D 3.0研究隧道洞口段的抗震设防长度和衬砌刚度对地震反应的影响,分析设置横向减震层、纵向减震层和加固围岩对衬砌结构的减震效果,并总结山岭隧道洞口减震的思路和措施.结果表明:一般进入洞内25～30 m后地震放大效应开始趋于平稳,该距离可为确定洞口抗震设防长度参考;衬砌刚度过大在一定程度上将加大震害;设置横向减震层和纵向减震层都能使地震反应明显减弱,使应力分布更趋均匀,且前者效果明显好于后者;通过设置锚杆增强围岩整体性,可有效减少作用在衬砌上的地震荷载,且对软质围岩效果更佳.最后,提出山岭隧道洞口必须综合减震,衬砌应该刚、柔平衡.     

厚层堆积体偏压隧道洞口结构抗减震技术研究

为研究覆有厚层松散堆积体且穿越软硬交界面的隧道洞口段动力响应特点和抗减震措施，以飞仙关隧道洞口段为研究对象，采用有限差分软件分别建立隧道围岩渐进式注浆、设置减震缝和全环注浆3种工况，并和无措施情况下隧道衬砌的应力、变形对比，得出最佳抗减震措施。研究结果表明： 1）在强震作用下衬砌的纵向变形远远小于横向变形，且全环注浆对限制衬砌的横向变形效果最显著，单独设置减震缝对衬砌变形的限制效果较差； 2）隧道右拱脚和右拱腰是强震作用下结构破坏的最危险位置，需着重加强这2处的抗震加固； 3）全环注浆能够有效减小衬砌应力，同时还能使交界面附近应力变化连续而平稳。     

注浆加固模式对隧道减震效果影响的数值分析

为了研究隧道不同注浆加固方式的减震效果,以西南高烈度地震区某隧道为背景,通过有限元软件对全环接触式注浆、全环间隔式注浆、局部注浆3种最常用的注浆方法进行数值模拟,重点分析了在地震荷载作用下,不同注浆模式对隧道二次衬砌内力的影响及不同位置的加速度与位移情况。结果表明:地震中的隧道衬砌开裂主要受拉力控制,其中衬砌拱脚拉力最大;注浆加固改善了隧道衬砌受力,其中全环接触式注浆减震效果显著,全环间隔式注浆效果次之,局部注浆效果不明显;注浆加固增加了衬砌刚度,使得隧道衬砌的绝对位移增加,但相对位移减小,因此注浆后的隧道不会发生较严重的错位。     

强震区隧道洞口段减震的振动台模型试验

就山岭隧道而言,洞口段往往是震害最严重的部位。为了研究强震区隧道洞口段设置减震层的减震效果,对隧道结构进行了振动台模型试验。分别从衬砌的应变、加速度方面进行了分析,结果表明:减震层的减震作用明显。最后,对试验中的地表地震裂缝的震害进行了描述。     

隧道洞口段的抗震设防长度

运用Newmark隐式时间积分有限元法并采用粘-弹性人工边界,进行了隧道三维地震反应分析。在不同的围岩材料、衬砌类型情况下,分析了隧道洞口段衬砌应力和位移沿隧道轴线方向的变化规律以及采取注浆加固围岩方法的减震效果。计算结果表明:抗震设防长度主要与洞口段围岩性质有关,洞口段松软、破碎的围岩越长,隧道的设防长度就越长;隧道的断面形式以及洞口段临空面的存在与隧道的设防长度关系不大;在地震荷载作用下,洞口段隧道衬砌产生了很大的轴向应力;可采用注浆加固洞口段围岩的方法减小洞口段衬砌的应力和位移。     

山岭隧道抗震设计与减震措施研究

山岭隧道是现代交通网中重要组成部分,同时也作为一种特殊的地下结构。对于建造在高烈度地震区的山岭隧道,其抗震分析的研究还存在着亟待解决的问题。简要介绍了山岭隧道地震破坏形式和震害机理,并针对我国目前山岭隧道采用地震系数法、反应位移法和动力时程分析法三种抗震计算方法进行归纳总结,详细介绍了三种方法的计算原理和特点以及各自的适用性。同时对山岭隧道减震措施和理论分析方法进行归纳总结,并给出了适合高烈度地震区山岭隧道的减震措施。在对当前山岭隧道研究成果评述的基础上探讨了目前仍存在的一些问题,包括不同抗震计算方法的合理性、减震措施的适用性、时程分析法中地震波的确定以及减震层刚度的选择等。这些成果将为隧道的抗震设计提供理论依据和参考,对改善我国高烈度地震区山岭隧道的抗震设计具有重要意义。     

穿越次级断层隧道地震动力响应及减震层效果分析

为研究地震动荷载作用下次级断层对隧道衬砌应力、变形及加速度等动力响应的影响,找出穿越次级断层隧道结构抗震设防的思路及重点部位,以高烈度区典型穿越次级断层隧道为依托,通过有限差分软件FLAC3D对隧道穿越次级断层的动力响应进行计算分析,并建立在隧道初支及二衬之间设置6 cm,8 cm,10 cm三种厚度减震层的计算模型,对比分析减震层厚度与减震效果的关系。计算结果表明:次级断层与隧道相交位置沿轴向前后各20 m范围的衬砌地震动力响应有明显放大,为抗震设防重点位置;设置减震层能够明显减小隧道衬砌位移及应力响应,但随着减震层厚度的增加,衬砌加速度响应有所增加,建议穿越次级断层隧道采用厚度为6 cm~8 cm的减震层为宜。研究成果能够为穿越次级断层隧道的抗震设防提供参考。     

浅埋偏压隧道地震动力特性及稳定性分析

基于土-结构相互作用模型．利用粘-弹性边界条件,运用时程分析方法研究浅埋偏压隧道在水平地震、垂直地震以及45°方向作用下的全时程动力反应规律。对围岩和衬砌受力、注浆锚固范围等隧道工程特性进行分析研究,以期为浅埋偏压隧道抗减震设计提供一定参考.     

双洞隧道洞口段抗减震振动台试验

以西南高烈度地震区某拟建隧道为背景,开展了隧道洞口段抗减震振动台模型试验研究.通过对有无减震层体系的对比试验,研究了减震层的减震效果;并针对目前振动台试验普遍采用的多次加载方案产生的损伤累积问题进行了分析,同时给出了围岩和衬砌的裂纹发展过程及破坏形态.结果表明:在围岩与隧道之间设置减震层可以有效减弱围岩与结构之间的动力相互作用,从而起到减震效果;在评价结构抗震性能时需要考虑多次加载产生的损伤累积和裂纹效应的影响.研究结果可为结构在地震作用下的开裂分析提供参考.     

黄土隧道结构的振动台模型试验研究

为了研究黄土隧道结构在不同地震波及降雨条件下的地震响应和橡胶减震层的减震效果，按相似理论分别设计制作了缩尺比为1∶40的减震黄土隧道及非减震黄土隧道，在总降雨量50 mm，降雨强度10 mm·h^-1的条件下，分别加载近、远场地震波El-Centro波和Taft波，对比了地震波不同加速度条件下黄土隧道各测点的地震响应情况及土压力变化情况，通过减震模型和非减震模型各测点的应变变化情况分析了黄土隧道的减震效率。结果表明：在调幅和持时一致的情况下，黄土隧道结构对于不同的地震动具有明显的选择性，El-Centro地震动条件下的动力响应大于Taft地震动条件下的动力响应，说明黄土隧道结构的动力响应不仅取决于地震动的强度及持时，也与地震波的频谱特性有关，黄土隧道结构对近场地震波的响应大于远场地震波；对模型横向加载，模型各点的横向加速度和竖向加速度均有变化，横向的加速度响应大于竖向的加速度响应；拱顶位置的土压力较大，拱脚位置虽然土压力较小，但应变变化较大，应力集中现象明显；通过设置减震层可使衬砌不同部位的应变值均有所减小，且应变越大的部位减震率越高，不同工况下拱顶及拱脚的应变减震率接近50%，设置减震层不但可以减小衬砌结构的变形，而且能吸收地震能量，发挥围岩结构和衬砌结构的协同作用，减小土体的裂缝宽度及深度。     

注浆加固地层技术在淤泥地层中的应用

根据淤泥软土的性质，分析了淤泥地层的注浆加固机理，并对淤泥注浆的材料水泥—水玻璃浆液，从凝结时间、抗压强度、化学反应机理等方面进行了分析，并通过福州市福新路地下过街道的施工实例，介绍了淤泥注浆材料、注浆参数、注浆过程及注浆后的效果检查。     

下穿立交桥地铁隧道袖阀管加固技术研究

袖阀管注浆工法由于具有更好地控制注浆范围与注浆压力、可进行重复注浆,且发生冒浆与串浆的可能性很小等特点,被公认为最可靠的注浆工法之一。以深圳地铁4号线二期工程上民区间富水流砂段桩体注浆加固设计和施工为工程依托,运用有限差分法原理及相应程序FLAC3D,对袖阀管注浆加固技术的作用机理进行模拟分析,通过模拟分析得出,袖阀管设计以设计2排、袖阀管伸入隧道底部以下6m最好,为加固方案的优化提供了指导。     

大型地下洞室高边墙无盖重固结灌浆试验研究

研究布置在薄层、陡倾角灰岩、夹软弱页岩层状中的大型地下洞室高边墙在无盖重条件下,通过固结灌浆加固处理,验证固结灌浆施工工艺,以确定合适的灌浆压力及浆液配比;验证无盖重固结灌浆加固处理措施对洞室高边墙围岩稳定性的影响。所取得的研究成果填补了大型地下洞室高边墙布置在薄层、陡倾角灰岩、夹软弱页岩层状中实施无盖重固结灌浆加固处理尚无成功经验的空白,对类似工程的设计、施工具有重要的参考和借鉴作用。     

富水砂层合理注浆终压室内试验

在富水砂层注浆加固工程中,浆脉对砂层的挤密作用对加固后的工作面稳定性和稳定时长具有控制性作用,注浆终压是形成挤密作用的关键参数,合理的注浆终压能够使注浆效果达到最佳,同时减少注浆量和地表抬升变形。选取青岛地区含黏性土砂层作为典型地层,采用一维排水固结压缩模拟浆脉挤密砂层过程,设计了一套测定渗透系数和稳定时长的试验装置,研究了渗透系数和稳定时长随固结压力的变化规律;并基于普氏自然平衡拱理论,验证了不同固结压力条件下砂层的稳定性。研究结果表明：当固结压力超过800 kPa时,固结压力的增加对砂层渗透系数及稳定时长的影响变得不显著;对于青岛地区标准单洞地铁隧道断面,当固结压力超过700 kPa时,可保证被挤密砂层的抗剪强度满足开挖自稳要求,因此,综合确定800 kPa为青岛地区该类富水砂层的合理注浆终压。研究成果应用于青岛地铁13号线灵-黄区间暗挖隧道富水砂层加固治理工程中,验证了理论成果的正确性,对浅埋暗挖隧道富水砂层灾害控制理论研究和工程实践具有一定指导意义。     

成都砂卵石地层注浆加固技术应用

为了解决成都地铁高富水砂卵石地质条件下,地层注浆加固工艺少、加固效果起伏大的难题,采用室内反复模拟试验,现场实践验证、比对和反馈,对传统袖阀管注浆加固技术从器械构造、工艺流程、注浆材料等方面进行优化改进和总结,得出先用聚氨酯封口、再注水泥-水玻璃浆和AB化学浆液的粗细颗粒相结合注浆加固,能大大增强砂卵石地层定向注浆的可靠性和增大浆体注入量,确保注浆加固效果,降低建(构)筑物和管线安全控制风险。     

玉蒙铁路秀山隧道涌水涌砂地段施工技术

以新建铁路昆明至河口线玉(溪)-蒙(自)段秀山隧道平导PDK34+570涌水涌砂为例,探讨隧道在涌水涌砂等复杂地质条件下,以涌砂体加固施作止浆墙、注浆、管棚施作等施工技术,结合超前地质预报和围岩监控量测技术保证隧道安全施工的方法。     

南宁地区富水圆砾层袖阀管注浆加固技术

为了解决南宁地区富水圆砾地层袖阀管注浆加固过程中浆液扩散难以控制、加固效果难以保证的问题,通过室内试验和现场实践,从工艺参数、浆液配合比等方面进行优化改进,总结得出在制浆过程中,通过添加外掺料形成能提高浆液抗分散能力的复合浆液,并采取低压慢注相结合的注浆新工艺,从而提高富水圆砾层注浆加固的可靠性。     

城市地铁穿越软流塑地层段的设计施工技术

软流塑地段围岩自稳能力极差,易坍塌,严重时可能发生突水涌泥现象,地层加固难度较大。通过已经成功修建的工程实例重点剖析城市地铁在穿越软流塑地层时的设计施工技术,重点对洞内注浆加固、软弱围岩仰拱超前、水平旋喷加固、冻结加固法等施工辅助工法进行介绍和比选。同时对软流塑淤泥质粉质黏土地层进行劈裂注浆的原理、可行性、加固范围与扩散半行、注浆压力、注浆量、浆体材料和配比、注浆效果等进行了研究。     

水平旋喷加固在富水未成岩粉细砂层中的应用

为在以富水砂层为代表的软弱地层顺利施工隧道与地下工程大断面,以兰渝铁路某隧道富水未成岩粉细砂层水平旋喷加固及支护施工为例,对水平旋喷加固机制、旋喷参数选择、机械设备配置及施工关键控制技术进行研究及应用。通过高压水平旋喷在开挖线周遍形成水平咬合桩和开挖面稳定锚固桩,有效避免了开挖过程拱顶流砂、坍塌及工作面失稳的现象,实现了富水砂层隧道大断面开挖,提高了开挖施工综合效率。