圆形隧道围岩与衬砌渗透力解析解

针对国内外现有隧道围岩渗透力公式均未考虑衬砌渗透性影响的情况,依据无限含水层中井理论,把深埋隧道中隧道围岩、衬砌渗流概括为承压水向垂直井的运动,推导了轴对称条件下围岩、衬砌渗透力公式,并考虑了注浆圈对围岩、衬砌渗透力的影响,最后通过对比分析得出衬砌渗透性对围岩渗透力的影响很大,不能被忽略.当围岩渗透系数与衬砌渗透系数之比n增大时,围岩渗透力会不断降低,但当n>50时,n值对围岩渗透力影响不大.     

富水公路隧道渗流场数值模拟及应用

应用有限元软件分别针对两种围岩级别下有无注浆加固圈4种工况,对某高速公路隧道富水区段开挖过程的水—力耦合效应进行了分析。结果表明:注浆圈的施作,在改变水头等高线分布的同时改变了隧道附近一定范围内围岩的综合渗透系数,减小了隧道内的排水量。但排水量并不随注浆圈厚度的增大而有明显减小。数值分析可以很好地反映注浆圈对围岩的止水作用,可为同类工程问题的解决提供依据。     

计算隧道排水量及衬砌外水压力的一种简化方法

针对山区高水位隧道建立了研究隧道排水量及衬砌外水压力的简化模型，经过理论推导得出隧道排水量以及衬砌、注浆加固圈外水压力的解析公式，并将其应用于圆梁山隧道涌水量预测及排水量与衬砌水压关系研究．研究结果表明，随着隧道排水量的增加，衬砌水压减小，只有在考虑衬砌的排水性能即采取排水措施时才能发挥注浆加固圈对渗透水压的衰减作用，所得结论对于山区高水位隧道设计具有一定指导作用．     

海底隧道围岩注浆效应研究

针对海底隧道建立了研究隧道涌水量及注浆圈外水压力的简化模型,经过理论推导得出隧道排水量以及注浆加固圈外水压力的解析公式;由拉格朗日差分法(FLAC2D)建立数值计算模型,在隧道周边范围对软弱围岩进行注浆。对比海底隧道在注浆前后位移场和涌水量的变化,结果表明:通过注浆提高了围岩的抗剪强度和抗剪刚度,使隧道顶、底板位移得到了有效的控制,隧道的涌水量大为降低,起到了良好的止水效果,有利于围岩的整体稳定。该结果对富水地层条件下的海底隧道工程涌水量预测及注浆处治措施提供一定的理论参考。     

控制型防排水隧道渗流场数值分析

分析隧道开挖过程中采用地下水控制排放措施时,隧道周围渗流场的变化情况,得出不同注浆圈渗透系数和厚度时隧道开挖排水量的大小,以及隧道开挖排水造成的地下水位降深情况。通过分析得出注浆圈厚度和渗透系数存在最优值。研究结论对于富水隧道施工有一定的指导。     

冻胀力作用下土质隧道衬砌内力影响因素敏感度分析

运用有限元数值模拟,计算分析了隧道衬砌内力(弯矩、轴力、最大拉应力)对土体冻胀率、冻结圈厚度、衬砌厚度、围岩弹模的敏感度。研究表明:隧道衬砌弯矩、轴力及拉应力对围岩自由冻胀率均敏感;隧道衬砌轴力、拉应力对围岩弹模敏感,而隧道衬砌弯矩对围岩弹模的敏感度较小;隧道衬砌内力受冻结圈深度影响较为明显,而衬砌厚度对衬砌内力影响相对最弱。建议对于季节性冻土区隧道设置保温隔热层及在衬砌背后一定范围内的注浆。     

非均质软弱围岩隧道注浆加固圈分布特性

基于随机分布理论和流-固耦合理论, 考虑注浆过程中围岩物性参数的动态变化和浆液黏度时变性, 推导了流-固耦合作用下非均质软弱围岩的浆液扩散方程, 并运用多场耦合软件COMSOL Multiphysics建立了小导管注浆浆液在非均质软弱围岩中的扩散模型, 系统研究了注浆参数与小导管布设等对浆液扩散与注浆加固圈形成的影响。研究结果表明: 浆液在非均质软弱围岩内以类椭圆形向四周扩散, 扩散形态随注浆压力、注浆时间与围岩参数等动态变化而不断变化, 最终趋于稳定; 在注浆过程中, 增大注浆压力和延长注浆时间在一定程度上可提高浆液的渗透能力并改善围岩的渗透性, 而适当的增大小导管布设长度或减小导管布设角度有利于注浆加固圈的形成; 为达到最优注浆效果, 洞头山隧道小导管预注浆加固压力宜设为1 MPa, 注浆时间宜控制在400 s, 小导管布设角度不宜小于30°, 布设长度应大于2.5 m; 经现场监测验证, 隧道围岩28 d抗压强度提高至2 MPa, 围岩渗透系数降至10-5 cm·s-1, 后续台阶法施工开挖拱顶沉降均小于3 cm, 围岩整体性和连续性得了显著提高。      

基于温度比拟法的隧道衬砌水压精细化模拟分析

为验证温度比拟法在隧道衬砌水压计算中的精度与可行性,在隧道开挖未支护、施作衬砌以及围岩注浆3种工况下,将该法的计算结果与理论解析法轴对称解、流固耦合法进行对比.针对高速公路典型双车道马蹄形断面建立含有隧道防排水系统的精细化模型,研究衬砌外水压力在隧道横断面和纵断面上的分布规律.结果表明:施作衬砌后,衬砌外水压力明显增大,围岩注浆则可在围岩和衬砌之间形成水压过渡缓冲区,使衬砌外水压力减小;衬砌外水压力在纵向排水管以上呈周期性分布,在排水节间中部最大,在环向排水管处最小;横断面水压则呈现倒葫芦形,在拱脚处最小,在拱顶和仰拱处较大;在既定的计算假设下,温度比拟法与轴对称解的最大误差为0.3%,与流固耦合法的最大误差为14.8%,满足工程精度要求.      

SV波入射下衬砌尺寸对引水隧道动力响应的影响

采用波函数的Fourier-Bessel级数展开方法,得到了SV波入射时,大型引水隧道平面地震响应的解析解,并对建立的场地模型进行数值计算.计算结果表明：SV波入射时,引水隧道衬砌的径向动应力随隧道内径的增大而增大,径向动应力的最大值与隧道内径呈线性关系,SV波入射引起的引水隧道衬砌的切向动应力随隧道内径的增大而增大.当入射角小于临界角时,切向动应力受隧道内径变化的影响很大.此外,引水隧道衬砌的径向动应力随衬砌厚度的增大而增大,切向动应力则随衬砌厚度的增大而减小.     

基于强度应力比的挤压性围岩隧道承载拱变化规律研究

围岩承载拱理论可很好地解释隧道施工过程中围岩是承载主体,特别是挤压性围岩隧道支护抗力远小于初始地应力,围岩承载主体地位更为突出。围岩强度应力比是挤压性围岩隧道变形分级的主要判别指标。从围岩承载拱理论出发,推导了基于强度应力比的挤压性围岩隧道承载拱理论解,建立了围岩承载拱范围与挤压性围岩隧道变形分级的定量关系。研究结果表明:挤压性围岩隧道围岩承载拱厚度随围岩强度应力比减小而增大,随隧道洞径增大而增大,随围岩强度减小而增大,随初始地应力的增大而增大,随支护抗力的减小而增大;通过地层注浆加固改善围岩强度及通过增大支护刚度而提高支护抗力,均可有效降低承载拱厚度,从而提高围岩稳定性。研究成果可为挤压性围岩隧道设计施工提供理论支撑。     

基于水均衡方法的隧道涌水量概率预测

准确预测隧道的涌水量对保证隧道施工安全、降低隧道工程风险及防排水设计具有重要意义。采用降水入渗法,结合蒙特卡洛随机模拟技术,对河北省水峪隧道的涌水量进行概率研究。首先,确定了涌水量计算公式中三个随机变量的分布类型及数字特征;对各参数进行了1000次随机实现,获得了涌水量的分布直方图,取其置信概率为5%对应的值作为预测结果。研究结果表明,隧道涌水量服从正态分布,均值、预测值分布为56.215m^3/d和89.340m^3/d。该研究为隧道涌水量预测提供了一种概率分析方法,具有一定的参考价值。     

太中银铁路大断面黄土隧道施工技术

根据太中银铁路大断面黄土隧道地质特点,隧道开挖采用环形导坑预留核心土法和三台阶法,主要介绍了施工工序,同时介绍了隧道初期支护、二衬、施工防排水和沉降变形控制技术。为黄土隧道安全、快速施工提供了经验借鉴。     

一种用于浅埋隧道抗震分析的拟静力数值方法

提出一种用于浅埋隧道抗震分析的拟静力数值方法,该方法用等效静载反映地震波对围岩与衬砌结构的作用,考虑地震波特点,分别计算体波（Ｐ和Ｓ波）和面波（Ｒ波）的影响,并将计算得出的衬砌反应与静载作用下的隧道衬砌的已有应力迭加视作隧道在地震时最大应力,地震波作用及静载作用的结构位移及应力均采用有限元或其它数值方法计算,提出的方法已在南昆铁路隧道抗震研究中的运用。     

软岩小净距隧道最优开挖方法数值模拟

以兰渝线新城子隧道为背景,利用有限元法模拟并分析了不同开挖方法对软岩小净距隧道的相互影响,以及双层支护结构在小净距隧道中的应用效果.结果表明,双层支护可以有效的控制地应力的分阶段释放;第一层初支承担大部分围岩荷载,第二层初支承担第一层初支变形引起的荷载;通过对比分析发现,两隧道交互开挖、待左右线均开挖完成后再施作二衬为最优工法.     

有限元极限分析法在隧洞工程中的应用

作为一个学术报告对以往研究成果做一个综述,内容包括有限元极限分析法原理、隧洞的破坏机理、隧洞深、浅埋分界标准,无衬砌隧洞围岩的定量稳定性分析质以及有衬砌隧洞时隧洞初衬与二衬的设计计算方法,以供同行们参考.     

水下隧道开挖面三维渗流场解析及涌水量预测分析

开挖面前方地层水压力及渗水量值是水下隧道工程重要参数,也是开挖面支护力设计、超前堵水加固参数设计的重要指标. 针对以往二维渗流模型分析水下隧道开挖面前方三维渗流场的局限性问题,首先,建立考虑开挖面前方渗流等势面为空间曲面的水下隧道三维渗流解析模型;其次,推导以开挖面所在平面为分界线的全部未开挖区半地层空间的水头分布函数,得出开挖面渗水量及前方地层孔隙水压力计算公式;最后,分析超前加固厚度、土体与超前加固渗透系数相对值等因素对开挖面前方水压力及渗水量的影响. 分析结果表明:与以往考虑开挖面正前方为二维渗流场的理论模型相较,三维解析模型能更好地反映开挖面前方空间渗流形态,且涌水量与水压力计算结果误差在5%以内;当掌子面前方加固范围为2倍洞室直径,超前加固区与地层相对渗透系数取值50,为安全合理的超前堵水加固参数.      

挪威海底隧道最小岩石覆盖厚度的经验及应用

挪威是世界上采用钻爆法修建海底隧道最多的国家,在最小岩石覆盖厚度取值方面积累了大量经验.舟山灌门水道海底隧道地质条件、设计断面与挪威已建海底隧道有类似之处,可以借鉴挪威经验确定其最小岩石覆盖厚度.文中总结出挪威海底隧道最小岩石覆盖厚度的海水深度经验曲线和基岩埋深经验曲线.根据舟山灌门水道海底隧道地质纵断面图,选择控制垂直线路走向的3个分析断面,应用挪威经验得到相应分析断面的最小岩石覆盖厚度.     

大型海底隧道钻爆法修建关键技术

针对海底隧道建设和运营中的突出问题,以工程安全和排水量控制为核心,对其关键技术进行了系统的研究和实践.限于通道两岸接线的条件,提出了“极限顶板厚度”的概念,使隧道纵断面位置的选择更加自如;基于精细化的地质勘察,提出了物探与钻探相结合,以钻探为主的超前探测方法;针对海底隧道施工对围岩稳定和堵水的双重要求,提出了“复合注浆”的新理念,并形成了相应的周边帷幕注浆技术;通过对地层变形及动态演化过程的研究,建立了施工扰动下海床安全状态与隧道围岩变形的量化关系,制定了保证隧道安全性的围岩变形控制标准;提出了隧道原始渗水量的分级方法,建立了基于排水量控制的围岩加固圈和支护结构设计方法,明确了初期支护的主承载作用,二次衬砌结构通常仅作为安全储备;针对海底隧道的高风险特点,建立了工程安全控制体系,形成了相应的管理基准和我国海底隧道钻爆法修建的技术模式.     

公路隧道衬砌换拱技术探讨

换拱是对公路隧道在施工中和营运后发生的危及安全、侵入建筑限界、影响使用功能等较为严重隧道病害的一种较为彻底的病害处治措施,其荷载有较大的不确定性,设计、施工难度较大,技术流程较为复杂,在这分别介绍了初支、二衬的换拱过程和方法,且列举两处工程实例,可供类似隧道换拱参考。     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移．对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力．支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道项板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大．文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征．通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道V级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响．