蠕变作用下洞径对大埋深软岩盾构隧道力学特性研究

为解决大埋深软岩盾构隧道衬砌结构的稳定性问题，依托广佛环线广州南站至白云机场段工程段盾构隧道工程，采用YSJ-01-00岩石三轴压缩流变试验机对泥质砂岩试样进行了室内蠕变试验，确定了数值模拟中Cvisc模型描述隧道泥质砂岩的蠕变特性的适用性；采用数值模拟对围岩蠕变作用下大埋深软岩盾构隧道力学特性展开了探究，结果表明：蠕变过程分为逐渐衰减和稳定蠕变两个阶段，围岩蠕变会造成内力值、弯矩以及应力值增加，从而使盾构隧道管片结构变形更加严重；当洞径不同时，其产生的围岩蠕变过程中，弯矩值、轴力值、变形值、应力值的变化趋势基本相同；如果洞径持续增大，其周边的岩石产生的压力更加明显，尤其集中体现在衬砌结构(管片)上，衬砌变形程度也更大；管片衬砌外侧接触压力与洞径成正比，同时拱腰处的接触压力所受到的影响相对较大。研究结果可为大埋深软岩盾构隧道的设计和施工提供指导。     

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%。     

盾构隧道施工过程中管片内力的研究

在北京地铁5号线北新桥一雍和宫左线区间隧道试验段,选取3个不同地质情况的测试断面,进行盾构施工过程中管片内力研究.结果表明,在盾构施工过程中,从管片结构形成局部稳定状态到最终与地层之间形成平衡状态,管片的内力不断调整、变化;管片在尾板保护范围之内时,管片在左右45°方位和拱底处轴力较大;管片脱离尾板保护后,土体和填充浆液对管片产生作用,使管片内力迅速增加,增幅最大达30%～40%,此时是装配式管片单层衬砌安全的关键时刻之一;地质情况对管片轴力有较大影响,在粉土层中管片轴力大,在砂土和卵石地层中管片轴力较小;地质情况对管片弯矩的影响不明显;注浆效果对脱离尾板保护管片的内力有直接影响,提高注浆效果可使管片受力均匀,提高管片的耐久性.     

地层空洞影响下地铁盾构隧道衬砌结构响应试验研究

为探究盾构隧道管片背后空洞对隧道结构的影响,采用模型试验手段,考虑空洞形成过程,分别就无空洞,拱顶、拱腰、拱底背后空洞4种工况下衬砌结构变形、受力、与地层接触压力的响应规律进行研究.研究结果表明:无空洞时,衬砌受到均匀的地层压力,同时地层也提供给衬砌充足的地层反力,管片内力呈"对称式"分布.有空洞时,空洞的存在改变了衬...     

大直径盾构隧道新型扩挖结构关键构件力学特征分析

结合北京地铁14号线?10m盾构隧道扩挖车站试验段工程,研究分析采用盾构中洞—边桩法扩挖修建地铁车站施工过程中结构体系的受力转换、受力行为及变化特征。通过地层结构数值模拟方法,动态分析确定盾构管片、边桩导洞、中导洞扣拱初衬及中柱等构件的内力和变形特征。研究结论可为类似工程的设计和施工提供参考。     

上下重叠盾构隧道管片内力数值计算分析

为了充分掌握地铁小净距上下重叠盾构隧道管片的内力变化规律,以深圳地铁3号线老街站—晒布站区间重叠盾构隧道为背景,采用数值模拟进行上下重叠盾构隧道管片内力计算分析。通过对单洞和重叠盾构隧道不同工况下的内力变化、两重叠隧道管片内力在不同地层损失率下的变化特征的模拟计算,表明近距离上下重叠盾构隧道在施工过程中相互"卸载"作用明显,重叠盾构隧道较单洞内力有所减小。综合考虑重叠盾构隧道的近接施工影响、地表建筑物沉降,结合深圳地区已施工完成工程的经验,最终确定按20%的释放率进行管片内力计算。     

重叠隧道上洞开挖面支护与注浆压力对下洞隧道的影响分析

以昆明地铁首期工程环城南路站—昆明火车站站区间重叠隧道为背景,研究重叠隧道施工时开挖面支护压力及注浆压力对下洞隧道的影响。采用有限元数值模拟方法,分析了土仓压力与注浆压力对地表沉降和下洞管片衬砌结构应力的影响。研究表明,注浆压力的影响更为显著,盾构掘进应保证开挖面支护压力不小于地层原始水平应力,注浆压力应控制在0.8~1.0倍地层原始应力范围内。     

黄土地区地铁盾构隧道近距离下穿既有线影响规律及控制标准研究

为研究黄土地区盾构隧道近距下穿既有线的影响规律及控制标准,以西安地铁5号线盾构隧道下穿既有2号线隧道工程为背景,分析在既有隧道与下穿隧道竖直净距为盾构隧道管片外径0.2倍、0.4倍、0.6倍、0.8倍及1.0倍5种工况下的地表沉降和既有隧道在其与新建隧道正交截面上的拱顶及拱底位移、附加应力情况。由结果可知:随着既有隧道与新建隧道竖直净距的减小,地表和既有隧道的拱底拱顶位移均呈线性增大的趋势;地表沉降曲线与既有隧道拱顶沉降曲线呈单峰形态,而拱底位移曲线呈双峰形态,且左峰值小于右峰值;既有隧道在盾构过程中产生正弯矩,应力在盾构穿越其正下方时出现分化;应尽量避免竖直净距小于0.2倍洞径的双线盾构下穿,当采用0.4倍洞径竖直净距下穿时,应将新建隧道拱顶沉降值控制在13 mm以内。     

暗挖隧道近接上穿地铁盾构隧道的施工模拟

结合北京地铁10号线"国—双区间"盾构隧道受近接上穿地下过街通道施工影响的工程问题,针对盾构隧道周围地层的二重管无收缩WSS工法注浆加固措施,对整个动态施工过程进行了数值模拟分析,预测了地下通道的开挖卸荷引起下卧盾构隧道的变形情况,并评估了盾构隧道的安全性。通过计算分析,发现对近接盾构隧道周围地层采用WSS工法注浆加固能够有效地减小开挖卸荷引起的既有盾构隧道隆起变形和收敛变形,增大变形曲率半径,从而减小盾构管片的纵、横向的附加应力,对近接施工中的既有结构起到了保护作用。     

深埋软岩盾构隧道围岩压力控制方法研究

以广佛环线东环隧道工程为背景,从盾构隧道动态施工全过程出发,参考考虑开挖面空间效应的二阶段分析方法,拓展盾构隧道施工全过程的两阶段分析方法,以此分别建立盾构隧道施工第一阶段和第二阶段分析模型,研究围岩蠕变过程中围岩应力释放率、填充层厚度、填充层弹性模量对大埋深软岩盾构隧道围岩和支护结构相互作用规律的影响。结果表明:(1)施工过程中可从两方面控制围岩压力,分别为第一阶段中围岩的应力(位移)释放率及第二阶段中管片和填充层的联合支护效果;(2)第一阶段,超挖量、盾壳长度及填充层滞后距离越大,围岩传递到管片衬砌上的荷载越小;(3)壁后填充层在管片衬砌与其的联合支护体系中能起到缓冲作用,使围岩传递到管片衬砌上的荷载更均匀;(4)壁后填充层的弹性模量存在临界值,其值在50～200 MPa范围内,当壁后填充层的弹性模量远大于此临界值时,能分担较多围岩压力,当其弹性模量小于临界值时,围岩能释放一定的围岩应力,以此减小管片衬砌所受围岩压力;(5)第一阶段应力释放率对管片衬砌变形和内力的影响程度在围岩的蠕变作用下有所减小,但填充层厚度及其弹性模量对管片结构的作用规律几乎不受围岩蠕变的影响。     

新建铁路隧道下穿既有运营隧道的设计与施工

新建隧道小净距、大角度下穿既有运营隧道一直是隧道设计和施工的难题之一,此类施工既要保证新建隧道施工安全,又要确保既有线安全正常运营。针对山岭隧道下穿既有铁路隧道工程实例,计算新建隧道与既有隧道的最小理论净距,在分析新建隧道与既有隧道的立交关系、所处地层条件、既有隧道现状的基础上,对立交影响段附近新建隧道的施工方案及既有铁路隧道的加固方案进行研究。严格控制爆破振动对既有隧道结构和线路的影响,对既有隧道及新建隧道的监控量测进行信息反馈及预测预报,指导现场施工,确保下穿施工时既有线行车及新建隧道施工的安全。     

新建引水隧洞下穿既有铁路隧道爆破施工影响研究

根据左权县西安村水电站1号引水隧洞下穿既有阳涉铁路半坡2号隧道工程实例,结合经验公式法和三维数值模拟计算方法,对引水隧洞下穿既有铁路隧道的爆破施工影响进行研究,分别得出引水隧洞控制爆破范围和既有铁路隧道受影响区段及变形规律,提出引水隧洞爆破施工时既有铁路隧道的处理措施,以确保既有铁路隧道衬砌结构和列车运行的安全。     

牡绥铁路双丰隧道辅助坑道设计研究

双丰隧道是牡绥铁路最长的隧道和重点控制工程,其辅助坑道设置对隧道建设本身及牡绥铁路整体建设都具有重要的意义。隧道开工后因施工组织受客观条件影响,先后将设计的2座斜井由单车道变更为双车道;在2号斜井工区率先进入第三系泥岩后,开挖变形大,易发生涌水涌泥,施工受阻,通过对比研究斜井、迂回平导方案,推荐增加迂回平导辅助1、2号斜井工区施工;详细介绍斜井断面的拟定及新增迂回平导平、纵断面设计及优化和内轮廓拟定等,最终有效保证了隧道的施工安全和顺利贯通。     

新建隧道下穿多座隧道施工技术

以渝黔引入贵阳枢纽铁路龙宝冲隧道下穿6座已建及在建隧道工程为例,结合现场,详细分析、介绍了下穿隧道施工方案、原则、施工方法;提出了新建铁路隧道近距离下穿隧道交叉点附近施工爆破控制、防护方案,以及新建、既有隧道的监控量测、超前地质预报、安全性评估与评价等施工技术;解决了下穿隧道施工中既保证新建隧道施工安全,又保证既有隧道不受影响的问题。     

双线公路隧道下穿铁路隧道不同施工工法理论研究

针对新建隧道下穿既有铁路隧道施工安全性问题,基于有限元摩尔库伦原理对不同施工工法的三维隧道交叉模型进行模拟分析。对比分析CD法、CRD法和双侧壁导坑法的新建公路隧道下穿既有铁路隧道引起的公路隧道施工不同部位稳定性演变和运营铁路隧道沉降变化,以期为类似工程提供借鉴作用。研究结果表明:对于自身隧道开挖,双侧壁导坑法在控制拱顶沉降具有一定优势,但在水平收敛上CRD法效果最好,其次是双侧壁导坑法。不同工法对既有铁路隧道的沉降影响不同,采用双侧壁导坑法公路隧道施工对既有铁路隧道的沉降影响最小,且不建议在交叉隧道处采用CD法进行施工。     

软弱围岩隧道辅助坑道进正洞综合技术

辅助坑道与正洞相交地段处于复杂的三维受力状态,在复杂地质条件下隧道挑顶施工过程中必须尽快完成支护,尽快控制围岩变形,保证挑顶作业的施工安全。根据新建铁路沪昆客运专线贵州段捧古隧道一号横洞进入正洞挑顶施工的实践经验,详细介绍了隧道挑顶施工工艺特点,安全质量控制措施,并强调了相关注意事项,总结了在泥岩、泥灰岩等软弱富水围岩地质条件下,隧道辅助坑道进正洞挑顶施工的综合技术措施。     

铁路隧道下穿既有高速公路隧道施工控制技术研究

研究目的:解决新建隧道近距离穿越既有隧道时,既保证新建隧道施工安全,又能使既有线正常运营的问题。研究方法:针对温福铁路头岭隧道下穿既有高速公路隧道工程的实际情况,结合国内外研究成果和国家现有规程,在分析既有隧道健全度及施工对策的基础上,对交叉点附近新建隧道的施工方案及既有高速公路隧道的监控量测措施进行了分析研究。研究结果:得出了几种施工技术和相应的参数、控制标准。研究结论:(1)近距离爆破振动施工可能会产生严重危害,必须引起高度重视,因此,头岭隧道穿越段施工之前,应对既有隧道衬砌强度、衬砌背后空洞分布、衬砌抗震性等进行必要的评估,制定爆破振动控制基准,进行合理的爆破参数研究。(2)在新建隧道掌子面推进到离交叉点3~4倍洞径时,应开始做好既有隧道内的监控量测,通过监测分析结果,合理调整开挖方法、爆破参数及起爆方式,确保既有隧道安全。(3)交叉段施工完成之后,对既有隧道交叉点附近隧道衬砌结构应重新进行安全性评价,确保既有隧道不会因时间推移而产生破坏。     

深埋隧道内小净距地下洞室群钻爆开挖技术

结合云山隧道3#斜井地下风机房小洞室群的开挖施工,根据《爆破安全规程》中交通隧道安全振动速度标准的要求,施工中区别洞室断面大小与毗邻净距等因素,选用合理开挖顺序及施工方法,通过爆破振动监测和爆破参数优化确保既有洞室围岩稳定,探讨地下风机房小净距洞室群开挖减震控制措施。     

新建地铁隧道下穿既有地铁施工技术

北京地铁10号线国贸-双井站区间暗挖隧道施工下穿既有地铁1号线,既有线地铁结构的安全度已达临界状态,施工不能中断行车运营。为有效控制新线施工开挖引起的地层变化对既有结构位移和变形的影响,对既有线采用袖阀管注浆、WSS工法加固的措施,详细介绍新建10号线初支顶部与既有1号线初支仰拱零距离密贴、刚性支护紧贴1号线底板进行下部隧道施工的作业要点和技术措施,以确保施工安全和既有地铁的正常运营。实践证明,该工程首次采用密贴既有结构底板的形式穿越既有地铁隧道,对城市地下工程施工具有一定的指导意义。     

黄土塬区浅埋大断面隧道掌子面失稳机理研究

研究目的:高速铁路以隧道形式穿越黄土塬区时,受地下水位高、含水量大、围岩分级高、浅埋段距离长等特点的影响,隧道掘进施工中掌子面失稳及坍塌风险高。大断面黄土隧道掌子面稳定分析中,大都集中在浅埋短距离隧道的横向二维问题上,很少提到浅埋长距离隧道的纵向变形和掌子面超前稳定问题。研究结论:(1)针对黄土塬区大断面隧道掘进施工中掌子面失稳及坍塌风险,建立了利用Terzaghi松动土压力理论的三维修正分析模型,推导出了浅埋长距离隧道掘进施工中掌子面稳定性的计算公式;(2)研究了黄土隧道三台阶预留核心土工法施工中掌子面稳定性与黄土含水量之间的关系,提出了黄土塬隧道掌子面施工稳定含水量界限参考值为20%,针对性地提出了安全预防措施;(3)该研究成果可有效指导黄土塬区浅埋慢坡隧道掌子面安全施工,为浅埋长距离隧道的纵向变形和掌子面超前稳定分析和安全控制提供理论依据。