郑西客运专线黄土隧道无砟轨道铺设前沉降评估浅析

研究目的:郑州至西安客运专线是我国第一条整线采用改进的旭普林双块式无砟轨道的长大线路,无砟轨道对于基础的沉降要求非常严格.而我国目前对黄土隧道沉降问题,是一个空白,国内外都没有成熟的经验可借鉴.对于隧道基础沉降评估,更是没有先例.本文通过对郑西客运专线隧道评估的分析探讨,提出完善隧道基础沉降评估的程序,总结出隧道沉降的部分规律.研究结论:通过对黄土隧道无砟轨道铺设前沉降评估浅析得出:隧道基础的总体沉降很小,绝大部分沉降量小于5 mm;仅有小部分断面实测数据能拟合出合理的预测曲线,大部分断面实测数据无法拟合出合理的预测曲线;隧道一般在二次衬砌完成60～120 d内变形即趋于稳定.     

砂层基础的运营地铁隧道异常沉降治理措施研究

砂层基础的运营地铁盾构隧道异常沉降极易引起管片破损、错台、渗漏和道床脱空剥离等表观病害,严重危及隧道结构及运营安全。因地铁运营线路治理环境的特殊性,难以及时采取隧外地面注浆的治理措施控制沉降,难以保障结构治理的时效性。因此,采取隧道底部钻孔注射超细水泥浆的治理方案,并通过跟踪监测对治理效果进行检验。结果表明,隧道底部注浆治理方案可快速有效地控制运营地铁隧道异常沉降。注浆之前应首先进行隧道渗漏治理,避免水土流失影响沉降治理效果。超细水泥因其浆液颗粒小、和易性好,可有效充填和固结砂层,同时避免注浆扰动基础引起的隧道二次沉降。通过跟踪监测,治理后的隧道沉降速率满足规范要求。     

大断面隧道分部开挖引起地表沉降的随机介质预测方法研究

大断面隧道在不良地质地段常常采用分部开挖方法，各分部依次开挖，相互作用，地表沉降预测较为困难。应用随机介质理论，首先推导出任意单元开挖引起的地表沉降公式，然后将直角坐标系转换到局部极坐标系下进行积分计算，由此推导出任意一段圆弧收缩引起的地表沉降公式，通过圆弧叠加最终得到大断面隧道分部开挖引起的地表沉降预测公式。该方法应用于国内第一条三车道大断面海底公路隧道厦门翔安隧道陆域全强风化地段分部开挖引起的地表沉降预测，与实测数据对比，效果较好。     

砂卵石地层盾构隧道施工地表沉降槽宽度系数分析

首先对比分析当前沉降槽宽度的计算方法,优选出O'ReillyNew经验公式。然后通过成都地铁7号线现场实测地表沉降数据对O'ReillyNew经验公式进行修正,得出地表沉降最大值,绘制沉降曲线,从而达到预测地表沉降的目的。经成都地铁3号线的实测数据验证,修正后的经验公式能较为准确地计算出沉降槽宽度,适用于砂卵石地层盾构隧道地表沉降的预测。     

分水关隧道无碴轨道铺设前沉降评估技术

沉降评估是无碴轨道能否施工的重要判定依据，以温福铁路分水关隧道为例，介绍了无碴轨道铺设前的底板沉降评估分析方法。根据三个评估原则：（1）以3个月的实际观测数据做多种曲线分析，相关系数不低于0．92。（2）沉降预测可靠性应经过验证，间隔不少于3个月的两次预测最终沉降的差值不大于8mm。（3）隧道主体完工后，沉降预测值与最终沉降值之比大于0．75。选用了双曲线法和星野法进行回归分析，判定分水关隧道可以进行无碴轨道铺设施工。总结出了评估分析的步骤：（1）先计算出双曲线法和星野法的回归方程，如果相关系数R小于0．92，则舍去相应分析方法。（2）选用R值最接近1的分析方法，确定回归方程。（3）根据回归方程，预测最终沉降量，并计算实测值与预测值之比是否大于0．75。（4）进行可靠性验证。（5）汇总分析。     

盾构隧道注浆抬升对隧道结构内力的影响分析

采用注浆抬升技术治理盾构隧道不均匀沉降时,注浆产生的附加应力会增加管片内力,对隧道的长期服役性能造成影响。以宁波地铁某区间盾构隧道不均匀沉降治理工程为背景,通过对比现场实测数据与有限元模拟的结果,验证了有限元计算的可靠性,并在此基础上分析了有无内部支撑体系、不同注浆范围及注浆顺序情况下隧道结构内力的变化。分析模拟结果发现,内部支撑体系可有效减小隧道结构变形及附加内力;采用由近及远、先中部后两侧的注浆顺序,并尽可能扩大横向注浆范围的情况下,隧道产生的附加内力较小。     

成都地铁盾构隧道地表沉降分析

结合成都地铁某区间盾构隧道施工情况,根据实测的地表沉降数据,分析了盾构推进时对地表的横向沉降影响。通过实测数据得出Peck法计算参数,用实测值来验证Peck曲线预测沉降的吻合程度。分析表明:当沉降槽宽度系数k在0.13～0.31之间时,可以较好地反映出横向沉降规律。     

黄土隧道拱顶沉降高分辨率数据分析

选取黄土隧道初期支护完成后一段时间,通过远程采集拱顶动态下沉数据和环境温度变化数据,对隧道沉降数据予以分析表明:拱顶沉降总趋势符合同类围岩隧道拱顶沉降特征,收敛变形趋于稳定。该类隧道沉降基本稳定后,微小的变形数据显示出和温度存在一定的相关性:一方面,由于静力水准仪液面受温度的影响所致;另一方面,隧道围岩受温度的影响,也产生极微小的变形,但均与热胀冷缩的物理过程有关。     

类矩形盾构隧道开挖引发土体沉降解析解研究

类矩形盾构隧道施工可能会导致明显的土体沉降,并进一步影响周围既有建筑物的安全。基于Verruijt解和积分法推导得到类矩形盾构隧道开挖作用下的土体响应解析解,并充分考虑土体等量径向收缩、类矩形隧道竖向、水平向以及旋转位移4个变形分量的影响,以全面描述复杂施工或地层情况下类矩形盾构开挖引发的土体位移模式。利用实际工程实测数据验证解析解的有效性,并通过参数分析研究各个变形参数对地表土体沉降的影响。研究结果表明,解析理论计算结果与实测数据较为吻合,可较好地评估类矩形盾构引发的土体沉降,类矩形隧道的水平位移和旋转位移会使地表沉降呈现非对称形态,并会使最大地表沉降增大。     

基于模拟退火算法的地铁盾构隧道长期沉降预测

软土地区的地铁盾构隧道沉降的影响因素复杂,且不同的因素会对隧道结构内力、变形、接头伸缩等造成影响,导致沉降预测困难。在对杭州地铁1号线某区间沉降实测数据分析的基础上,采用基于Monte-carlo迭代求解模拟退火算法,对逻辑斯蒂曲线模型进行求解,并综合考虑各因素对沉降影响的整体效果,建立地铁盾构隧道长期沉降预测模型。根据实测同预测数据的对比研究分析,本计算求解方法不仅可行,而且与实际量测数据吻合较好。     

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。     

地铁盾构隧道结构安全评判指标体系及模型建设研究

本文基于对地铁盾构隧道结构各类病害及变形破坏特征分析,同时结合长期变形及专项维保监测相关工程实践资料,对地铁隧道结构的综合安全性态评判技术及对应评判模型建设开展研究,并结合某地铁区间工程实例,从隧道结构变形监测成果、病害检测成果、结构形变理论极限指标、病害综合评估等多个维度,初步建立了一套较为全面的地铁隧道结构安全评判指标体系及评判模型,可为进一步开展相关隧道病害综合治理及其整体安全管控工作提供技术参考。     

流固耦合作用下基坑开挖及降水对下卧既有地铁隧道的影响研究

为研究基坑开挖及降水对下卧既有地铁隧道变形的影响,基于比奥固结理论,结合修正摩尔库伦本构关系,建立考虑流固耦合的三维有限元分析模型,探讨基坑降水深度、降水速度、土体渗流特性、基坑开挖工艺等对下卧既有地铁隧道及其围护结构的影响,并与现场监测结果进行对比验证。研究结果表明:基坑降水深度对隧道结构变形有着较大影响,适宜的降水深度有利于抑制地铁隧道的隆起;在分块开挖效应下,隧道最终呈"M"形曲线隆起,竖向位移最大处位于隧道中部的两侧位置;土体渗流存在空间差异性;基坑降水速度会对隧道围护结构的内力产生重要影响,随着降水速度的增大,围护结构的内力会继续增长;隧道衬砌结构变形呈"水平向压缩、竖向拉伸"的竖椭圆状发展,隧道靠近基坑两侧的腰部变形较大;考虑基坑降水的流固耦合分析结果更接近现场实测结果。     

高地应力状态下硬质碎裂岩隧道变形机理研究

高地应力状态下硬质岩隧道产生岩爆,软质岩隧道产生大变形,在山区隧道建设中会经常遇到,也进行过大量的研究,但关山隧道硬质闪长岩在施工中遇到罕见的、特殊的大变形问题。通过对隧道区地质环境背景、岩石成分、岩体结构面特征、原地应力大小研究,配合理论分析,直观地解释硬质碎裂围岩的变形破坏特征与机理,为采取经济、合理的支护措施提供依据,隧道变形控制良好。     

拱北隧道明挖基坑 富水软弱基底加固方案研究

拱北隧道是建设在建筑物密集区的软土地层中的宽体隧道。以该隧道海域明挖段超大基坑的基底加固方 式为研究内容,采用数值分析方法,对比分析满堂、裙边及抽条 3 种不同加固方式对基底沉降变形及围护结构受 力变形的影响,为隧道的基底加固方式比选提供参考。计算表明,所选节段满堂加固对基底的沉降及隧道结构的 变形控制效果更佳,对围护结构的受力影响不大;裙边和抽条的加固效果相近。因此,在不同地质条件下不同节 段可以通过数值计算较好地模拟比较不同的隧道基底加固方案对隧道结构稳定性的影响规律,并结合经济性指 标,选择最合理的加固方案。     

富水砂卵石地层双层衬砌类圆形断面矿山法地铁隧道适应性研究

针对富水砂卵石地层条件下矿山法隧道下穿既有地铁盾构隧道,首先从工期要求与既有工程经验方面进行总体方案设计,明确矿山法隧道近距离下穿既有隧道的优势;随后基于规范要求与富水砂卵石地层特性,提出施工变形控制标准;最后对初期支护+双层衬砌结构型式下的沉降变形、结构内力等进行深入分析,并与常规初期支护+二衬结构型式进行对比分析,明确双层衬砌结构型式的优势。研究结果表明:类圆形断面在减小隧道开挖轮廓与改善结构受力性能等方面具有明显优势,同时本工程双层衬砌构造型式,围岩荷载主要由二次衬砌承担,永久结构(三次衬砌)承担的荷载较小,永久结构在承载力与稳定性,尤其是安全储备方面具有明显的优势。     

大直径盾构隧道轨下结构设计方案比选研究

京张高铁清华园隧道为国内首次采用全预制轨下结构的盾构隧道。以该工程为背景,为得出适合大直径盾构隧道的轨下结构方案,选择轨下结构全现浇、中箱涵预制两侧现浇、全预制3个方案,通过论述分析和建立有限元模型计算,从工期、施工工序、对隧道结构的影响、结构受力和变形特征、施工环境和环保要求、工程造价等方面对方案优缺点进行分析、比选。研究结论:轨下结构全预制方案在工期、施工工效、施工质量、施工环境等方面具有明显优势;全预制轨下结构在受力和变形上能够满足高速铁路的运营要求;施工实践表明,全预制轨下结构有效解决了本工程工期短、距离长、要求高的工程难点问题。     

兰渝铁路杨家坪隧道1号横洞工区大变形成因机制探析

通过分析成兰铁路杨家坪隧道1号横洞工区的地层岩性、地质构造、地应力场、工程地质条件及工程设置、施工组织顺序等的基础上,研究1号横洞工区大变形产生的成因机制。结果表明:杨家坪隧道1号横洞工区大变形的产生是各种影响因素共同作用的结果;复杂的地质构造及高地应力条件和软弱破碎的地层岩性条件为其大变形客观成因,而岩层结构面与洞轴线的不利组合、小间距隧道结构和不合理的施组顺序及左右线不对等的支护措施等不利条件为其主观成因。与大变形的主客观成因相对应,其力学机制主要呈现为应力扩容型的构造应力机制和结构变形型的结构面型机制的混合机制。     

砂土地层盾构隧道超近距离下穿既有隧道变形控制技术研究

为研究砂土地层中盾构隧道超近距离下穿既有隧道变形控制措施,以西安地铁盾构区间隧道下穿地铁1号线出入段工程为依托,通过资料调研、数值模拟、现场试验和监控测量等方法,对既有隧道加固措施、盾构对地层适应性、掘进参数、隧道变形进行研究。结果表明:砂土地层盾构隧道超近距离下穿既有隧道,应对盾构进行专门设计,扩大刀盘开口率,配备专门的膨润土拌制和膨化系统,并避免在下穿影响范围内停机;数值计算和试掘进试验结果,盾构施工参数土仓压力为0.1 MPa,注浆压力为0.22 MPa,推力为10 000 kN,出土量为51 m^3/环,注浆量5~6 m^3/环;通过现场监测,盾构下穿过程中,既有地铁隧道轨道最大沉降及高差分别为6 mm和0.8 mm,符合规范要求,确保了地铁的安全运营,变形控制措施对既有地铁隧道作用十分显著。     

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。