不同渗透系数地层中泥浆渗透成膜试验研究

为了改善泥浆在高渗透性地层中难以成膜的问题,给泥水盾构工程中泥浆的配制提供参考,针对膨润土泥浆在砂土地层中渗透成膜的过程,以某高铁隧道砂卵石地层中泥水盾构施工为背景,开展了泥浆在不同渗透系数地层中的成膜试验。试验采用自行设计的内径为300 mm的泥浆渗透装置,利用分级加压的方式使泥浆压力转化为地层的有效支护压力,分析了地层渗透系数、泥皮厚度、泥浆滤失量三者的关系以及成膜的判断方法。研究结果表明:泥皮厚度随着地层渗透系数的变大表现为先增大后减小,而泥浆滤失量随之不断增大,在泥皮厚度增大阶段厚度与滤失量成正相关,在泥皮厚度减小阶段厚度与滤失量成负相关,泥皮厚度最大值点是泥浆渗透有效成膜的转折点;过泥皮厚度最大值点的k线可为泥浆适应性判断提供参考,k线左侧是泥浆渗透成膜的稳定区域,而在k线右侧区域,泥浆颗粒的消耗量与滞留量呈负相关,泥浆的适应性较差;采用D₁₅/d₈₅的值能大致地划分泥浆的渗透成膜类型,D₁₅/d₈₅在10附近是成膜是否有效的过渡区,该区域对应k线右侧临近区域,泥浆渗透可以形成泥皮,但稳定性较差,故泥皮不能作为有效泥膜形成的标志;增大泥浆中颗粒的粒径能提高泥浆的成膜能力,使泥浆k线向右移动,能有效解决泥浆在高渗透性地层中成膜难的问题。     

浅析盾构隧道模型试验的现状与发展

模型试验是盾构隧道相关研究工作中常用的研究手段。文章对目前盾构隧道模型试验所涉及到的问题进行了系统总结分析,将其归结为管片结构的受力问题、隧道结构本身的分析模型问题、结构与围岩的相互作用问题、开挖面稳定问题、结构与邻近结构物的相互作用问题、隧道施工扰动与控制问题,以及其他问题等。通过典型模型试验实例,对每类问题进行了分析阐述,系统归纳了模型试验在盾构隧道相关研究工作中的进展和成果。针对盾构隧道模型试验经常涉及到的诸如结构模型、模型土、模型箱等材料的选择,加载方案的设计,以及试验方案的综合设计等问题进行了阐述分析,并针对性地提出了意见和建议。     

我国西南部山区隧道施工期支护结构力学行为特征案例分析

为研究我国西南部山区隧道施工期支护结构所面临的重大问题，将雅安—康定、汶川—马尔康高速公路的典型隧道作为案例，归纳总结施工期存在的高地应力、软弱围岩、断层破碎带、次生地质灾害等潜在危险源，通过现场实测数据深入分析不同危险源环境下支护结构体系的力学行为特征。研究结果表明： 1）当隧道穿越软弱围岩时，围岩强度低、自承载能力差，接触压力、钢拱架应力均显著高于普通围岩隧道，二次衬砌分摊荷载比例显著上升； 2）当隧道穿越断层破碎带时，支护结构受力需要较长时间才能稳定下来，其力学行为呈现出3阶段演化规律，前期快速降低、中期缓慢降低、后期基本稳定； 3）当隧道洞口穿越松散堆积体时，坡体稳定性易受到扰动，其支护结构力学行为具有显著的偏压特性，围岩压力主要集中在深埋侧； 4）高地应力与围岩强度联合控制着围岩稳定性与支护结构体系的力学行为，高地应力硬岩隧道也具有一定的流变时间效应，但由于硬质围岩的强度较大、稳定性较好，支护结构受力相对较小，安全储备较高； 5）高地应力软岩隧道的围岩压力与结构受力显著升高，其支护结构力学行为在施工期便呈现出明显的流变特性，开挖约200 d后，仍然保持着缓慢增长。     

营运期隧道结构健康监测与安全评价研究

隧道在营运过程中,由于受到材料性能退化、地震、人为等因素影响,导致主体结构各部分可能在远没有达到设计年限前就产生不同程度的损伤和劣化。这些损伤如果不能及时得到检测和维修,轻则影响行车安全和缩短隧道的使用寿命,重则导致隧道突然破坏和坍塌。建立隧道结构健康监测系统(TSHMS),通过对结构健康状况的实时监控,对营运期间隧道结构的力学行为进行分析,对结构的安全性状况进行评估,得出结构的安全度用以指导营运,同时给出实时的安全预警以合理配置养护资源,降低成本,及时高效保证隧道营运期间结构的安全。     

基于Peck公式的藏区公路隧道施工地面沉降预测

在隧道施工中结合现场地表下沉量测实测数据,利用Peck公式进行地表沉降计算,反分析法确定沉降槽曲线最大沉降量和沉降槽宽度及关键参数,并对拟合参数进行了检验。比较修正了沉降槽宽度计算经验公式,给出青藏高原东南部地区Peck公式中沉降槽宽度系数的初步建议值,验证了适合我国藏区具体地质条件与施工手段的公路隧道地表沉降预测模型。研究表明:Peck公式适用于青藏高原地区公路山岭隧道施工地面沉降预测,隧道进口浅埋段施工引起的地表沉降曲线基本符合高斯分布规律,进口段埋深较浅地表沉降槽宽度越大,埋深越大沉降槽宽度越小。     

复杂线型地铁盾构隧道开挖引起的地表位移预测

将地铁隧道施工引起的地表移动视为随机过程,应用随机介质理论对具有坡度的地铁隧道地表位移公式进行了推导,并提出了曲线型地铁隧道地表位移的修正公式。同时结合坐标变换理论,对复杂线型下的地表位移曲面进行了分析。以此为理论基础编制了计算程序,计算表明,该程序可以计算复杂线型下的地表位移曲面。这对于预测多条复杂线型隧道下的地表空间位移曲面来说具有重要意义。     

盾构法修建正交下穿地铁隧道对上覆隧道的影响分析

在地铁工程中,常采用盾构法修建正交下穿隧道,新隧道的掘进不可避免地对既有隧道产生影响。采用三维有限元方法对正交下穿盾构隧道施工进行模拟,分析新隧道动态掘进时既有隧道位移、变形和内力的变化规律。模型中考虑了盾构机与管片衬砌的相互作用,以及管片衬砌结构的横观各向同性性质。计算结果表明,新隧道施工时既有隧道将产生不均匀沉降、不均匀侧移和扭转,且在对称面上出现最大值。对称面上管片的变形与受力出现先“加载”、后"卸载"、再“加载”的特点,同时该处的纵向弯矩不断增大,并在隧道底部产生较大拉应力。本文所研究的内容可为类似工程的施工提供参考。     

苍岭特长公路隧道施工及运营期监控量测方案研究

文章以在建的苍岭隧道为依托,针对隧道中复杂的地质条件和隧道建成后的主体结构形式,建立了隧道施工及运营期间的一体化长期监控量测网络。并通过这一网络实现了对长期监控元件的数据采集及实时分析工作,对隧道运营期间的安全状态进行实时评判,防患于未然。同时针对施工期间可能出现的岩爆状况建立了合理的预测预报体系,实践证明取得了良好的效果。     

公路隧道洞口结构因素对废气窜流的影响

为了给减弱公路隧道洞口废气窜流提供洞口土建结构设计方案,对洞口废气窜流影响的显著性因素进行了探讨,从洞口纵向错开不同距离、洞外设置不同位置及高度的挡壁等结构因素出发,借助计算流体动力学技术,进行了多因素异水平混合型数值模拟正交试验,探讨了不利自然风条件下洞外不同组合结构因素对洞1：7废气窜流的影响规律。结果表明：不同结构因素组合对废气窜流改善效果明显不同,洞1：7纵向错开改善窜流效果最为明显;在隧道出口侧设置有挡壁的所有组合结构均能较好地改善出口废气窜流,其中最有效的是同时在出口侧、中侧、入口侧设置与洞口等高的挡壁;仅在洞外中侧设置中间挡壁,其高度约为洞口高度的2倍时,可以有效改善废气窜流,其他情况下采用高挡壁结构的改善效果不佳;若同时在两隧道中侧与入口隧道侧设置挡壁则废气窜流改善效果差;若仅在入口隧道侧设置长挡壁,则加剧废气窜流。     

考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演分析

为了使跨活动断裂带区域地应力反演结果更加符合实际，提出了考虑走滑断裂活动影响的公路隧道初始地应力场反演思路。通过在断裂带与两侧岩体之间建立接触单元，采用边界位移荷载实现了断裂带两侧岩体的相对挤压及滑动作用。依托华坪至丽江高速公路东马场1号隧道工程，对比分析了采用常规边界荷载和考虑走滑边界荷载2种情况下隧址区地应力场的反演结果。研究结果表明:考虑走滑边界荷载反演得到的地应力场更加符合实际且精度更高；常规边界荷载的最大残差为2.29 MPa，而走滑边界荷载的最大残差仅为0.66 MPa，其残差平方和也均小于常规边界荷载；在断裂带附近，考虑走滑活动影响的最大、最小水平应力值相对常规边界均有所减小，上盘岩体垂直应力也相对减小，下盘岩体受上盘岩体的影响垂直应力相对增大，符合跨断层岩体区域实际地应力场的分布规律；隧址区整体表现为水平应力大于垂直应力，以水平构造应力为主。