基于FLAC~(3D)的隧道单层衬砌结构力学特征研究

为了研究单层衬砌结构力学特征,采用了FLAC~(3D)有限差分软件,利用软件内置的接触面单元(interface单元)对不同结构层的层间接触效应进行了模拟。以巴哈高速公路东天山隧道2~#斜井工程为工程背景,建立了不同衬砌结构型式下考虑层间接触效应的数值仿真模型,分析了现场Ⅳ级围岩条件下的单层衬砌结构力学特征及其围岩稳定性,并与原复合式衬砌支护设计方案进行了对比。研究结果表明:(1)FLAC~(3D)模拟计算中采用接触面单元(interface单元)施加于不同结构层之间,可模拟衬砌结构不同层间接触形式的相互作用,较好地反映层间接触面的力学特征及位移特性;(2)对于受力性能而言,单层衬砌结构以组合梁承载模式进行承载,衬砌结构内力呈现"小弯矩、大轴力"的分布特征,衬砌结构截面应力以压应力为主,可充分发挥混凝土材料的受压性能;(3)由于单层衬砌结构具有良好的层间接触性能,不同结构层可实现"协同受力、共同变形",使其承载模式优于复合式衬砌,能以较小的结构厚度满足隧道支护要求,因此单层衬砌具有较高的经济性;(4)单层衬砌隧道拱腰、拱脚及边墙底部YAI值较小,围岩稳定性较差,易发生失稳,现场施工时应对上述部位加以防范。     

光纤光栅传感和光电成像技术在地铁深基坑中的应用

为实时掌握基坑开挖过程中支护结构的变形情况，以宁波某地铁深基坑为依托，建立一套基于光纤光栅传感和光电成像技术的实时监测系统。介绍光纤光栅测量应变、光电式双向位移计测试墙顶水平位移和沉降的原理，并推导利用光纤光栅实测应变计算水平位移的公式。基坑开挖过程中，不同位移测试计算方法的成果对比分析结果表明： 光纤光栅传感技术测量墙体应变数据准确、可靠，计算的水平位移与测斜仪测得的水平位移一致，光电式双向位移计测试墙顶水平位移和沉降精度高于全站仪，可推广应用于基坑工程安全监测。     

地铁列车振动荷载作用下隧道底部土层孔隙水压力及变形特性研究

为研究地铁列车振动荷载长期作用下隧道底部土层的孔隙水压力及变形特性,以北京地铁7号线2期（东延）工程为背景,利用ADINA有限元计算平台建立典型隧道区间断面的有效应力分析模型,进行上限速度行车荷载作用下饱和场地土层-隧道体系水土耦合动力响应分析,研究典型位置处孔隙水压力时程变化规律,并预测地铁振动荷载作用下引起的沉降量。同时,对北京地铁7号线粉细砂进行土工室内试验,进一步研究隧道底部土层在地铁行车荷载作用下的孔隙水压力及竖向变形发展规律。结果表明： 1）在长期列车振动荷载作用下,隧道底部土层孔隙水压力逐渐增大,且增大值随土层深度的增加而减小; 2）土体的累积超孔隙水压力比和累积应变量随着荷载幅值的增加而增大; 3）与非均等固结条件相比,均等固结条件下的超孔隙水压力比较大,但累计应变量小; 4）列车振动引起的超孔隙水压力和应变均较小,超孔隙水压力在列车停运期间足以消散完毕。     

海底岩溶盾构隧道勘察、设计及岩溶处理关键技术研究——以大连地铁5号线火梭区间海底隧道为例

海底岩溶隧道勘察、设计难度大,施工风险高。以大连市地铁5号线海底岩溶大直径盾构隧道为研究对象,首次采用“跨孔CT物探+钻探”的海底隧道岩溶勘察方案,通过有限元计算确定海底岩溶隧道加固范围,通过抗浮计算确定岩溶隧道基底加固标准,提出海底岩溶的海面预处理具体实施方案和盾构针对性设计方案,从而形成一整套海底岩溶盾构隧道勘察、设计及岩溶处理方案。     

新建地铁站基坑临近及无覆土下穿运营地铁站安全技术措施研究

为研究不同工法零距离施工对既有站的影响,提出切实可行的控制措施,以南京地铁上海路站换乘站为例,介绍新建地铁站（5号线）与运营地铁站（2号线）呈十字换乘情况下,对新建地铁站施作临近基坑及采用无覆土下穿运营地铁站技术的风险管控措施进行研究。提出： 1）通过增设隔离桩,在既有车站两侧形成2个完整基坑,基坑施工可确保既有站运营和结构安全; 2）对换乘节点暗挖段,通过釆用10步分导洞开挖、无覆土完整支护体系,可有效控制运营车站下沉,确保运营安全。     

隧道微差爆破的延时计算及电子雷管减振应用

为实现复杂环境下隧道爆破减振,根据微差爆破延时计算理论,综合考虑围岩的物理力学参数及隧道爆破施工参数,提出采用电子雷管进行微差爆破的延时计算方法。研究起爆药量对爆破地震波振速和主频的影响,并将研究成果应用到成渝客专新红岩隧道爆破工程中。结果表明： 1）微差爆破的合理延时需要考虑岩石破碎及沿裂缝扩展到掌子面并抛掷足够距离的时间; 2）采用微差爆破延时计算方法,可合理设置电子雷管延时,实现单孔间隔微差爆破,有效降低峰值振速、提高振动主频; 3）在新红岩隧道爆破工程中,采用电子雷管爆破相比毫秒非电雷管爆破振速减小60%以上,证明电子雷管微差爆破延时计算方法的准确性和合理性。     

瓦斯爆炸隧道内冲击波特征及衬砌损伤机制数值研究

为探究隧道瓦斯爆炸致灾机制,以成都洛带古镇隧道瓦斯爆炸为工程背景,基于等效爆能理论对隧道内积聚瓦斯进行量化研究,采用LS-DYNA中ALE技术建立与隧道几何结构一致的流固耦合数值模型,以RHT模型模拟衬砌并修正关键参数,研究隧道内冲击波特征并与经验解析式计算结果对比,同时将衬砌损伤特征的数值模拟结果与现场调研情况进行对比。结果表明： 1)流固耦合模型可以再现隧道内的爆炸过程; 2)受衬砌约束,爆炸冲击波在隧道内发生反复、无规则反射,致使其强度剧增、衰减缓慢且流场复杂,曲边墙脚处的反射效应最强; 3)爆心距5 m范围内的衬砌在冲击波剧烈冲压作用下完全破坏,5~10 m的衬砌在较高压、拉应力共同作用下严重受损,10 m外的衬砌主要在较高拉应力下形成损伤裂缝。经对比,衬砌损伤的数值模拟结果与现场情况基本一致。     

基于玻璃纤维锚杆微应变测试的软岩隧道松动圈测试技术及应用

为解决软弱破碎围岩地层隧道松动圈测试的难题,分析现有松动圈测试技术现状,以全长黏结型玻纤锚杆为载体,提出一种适用于破碎软岩隧道的围岩松动圈测试技术。该测试技术以锚杆微应变变化趋势为基础,结合锚杆中性点理论,可大致确定围岩松动圈范围。将该技术应用在大（理）临（沧）铁路杏子山隧道破碎炭质板岩大变形地段进行验证,结果表明： 全长黏结型玻璃纤维锚杆在松动区可与软弱破碎围岩有效协调变形,锚杆微应变变化趋势与中性点理论相符,采用锚杆微应变变化趋势表征围岩松动圈范围合理可行。同时该技术测试精度可通过调整沿锚杆长度粘贴应变片的密度来控制,有效弥补传统物探松动圈测试技术对岩体要求高的问题,在软弱破碎围岩地层中具有较好的操作性和适用性。     

厦门过海隧道超前帷幕注浆方案优化研究

为了解决过海隧道建设过程中安全快速穿越不良地质段的问题,依托厦门地铁3号线本岛至翔安过海隧道工程,针对其不均匀软弱围岩,对超前帷幕注浆方案进行研究。针对原“99孔-25 m”设计方案存在施工效率低下的问题,通过采取以“减少钻孔、配套优化”为主的系列优化措施,确定“56孔-25 m分段前进式”超前帷幕注浆方案： 1）径向加固范围为工作面及开挖轮廓线外5 m; 2）纵向加固范围为25 m; 3）浆液扩散半径为1.5 m; 4）注浆终孔间距为2.2 m; 5）使用普通硅酸盐水泥单液浆、超细水泥－水玻璃双液浆2种注浆材料; 6）注浆终压为0.5~1.5 MPa。结果表明： 方案优化后的扫孔效率提升至200 m/d以上,注浆效率提高3倍以上,综合施工速度平均达到1.72 m/d,为原计划的2倍,证明了优化方案的合理性和有效性。     

基于双层规划模型的地下综合管廊PPP项目入廊定价研究

为解决地下综合管廊项目PPP模式运作过程中存在的入廊定价难的突出问题,首先,基于现阶段入廊价格管制的需要以及各参与方在入廊定价决策过程中的主从递阶结构特点,决定利用双层规划模型研究PPP模式下地下综合管廊项目的入廊定价问题,将政府方作为定价决策的上层,社会资本方和管线单位作为决策的下层,建立政府、社会资本方与管线单位分别以社会福利最大化、预期收益最大化和保留效用最大化为目标的双层规划模型,以期求解得到令三方满意的入廊费、日常维护费与补贴额度。然后,以延安市地下综合管廊PPP项目为例,检验模型与求解方法的可行性。最后,基于研究结论提出加强顶层设计、强化价格监管、建立动态调价机制的合理化建议。