基于离散元法细观分析的隧道掘进对砾石地层扰动的初步研究

砾石土地层是一种较为特殊的地质环境,其复杂的物质结构及力学性质在隧道工程中引起了广泛的关注。利用一种随机多边形生成法建立砾石土地层;横断面开挖采用删除隧道周围部分颗粒模拟地层损失的方法;纵断面开挖采用设置支护墙体并后退的方法,以此开展横断面不同含石量和不同隧道埋深条件下地层位移、颗粒微观转动及受力分析;纵断面不同含石量条件下地层位移、开挖面支护压力的研究。结果表明:1)开挖造成的砾石颗粒位移显示地层受扰动的范围随着碎石土地层含石量增高而逐渐缩小;2)支护压力的变化趋势随着模拟开挖面支护墙体后退先大幅下降后趋于稳定,且含石量越低,支护压力越大;3)随着隧道埋深的增加,地表最大沉降值减少,且二者之间呈线性关系。     

黄土隧道马蹄形盾构工法选择及应用

目前铁路隧道施工以矿山法为主,但在黄土等软弱围岩隧道施工时风险大、进度慢;而盾构法已在地铁、水下隧道等软弱地层中得到了广泛应用。针对蒙华铁路砂质新黄土隧道:1)通过矿山法与盾构法比较确定采用盾构法施工。2)从开挖内轮廓、刀盘开挖特点、管片拼装方式、管片受力及配筋4个方面对马蹄形盾构隧道和圆形盾构隧道进行对比分析,得出马蹄形盾构隧道的断面利用率更高,马蹄形管片与圆形管片受力有所差别而马蹄形管片配筋量更低。3)介绍马蹄形盾构设备概况,并对马蹄形管片设计进行研究。4)例举马蹄形盾构掘进过程中遇到的防寒防冻、管片底部开裂和遇到含姜石的老黄土掘进困难等问题以及相应的处理措施。经过1年多的施工实践证明,在黄土隧道马蹄形盾构施工风险低,质量高,安全可靠。     

高压富水隧洞硬岩地层径向注浆堵水施工技术及应用

引汉济渭工程岭南隧洞TBM施工穿越高压富水破碎带等不良地质段,施工过程中隧道断面高压突涌水严重。为解决高压富水破碎带的大量出水问题,本文提出"钻孔分流+表面嵌缝+浅层封堵+深层加固"的裂隙径向注浆堵水处理技术,配合新型注浆材料,实现了对高压富水裂隙出水的有效封堵。结合岭南隧洞工程隧道断面出水情况,给出裂缝宽度、注浆量、注浆压力等计算公式以及注浆过程控制标准。通过对工程现场8个出水段实施径向注浆堵水技术,洞内出水量由原来的46 000 m3/d降至7 800m3/d左右,实践证明该技术方法有效,可为同类高压富水破碎地层径向注浆提供参考。     

富水砂层干坞边坡支护及防渗体系设计

基于南昌红谷隧道工程干坞的邻江环境及深厚富水砂层地质条件,结合边坡支护的数值计算及干坞内抽排水模拟分析,选用现浇钢筋混凝土坡面防护+塑性混凝土防渗墙的支护防渗体系。经历了干坞内多次抽排水及汛期的考验,表明该支护防渗体系对环境的适应性强,防护效果可靠,防渗效果良好,造价低、施工便捷、维护工作量小,为管段预制工序提供了工期保证,也为整个工程如期完工提供了先决条件。     

双线平行盾构掘进对邻近浅基础建筑物影响理论分析

为解决双线平行盾构隧道施工对邻近浅基础建筑物的变形及弯矩变化的影响问题,并对实际掘进工况给出施工建议,利用Sagaseta纵向地表变形计算公式,推导出双线平行盾构掘进影响区内浅基础建筑物地基、基础和结构协同作用的力学模型,分析得到浅基础框架建筑物变形以及弯矩变化规律。研究结果表明:盾构隧道掘进区内,浅基础框架建筑物的弯矩大小随着开挖面的靠近逐渐增大,开挖面到达建筑物正下方附近时达到最大值,之后又逐渐减小;建筑物倾斜率越大,梁端弯矩和底层柱对基础的约束弯矩也越大;双线平行盾构先后掘进相比同时掘进引起的建筑物倾斜更小、沉降变化更加缓和,框架结构及基础梁的弯矩更小,且随着先后掘进开挖面距离的增大,弯矩变化曲线逐渐由V型转变成W型;建议双线平行盾构施工时尽量避免同时掘进,并进一步加强对建筑物首尾沉降差及倾斜率的监测。     

盾构隧道同步注浆新型双液注浆材料的研究与应用

盾构隧道的上浮易导致隧道管片错台、破损、渗漏和隧道超限等问题,进而影响到地铁隧道的验收与运营。通过分析管片上浮的主要原因,提出改进同步注浆设备,并在盾尾处采用常规同步浆液与聚丙烯酰胺水溶液(双液浆)相混合注入管片与开挖面之间的空隙。通过实验分析得出,注入空隙处的双液浆短时间内增稠,浆液成为塑性体,使管片的浮力降低许多,抗水分散性明显提高。通过实际应用,此种新型双液浆有效地填充了管片与开挖面之间的间隙,使隧道上浮量明显降低,提高了成型隧道的质量,解决了盾构隧道上浮的难题。     

基于探地雷达的隧道衬砌空洞高精度正演识别研究

隧道衬砌空洞易引发衬砌破坏、渗漏水等工程问题,但因衬砌内部金属(如钢筋、钢拱架)对雷达波的屏蔽作用,会增加雷达剖面的复杂性,进而影响检测效果。依托MATLAB软件平台,采用高阶时域有限差分法分别对400 MHz天线和900 MHz天线时隧道衬砌矩形空洞和三角形空洞进行正演模拟。结果表明:高阶时域有限差分法能高精度模拟雷达波在衬砌中的传播特性,展示衬砌中钢筋、空洞、工字钢的反射波、绕射波的能量、振幅、相位特征;900 MHz天线可分辨出长度在0.3 m及以上的界面,远高于400MHz天线的检测精度,但检测界面相对于真实界面小。     

超大直径泥水盾构接收关键技术

以南京纬三路过江通道工程N线盾构接收施工为例,介绍软土地层超大直径盾构接收施工工艺。提出一种新型的盾构接收洞门密封结构形式,采用弹簧钢板束结构代替传统密封结构,避免了常规洞门密封结构易损坏、操作不便的缺点;设计制作用于加强洞门封堵注浆的特殊管片,实现了良好的洞门封堵效果,可为今后类似工程提供一定借鉴。     

复杂地质条件下隧道涌水量预测中集水面积的研究

在复杂地质区,为了科学地确定不同隧道穿越方式下的集水面积,本文以地形、岩性、地质构造3因素为基础构建不同的地质结构,结合隧道空间展布的变化对集水面积进行研究。归纳、总结了3类主要汇水地形、4类地质结构和2类隧道穿越方式。综合上述因素,总结出埋藏-向斜式、埋藏-背斜式、埋藏-单斜式和裸露-单斜式4种集水面积变化模式,同时得出不同模式中集水面积的确定方法。以渝利铁路箭沱湾隧道为例进行分析研究,得出隧道涌水量计算中集水面积属于第Ⅱ类模式,隧道穿越埋藏式地层,判断隧道集水面积时容易忽略部分面积,应加以重视。     

复合地层下盾构施工模态系统刀盘荷载及振动特性研究

基于苏埃通道盾构工程和盾构及掘进技术国家重点实验室的盾构施工模态系统的刀盘实体,利用JHC本构模型对岩体进行仿真,通过显示动力学软件LS-DYNA对不同模式下的滚刀群切削复合地层进行数值模拟,并结合滚刀、刀盘的力学分析及傅立叶变换函数,得到滚刀和刀盘的三向荷载-时间历程曲线及荷载的频谱图。通过分析荷载曲线及频谱图可知:1)在荷载特性方面,切削过程中滚刀和刀盘荷载均具有突变性、随机性和冲击性;当滚刀运动经过软硬岩层交界面时,滚刀切点荷载发生突变,有可能发生剧烈震荡。2)在振动特性方面,刀盘荷载的频率主要集中在0~5 Hz,属于典型的低频振动,并与滚刀的频率分布一致;软岩及硬岩仅对滚刀荷载的幅值产生影响,对其频率分布影响有限。结合刀盘在软硬不均地层条件下静力学的分析结果,确定刀盘在不均匀受力状态下的最大应力、应变位置,为苏埃通道滚刀破岩物理模型试验刀盘测试系统的构建提供了依据。