铁路隧道钻爆施工超挖控制优化措施研究

针对目前铁路隧道超挖普遍较大的问题,从现场存在的钻孔质量不高、爆破装药结构不规范、封堵工艺落实不到位等方面进行分析,研究控制铁路隧道超挖的工艺措施。经现场多次试验证明,在周边眼采取PVC管材间隔装药及封堵水炮泥等一系列优化措施后,隧道超挖控制取得良好效果,在节约炸药单耗的同时,最大限度减少喷射混凝土超耗,降低施工成本、加快施工进度,同时也可避免因超挖太大给施工带来的危险。     

高精度陀螺全站仪在长大铁路隧道CPⅡ平面控制网分段建网测量中的应用

为了确保隧道贯通前CPⅡ分段建网的精度,保障隧道的顺利施工,以格库铁路阿尔金山隧道为工程背景,采用高精度陀螺全站仪对洞内CPⅡ平面控制网加测多条陀螺边,并提出了陀螺定向精度观测精度内检核、多条陀螺边定向复核的方法,对陀螺定向边位置的选择、陀螺方位角观测中误差、陀螺方位角观测值的应用区间进行探讨。应用高精度陀螺定向成果对比分析洞内CPⅡ分段控制网成果,从理论上探讨了加测陀螺边对CPⅡ控制网贯通预计精度的影响,解决了隧道贯通前CPⅡ平面控制网精度无法验证的问题,确保了CPⅡ分段建网的精度,总结出一套高精度陀螺全站仪在长大铁路隧道CPⅡ平面控制网分段建网测量中的应用方法,其中包括陀螺定向边间距约2 km、陀螺定向边采用对向观测、每测站数不小于4测回且观测方向平均测角中误差应小于仪器精度(3.6″)、依据陀螺观测计算方位角与导线推算方位角较差值并将成果应用划为三个应用区间、依据陀螺定向观测精度变换权重降低贯通预计值、优化约束平差计算方案等。     

双盾构隧道小净距上跨引水洞掘进过程风险分析

杭州地铁SG3-3号线支线双盾构隧道上跨杭千(杭州-千岛湖)引水洞,竖向最小净距为3. 03m。利用ABAQUS2018有限元分析软件对盾构机跨越引水洞掘进过程中的双盾构隧道开挖支护进行全程仿真计算,并将计算数据与理论计算结果进行对比分析。结果表明,盾构双隧道开挖完成后,双隧道顶拱产生较大的沉降,最大沉降量为13. 2mm。双盾构隧道掌子面掘进至引水洞临近位置,下伏引水洞管片产生微小下沉,掘进至交叉断面正上方则开始上浮,并且上浮量随双线盾构隧道继续掘进而增大,最大上浮量为1. 29mm(属安全范围),开挖完毕后,管片上浮量有所回落并趋于稳定。     

基于复变函数理论的非圆形隧道解析解

为了得到考虑衬砌支护的非圆形隧道衬砌和围岩应力及变形的解析解，基于复变函数理论提出了一种求解考虑衬砌的非圆形隧道衬砌和围岩应力及变形的方法. 首先，为了克服非圆形隧道断面几何形状和考虑衬砌支护造成的计算困难问题，引入了保角变换，通过采取最优化解法确定映射函数中的各项系数，得到映射函数；其次，采用幂级数复变函数法克服隧道衬砌带来的多连通域问题，确定应力函数中的各项系数，建立方程求解；最后，通过Flac有限差分软件进行数值模拟证明解析解的正确性. 研究发现:弹性范围内解析解与Flac有限差分软件计算得到的应力、位移解有较好的吻合性，表明弹性解析法的结果是可靠、合理的；深埋条件下，弹性解析法无需根据埋深、工况建立计算模型，只需明确边界条件和映射函数就可计算非圆形隧道应力、位移，弹性解析法克服了计算软件在计算中由于网格划分尺寸等问题造成计算结果不精确、计算慢等问题，为非圆形隧道开挖问题提出了一种快速、准确的弹性计算方法.      

盾构隧道接缝密封垫设计及试验研究

针对浙江某地铁盾构隧道直径较大、管片厚度较厚的设计特点,考虑弹性橡胶密封垫与复合型橡胶密封垫的不同断面形式,设计单排孔型、多排孔型及复合型3种密封垫,采用有限元分析、"一"字缝耐水压试验与压缩试验的方法,研究得到适用的最优防水方案。研究表明:①数值模拟结果显示,单排孔密封垫的接触面最大接触应力与平均接触应力均最大,说明其防水能力较好;②"一"字缝耐水压力试验结果说明,密封垫防水能力随着接缝张开量增加而减小,单排孔密封垫的防水能力最优;③压缩试验结果揭示,密封垫压缩力呈现先缓慢上升后迅速增大的规律,其中单排孔及复合型密封垫的拼装难度较小;④综合数值模拟与试验结果,选取单排孔型弹性橡胶密封垫作为接缝防水方案。     

隧道爆炸冲击波的危害及控制措施

目前山岭隧道施工基本以钻爆法为主,爆破过程中产生的冲击波会对隧道内的人员及机械设备安全产生较大影响,造成重大安全事故和财产损失。本文主要介绍了冲击波在隧道内传播会形成超压,且随着传播距离增加超压峰值逐渐衰减到大气压范围内;基于超压准则评估了冲击波对人体、隧道内设施及周边建筑物的危害程度;通过在隧道内安装简易的冲击波缓冲装置及加强监测、设置安全警戒线等控制措施,减弱了爆破冲击波的危害,从而达到安全快速施工的目的。     

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。     

岩溶超前探测技术及其对隧道稳定性影响分析

岩溶是山岭隧道施工过程中最常见的地质灾害之一，其极易因不同位置、不同规模的溶洞而影响隧道整体稳定性，导致隧道支护结构开裂、渗漏水等病害。为深入研究岩溶的超前探测技术及其对隧道结构稳定性的影响规律，结合丁家湾隧道的工程实例，全面分析其工程特性，利用地质雷达对掌子面前方溶洞情况进行精准探测，并利用数值模拟手段对不同工况下溶洞对隧道整体应力分布情况的影响进行研究。研究成果为岩溶隧道灾害处治提供了技术支撑。     

瑞利面波椭圆极化在盾构隧道地层扰动探测中的应用

为解决传统物探方法在城市盾构隧道工程中难以对地层扰动达到较好探测和监测目的，提出了主动源瑞利面波椭圆极化方法. 采用二维有限元数值模拟对实际盾构隧道施工背景下的地层情况进行全波场正演模拟，并对其波场传播、速度频散和椭圆极化频散等特征进行分析；结合工程实例，进一步将椭圆极化方法和传统速度频散方法进行对比研究. 研究结果表明:主动源瑞利面波椭圆极化方法在探测地下介质结构分布及监测地下空洞等异常结构的变化方面具有和传统速度频散方法同样的探测效果，但由于其不需要长大检波器排列，对周围环境震动等噪声抗干扰能力相对较强，因此更适合城市等场地受限和具有一定震动和噪声干扰的环境，从而具有更广阔的应用前景.      

上软下硬地层盾构隧道围岩应力释放率研究

为解决盾构隧道在上软下硬地层中掘进时开挖面应力释放率难以确定的问题，基于一种既有的体积损失率迭代求解应力释放率的方法，依托广州地铁21号线盾构穿越上软下硬地层实际工程，通过数值模拟研究掌子面不同软硬岩比例、不同埋深条件下的应力释放率变化趋势，并结合现场实测资料进行对比分析。研究结果表明： 1）在盾构隧道掘进穿越上软下硬地层分界面的过程中，围岩的初次应力释放率范围基本保持在24%~36%，且随掌子面硬岩比例的增加呈线性增加趋势； 2）相对于围岩条件而言，埋深对应力释放率的影响更小。此外，在盾构隧道穿越上软下硬地层的全过程模拟中，根据围岩变化情况随不同开挖步动态调整应力释放率这一做法较全程取一固定应力释放率值更为合理。