厦门翔安海底隧道CRD法和双侧壁法穿越砂层对比分析

针对厦门翔安海底隧道采用交叉中隔壁法(CRD)和双侧壁法穿越砂层的适应性,运用摩尔-库仑准则和FLAC3D软件进行弹塑性数值计算,分析采用CRD法和双侧壁法2种工法时的塑性区发展及分布情况,并将计算结果与实测结果进行比对.结果表明,采用这2种工法时引起的隧道变形相差不是很大,都能较好地控制地层的变形;采用CRD法时产生的塑性区较双侧壁法大,且向隧道侧上方发展较为明显;采用双侧壁法时产生的塑性区在隧道侧向发展较为明显,超前影响的距离也大于CRD法;采用CRD法时的塑性区在超前3～6m的范围内发展速度较快;采用双侧壁法时的塑性区在超前0～3 m的范围内发展速度较快;对于隧道穿越砂层而言,2种工法各有优势.采用CRD法时,应注重隧道的快速封闭,以减小塑性区的发展;采用双侧壁法时,应注重增加隧道水平支撑刚度,减小隧道水平变形.     

考虑应力释放含衬砌的深埋圆形隧道应力及变形的弹塑性解

基于厚壁圆筒受均布压力的弹塑性解,推导考虑应力释放时含衬砌的深埋圆形隧道应力及变形的弹塑性求解公式。采用推导的公式对1个工程实例进行计算,并与FLAC3D有限差分程序模拟解对比分析,验证了求解公式的正确性。研究结果表明:及时施作具有一定刚度的支护,可以降低开挖面围岩应力释放量,从而减小围岩塑性变形;受开挖面变形释放的影响,衬砌与围岩接触界面变形并不连续,不能将支护变形等价于围岩变形;在计算隧道开挖引起的围岩塑性变形时,采用非关联流动法可以更好地描述隧道开挖后岩(土)体的塑性变形特性。     

海底隧道施工过程中围岩稳定性的流固耦合分析

以厦门翔安海底隧道为工程背景,基于流固耦合理论,对穿越海域风化槽段施工过程中的围岩稳定性进行数值计算,研究不同施工阶段隧道围岩位移场和渗流场分布规律及支护结构的受力特征。研究结果表明:地下水的渗流作用对海底隧道的围岩变形影响很大,引起较大范围的海床沉降;超前导洞开挖对围岩渗流场的影响作用最为直接和明显,且由渗流引起的海底隧道围岩变形在向上传递过程中折减较小;海底隧道洞周变形和海床沉降主要集中在两侧导洞下部和中部核心土上部开挖过程中;海水水位变化对海床沉降、拱顶沉降、拱底回弹量及围岩塑性区分布范围均有一定影响;注浆圈加固效果直接影响海底隧道开挖后围岩位移场和渗流场的分布,且注浆加固区厚度及渗透系数存在1个经济合理值;海底隧道拱腰横向支撑节点的应力集中较大,出现较大的塑性破坏区;海底隧道支护结构受力分为3个阶段,且拱脚、横支撑支点处受力较大。     

盖挖逆作法施工地铁车站结构变形及其控制

以北京地铁4号线动物园车站施工工程为例,研究采用盖挖逆作法施工时地铁车站结构变形的规律及其控制措施。采用Midas有限元计算软件对施工过程中车站结构变形进行模拟分析可知,在盖挖逆作施工过程中地层及结构动态力学响应可划分为5个卸载—加载过程。因此,基于变位分配原理,提出车站施工过程的分阶段控制方法。施工前,依据车站结构受力特点和破坏形式,通过模拟计算确定出各主要施工阶段车站结构差异沉降控制标准值,同时通过中桩静载及内力试验,保证结构自身具备足够的承载能力和抗变形能力;施工过程中,按照地层协调开挖、结构协调施作来优化施工工序,综合应用沉桩工艺控制与注浆加固等技术措施,利用信息化监测及反馈技术进行阶段性动态监控,实现车站结构变形的有效控制。实际监测结果表明,动物园车站在盖挖逆作施工过程中,各阶段结构差异沉降均在控制值之内,保证了车站结构的安全性和稳定性。     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移．对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力．支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道项板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大．文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征．通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道V级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响．     

北京地铁车站浅埋暗挖法建造技术发展综述

自1987年北京地铁复兴门折返线采用浅埋暗挖法成功修建后,浅埋暗挖法应用于我国大断面地铁车站建造并取得了持续性发展.在梳理北京地铁车站建造理念发展的基础上,对地铁车站浅埋暗挖法建造技术进行系统阐述,并提出相应思考与对未来的展望,以期推动我国地铁车站浅埋暗挖建造技术持续更新,并向其他地下工程领域推广应用.     

基于围岩虚拟支护力特性的隧道塌方机制及控制研究

为研究隧道塌方事故的典型模式及其演化规律,基于塌方案例统计分析结果,阐明隧道开挖面失稳塌方和关门塌方2类安全事故的基本特性,推导隧道围岩虚拟支护力纵向分布曲线,进一步从围岩应力释放角度揭示了虚拟支护力与2类塌方事故的关系,并给出了塌方事故的控制要求。研究表明： 1）开挖面失稳塌方和关门塌方2类由围岩和结构失稳引发的隧道塌方事故在事故次数（68%）、死亡人数（53.7%）和涉险人数（68%）方面占比较大,其中关门塌方事故单次事故涉险人数最多,潜在危害最大。2）隧道开挖面处的围岩虚拟支护力随着黏聚力的减小而降低,开挖面后方2倍半径处围岩的虚拟支护力已大部分释放（＜5%pi）。3）围岩变形和虚拟支护力释放的第2阶段内,围岩变形急剧,围岩虚拟支护力急剧释放且释放量较大,此阶段是隧道塌方控制的重点。     

基于强度折减法的土质边坡稳定性影响因素分析

为探讨不同因素对土质边坡稳定性的影响,根据北京地区典型地层的物理、力学参数,使用强度折减法对其进行研究,并采用灰色关联度理论对各个影响因素的敏感性进行分析,研究的影响因素包括边坡角度、边坡高度、土体黏聚力、内摩擦角、容重、弹性模量、泊松比和坡后荷载等。主要研究结论如下： 在各种影响因素中,土体的强度参数黏聚力和内摩擦角对边坡稳定性影响显著,其次是边坡的几何参数坡高和坡角,再次是土体的容重和坡后荷载,而弹性模量和泊松比对边坡稳定性无影响。     

黄土隧道围岩工程特性及纵向位移分析

以采用台阶法施工的兰渝铁路黄土隧道为背景,通过三轴固结排水剪切试验分析黄土隧道围岩的工程特性,采用FLAC3D对隧道施工过程进行模拟,选取双线性应变硬化/软化遍布节理模型模拟黄土隧道围岩的工程特性,研究黄土隧道围岩的纵向位移。结果表明:隧道开挖扰动破坏了黄土隧道围岩的结构性;黄土隧道围岩的摩尔破坏包络线为双线性折线;黄土隧道围岩垂直节理遍布发育;围岩纵向位移总体上是边墙处小于拱顶处,围岩先期纵向位移约占总纵向位移的33%～41%,随着掌子面推进围岩纵向位移趋于稳定;预留核心土可有效地控制围岩纵向位移和塑性区的发展,有利于掌子面的稳定和施工安全;掌子面空间约束效应的影响范围约为-4R～4R(R为隧道开挖当量半径);由本文模型预测的围岩先期纵向位移与既有理论结果相符,但更能反映黄土隧道围岩的工程特性。     

地铁施工对管线的影响

隧道支护结构-土体三维有限元分析模型计算与施工监控量测相结合,分析北京地铁4号线黄庄站施工对地下管线的影响,并根据有关管线安全性的评价标准分析和预测地下管线的安全性。采用等效方法模拟钢架、锚杆;采用能承受轴弯性能的空间等参壳单元模拟初期支护及临时结构;采用遵循有限变形理想弹塑性本构关系和Drucker-Prager屈服准则的空间等参实体单元,模拟二次衬砌和围岩。数值模拟计算结果表明,开挖完成后的最大地表沉降预测值为121.63 mm,不超过127.27 mm的管线安全性要求,管节差异沉降亦不超过控制标准。但由于黄庄站地层存在着比较多的空洞,且地层富水和管线下漏水,因此为保证管线的正常使用,仍须采取措施控制地表沉降。