地铁车站深基坑施工变形规律及安全风险评估

以苏州市轨道交通S1线帆路站深基坑降水施工项目为工程背景,采用MIDAS GTS/NX建立有限元模型,分析基坑降水开挖过程中地下连续墙变形、基坑周围地表沉降、支撑轴力的变化规律,并对基坑降水施工的安全风险进行评估。结果表明:地下连续墙的变形随深度增加逐渐增大,呈现为中间大、两头小的"勺"曲线型;基坑周围地表沉降分布形态上符合沉降槽曲线,各沉降值均在设计控制范围内;基于贝叶斯网络的故障树模型风险评估法构建简单方便,对于复杂系统,贝叶斯网络模型具有较强的适用性。     

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。     

基于分段单孔反演的隧址区多断层地应力分布特征

目前，针对具有多个原位地应力测试钻孔的隧址区初始地应力场反演，往往一次性将全部实测值用以计算值的回归反分析，没有考虑到隧道纵向长度远超其他方向且钻孔分布较远的特点，单个钻孔表征的临近区域地应力分布特征或反演精度被其余钻孔实测值“拉低”，导致整体反演结果容易陷入局部优解。依托拉林铁路桑珠岭隧道、叙毕铁路斑竹林隧道、沿江高速火山隧道、木寨岭公路隧道等工程，采用多元线性回归法结合最小二乘法寻优准则，分析了隧址区仅有单个钻孔反演精度较高的原因，提出了对具有多个钻孔的隧址区分段并分别进行单钻孔回归反演的新方法。在此基础上，重点讨论了木寨岭公路隧道断层破碎带区域地应力分布特征。结果表明：分段单孔反演较多孔反演进一步提高了反演精度；地应力的分布在断层前后呈现出先急剧增大后急剧减小的特征；除自重应力与埋深存在一定关联外，两项水平主应力随断层间距或厚度的增大突变性加剧；断层之间间距、断层倾角、断层厚度均是影响地应力方向偏转大小的重要因素，断层之间间距或断层倾角越小、断层越厚，地应力方向偏转越显著。     

软岩隧道超前小导管支护与工程应用研究

为研究超前小导管不同参数对其支护效果的影响,提高软岩隧道施工的安全性,以城开高速鸡鸣隧道K61+168~K61+209段为依托工程,重点研究了不同超前小导管管径、外插角、环向间距对隧道上方地表沉降、管身最大弯矩以及拱顶拱腰沉降影响的变化规律,并基于RODBC包和Pearson检验,利用R软件对各因素进行了相关性分析。研究结果表明:当管径增大时,地表沉降最大减幅4.4%,拱顶、拱腰沉降变化幅度分别为-4.09%、-2.5%,管身最大弯矩增幅133.3%;当外插角增大时,地表沉降最大减幅7.8%,拱顶、拱腰沉降变化幅度分别为-25.89%、-22.98%,管身最大弯矩增幅121.1%;当环向间距增大时,地表沉降最大增幅11.14%。通过相关性研究可知外插角对地表沉降影响最密切,环向间距的影响次之,管径的影响最小。因此,利用超前小导管对软岩隧道支护时,应综合考虑各个参数,找到最安全经济的支护参数,提高隧道施工安全性。     

考虑围岩蠕变特性的TBM隧道管片衬砌受力特性研究

为研究深部高地应力岩层中修建TBM隧道时管片衬砌结构的力学行为,以某深埋TBM工法隧道为研究对象,建立基于围岩蠕变和管片分块效应的衬砌-围岩复合模型,研究考虑时间效应下管片衬砌的受力特性。结果表明:考虑围岩蠕变效应下管片衬砌受力表现出明显的时间效应。随着围岩蠕变时间的延长,管片衬砌的形变、内力和接缝张开量均呈现两阶段增长,具体表现为前期呈线性增长,后期增加趋缓。洞周围岩应力经历三阶段变化,即先减小后增大直至稳定。围岩蠕变时间为100年时,管片衬砌的内力和形变量均接近极限值。研究结果可为深部高地应力且考虑围岩蠕变效应下的TBM隧道衬砌结构设计提供参考。     

膨胀性地层铁路隧道衬砌结构及防排水措施优化建议

结合膨胀性地层铁路隧道病害概况以及单、双线铁路隧道断面、防排水设计现状,提出相应的衬砌结构及防排水措施优化建议。衬砌结构的优化建议如下:对单线隧道而言,适当增大其边墙曲率、仰拱矢跨比,提高边墙、仰拱的强度和刚度;对双线隧道而言,适当增大其仰拱矢跨比,提高仰拱的强度和刚度;隧道仰拱处二次衬砌应采用钢筋混凝土,同时在隧道仰拱填充中增设格栅钢架或在隧道仰拱填充顶部增设钢筋。防排水措施的优化建议如下:将设置在仰拱填充内的中心水沟下移至仰拱下方,在仰拱下方设中心水沟或改设为排水渗沟,可将隧道衬砌背后积水均引入仰拱下方的中心水沟排出洞外;而改设的中心渗沟主要用于排出仰拱下方积水。     

基于延迟脱体涡算法高速列车通过隧道时的绕流特性

基于延迟脱体涡算法和滑移网格技术,建立CRH380A型列车的含有转向架的三维可压缩瞬态仿真模型,模拟研究高速列车气动力、速度场和表面压力这3大绕流特性的变化规律。结果表明:延迟脱体涡算法能较好地捕捉列车通过隧道时的气动特性;当列车头部刚驶入隧道时,气动阻力迅速升高并在车头完全进入隧道时达到最大值,列车下方2侧的速度纵向分量会急剧增加,位于靠近设备舱位置的速度纵向分量会显著降低;当尾车刚驶入隧道时,隧道内壁与列车侧面之间的流场会出现回流区;当尾车全部刚驶入隧道时,气动升力和侧向力骤然增加;当列车全部驶入隧道后,气动力的波动幅值均明显升高;列车通过隧道过程中,列车侧面压力整体上呈现先增后减、最后维持周期性波动的趋势,处于尾流区的车尾部位具有更强烈的波动特征;列车裙板和车底的表面压力整体上均呈先减后增、最后维持在较高幅值波动的趋势,对列车相关结构的疲劳强度产生不利影响。     

基于未确知测度理论的隧道施工瓦斯灾害风险评价

选取煤层厚度、煤层瓦斯含量、回风流平均瓦斯浓度、相对瓦斯涌出量、岩石类型、连通封闭性、深度值、隧道跨度、隧道长度、通风风速和涌水量等11项瓦斯灾害指标作为隧道施工瓦斯灾害风险评价指标体系,并建立各指标的等级标准。将序关系分析法(G1)和反熵权法(AEW)运用拉格朗日乘子法确定组合权重,构建各指标的单指标测度函数,并计算出各指标的综合测度评价向量。为了优化未确知测度置信度识别准则,引进集对分析(SPA)关联系数确定各隧道的瓦斯灾害风险等级。并对24个瓦斯隧道进行瓦斯灾害评价,并和FDA法评价结果和现场实测结果进行对比,精度达到91.7%,基本符合实际情况,表明了该评价方法合理有效,可为隧道施工瓦斯灾害评价提供理论参考。