某重载铁路隧道地应力测试与反演分析

浩吉铁路如意隧道在施工期间部分段落出现拱顶开裂,初支混凝土剥落、掉块等破坏现象,初步认为与隧道所处地应力环境关系密切.为了准确掌握如意隧道围岩的初始应力状态和工程区地应力分布特征,在隧道内进行水压致裂地应力测试的基础上,采用有限单元法开展隧道三维地应力场回归反演分析.研究结果表明:(1)回归反演计算值与实测值之间的相对...     

川藏铁路某超深埋隧道地应力特征及岩爆分析

研究目的:超深埋折多山隧道是川藏铁路雅康段控制性工程,隧址位于我国西部新构造运动活跃的"Y"字形构造带核心区域,其地应力特征及岩爆预测对铁路选线、设计和施工具有重要意义。本文通过地应力测试数据,数值模拟来分析折多山隧道隧址区及洞身的应力分布特征,明确最大主应力的方向,并利用岩石的单轴加卸、载应力-应变曲线计算其隧道围岩的岩爆倾向指数,分析发生岩爆的岩石力学指标,结合深孔钻探成果、岩石力学试验、水文试验成果来综合分析川藏铁路折多山隧道发生岩爆的强度。研究结论:(1)川藏铁路折多山隧道最大主应力为水平应力,方向为NEE向,实测地应力最大值为17 MPa,数值模拟洞身最大值可达到48 MPa;(2)通过岩爆倾向性指数试验分析可知,围岩具备发生中等~强烈岩爆的储能和释能条件;(3)通过综合分析可知,折多山隧道易发生中等~强烈岩爆;(4)该研究结论可为隧道设计提供依据,也可为邻近区域隧道围岩稳定性判断提供借鉴。     

四川“Y字形”断裂交汇部应力场反演分析

以四川地区地应力实测资料为基础,采用地质过程数值模拟的三维有限元数值分析方法,对四川省"Y字形"断裂交汇部区域应力场进行反演分析,得到四川省"Y字形"断裂交汇部周围地区不同埋深的地应力分布情况及数值大小。区域最大水平主应力总体为NW向,但中部、东北侧部分区域有NE向出现。本区内埋深500 m最大水平应力为12.5~15MPa,1 000 m最大水平应力为26~30 MPa,1 500 m最大水平应力为38~44 MPa,2 000 m最大水平应力为50~57.5 MPa。同时,在前人对四川省地应力3个大区分区的基础上,根据反演得到的区域地应力大小及方向,又将"Y字形"区域各分为2~3个亚区,为该区域其他公路、铁路以及隧道工程的选线提供了参考资料。     

当金山隧道区域地应力特征分析与应用

研究目的:敦格铁路当金山隧道位于兴蒙褶皱系与祁连山褶皱系之间的阿尔金断隆,隧道埋深大,地质条件复杂,高地应力是隧道施工中的主要地质问题。通过对隧道区域地应力特征分析,分析预测隧道施工中与高地应力有关的地质问题。研究结论:(1)当金山隧道区地应力高,以水平应力为主,属高地应力区;(2)根据切向应力准则判断,隧道施工中埋深较大地段较完整的云母石英片岩、花岗岩有发生轻微岩爆的可能,绿泥石英片岩发生岩爆的可能性小;(3)根据隧道区的地应力特征及岩性特征分析,断层破碎带(尤其是F5断层)岩质软弱,在施工中有发生较大变形的可能,其他地段发生变形的可能性较小;(4)本文采用的隧道地应力分析与评价方法及与高地应力有关主要地质问题的分析,对类似工程具有参考和借鉴意义。     

铁路岩体初始应力场评估的探讨

研究目的:在实际工作中,根据地应力资料进行评估,铁路绝大部分隧道都处于极高地应力、高地应力状态,引发围岩调整、工程措施加强,从而会引起投资大量增加,甚至在分析隧道衬砌开裂和变形的原因时引发大的争议和混乱,但实际已开挖的隧道发生岩爆、大变形的工程案例却是极少数。本文通过岩体力学理论、地应力资料、工程案例并结合相近行业有关规定,对铁路规范中的铁路岩体初始应力场评估进行探讨。研究结论:(1)铁路规范对初始地应力场的评估不符合实际,应修改,初步判定实测地应力大于30 MPa时,岩爆发生的可能性增大;(2)对初始地应力场的评估结论应慎重,引发的增加投资应纳入动态设计;(3)勘察设计阶段的地应力测试应合理、适当;(4)该研究成果可应用于铁路规范修改及隧道勘察。     

巴玉特长隧道初始地应力场反演及岩爆预测

以巴玉隧道为工程依托,综合分析工程区构造地质环境和现场地应力实测数据,通过构建三维地质力学模型获取初始地应力场分布特征.采用微震监测系统对隧道岩体破裂进行实时监测预警,并对比分析现场微震监测和地应力场岩爆预测的可靠性.研究结果表明:隧道轴向三维地应力场总体分布规律表现为最小水平主应力σh<竖向主应力σv<最大水平主应力...     

基于地应力场特征的川藏深埋隧道岩爆等级预测研究

地应力和岩爆是隧道动态设计的重要因素,针对川藏地区某深埋硬岩隧道地应力场特征与岩爆等级不明确的现状,提出基于地应力场特征的深埋隧道岩爆等级预测方法.采用基于神经网络替代模型的加速优化算法进行地应力反演,分析其主应力特征及与埋深的关系,并基于该隧道开挖过程中的弹性应变能特征预测该隧道开挖后的岩爆等级.结果表明,该隧道隧址...     

大相岭深埋特长隧道场区高应力场三维数值反演

大相岭隧道属特长深埋隧道,隧址区地应力高,断裂构造发育,软岩硬岩交错分布,开挖中可能会出现岩爆大变形等现象,运用FLAC3D快速拉格朗日差分软件采用数值三维多元回归原理结合实测地应力资料对隧道场区高地应力场进行数值回归反演,反演结果和实测结果吻合良好,能够较好的从整体上反映场区地应力状况,为地质超前预报以及超前支护和隧道结构设计提供较为可靠的定量分析资料。     

盾构诱发的地表及邻近建筑物变形规律研究

研究目的:以北京地铁八号线某区间隧道盾构工程为依托,采用FLAC模拟预测盾构施工引起的地表及其附近建筑物的变形规律,为盾构隧道施工安全通过地表建筑物时的合理施工参数确定和现场监测方案的制定提供技术支撑。研究结论:(1)采用数值模拟得到北京地铁隧道盾构施工引起的地表变形规律,地表横向沉降曲线在水平方向上基本对称,建筑物对其周围区域地表变形影响较大,对其所在区域地表变形影响相对较小,最大差异沉降为8,09 mm;(2)数值模拟预测结果表明两隧道开挖对地表影响的范围主要在两隧道中心左右各36 m,开挖面影响区域为开挖面前方24 m及开挖面后方20 m范围内,施工时应重点监测;(3)实践表明实测曲线与数值模拟曲线吻合较好,数值模拟是预测盾构施工对地表及邻近建筑物变形影响规律的有效手段;(4)研究成果可用于地铁盾构施工对地表邻近建筑物的变形控制方案的制定。     

川藏铁路二郎山深埋隧道的地应力场反演分析

二郎山隧道是川藏铁路的控制性重点工程,隧址区的地应力分析对于铁路的选线和施工具有重要意义。本文通过工程类比分析和应力计算确定了边界条件及水平向对称梯度应力,综合应用CAD,ANSYS和FLAC3D三种软件开展了二郎山隧道深埋方案的数值反演,分析了沿隧道轴线的应力变化和分布特征。结果表明:隧址区全长范围内最大主应力总体上随埋深增大而逐渐增加;局部应力状态受地质构造影响较大,在结构面及岩性分界点附近有明显变化。     

堡镇隧道高地应力软弱围岩段施工大变形数值模拟预测研究

高地应力软弱围岩段施工将不可避免地产生大变形,做好施工期围岩变形的预测工作对隧道安全施工至关重要。采用大型有限差分程序对宜万铁路堡镇隧道大变形段施工进行了三维数值模拟,并将模拟结果与实测变形结果做了对比,验证三维数值模拟的可靠性,掌子面与监测断面距离较近时数值模拟预测围岩变形有较高的精度,但随着监测断面与掌子面距离的增大预测误差逐渐增大。     

铁路隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法研究

研究目的:某铁路隧道底部粉砂质泥岩蠕变导致仰拱结构持续底鼓,致使列车降速行驶,对铁路运行造成安全隐患。为较准确获取仰拱底鼓区粉砂质泥岩的蠕变参数,本文基于某隧道仰拱5年多的底鼓变形实际监测数据,建立室内岩石剪切蠕变试验与深度学习(GRNN)相融合的岩体蠕变参数确定方法,并对隧道仰拱蠕变变形进行长期预测。研究结论:(1)铁路隧道底鼓段粉砂质泥岩具有明显蠕变特性,该特性对隧道仰拱持续底鼓变形影响较大;(2)提出了基于深度学习的隧道底鼓段围岩蠕变参数反演方法,该方法结合底鼓段长期监测变形数据,能够有效获取隧底岩体蠕变参数,解决隧道围岩蠕变参数难以确定的难题;(3)反演得到的隧底岩体蠕变参数相应的底鼓变形值与实测值拟合度较高,验证了该方法的合理性;(4)本研究成果可为隧道围岩蠕变参数确定、仰拱蠕变变形预测和底鼓治理提供理论依据。     

三管隧道开挖对周边构筑物影响分析研究

为保证三重隧道施工安全,在建立复杂三维数值模型的基础上,对地铁盾构隧道与铁路出入线隧道施工进行模拟,获取施工过程中地铁隧道所引起的轨道沉降位移曲线。通过分析施工过程中近接地下空间的位移响应趋势,判断地铁盾构隧道、铁路隧道对周边桥桩与地表铁路轨道的影响。同时,对于采用CD法与预留核心土台阶法两种工法进行对比研究,并且提出此两种方法对地表铁路股道的影响。根据计算结果得到隧道开挖施工对股道影响范围,为宽44 m、纵向36.5 m的区域。根据影响范围区域,提出监测方案。根据监测可知,沉降最大值仅为0.5 mm,采用目前的设计方案施工可以保证成花铁路的运营安全。研究所得结论对复杂地下空间中的多重隧道施工具有一定的参考价值。     

高地应力软弱围岩铁路隧道的衬砌压力

以关角隧道为工程背景,采用开挖应力释放率模型,研究高地应力软弱围岩地质条件下铁路隧道的衬砌压力.基于现场实测地应力和施工监测位移,根据台阶法开挖中存在的空间效应,推算未监测到的坑道周边位移和掌子面前方位移,再采用改进的BP人工神经网络模型预测隧道围岩的最终位移.利用开挖应力释放率模型获得隧道衬砌压力及应力释放规律.该规律与经典围岩特征曲线规律一致,且与工程经验和现场施工状态基本符合.采用FLAC3D软件对该段隧道开挖过程进行三维数值模拟,验证了上述方法在高地应力软弱围岩地质条件下的正确性和合理性.计算结果和模拟结果均表明:由于高地应力软弱围岩和初支效果不佳,使得关角隧道DyK307+ 900处衬砌压力较大,隧道结构处于不利的受力状态.     

拉萨-日喀则铁路吉沃西嘎隧道高地温预测

拉日铁路吉沃西嘎隧道地处雅鲁藏布江峡谷地段,地热是吉沃西嘎隧道施工中的主要地质问题。通过对地质环境资料的分析,确认了地热的形成机制,利用现场测温数据采用数值模拟的方法研究了隧址区地热分布规律。计算表明,吉沃西嘎隧道岩温最大值为57℃。     

大相岭隧道岩爆数值模拟预测研究

从大相岭隧道实测原始地应力入手,对不同的地应力场具有针对性地建立二维、三维数值模型,来进行岩爆时空效应的数值模拟研究。二维模型通过采用不同地应力释放率,来考虑岩爆发生的时间效应,且确定出岩爆易发生的隧道部位及最大地应力沿洞周分布规律和范围。同时采用三维模型,探明了大相岭隧道在两种不同特征地应力场中开挖时最大地应力的分布规律,并得出了最大主应力分布范围与开挖进尺及支护的关系,具有一定的实际意义。     

新奥法施工近距双线浅埋隧道围岩变形特性研究

为揭示新奥法施工近距双线浅埋隧道围岩的变形特性,依托某市地铁隧道工程为背景,采用理论分析、数值模拟、现场测试等相结合的方法,分析近距双线浅埋隧道采用新奥法施工过程中的地表沉降、拱顶位移及围岩收敛规律。研究结果表明:隧道开挖面卸载是围岩发生变形的主要诱因;近距双线隧道开挖围岩变形存在叠加,主要叠加区域位于双线隧道中线连接区域,相比单线开挖同位置变形最大增量达45%;由变形预测结果可知,地层变形在建设期基本完成,约占预测10年变形总量的85%以上。     

浩吉铁路智能关键技术试验

为推动我国重载铁路智能化发展、支撑浩吉铁路智能货运示范线建设,中国国家铁路集团有限公司在浩吉铁路组织开展了包括三大类七项内容的货运铁路智能关键技术试验。阐述浩吉铁路智能技术试验设计,对试验结果进行综合分析。试验表明,基于LKJ的货运列车辅助驾驶系统和分布式动力机车无线同步操控系统实现了设计功能,并可根据运行计划实时自动调整列车运行速度等级。同时,基于浩吉铁路运输生产数据集,验证了智能综合调度系统调整决策功能、轨道几何和接触网几何病害的智能识别算法、电务设备运维评价方法;获得了铁路真实环境条件下新型大容量无线通信传输技术特性,探索了北斗定位技术在新型列控系统应用的可行性。     

高地应力软岩隧道不同施工方法数值模拟变形分析研究

结合木寨岭隧道的实际施工方法,采用三维有限元软件Midas/GTS,分别对隧道的4种施工方法进行数值模拟,4种施工方法分别为全断面法、二台阶法、三台阶法和超前导洞扩挖法。选取适当的物理力学参数进行数值建模,从模拟结果中提取拱顶沉降、水平收敛、隧道应力、塑性区等数据进行对比分析,从而得出最优的施工方法,即适用于高地应力软岩隧道的施工方法,以及相应的支护措施。并在讨论部分引用类似状况隧道实测数据进行对比分析,验证数值模拟的合理性和正确性,可以为高地应力软岩隧道设计施工提供一定的参考。     

高速铁路隧道围岩力学参数反演研究

研究目的:隧道围岩是一种非均质、不连续的地质体,其力学参数的确定直接关系数值模拟结果的准确性。针对隧道围岩力学参数难以有效获取的问题,本文依托阳山高速铁路隧道,采用FLAC~(3D)对隧道施工过程进行数值模拟,并基于遗传算法(GA)优化的支持向量机(SVM),研究高速铁路隧道围岩力学参数反演方法。在此基础上,建立隧道有限差分模型,分析不同台阶长度施工时围岩的变形、应力分布及破坏形态。研究结论:(1)围岩拱顶沉降模拟结果与实测值基本吻合,验证了所建立的隧道围岩力学参数反演模型的可行性;(2)当施工台阶的长度大于6 m时,隧道围岩稳定性急剧降低,不利于人员安全及隧道有序施工;(3)本研究结论可为后续施工提供可靠依据,同时可为隧道施工的稳定性分析提供参考。