浅埋隧道掏槽爆破地表质点震速规律研究

文章以青岛地铁一期工程(3号线)土建03标太延区间下穿济军一疗口腔医院为工程背景,研究了浅埋隧道爆破地表质点震动速度规律。在平行隧道轴向正上方,监测掏槽爆破时垂直方向、水平径向和水平切向3个方向产生的震动速度第1段的最大值;在垂直隧道轴向上,监测掏槽爆破时垂直方向产生的震动速度第1段的最大值。结合地下爆破施工对地面震动影响的监测数据,研究发现,掏槽爆破震动峰值出现在距工作面前方1~3 m的范围内,在基准点附近存在一个火山口状的震动峰谷;合成震动速度在数值上比单一方向的震速存在放大现象,但合成的震动曲线规律与单一方向震动规律相似。     

汶川地震隧道震害影响因素的统计和分析

为了对隧道震害的影响因素进行分析,文章搜集了汶川地震中4座破坏较为严重的隧道震害资料进行统计分析,并通过ANSYS软件建模进行了计算验证。统计分析和数值模拟结果表明,隧道震害的几个主要影响因素包括地震参数(地震波峰值加速度)、围岩级别、隧道埋深、与隧道相交的断层、隧道洞身的特殊结构部位等。其中地震波峰值加速度越大、围岩级别越低或当隧道通过断层时,隧道衬砌破坏程度越严重;隧道埋深越大隧道震害程度越小;隧道洞身特殊结构段处容易发生应力集中,引起震害程度加重。     

地层特性对盾构法隧道施工地表沉降的影响研究

在软土地区进行地铁隧道盾构法施工时,地表沉降很难得到有效的控制。文章通过三维有限元法模拟地铁隧道盾构法施工过程,分析了软弱土层分布对地表沉降的影响,并通过实测结果分析研究了盾构法施工中土层物理力学特性对地表沉降的影响。研究表明,软弱土层分布在地表至隧道底部以下0.23D范围内时(D为隧道外径),可对地表沉降产生不同程度的影响;其中,软弱土层分布在隧道埋深范围及拱顶0.23D范围内时,对地表沉降的影响最为严重,影响率超过9.910 3%;相同情况下,隧道轴线上方的软弱土层比下方软弱土层对地表沉降的影响更加明显,隧道轴线上方软弱土层对地表沉降的影响是隧道轴线下方软弱土层的1.5～6.35倍;地表沉降最大值分别随盾构断面土层压缩模量加权平均值、粘聚力加权平均值增大而减小,地表沉降最大值与土层内摩擦角加权平均值无明显关系;沉降槽宽度系数i随土层内摩擦角加权平均值增大而减小,与土层压缩模量加权平均值、粘聚力加权平均值无明显关系。     

城市硬岩隧道下穿砖木结构建筑爆破控制技术

青岛地铁一期工程3号线03标段区间隧道下穿济军第一疗养院口腔科医院,隧道埋深14m。为了将爆破震动的影响程度降低到最小,开挖过程中采用了大直径中空直眼掏槽、控制单段最大起爆药量的方法,将地表震动速度控制在1.5cm/s以内,确保了地面建筑物、附近交通干道的安全;同时应用孔外延期技术对爆破网路进行优化设计,减少了因雷管段别限制而增加的爆破次数,降低了爆破所需时间,取得了良好的经济与社会效益。     

瑞利波作用下隧道洞口段的抗震设防长度

隧道洞口段是隧道抗震设计的薄弱部位,文章从瑞利波动方程出发,推导了洞口段地层在瑞利波作用下的峰值位移、峰值加速度和地层曲率的计算公式,并探讨了洞口段抗震设防长度。分析结果表明:在瑞利波作用下,地层位移、曲率和加速度随隧道埋深的增大而迅速减小,因此当洞口埋深达到一定程度后,地层对隧道的强加位移已很小,无需再设防;现行隧道设计规范规定的洞口段抗震设防长度偏短,应延长。最后,结合汶川地震隧道洞口段破坏长度,进行了分析验证,分析结论可供隧道抗震设计、灾后重建和今后有关规范修订参考。     

密贴交叉隧道在强震作用下的三维动力响应分析

文章以北京地铁7号线区间隧道为背景,利用FLAC3D有限差分软件建立密贴交叉隧道数值模型,并通过在模型基底输入水平方向振动的北京旅馆地震波,研究了密贴交叉隧道在强震作用下的地震响应特性。计算结果表明:在密贴交叉隧道中,上层隧道水平位移大于下层隧道,上/下层隧道顶板位置处的相对水平位移最大值均发生在中间交叉部,上层隧道底板和下层隧道顶板均是非交叉部的加速度反应最大;上层隧道较浅埋隧道的水平位移及应力出现不同程度的放大效应,而峰值加速度出现缩减现象;下层隧道较深埋隧道的水平位移出现放大效应,而加速度及应力出现不同程度的缩减现象。     

地表建筑对下穿隧道的安全性影响分析研究

采用ANSYS有限元软件对新宝塔山隧道的浅埋段地表建筑施工对下穿隧道的影响进行模拟分析,得到不同间距及不同埋深情况下地表建筑对下穿隧道的应力及衬砌安全性的分析结果。分析得出:住宅楼桩基外缘距离既有隧道边墙为4 m时,铁路隧道受到影响较大;当间距调整为8 m时,楼房施工后引起隧道衬砌结构位移较小,隧道结构安全度均满足规范要求。由此,建议按照间距为8 m的方案实施,覆土回填3 m时,计算结果显示隧道仍然是安全的,其覆土回填厚度可以按照规划设计的地面高程1 009 m考虑(最大覆土回填3m、埋深10.7 m)。     

大断面隧道深浅埋划分方法研究

在中国现行的铁路和公路隧道设计规范中,隧道深、浅埋的划分是以松弛荷载概念作为基础的,并具有统计上的意义,但这种划分方法线条较粗,并没有充分考虑围岩的自承能力.文章以隧道围岩能否形成安全有效的压力拱为基本原则进行了隧道深、浅埋的划分.对于地表水平或近似水平情况,按平面应变假定,认为面内最大主应力的最大值出现在压力拱的内边界处,而将面内最大主应力方向发生偏转(拱体内最大主应力方向为水平方向,拱体外部最大主应力将恢复为开挖前的竖直方向)的点作为压力拱的外边界;当地表有较大坡度时,由于地形对自重应力场分布产生的影响,这里以等效埋深代替实际埋深,用以修正按地表水平情况计算的深、浅埋分界值.根据上述思路,对目前在建的某四线大断面车站隧道,通过数值模拟,建议取30m埋深作为隧道深、浅埋分界值.     

反应加速度法中地震动参数的修正研究

文章采用结构变形和自由场变形之间的相互作用系数修正反应加速度法中的地震动参数,近似考虑结构存在对场地地震动参数的影响,进而得出了修正的反应加速度法。为了验证该方法的适用性,设定某种地质条件下的典型圆形盾构隧道为基准模型,使用反应加速度法、修正方法、时程法计算衬砌刚度变化时的结构内力。结果表明,若以时程法为准,修正方法可提高反应加速度法的精度,且对设计中关注的弯矩精度提高最大。     

盾构隧道施工引起周围土体超孔隙水压力的分析

盾构隧道施工在推进过程中将不可避免地对周围土层产生扰动,从而在土体中产生超孔隙水压力,导致后期固结沉降。文章基于修正剑桥模型,采用应力路径法,对盾构掘进产生的超孔隙水压力的大小、扰动范围以及分布规律等进行了计算分析,从而得出了盾构施工引起的周围土体超孔隙水压力峰值;同时,通过考虑开挖面土舱压力、隧道中心处土体的静止土压力及土体粘聚力等因素的影响,确定了盾构施工引起周围土体超孔隙水压力的影响范围;在不考虑纵向渗流的前提下,根据达西定律原理推导得出了隧道周围土体超孔隙水压力的分布规律。结合算例分析表明:采用应力路径法得到的隧道周围土体超孔隙水压力的峰值与隧道的埋深呈线性关系;随着隧道埋深的增加,盾构施工对土体的扰动范围及超孔隙水压力的峰值都在不断增加;但超孔隙水压力的变化趋势随隧道埋深的增加逐渐变缓,当H/D=1.5时超孔隙水压力的变化趋势近似为线性。     

浅埋偏压隧道地表沉降规律及其预测方法

隧道地表沉降是围岩稳定性判断的重要依据,也是隧道施工监控量测的重要环节。浅埋偏压隧道地表沉降规律相对于非偏压隧道更为复杂,也更容易诱发安全事故,因此有必要进行深入研究。首先,文章基于最大主应力偏转理论,对偏压隧道偏压程度进行量化分析,提出了隧道偏压系数的概念及其计算方法。其次,建立等效分析计算模型,将浅埋偏压隧道地表沉降视为偏压地形和偏压荷载共同作用的叠加,并给出了分析计算方法和步骤。最后,通过现场实测资料进一步对浅埋偏压隧道地表沉降规律进行分析,并对预测结果进行验证。结果表明:偏压系数与地表偏压角、隧道埋深和地层侧压力系数有关;地表沉降曲线在偏压作用下会发生扭曲,最大沉降区域和影响范围都向深埋侧偏移;当偏压程度较大时,偏压作用易导致深埋侧地表出现开裂,浅埋侧地表出现错台。     

砂-粘土复合地层盾构隧道地表沉降规律研究

文章依托深圳地铁11号线宝—碧区间盾构隧道工程,基于现场实测地表沉降数据和数值模拟分析,探究砂-粘土复合地层盾构隧道施工引起的地表沉降规律。采用高斯峰值函数对隧道横断面沉降数据进行拟合,得到沉降槽宽度系数、最大沉降量和地层损失率等表征横断面沉降特征的重要参数。与软土地层和砂卵石地层沉降槽宽度系数比较,砂-粘土复合地层沉降槽宽度系数小于软土地层且大于砂卵石地层。采用数值模拟计算结合实测数据的方法,研究了在砂-粘土复合地层中隧道埋深、上覆地层条件和隧道洞身处地层条件对地表沉降的影响。研究结果表明,地表沉降受上覆地层条件影响显著,与接近地表地层性质密切相关。     

埋深和坡度对浅埋隧道围岩稳定影响的敏感性分析

埋深和坡度对围岩稳定影响的敏感性分析是浅埋隧道选线及施工方案确定的一项重要研究内容。文献[1]应用自行开发的程序分析了浅埋隧道不同偏压角及埋深下围岩的变形规律。在此研究基础上,文章提出了一种敏感性分析方法,研究隧道埋深和坡度对围岩稳定影响(地表沉降、拱顶沉降、围岩塑性区分布)的敏感性。研究结果表明:地表和拱顶沉降对隧道埋深比较敏感,对偏压角的敏感性相对较小;而围岩塑性区面积对偏压角的敏感度要大于隧道埋深。研究结果对浅埋隧道的设计和施工具有一定的指导价值。     

盾构隧道施工引起的土体变形分析

文章基于弹性半无限空间内的Mindlin解,通过分析侧压力对沉降槽的影响,对地表沉降槽的组成进行了分析,并对单线隧道地表位移的影响参数进行了系统的敏感性研究。其中,地层弹性模量、泊松比、隧道埋深、应力释放系数的改变会影响土体损失,而泊松比、隧道埋深、侧压力系数的改变则会影响沉降槽宽度参数。最后对不同深度地层受隧道施工影响的地层损失和沉降槽宽度参数进行了分析,由于所受约束的不同,与地表水平位移相比,地层中的水平位移明显减小。     

下伏溶洞对运营隧道衬砌结构稳定性的影响研究

文章依托工程实践,通过运营隧道病害检测过程中发现的典型岩溶发育特征,借助Midas GTS NX有限元数值分析软件,研究不同埋深条件的下伏溶洞对既有运营隧道衬砌结构的稳定性影响.研究结果表明:随着下伏溶洞埋深逐渐增大,隧道二次衬砌最大剪应力和最大竖向位移逐渐减小;当溶洞埋深＞7 m时,对V级围岩有仰拱区段的后期运营结构...     

双孔平行地铁隧道盾构施工地表沉降分布规律研究

盾构法施工中不可避免地会对周围地层产生扰动影响,故加强盾构施工变形控制显得尤为重要。文章以某城市地铁盾构隧道工程为研究背景,采用理论分析和数值模拟方法,研究了双孔平行隧道施工地表沉降分布规律及影响因素,提出了改进的双线隧道地表沉降预测方法,并与现场实测数据进行了对比分析。研究结果表明:隧道间距越大,形成"W"形沉降曲线特征越明显;隧道埋深越小,沉降曲线由"V"形向"W"形转变所需的隧道间距L越小;土质条件越好,地层扰动影响范围越小,"W"形沉降槽特征也越显著;采用C=L/2i来描述双线平行隧道地表沉降分布特征是可行的,随C值增大地表沉降曲线分布由"V"形—"锅底"形—"W"形发展,"W"形非对称性分布特征与隧道相对间距有关;由本文提出的双线盾构施工引起的地表沉降计算公式计算出的地表沉降预测值与实测沉降曲线吻合较好,可用于双线隧道施工地表沉降变形预测,对盾构隧道研究具有重要理论指导和实践意义。     

盾构隧道局部渗漏水对周围土体孔隙水压力的影响

文章基于复变函数的保角变换方法将含有隧道的半无限平面映射为同心圆环计算域,将隧道周围土体视为均质连续各向同性的饱和介质,通过边界配点法控制盾构隧道局部渗漏水的边界条件,并将解析法与数值法相结合求解了稳定渗流时饱和土体二维渗流的基本微分方程,得到了盾构隧道局部渗漏水引起周围土体孔隙水压力变化的半数值半解析解。结合工程算例,应用该计算方法探讨了隧道渗漏水范围、渗漏水位置、地表与隧道渗漏水边界处总水头差等因素对隧道周围土体孔隙水压力的影响。研究结果表明:盾构隧道发生侧向渗漏水时,周围土体孔隙水压力在水平向1倍隧道中心埋深的范围内变化较大,且渗漏水范围越大。其衰减速度越显著;隧道渗漏水引起的地表与隧道渗漏水边界处总水头差越大,其对土体孔隙水压力的影响越显著,且孔隙水压力的减小量与总水头差呈等比例变化;隧道侧向渗流量随地表与隧道渗漏水边界处总水头差的增大而增大。且两者呈线性关系。     

列车动载引起下穿隧道振动三维数值分析

以上海轨道交通9号线R413标段的三孔并行盾构隧道下穿沪一杭铁路干线为背景,采用3D动力有限元对列车动载引起下穿隧道的振动影响进行了研究.结果表明:当对向行驶的两列车机车的后转向架轮载同时作用在B隧道正上方时,为隧道结构的最不利位置;在动载作用下,拱顶竖向压力随埋深呈多段非线性变化;下穿隧道拱顶竖向压力沿纵向呈悬练线形分布,最大值出现在双线铁路的中线处,向两侧逐渐减小,影响约在铁路中线两侧各12m范围,结构产生了显著的纵向拉、压力;经对计算振动加速度和测试结果比较,两者规律基本一致.     

近场地震动作用下背后空洞圆形隧洞的动力损伤特性试验研究

文章考虑近场地震动作用,对背后存在空洞的圆形隧洞进行了振动台模型试验,对比分析了地基场域加速度反应、土—结构接触动土压力、隧洞结构加速度反应及其动应变规律,并基于损伤模型研究了近场地震动作用对隧洞结构的动力损伤行为。研究结果表明:1)地震波加载过程中,圆形隧洞不同位置横截面处的加速度反应存在少许差别,隧洞结构的存在会对两侧地基土峰值加速度产生影响,但频谱特性变化并不明显;2)当输入近场地震动强度较小时,结构顶部空洞横截面的平均峰值加速度较小、平均动应变反应较大,而结构顶部密实状态横截面的平均峰值加速度较大、平均动应变反应较小;3)若采用应变损伤模型衡量结构的破坏程度,在衬砌背后存在空洞的横截面顶部±30°附近圆形隧洞损伤程度最大,这与已有的圆形隧洞震害现象吻合。     

基于改进动力强度折减法的隧道地震破坏机理探讨

文章分析了影响隧道在地震作用下破坏的因素,研究了不同围岩级别、不同跨度、不同结构形式和不同埋深等条件下隧道结构在地震中的破坏机理,分别针对各个影响因素进行了对比分析;通过静动力转换边界将静力场施加到动力计算中作为初始应力条件,对动力强度折减法进行了改进,通过计算应用证明了其可行性;使用改进的动力强度折减法对深、浅埋隧道在地震作用下的破坏机理进行了计算分析。结果表明,不同埋深隧道在地震中的破坏过程不同,浅埋隧道是从隧道上方两侧开始破坏的,逐渐形成贯通到地面的破裂面;深埋隧道最先在4个边角的应力集中处出现塑性应变,顶部和底部的塑性应变较小,随后从两侧开始逐渐形成贯通的塑性应变区,直至破坏。