浅埋隧道施工引起的纵向地层移动与变形

应用随机介质理论分析浅埋隧道开挖施工引起的上覆地层纵向移动与变形,将隧道围岩看作一种随机介质,将隧道开挖所引起的上覆岩土体的移动看作一随机过程,从单元开挖引起的地层下沉入手,根据岩土体不可压缩的假定,得到了单元岩土体开挖引起的纵向地层水平移动公式,并据此推导了浅埋隧道开挖施工引起的沿隧道纵向上覆地层下沉、水平移动、倾斜、水平变形以及地层弯曲曲率的计算公式,并给出了圆形以及其它复杂形状隧道开挖横断面的具体计算方法。结果表明:随机介质理论用于计算由于浅埋隧道开挖引起的纵向上覆地层的移动与变形效果良好。     

富水砂层水平旋喷拱棚的力学特性北大核心

为研究水平旋喷拱棚(简称拱棚)在富水砂层中的力学特性,以江门隧道工程为依托,采用模型试验和数值模拟方法,通过变化地下水位、地层渗透系数和覆土厚度,分析在开挖过程中拱棚挠度和轴力。模型试验结果表明:随着开挖深度增加,拱棚挠度增大,越靠近洞口拱棚挠度越大;在有地下水工况下,掌子面附近拱棚挠度比无水工况低,说明拱棚在富水砂层的预支护效果较好;拱棚最大轴力位于掌子面附近,且地下水位越高轴力越大。数值模拟结果表明:覆土厚度小于13 m时,随着覆土厚度增加,拱棚挠度和轴力近似呈线性增长;覆土厚13 m时,随着地下水位升高,拱棚挠度和轴力增大,当地下水位与拱顶净距大于3 m后,随着地下水位升高拱棚轴力增速变大;地下水位对拱棚轴力影响较大,为保证隧道施工安全,建议采取降水措施减小拱棚受力。     

干燥粉细砂地层大断面隧道施工力学行为分析

大西客运专线上白隧道全长1 717 m,全隧洞身范围均穿越不同厚度的干燥粉细砂层,最大开挖断面187.08 m~2。施工中,针对隧道全断面为干燥粉细砂地层提出了超前水平旋喷咬合桩预加固技术和多台阶预留核心土顺次开挖法,采用三维数值方法从隧道变形、支护结构受力及塑性区分布等方面揭示了全断面为粉细砂层隧道的施工过程力学行为,取得了大量有价值的数据和信息,对指导该隧道的施工具有重要作用。     

隧道式锚碇与上覆隧道相互作用的力学性能研究

采用三维显式有限差分程序(FLAC3D),对南溪长江大桥泸州岸隧道式锚碇及上覆公路隧道各施工过程进行数值模拟,研究不同工序下各施工阶段支护结构的内力响应以及围岩体的应力场与位移场分布规律等力学行为.结果表明,锚碇与隧道的相互作用影响区域集中在锚室前端及上覆隧道洞口段范围内,且影响程度随两者之间距离的增大迅速减小;在设计主缆荷载作用下,上覆隧道洞口段发生向上位移,但量值相对较小,对隧道受力影响不大;复合锚碇体系的力学响应主要集中在锚固段始端3.5～4.0 m以及锚塞体与岩体接触面1.5～2.5 m附近区域;施工过程中应对隧道及锚室入口等浅层区域岩体、锚室及锚塞体开挖空间侧墙与拱腰等部位岩体进行加固;从岩体塑性区发展及支护结构受力状况来看,先建锚碇后修隧道的工序更加合理.     

隧道预支护对控制围岩变形的力学效果研究

研究目的:基于三维弹塑性有限元方法对隧道开挖面预支护及顶部预支护进行参数分析,研究隧道开挖过程中有无顶部预支护条件下不同开挖方式、不同核心土长度、不同台阶长度对地层沉降、管棚力学行为及开挖面稳定性的影响,总结一些规律性的认识,为复杂地质条件下隧道开挖方式的选择及顶部预支护设计提供一定参考.研究结论:(1)留设核心土可以显著改善开挖面的稳定性,核心土的最佳长度大约在D/3～2D/3范围内,施工中应尽量使核心土长度与台阶长度相等.(2)核心土抑制围岩水平位移的作用有限,在软弱地层,单纯依靠核心土的作用并不能控制水平位移,应结合管棚预支护等隧道顶部预支护措施.     

含水地层盾构隧道开挖面稳定系数研究

研究目的:鉴于我国盾构施工过程中常穿越含水单一(或复合)地层及城市敏感建(构)筑物过程中出现的地面塌陷、建(构)筑物失稳等问题,以成都轨道交通18号线某盾构隧道区间为工程背景,开展含水地层大直径盾构隧道施工组段的开挖面稳定系数研究,以期为优化盾构掘进参数提供参考,避免坍塌发生.研究结论:(1)在对现有盾构开挖面稳定系数...     

深埋软岩盾构隧道围岩压力控制方法研究

以广佛环线东环隧道工程为背景,从盾构隧道动态施工全过程出发,参考考虑开挖面空间效应的二阶段分析方法,拓展盾构隧道施工全过程的两阶段分析方法,以此分别建立盾构隧道施工第一阶段和第二阶段分析模型,研究围岩蠕变过程中围岩应力释放率、填充层厚度、填充层弹性模量对大埋深软岩盾构隧道围岩和支护结构相互作用规律的影响。结果表明:(1)施工过程中可从两方面控制围岩压力,分别为第一阶段中围岩的应力(位移)释放率及第二阶段中管片和填充层的联合支护效果;(2)第一阶段,超挖量、盾壳长度及填充层滞后距离越大,围岩传递到管片衬砌上的荷载越小;(3)壁后填充层在管片衬砌与其的联合支护体系中能起到缓冲作用,使围岩传递到管片衬砌上的荷载更均匀;(4)壁后填充层的弹性模量存在临界值,其值在50～200 MPa范围内,当壁后填充层的弹性模量远大于此临界值时,能分担较多围岩压力,当其弹性模量小于临界值时,围岩能释放一定的围岩应力,以此减小管片衬砌所受围岩压力;(5)第一阶段应力释放率对管片衬砌变形和内力的影响程度在围岩的蠕变作用下有所减小,但填充层厚度及其弹性模量对管片结构的作用规律几乎不受围岩蠕变的影响。     

基于半定量法的地铁工程地面塌陷风险评估

研究目的:针对地铁工程地面塌陷风险评估工作存在较大随意性和模糊性的特点,定性分析地铁施工诱发地面塌陷的本质和影响因素,从众多影响因素中提取出关键影响因子建立半定量评估模型,预测地铁施工诱发地面塌陷的风险。研究结论:(1)评估线路地铁施工引发地面塌陷的风险等级主要在基本稳定~较不稳定之间;(2)局部地段砂层侵入洞身或距隧道顶板的距离较小,由于砂层厚度较大,地下水丰富、隧道上覆土层松散且厚度不大,地铁施工引发地面塌陷的风险等级为不稳定;(3)局部区段隧道在完整基岩内通过,且上覆基岩厚度较大,地铁施工引发地面塌陷的风险等级为稳定;(4)定性半定量评估法的评估结果与深圳地铁7号线工程实际吻合较好,对今后类似城市轨道交通工程地质灾害评估工作具有一定参考意义。     

近接地铁隧道基坑开挖静动力学行为研究

基坑开挖对近接地铁隧道造成不利影响,甚至危及隧道结构和运营安全。此外,隧道的存在也对基坑力学特征产生明显影响,从而改变基坑周边地层和支护结构的受力变形行为。为此,结合某广场基坑工程实践,采用三维数值模拟手段,分析近接隧道基坑开挖施工力学特征,重点探讨基坑开挖对盾构隧道结构变形的影响,以及基坑开挖过程中,地铁列车振动对基坑施工力学行为的影响,揭示基坑与隧道之间的静动力学相互作用机理,为以后类似地铁隧道保护提供理论指导和现实参考。     

浅埋暗挖矩形隧道施工方案比选研究

针对某新建地铁浅埋暗挖矩形隧道的工程特点,采用FLAC3D软件对各导洞不同开挖顺序的施工方案进行数值模拟。通过对比分析地表沉降、隧道拱顶沉降、底板隆起位移、初期支护内力等指标,寻求区间隧道周边地层变形及结构受力的特点和规律,从而选出最优的施工方案。研究表明:矩形隧道断面6导洞(先中间后两边)非对称开挖顺序可有效控制地层变形和结构受力;地铁区间隧道地表沉降曲线呈现"凹槽"形状,在隧道横断面方向影响范围约为4倍开挖跨度,掌子面开挖过后监测断面处地表沉降量所占比例约为60%;隧道拱顶沉降和底板隆起位移大部分发生在掌子面位于监测点前后10 m范围内,各导洞开挖顺序对支护结构内力影响较小;工程应用实践表明采用推荐的6导洞施工方案是安全可行的。