铁路膨胀岩隧道初期支护稳定性分析及设计优化

通过对国内外学者研究成果的归纳总结,结合隧道工程特点,提出一种膨胀岩综合分级标准。以玉(溪)蒙(自)铁路秀山隧道为工程背景,采用ANSYS软件分析中、强膨胀级别下膨胀力对初期支护的影响规律。结果表明:原设计中等膨胀工况膨胀范围为4 m时最小加固范围为6 m,强膨胀工况加固范围太大,常规注浆工艺较难实现;隧道断面优化后中等膨胀工况膨胀范围为4 m时最小加固范围为2 m,强膨胀工况膨胀范围为3 m时最小加固范围为4 m;随膨胀级别升高,初期支护仰拱底鼓和边墙收敛量增加;优化后由于加固范围减小,初期支护变形量增大。     

降雨入渗对膨胀土隧道力学特性影响的数值分析

为研究膨胀土隧道围岩湿度变化对隧道初期支护结构力学特性的影响,采用数值分析方法,将隧道施工过程中围岩扰动较大的范围作为"松动区",基于温度场与湿度场相关理论及变量的相似性,分析在不同扰动程度及不同渗水条件下,隧道初期支护结构变形及内力的变化特征。研究表明:在"轻微松动"条件下,洞周土体内基本不产生膨胀力;在"显著松动"条件下,洞周土体内将产生少量的膨胀力;在"完全松动"条件下,洞周土体增湿后将产生较大的膨胀力,使得隧道支护结构所受的附加荷载明显增大。随着隧道开挖扰动程度的加剧,隧道初期支护的受力和变形与不考虑增湿膨胀条件下的内力和变形之间的差异逐步增大,土体增湿膨胀后,隧道初支结构内力最大增幅接近20%。因此,隧道施工中应尽量减少对周边土体的扰动,并注重对地表水体的截、排处理。     

高地应力互层软岩隧道支护方案与支护时机优化

西部山区分布有大范围的层状地层,在地下洞室建设过程中大变形灾害问题突出,严重危及地下洞室的施工及运营安全。为探究高地应力作用下层状软岩隧道支护施工方案与合理支护时机,本文以甘肃尖山隧道为工程依托,设计了3种支护施工方案并考虑3种支护施作时机,运用FLAC3D软件计算分析各工况下隧道变形和支护结构受力并与实际监测结果进行对比。结果表明：(1)3种支护方案下,方案三对隧道变形控制效果最为明显且使得支护受力更为合理;(2)3种支护时机下,考虑到允许二衬承担一部分变形,故当隧道变形达到极限位移为90%时,隧道变形与支护受力最为合理;(3)数值结果均小于实际监测数据,两者差值在可接受范围之内。     

地铁上穿工程中既有隧道结构周围土体注浆加固范围研究

依托北京地铁4号线西单车站上穿既有1号线区间隧道工程,采用数值模拟方法,对地铁上穿工程中的既有隧道结构周围土体合理注浆加固范围进行研究.研究结果表明:注浆宽度保持不变的情况下,随着加固深度的增加,既有隧道结构的上浮变形值逐渐减小,对既有隧道结构的合理加固深度为13.5m(加固深度达到既有隧道结构的底部)时,即可将既有线结构的上浮变形控制在安全的范围之内.加固深度hz≥18.0m时,对既有隧道结构的上浮变形值的控制不再起作用;注浆深度保持不变的情况下,随着加固宽度的增加,既有结构的上浮变形值逐渐减小,合理的加固宽度取值为6.0m.     

地层膨胀力对盾构管片结构受力影响分析

膨胀土具有显著的吸水膨胀和失水收缩、且胀缩变形往复可逆的特点,类似地层盾构隧道研究相对较少。针对成都地铁某盾构区间实例,根据盾构隧道埋深与盾构隧道外径关系进行分类,通过单一变化膨胀力,借助有限元软件采用壳单元建立荷载-结构模型计算各工况下管片的内力,对比分析管片内力和安全系数,研究膨胀力对盾构管片结构受力的影响。研究结果表明:随着隧道埋深的增加,地层膨胀力对管片结构受力表现为有利;可通过调整线路高程、增加盾构管片埋深、管片背后注浆等措施,降低地层膨胀力对管片结构受力的影响。     

地铁穿越上软土下岩体地层中加固措施研究

贵阳市轨道交通S1线一期工程某区间地铁隧道穿越上软土下岩体的地层,土石分界线位于隧道上台阶位置,针对这一地质条件,提出了袖阀管注浆加固淤泥地层、中管棚和小导管超前支护相结合的隧道围岩加固措施,并采用有限元分析了该加固方案下地铁隧道施工过程,揭示了隧道施工过程中支护内力、围岩变形的分布及发展规律,并对隧道的施工设计提出了相应的建议,最终研究结果表明：隧道开挖支护过程中支护内力、围岩变形满足要求,表明了加固措施的可行性。     

高烈度区高地应力软岩隧道抗震措施研究

高烈度区隧道不仅面临强地震作用，而且往往面临高构造应力及软弱岩体等复杂地质条件。本文依托丽香铁路隧道，基于高地应力软岩地质条件，采用数值模拟方法，以变形缝间距及加固范围为研究对象，分析不同措施下隧道变形、地震响应特征，并对高地应力软岩条件下隧道减震措施进行研究。结果表明：随变形缝间距增大，衬砌位移逐渐减小、加速度峰值增大，由于变形缝数量上的减少导致结构吸收地震能量能力减弱，变形缝间距为12 m时达到最佳抗震效果；注浆加固条件下，衬砌位移随加固圈范围增大逐渐减小，而加速度峰值呈现先减小后增大趋势，加固圈范围为3 m时抗震效果最佳。     

四线隧道密贴下穿既有地铁车站注浆加固圆砾石地层效果研究

为研究注浆加固在浅埋暗挖隧道下穿既有车站工程中对卵石圆砾地层的加固效果,以北京地铁19号线四线隧道密贴下穿既有4号线新宫站工程为背景,以数值模拟和现场监测相结合的方法,分析既有结构在不同注浆加固范围及注浆强度工况下的沉降变形特征。研究结果表明:(1)土体开挖过程中既有结构沉降逐渐回升,二衬施作过程中既有结构沉降迅速增大。(2)施工过程中对地层进行深孔注浆预加固可有效控制既有结构的沉降变形;(3)其他条件一定时,既有结构沉降随注浆加固范围的增大而减小并最终趋于稳定,综合考虑施工安全及施工成本,本项目注浆加固范围取隧道轮廓线外2m为宜;(4)其他条件一定时,既有结构沉降随注浆强度的增大而减小并最终趋于稳定,在控制既有结构沉降方面,其他条件一定时,增大注浆加固范围比增大注浆强度更有效。     

上砂下岩地层中矿山法隧道下穿建筑物技术研究

以青岛市地铁3号线万年泉路站—李村站区间隧道下穿中国银行李村支行、万隆商厦建筑物为例,从注浆加固砂层、加强隧道初期支护措施、岩层开挖施工控制及地面预加固等方面提出上砂下岩特殊地层条件下隧道下穿建筑物变形控制措施。采用数值模拟手段研究上部砂层注浆加固后隧道应力及地表变形规律,并对比分析注浆加固、不加固两种工况下地表变形情况。计算结果表明,隧道开挖后地表沉降值随洞身范围内砂层分布区域增加而增大,揭示了地表沉降主要是由洞身范围内砂层开挖引起;砂层注浆加固对控制地表变形效果明显,将地表变形值控制在允许范围内,可优化建筑物地表预加固措施。现场监测结果显示,隧道施工期间洞内拱顶沉降及净空收敛最大值分别为4.5,1.57 mm,建筑物最大沉降量仅为3 mm,累计变形以隆起为主,远小于建筑物变形控制指标,验证了设计方案可行性。     

软岩隧道大变形影响因素及控制技术研究

软弱围岩强度低、自稳能力差，隧道施工在高地应力条件下，极易发生大变形，导致支护侵限甚至二衬开裂等问题，严重危及隧道结构安全。在分析国内外软岩隧道大变形研究成果基础上，提出了软岩大变形分类方法，对大变形影响因素进行了总结，包括岩性、地应力、地下水、地层结构、膨胀作用、群洞效应等，并分析了各因素的作用机理；提出了软岩隧道大变形控制技术，包括微台阶开挖技术、多层支护技术、径向注浆技术、长短锚杆联合支护技术、差异预留变形量、二衬施作时机等，并通过工程实例对控制技术进行了解析，确定了关键参数，可为类似工程提供参考。     

地铁隧道下穿河流施工遇富水软弱地层的控制技术

以青岛地铁某隧道下穿河段工程为依托,在对地质条件及工程资料进行深入分析的基础上,提出了包含超前深孔注浆、地面复合锚杆桩及洞内小导管补偿注浆等多种注浆加固措施的联合控制方案。通过数值模拟及现场监测,研究了地铁隧道区间下穿河流施工时所遇富水软弱地层的结构及其地表变形特性。结果表明:注浆施工会导致软弱地层膨胀隆起,诱发左、右隧道区间正上方的地层出现“M”型的正曲率变形,地表变形范围约为隧洞跨度的2倍;注浆压力和注浆量对地表隆起的速率和变形量有一定影响,必须及时结合监测资料动态调整注浆工艺和关键参数。该联合施工控制方案具有良好的加固控制效果,能够改善施工作业面前方的地质特性,可有效控制隧道结构及其上部地层的变形。     

高地应力大断面特长水工隧洞灌浆施工技术

在建锦屏二级水电站4条引水隧洞群穿越锦屏山主峰山体,最大埋深2525m,最高地应力值69．94MPa,隧洞施工过程中在高地应力区将出现大的涌漏水,危及隧洞的施工安全。通过对锦屏隧洞围岩地质、断面条件、工程重点与难点等因素分析,结合隧洞开挖及支护理论,并对隧洞开挖过程中的灌浆技术进行了分析和研究,确定了锦屏高地应力条件下大断面特长水工隧洞灌浆施工中制浆系统和与围岩条件相适应的灌浆参数,分析了符合施工顺序及施工过程的施工工艺。采用这种灌浆技术,保证了长大隧洞开挖围岩稳定和地下结构的安全。     

基于正交分析法的厚冲积层中盾构下穿管廊变形分析

针对济南市区特殊洪冲积地质条件,在地铁双线盾构隧道下穿既有市政管廊的情况下,分析了盾构施工引起管廊变形的机理,结合管廊敏感性特点提出了盾构穿越管廊的几种工况及加固措施,并依据正交试验原理对3个指标进行了四因素三水平分析,得出了以下结论:对管廊沉降及管廊转角影响最大的因素是盾构左右隧道施工间距;对管廊周围塑性区面积贡献最大的是盾尾注浆范围。以上结论可为盾构施工穿越变形控制要求严格的市政管廊提供参考。     

西安城墙在地铁建设与运营中的保护措施分析

西安地铁已建和在建的地铁线路多次穿越西安城墙及护城河,如何保证古城墙在地铁建设和运营期间的安全成为较为突出的问题。结合城墙的自身结构问题与工程地质情况的特殊性,通过对比分析相关工程资料和文献,指出:施工阶段,双线分离规划线路是盾构安全下穿城墙的重要前提,合理的土仓压力和注浆参数加之连续施工是盾构安全下穿最主要的主动防范措施,城墙地基土层注浆加固加之门洞钢架支护是盾构安全下穿必要的被动防范措施;运营阶段,采用钢弹簧浮置板道床可以明显减小地铁列车穿越城墙时引起的振动,保证地铁运营期间古城墙的安全。     

基于流固耦合理论下穿库区隧道围岩稳定性分析

以某下穿库区铁路隧道为依托工程,对比分析有无渗流场作用和不同水深条件下,隧道结构应力变化规律以及围岩变形、塑性区和渗流场的变化特性,同时还考虑隧道加固圈厚度和渗透系数对围岩稳定性的影响。研究结果表明:地下水渗流场对围岩变形影响较大,不仅能引起大范围的库底沉降,而且能增大隧道拱顶和拱腰的位移,并且能够减小仰拱的隆起量以及加剧围岩塑性区的范围;隧道的开挖能够对地下水孔隙水压力的分布形成明显的扰动,并且在两拱脚处渗流速度最大,最大塑性区位于横向临时支撑处;注浆加固圈能够改善围岩的受力,隧道最优注浆圈厚度在5m,并且当渗透系数小于围岩渗透系数的1/50时注浆圈加固效果不再明显。     

高地应力段初支大变形换拱施工技术

兰新铁路第二双线大梁隧道属高地应力地质,围岩为破碎灰岩夹碳质板岩,受构造作用强烈,呈碎块状压碎结构,层间结合差,岩质有松散软弱夹层,遇水成泥状,不断塌滑,初支钢架施作完毕常常发生严重大变形,侵入二次衬砌。为保证隧道施工质量安全,采用工字钢临时支撑加固原有初期支护,小导管径向注水泥浆固结围岩,然后拆除原初期拱架,该方案对类似工程有一定的借鉴意义。     

基于流固耦合作用的海底隧道初期支护安全影响因素分析

以青岛海底隧道试验段为工程背景,基于流固耦合理论对海底隧道初期支护安全性的影响因素进行分析,结论表明:(1)注浆加固显著改善了洞周土体强度和整体性,塑性区范围得到有效控制;(2)注浆加固优化了支护结构的受力,随着加固圈厚度的增加,洞周位移出现不同程度的衰减,加固圈厚度对减小水压的贡献依次为:拱顶拱腰拱脚仰拱;(3)随着加固圈渗透系数的增大,洞周水压力随之增大;(4)在流固耦合作用下,仰拱处的土压力远大于其他部位;(5)现行支护参数条件下,海底隧道初期支护结构满足安全性要求,现场实测与数值计算基本相符。     

盾构隧道管片结构设计几个问题的探讨

由于国内盾构隧道结构现有计算方法考虑因素不全面、部分计算方法不合理,造成盾构管片配筋量偏大,对管片预制及工程造价都带来很大影响。为提高现有盾构隧道结构设计方法的准确性和可靠性以及优化管片配筋,通过大量的盾构隧道结构计算和工程经验,对多个设计问题进行分析,结果表明:深埋等复杂地质条件下长大盾构隧道结构计算需要考虑管片的环、纵向接头作用;极限状态法没有区分施工和运营工况受力特点等。通过研究提出以下解决方案:(1)采用改进管片接头单元的梁-弹簧模型,结合接头试验对抗弯刚度等取值进行优化;(2)考虑盾构隧道施工阶段为短暂设计工况,运营阶段为持久设计工况进行安全校核;(3)提出纤维梁单元模型,对管片配筋进行校核;(4)提出多种管片配筋优化设计方法,减少钢筋用量。     

公路隧道施工过程分析及支护参数评价

在复杂地质条件下的隧道工程施工一般采用分步开挖法,围岩及支护结构的最不利承载状态往往发生在初期支护闭合之前,因此有必要对施工过程进行模拟计算。介绍了施工过程有限元数值模拟的方法,通过用设置释放系数的方法来模拟释放荷载的发展,对地层材料、锚杆加固区、喷射混凝土层及钢支撑的有限元模型的建立也进行了探讨。通过ANSYS对两种开挖方式进行了模拟分析,发现施工顺序对围岩的稳定及支护结构的受力影响很大,合理的施工开挖顺序应使围岩尽早构成承载环以分担更多的释放荷载,同时支护结构也应尽早构成承载性能好的拱形结构。加固区围岩强度的提高可使围岩分担更多的释放荷载,可以明显减小支护结构的受力。在云南保腾高速公路勐连隧道的施工中,该分析评价得到了较好的应用,很好地指导了隧道在软弱围岩地层的施工,取得了较好的效益。     

软弱砂层下的地铁隧道穿越建筑物的加固技术及注浆控制效果分析

地铁隧道在富水软弱砂层下穿越建筑物时,容易引起开挖面涌水突泥、围岩滑塌失稳以及建筑物不均匀沉陷等工程灾害。以青岛地铁枣李区间隧道软弱砂层带下穿建筑物工程为例,提出了全断面超前帷幕注浆、初支背后径向注浆及洞内补偿注浆联合加固技术。通过数值计算考虑注浆膨胀作用,分析了隧道下穿施工过程的地表变形及建筑物稳定性特性。研究表明:隧道在软弱砂层中采用全断面超前帷幕注浆会引起地表隆起现象,双线隧道地表呈现M型隆起变形,后开挖隧道变形值较大;地表建筑物在注浆膨胀作用下表现出正曲率变形,后开挖隧道正上方建筑基础最易发生破坏;穿越富水软弱砂层时不能一味提升注浆压力来提高地层刚度,应与现场监测结合进行施工控制。