地震作用下隧道衬砌背后空洞影响机制研究

研究目的:由于隧道衬砌背后空洞的存在对隧道抗震影响很大,本文以高烈度地震区的敦煌-格尔木铁路阔克萨隧道为研究背景,研究隧道衬砌背后空洞位置、空洞大小、围岩级别和隧道埋深等因素对隧道结构的地震动力响应规律及影响机制,并提出合理的加固方案,确保地震作用下隧道运营安全。研究结论:(1)空洞的存在降低了衬砌结构的变形性能和抗震特性;(2)对空洞隧道拱顶最大主应力影响最敏感的因素是围岩级别,其后依次为空洞环向大小、空洞位置、空洞径向大小和空洞轴向大小,而隧道埋深则是最不敏感的因素;(3)回填注浆加固方案可降低隧道衬砌的拉应力,改善衬砌的内力和应力分布,回填注浆+套拱加固方案要比回填注浆+锚杆方案作用效果好,回填注浆+锚杆+套拱组合加固方案抗震效果最佳;(4)本研究成果对隧道衬砌背后存在空洞时在地震作用下的空洞影响机制和加固方案选取具有一定的指导意义。     

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。     

高速铁路隧道洞口微气压波减缓措施效果研究

研究目的:为在设计阶段达到有效降低微气压波对隧道洞口周围环境影响的目的,采用三维数值模拟对包括洞口缓冲结构、洞身辅助坑道和隧道群开口连接明洞在内的高速铁路隧道洞口微气压波减缓措施效果进行研究。研究结论:(1)喇叭口式和扩大常截面式缓冲结构的缓解效果要明显优于直线斜切式和等截面开口式缓冲结构;(2)提出了辅助坑道的缓解效果的表征公式,设计人员可利用其确定辅助坑道的数量和面积;(3)明线间距较小的隧道群可采用开口连接明洞缓解微气压波,连接明洞开口应遵循"多开口、开小口"的原则;(4)多种微气压波减缓措施联合作用下可多阶段地缓解微气压波;(5)本研究成果可为高速铁路隧道微气压波缓解措施的设计工作提供指导。     

京张高铁正盘台隧道立体式多径路排水方案研究

长大富水隧道施工过程中涌水风险高,工期紧张,对排水能力要求高,辅助坑道设置方案及排水方案对隧道施工及运营有着重要影响。根据正盘台隧道的工程特点及涌水涌渣情况,结合排水需求,合理地选择辅助坑道设置方案,采用辅助坑道为正洞,增开工作面,实现"长隧短打",同时充分利用辅助坑道进行可控式排水、洞内储水仓、中心排水管分流等创新设计。多辅助坑道与正洞排水系统一起形成了立体式多径路的排水系统,有效降低了涌水淹井风险,保障了隧道工期,减轻了正洞防排水压力,可为类似工程的排水设计提供参考。     

武康增建二线铁路隧道工程的设计

介绍武汉铁路局管段内改建铁路沪汉蓉通道武汉至安康增建二线隧道工程的设计概况,包括建设概况、工程地质与水文地质、隧道主要技术标准、洞口工程、支护和衬砌、既有隧道加固、监控量测、防排水和辅助坑道等设计内容。     

玉磨铁路高地温隧道降温技术及其经济研究

研究目的:在铁路建设过程中,正确处理高地温段落施工及合理确定其投资是铁路建设者需要考虑的重要问题。本文以玉溪至磨憨铁路中七座高地温隧道施工为样本,对辅助坑道,单、双、三线段落施工进行技术经济研究,确定其工艺流程、施工参数和技术标准等问题,采用现场测定法和写实统计法,统计工料机消耗,测定分析降温措施补充定额及高温段落的工机降效费率,为完善同类工程的概预算编制体系提供参考。研究结论:(1)统计工料机消耗,可得到降温措施补充定额及高温段落的工机降效费率;(2)单线隧道高地温隧道Ⅳ级围岩施工条件下,温度等级为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级时的降效系数分别为1.256、1.405和1.699;(3)建立隧道高温环境下施工的施工组织模型,最终可计算出常温段落与高温段落隧道特殊降温措施增加费率;(4)具体补充定额、降效费率及施组模型可为后续铁路项目提供借鉴和参考。     

软弱围岩隧道机械化全断面施工超前支护体系设计方法研究

保证掌子面的稳定是实现软弱围岩隧道机械化全断面施工的前提,合理的超前支护措施及参数是控制掌子面稳定性的有力手段。针对目前隧道超前支护设计方法不完善且多依赖于工程经验的现状,提出隧道超前支护体系定量化设计方法。基于经典楔形体模型,推导了考虑四种常用超前支护措施(掌子面喷混凝土、超前管棚、掌子面锚杆、掌子面预注浆)时掌子面稳定系数K的计算公式,提出了掌子面喷混凝土支护力P_1、掌子面锚杆支护力P_2、管棚支护下围岩压力折减系数α_1、掌子面预注浆加固后围岩黏聚力增大系数α_2的计算方法,制定了隧道超前支护体系设计流程,并以郑万高速铁路荣家湾隧道为背景验证了该计算方法的合理性。研究成果可以为软弱围岩隧道超前支护体系设计、优化提供理论支撑。     

地震对交叉隧道影响机制及抗震方案研究

研究目的:因立体交叉隧道会同时受到来自入射、反射、绕射等地震波导致的震动,其所受影响相比一般隧道而言更大。因此,对立体交叉隧道受地震荷载作用下隧道结构动力响应规律进行定量分析,分析确定影响隧道结构主应力各因素敏感性,从而优化抗震方案。研究结论:(1)对立体交叉隧道净距、围岩级别、隧道埋深等因素对隧道结构加速度、应力以及位移的响应规律进行定量分析,得到隧道净距、埋深的增大和围岩变好对交叉隧道的抗震有利;(2)地震作用对交叉隧道的上跨隧道和下穿隧道影响敏感性大小都依次是围岩级别、隧道净距和隧道埋深;(3)改变隧道衬砌混凝土的强度抗震方案效果不明显,设置隔震层效果显著,但增加隔震层厚度对抗震影响较小;(4)本研究成果可为立体交叉隧道在地震荷载作用下的抗震设计提供指导。     

新版铁路工程隧道定额工区模式概算编制研究

统一新版隧道工程定额中工区长度、运距、通风及管线路独头距离等概念应用,以达到准确使用定额和依法合规控制工程投资的目的。采用系统分析方法,以施工组织设计为引领,遵循铁路行业造价标准制定相关规定,就新版隧道工程定额编制建立的工区模型、册说明、子目划分、子目涵盖工作内容及消耗量等展开研究,同时与定额编制主要专家进行深入交流,澄清了"不同运输条件"、"洞内工区段落长度"、"辅助坑道转、增运"、"分别套用定额"、"叠加"等用词含义。得出新版隧道工程定额引入"工区长度"概念后"正洞开挖,洞内出砟和通过辅助坑道出砟运距,三者均按独立工区长度套用定额"的结论。并举实际设计案例说明相关概(预)算的编制方法。     

基于总安全系数法的隧道围岩压力代表值研究

研究目的:由于地质条件的千变万化、施工水平的差别、支护参数的不同,即使围岩条件相同,围岩压力在时空上也具有变异性,导致实际围岩压力难以确定,而采用总安全系数法设计时,仅需要寻找围岩压力的最不利情况。为此,提出深埋隧道采用围岩压力代表值作为设计支护力的理念,并对其计算方法与合理性展开研究。研究结论:(1)采用"围岩压力代表值"作为设计支护力,为解决安全系数设计法中实际围岩压力难以确定的问题提供了思路;(2)当埋深不小于10～15倍洞径时,建议采用无支护状态下隧道(等效为当量圆)顶部45°位置处塑性区边界至开挖轮廓线范围内的围岩自重作为围岩压力代表值;当埋深小于10～15倍洞径时,可取弹塑性有限元计算的拱部90°范围内的平均塑性区自重作为围岩压力代表值,该计算结果具有合理的安全性与经济性;(3)当软弱围岩的两端为较好围岩时,荷载具有空间效应,导致围岩压力代表值低于理论计算值,具体折减值与隧道洞径、软弱围岩的长度等因素有关,超前注浆加固圈具有明显的承载作用,可以显著降低围岩压力代表值;(4)本研究结果可为完善隧道支护结构的量化设计方法提供思路。     

铁路隧道地表垂直注浆技术研究与应用

研究目的:注浆是地下工程施工中处理软弱围岩及地下水的重要辅助措施,隧道施工中多以洞内超前注浆为主,该方法耗时长、费用高,对其他正常工序影响较大。通过研究地表垂直注浆的设计、材料、工艺、检查评定方法与标准等,并应用于工程实践,取得良好的效果。研究结论:(1)地表垂直注浆与洞内超前全断面注浆相比,成孔难度低、注浆工艺可操作性强、注浆可靠度更高、注浆对洞内开挖基本不形成影响,同时,隧道开挖过程中出现异常时,可以通过地表注浆进行跟踪补强,综合来看,在地面条件允许情况下,采取地表垂直注浆与洞内全断面注浆相比更有优势,推广价值高;(2)一般情况下,隧道埋深30~40 m以下时,地表垂直注浆成本比洞内超前全断面注浆成本低,注浆扩散半径(注浆孔间距)对注浆成本影响较大,结合不同工程,可优化注浆设计参数,采取地表垂直注浆施工,降低成本;(3)该研究成果可应用于隧道注浆工程。     

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。     

水压力作用下隧道底部结构裂损机理及其防治

研究目的:近年来,水压力作用下隧道底部结构裂损病害时有出现,严重影响隧道运营安全。本文以水压力作用下某仰拱填充结构开裂病害隧道为例,采用数值模拟和现场实测的方法,研究案例隧道仰拱填充结构开裂机理,并提出该类隧道病害的整治措施。研究结论:(1)水压力作用下,仰拱填充结构裂缝上宽下窄,呈"V"字型,仰拱填充面出现中间上抬、两侧下沉现象,裂缝主要出现在仰拱填充面隧道中心线附近,沿隧道中心线分布,在边墙附近未见裂缝;(2)该隧道仰拱水压力最大值,数值计算和现场测试结果分别为0.213 MPa、0.2 MPa;(3)若只考虑围岩压力,不会导致仰拱填充结构出现裂缝;若考虑围岩压力与水压力共同作用,最大主应力极值出现在填充结构上部靠近隧道轴线位置,为拉应力,且最大主应力极值会大于素混凝土的极限抗拉强度,会产生拉裂缝;(4)在既有隧道仰拱水压力较大段落,可采取在仰拱及填充结构中配筋、刚性袖阀管注浆加固基底,并对隧底地下水进行排导的综合整治措施;(5)该案例隧道仰拱填充结构开裂病害经整治后,由近几年的情况来看,本文提出的整治措施效果良好,可供类似的病害隧道整治参考。     

丹大线草莓沟2号隧道监控量测技术

介绍隧道监控量测的目的、任务和量测项目的分类,结合丹大快速铁路草莓沟2号隧道工程实例,从洞内状态观察以及拱顶下沉、净空变形、地表下沉、围岩内部位移、锚杆杆体受力和钢拱架受力、围岩压力量测等7个方面,详细介绍量测的主要内容和方法。     

超前深孔围幕注浆在浅埋暗挖隧道中的应用

浅埋暗挖隧道施工中采用超前深孔围幕注浆施工方法。该方法是在结构物周围注浆,以形成较大范围的筒状加固区。深孔预注浆可以在地表(或辅助坑道)进行,不占用隧道开挖面及其它施工作业面,可超前开挖面10～30m ,使加固注浆与隧道开挖施工同步进行。     

滇中红层软弱围岩局部失稳及变形控制实践

研究目的:隧道穿越滇中红层这一特殊地质条件下的变形主要为局部塌方、支护结构开裂破坏,为确保类似工程的顺利实施和人员设备的安全,本文针对南华一号隧道穿越全风化、强风化泥岩地层出现的局部失稳、大变形问题,在现场调研和监控量测的基础上,分析其失稳断面的变形及应力特征,并结合数值模拟结果,提出控制围岩变形的有效措施。研究结论:(1)三台阶工法施工过程中,中、下台阶施工对围岩的扰动程度相对较大;(2)隧道开挖后,拱顶和拱肩处围岩压力随时间的变化趋势是先减小再趋于稳定,而拱腰处围岩压力随时间的变化趋势是先增大然后趋于稳定;(3)采取局部布置锚杆、局部围岩注浆加固、施作锁脚锚杆等控制措施,可有效控制局部围岩失稳及围岩变形,相关措施可为今后类似工程提供借鉴和指导作用。     

盾构隧道与箱涵交叠下穿铁路稳定性控制措施研究

为确保盾构隧道与箱涵掘进过程中围岩的稳定和铁路路基沉降与变形在允许范围之内,采取合适的开挖方案以及相应的加固措施至关重要。为此,依托厦门地铁6号线,借助有限差分软件FLAC3D和现场监测数据,对隧道和箱涵交叠下穿铁路不同施工工况下结构特征位置点、地表变形和铁路路基变形加固措施进行分析,得出以下结论：(1)通过对隧道和箱涵结构特征位置点与地表位移等进行深入研究,得出最优开挖方案为先箱涵开挖、后盾构右线开挖、再左线开挖;(2)围岩和路基在未加固的情况下,箱涵发生主动破坏时,变形发展至地面,加固之后,盾构隧道与箱涵开挖面附近破坏土体慢慢变为只发生在开挖面前方,而不会向上发展;(3)现场监测数据得出地表位移、隧道拱顶和箱涵顶部位移均有随时间逐渐增大的趋势,而隧道净空收敛无太大变化。隧道与箱涵开挖面支护应力监测值都在一个范围内波动,将其和数值结果对比可发现数值与现场实测结果较为吻合。     

软土地区盾构隧道若干设计关键问题解决方法研究

轨道交通的持续建设和地下空间大力度开发使得盾构隧道施工环境日益复杂,而软土地区土层特性使得施工难度和风险更高。结合实际工程针对软土盾构隧道设计提出以下技术措施:①基础补偿+洞内顶托的被动联合桩基托换技术;②基于BIM管片自动排版和选型技术;③洞外加固+混凝土箱体洞内临时封闭接收技术。从设计源头上解决了实际工程中的技术问题,显著提高施工准确度并降低了工程风险,为软土地区类似工程实践提供了可借鉴的经验。     

浅谈隧道地表锚杆预加固的设计与施工

洞口、浅埋、偏压或软岩等不能形成“拱效应”的地段，在隧道开挖前往往需采用岩预加固或预措施，使围岩具有足够的自承能力，以维持隧道开挖后至锚喷发挥支护作用的时间内围岩的稳定，确保工程顺利与施工安全。目前地表预加固地层广泛地应用于隧道洞口段及洞身浅埋地段，本文结合实际工点，从地面砂浆锚杆预加固的作用机理、设计与施工实例等方面阐述地表喷锚予加固在工程中的应用。     

热带雨林地区火山灰堆积层浅埋偏压隧道变形控制技术

雅万高速铁路（雅加达—万隆）地处热带雨林地区，土质为火山灰堆积层。针对雅万高速铁路2号隧道施工时出现洞内沉降、地表塌陷等问题，参考类似工程提出钢管桩牛腿加固技术。通过室内压缩固结试验、直剪试验得出火山灰堆积层黏土的黏聚力、内摩擦角和压缩模量均随含水率增大而减小。通过数值模拟分析了钢管桩不同桩心距、桩径、入岩深度下地表和隧道各关键部位的位移。结果表明：桩心距、桩径越小，钢管桩对隧道和地层变形的控制效果越好；增加入岩深度有利于控制隧道拱顶竖向位移，入岩深度15 m时地表竖向位移最小。从减小隧道和地层变形、经济性方面综合考虑，建议桩径取500 mm，桩心距取2倍钢管桩直径，入岩深度取15 m。