京珠高速公路洋碰隧道水害原因分析及安全性评价

针对降雨引发的岩溶地区隧道水害影响隧道运营安全问题,以京珠高速公路洋碰隧道为例,通过地质勘探与水连通试验,探明隧址区不良地质情况与水连通特性,采用数值仿真方法探究雨后高水压下隧道结构应力场、渗流场的特征规律,并结合病害情况提出整治措施。研究结果表明: 1)地表强降雨、地层岩溶发育、灌入式雨水下渗通道是此次水害的主要原因,而这些原因综合导致的隧道外水压力过高是病害发生的直接原因; 2)由于排水能力相对不足,地层高水头下隧道结构(尤其是隧底和拱顶)仍承受较高水压力,大幅削弱了衬砌结构安全性,易引发边墙、隧底的裂损问题; 3)采取“增设泄水廊道+地表封堵及引流+增设边墙泄水孔”的整治措施后,整治效果良好。     

基于行车安全的ZJY高铁隧道底隆致无碴轨道变形处置实践与探讨

为解决运营高铁隧道底隆导致无碴轨道变形影响行车安全的问题,以ZJY高铁隧道为对象,基于隧道底隆的处置实践过程与整治效果分析,对高铁隧道列车行车安全控制措施进行探讨,提出隧道底隆的预防与整治建议。主要结论有:1)轨道顺坡精调只能短时缓解底隆导致轨道变形引起的轨道质量不良,而不能根除;2)隧道底隆未根治而带缺陷开通运营,除导致工务维修工作量大幅攀升外,限速措施对运营秩序的冲击也不可小觑,底隆的最佳整治时间应在开通运营前;3)正确勘察研判、针对性设计、严格科学施工是预防隧道底隆的前瞻性和根本性路径。实践证明:以隧底锚固为主要技术手段的整治方案对MPa级的高地应力型底隆是无效的,同时易产生不确定的行车安全风险;以辅助导坑进入正洞下方,构建柔性支护的中小断面导洞以阻断高地应力传递路径,是高地应力隧道底隆整治的方向性方案。     

高压富水岩溶隧道底鼓变形演化机制及防控对策研究

当隧道穿越高压富水岩溶地层时，易发生衬砌开裂、底鼓及渗水等灾害。为探索隧道底鼓变形演化机理，建立高压富水岩溶隧道底鼓变形控制体系，采用现场测试、室内实验、数值模拟相结合的方法，分析了贵州省德江隧道高压富水段底鼓病害成因及孕育过程。研究发现：围岩中大型隐伏溶腔通过地层中复杂的岩溶管道网络与上伏暗河水源连通，导致隧道结构承受高达2.1 MPa外水压力；隧底基岩在水岩作用下劣化严重，饱和状态下基岩抗压强度仅为27.7 MPa,且其强度随浸泡时长增加而显著降低。数值计算揭示了高水压力是诱发隧道底鼓破坏的主要因素；基岩软化对隧底变形存在一定影响，但与高水压叠加效应不明显。基于此，总结提出以“限排、泄压”为主，“主动加固”为辅的高压富水岩溶隧道底鼓防控基本思路，具体为“预留控制砼室+集水管引排+注浆加固基底围岩”的联合控制程序。实现深部溶腔岩溶水的可控排放，消解隧底水压力，辅以注浆重塑隧底基岩，从而改善隧道结构应力环境。长期监测结果表明：隧道衬砌背后水压力较处治前减少了97%,隧道结构稳固。研究结果可为类似岩溶隧道底鼓病害控制提供参考。     

隧底与围岩接触面积对接触压力影响的有限元分析

隧底脱空将影响隧底围岩与仰拱之间的接触压力大小与分布，而列车轴重的增加将放大这种影响。为获得重载条件下隧底结构与围岩之间的接触压力受接触面积影响的因素与作用规律，运用数值模拟对隧底不同接触面积下的接触压力进行计算分析。结果表明:围岩级别、隧底和围岩接触面积的大小对隧底接触压力影响显著。表现为:围岩级别越高、列车轴重越大，隧底脱空对接触压力的影响越显著；接触压力与脱空率之间呈近似线性相关；在脱空率相同时，脱空位置离拱底越近，接触压力越大，其最大、最小值分别出现在拱底以及仰拱与拱脚连接处。     

隧底竖直旋喷桩数值模拟分析

应用有限元数值分析程序ANSYS分别对隧道底部有无竖直旋喷桩的情况进行数值模拟,计算隧道底部基础结构内力和变形,通过有无隧底竖直旋喷桩两种情况的对比,分析隧底竖直旋喷桩的效应大小,通过数值模拟结果表明,竖直旋喷桩可明显提高地基承载力,减少地基沉降,隧道底部竖直旋喷桩使其底部变形平均减小了6mm,满足了隧道底部结构变形的要求。     

南阳山隧道路面底鼓病害原因及整治措施

为了对南阳山隧道路面底鼓病害进行整治,在充分查阅原设计、施工、养护历史资料的基础上,通过现场调查、专项检测、实时变形监测等方法对隧底结构进行了全面检测。结果表明,隧道病害是隧底围岩劣化、自身结构缺陷叠加所致;监测数据揭示了隧道既有病害的发展趋势,据此提出微型钢管桩与型钢混凝土底板仰拱加固整治措施。后期追踪表明,该措施实施效果良好,有效解决了路面底鼓病害。     

郑万高铁向家湾隧道地应力分布特征研究

探明郑州-万州高铁向家湾隧道隧址区地应力分布特征,基于区域工程地质条件和临近沪蓉高速峡口隧道实测地应力值,综合应用Rhino 6、COMSOL等数值模拟软件对向家湾隧道隧址区地应力进行数值反算。结果表明,①向家湾隧道为高地应力区,局部段有极高地应力;②最大水平主应力与隧道轴线呈小角度相交,利于围岩稳定;③隧道轴向应力呈"中间大,两头小"的分布规律,主要受上覆岩层自重应力所制约,应力最大值集中于D2K583+560-D2K583+710里程段。     

某客专隧道洞口段道床隆起病害分析与整治

为解决GZ隧道洞口段道床隆起引起列车限速运行的问题,采用人工测量及补勘等手段,探索道床隆起病害的原因,并提出相应的整治措施; 采用人工及自动测量方法监测道床隆起整治前后的道床变形,以分析评价道床隆起的整治效果。结果表明： 1）洞口段位处浅埋、偏压和基底承载力不均的组合工况中是道床隆起的主要外因,隧道开挖引起的地层偏压调整不充分,偏压力对隧底结构的挤压造成道床横断面出现不同程度的隆起; 2）针对明洞段地基不均和隧道洞口浅埋且地形偏压等主要因素,提出道床隆起整治采用明洞耳墙底注浆、洞外锚固桩、道床锚杆等加固措施; 3）自动监测成果表明,整治前K1966+310.0～+322.5段测点L6～L8、L10、L11的上拱速率为1.38～3.70 mm/月,整治后2018年2月15日-9月7日测点L6～L8、L10的上拱速率为0.53～0.69 mm/月,上拱速率减小了56.6%～85.1%,2018年5月13日-9月7日测点L11未继续上拱; 4）人工监测成果表明,2018年3月22日-9月7日,除了K1966+320.0测点B2和K1966+325.0测点B2明显隆起外,K1966+300～+340段各测点上拱缓慢,且部分测点有小量值沉降; 5）据目前监测成果,初步分析认为本段道床隆起整治目标未完全实现,道床变形监测仍在继续,应继续进行整治效果监测与分析。     

离岸人工岛岛隧结合部沉管隧道基础沉降控制研究

为防止深中通道岛隧结合部暗埋段、E1管节、E2管节差异沉降过大,进而导致管节接头剪力键剪力及管节内力过大,通过对岛隧结合部沉管基础采取预加固措施,研究不同段落地基与基础参数,分析计算出E1管节预抬量合理值。通过室内试验及现场试验获取关键参数并开展大型三维有限元分析,研究管节应力及沉降特性。根据室内试验确定考虑预压30k Pa的1.0m厚碎石垫层变形模量取值为:0～30k Pa段为25.4MPa,30～110k Pa段为8.9MPa。根据现场试验确定块石垫层变形模量取值为50MPa。依据上述参数开展有限元分析,最终确定岛隧结合部沉管基础加固措施及管节的预抬量值为70mm。     

蛇口峁隧道病害形式及其整治方法的探讨

根据神朔线蛇口峁隧道检测结果,阐述铁路隧道目前存在着的主要病害形式,主要有拱墙裂缝及拱墙相接部位错台、拱墙渗漏水、隧底积水、隧底及水沟开裂、道床下沉等。在对检测数据进行整理的基础上,对各种病害的成因进行了分析,最后提出了相应的整治措施建议,对指导工程设计及施工都具有一定的实用价值。     

下穿铁路隧道爆破施工动力响应研究

针对新建公路隧道爆破施工下穿既有铁路隧道时,引起既有铁路隧道动力响应问题。运用有限元数值软件模拟分析了下穿公路隧道与既有铁路隧道中心位置不同时,既有铁路隧道的动力响应规律。研究结果表明:爆破施工至铁路隧道正下方中心时,既有铁路隧道底部最大振动速度为5.97 cm/s,小于规范允许值6.00 cm/s,数值模拟结果符合现场振动监测数据值;对既有铁路隧道的变形影响,从公路隧道开挖至近侧、中心、远侧、贯通,四个阶段最大变形值为4.86 mm,未超过规范允许值10.00 mm。     

城市隧道排烟竖井对主隧道结构的影响研究

以长阳凤凰山隧道工程为例,借助MIDAS GTS有限元软件对排烟竖井与主隧道结构节点进行三维数值模拟,研究灰岩地层中排烟竖井施工对主隧道结构的影响。计算结果显示,竖井施工前后主隧道与竖井连接处的最大压应力由0.16MPa增至1.42MPa,出现应力集中现象,表明受力模式发生了变化。竖井施工前后,拱顶沉降值由3.05mm增至3.12mm,底部隆起值由2.41mm增至2.95mm,表明竖井对拱顶沉降影响较小而对底部隆起影响稍微大。为确保隧道结构安全,消除排烟竖井对主隧道结构产生的不利影响,提出了加强衬砌支护设计参数及主隧道增加环框梁等措施。     

下穿既有电缆隧道的地铁暗挖隧道稳定性研究

以北京地铁10号线二期终-火区间地铁暗挖隧道下穿2条电缆隧道工程为背景,通过地铁暗挖隧道施工的全程动态数值模拟,并基于现场初期支护收敛监测结果进行对比分析,研究砂卵石地层条件下地铁暗挖隧道初期支护收敛变形特点。结果表明： 1）地表最大沉降为6.46 mm,地铁隧道数值模拟得到的最大收敛值为7.10 mm,实测最大收敛值为6.77 mm,地铁隧道初期支护变形控制在合理、安全的范围内; 2）减小钢拱架间距和全断面注浆这2种技术措施对于提高地铁隧道初期支护及围岩的稳定性效果显著; 3）先施工的右线隧道对周边环境引起的损伤大,后施工的左线隧道对周边环境引起的损伤小; 4）先施工的隧道应设计更高的初期支护强度、全断面注浆等技术措施来保证隧道衬砌及围岩的稳定。     

高速公路扩建对下伏高速铁路隧道安全状态的影响研究

依托连霍高速公路扩建工程通过郑西高铁阌乡隧道上方这一典型案例,采用FLAC3D有限差分程序对施工过程进行三维仿真分析。从横断面、纵剖面的变形两个方面对高速铁路隧道安全状态进行了研究。从纵剖面来看,仰拱位移普遍小于拱顶位移,且受地形和隧道与开挖区域的相对位置影响,最大位移发生在50 m位置处的拱顶,量值为6.3 mm,每10 m的最大差异沉降为0.97 mm,小于高速铁路轨道变形要求;从横断面来看,隧道结构由于上部开挖导致卸荷效应,整体呈现隆起趋势,其位移方向趋向于开挖区域。现场施工和监测表明通过采用竖向分层、纵向分段的开挖方式,阌乡隧道的结构变形量得到有效控制,保证了扩建工程的施工安全与高速铁路隧道的运营安全。     

邻近深基坑工程地铁结构位移现场监测与数值模拟分析

以天津市某工程为背景,采用有限元分析方法,对地铁隧道管片和车站结构的位移进行计算,并与现场实测结果进行对比,以此来研究基坑开挖施工对地铁结构的影响。研究结果表明:基坑开挖过程中地铁结构产生了一定的水平和竖向位移,其中,隧道管片的位移大于车站主体结构的位移;数值模拟结果与现场实测数据变化趋势基本一致,数值比较接近,二期基坑顶板施工完毕时,隧道管片水平位移最大实测值和模拟值分别为-3.91,-4.97 mm,竖向位移分别为-3.02,-3.41 mm,模拟结果与实测数据均在变形控制标准之内;基坑开挖过程中,隧道管片水平和竖向位移均呈现出两端小、中间大的抛物线变化趋势,最大值出现在邻近基坑开挖侧隧道管片位移监测区段的中点处。     

大相岭隧道涌水预测数值模拟分析

隧道作为地下建筑物,修建过程中不可避免地穿越不同水文地质体。涌水是隧道施工中常见的地质灾害,同时也是其它很多地质灾害的主要诱因之一,如突水、突泥、翻浆冒泥等等,对隧道工程的涌水量预测具有重要的实际意义。以雅安至泸沽高速公路大相岭泥巴山隧道为研究对象,以地质及水文地质分析原理为基础,建立数值模拟模型,对隧道涌水特征和涌水量进行预测。分析结果:隧道整体涌水量为41 366 m3/d,在主要断层处最大涌水量可达3 100 m3/d,在断层段施工,要提前采取措施严加防范,保证安全。     

浅埋小净距隧道合理净距及围岩稳定性分析

以贵州盘兴高速公路司家寨小净距隧道工程为例,采用有限差分法对不同净距下的小净距隧道进行了数值模拟研究,对比分析其拱顶沉降、拱底竖向位移、中夹岩竖向位移及剪应变增量的变化规律,探讨Ⅴ级围岩下的隧道合理净距以及围岩稳定性。结果表明:净距较小时隧道左右洞开挖的应力叠加效应明显,随着净距的减小,计算的各数值明显增大,围岩特别是中夹岩极有可能发生屈服破坏甚至失稳;小净距隧道选择净矩D为10 m较为合适。隧道的最大变形出现在拱顶、拱底靠近中夹岩柱方向约20°左右位置,而中夹岩的最大变形主要出现在中岩体靠近开挖断面位置且处于上下分布。     

土压平衡盾构隧道下穿城市景观河道受力特性模拟研究

基于MIDAS GTS有限元软件，建立了盾构-管片-土体一体化模型，对土压平衡盾构隧道下穿城市景观河道受力特性进行数值模拟分析。计算结果表明:由于河道处上覆土厚度骤然减小和盾构机前方的挤土效应，导致河道底部产生了隆起位移，河道顶部产生了沉降；最大土压和最大水浮力均不在河道正下方，而是在河道略前方。     

富水黄土隧道施工过程围岩水分迁移规律研究

为了给富水黄土隧道施工提供指导,依托银西高铁上阁村隧道,通过现场监测得到典型断面上覆软塑黄土层隧道水分迁移的基本规律;通过室内试验建立了围岩孔隙比与围岩渗透系数、围岩含水率与围岩强度的关系式,利用FLAC^3D内嵌的FISH语言进行相应编程,对土体单元赋予动态渗透系数,实现了流固耦合作用下的隧道开挖模拟,并结合现场监测数据验证了该数值模拟的可靠性,最后基于16种工况的模拟结果,揭示了上覆软塑黄土层距隧道拱顶不同距离下隧道开挖卸载过程中围岩水分迁移规律。结果表明：在开挖扰动下隧道上覆软塑黄土层中水分由黄土层底部向隧道临空面迁移,最终累积于隧道底部,且水分迁移始于掌子面开挖,滞后于初支封闭;当拱顶与软塑黄土层底部距离0 m≤h≤4 m时(h为隧道拱顶与软塑黄土层底部间距),位置水头和压力水头的变化引起洞周水分迁移,水分迁移速度快、迁移量大,隧道仰拱封闭前,水分易侵入临空面;当5 m≤h≤8 m时,位置水头的变化引起洞周水分迁移,水分迁移速度慢、迁移量小;当h>8 m时,无明显水分迁移;当0 m相似文献   

粉土层越江盾构隧道结构受力演化分析和安全评价方法——以苏通GIL综合管廊为例

为了研究粉土层越江盾构隧道结构受力演化过程以及提出对应的隧道结构安全评价方法,依托苏通GIL综合管廊工程,以水陆交界粉土地质区段错缝拼装盾构结构为对象,采用梁单元嵌入方式,建立考虑斜螺栓连接构造的三维仿真计算模型,分析泥砂淤积和淤滩作用下管片结构应力分布与变形裂损发展过程,揭示外力影响下结构力学损伤演化规律;进而结合设计、规范要求及类似工程实例,提炼粉土层隧道结构长期安全变形控制指标,制定基于最不利原则的安全评价分级标准。研究表明： 1）在淤积和淤滩作用下,结构损伤次序均为混凝土达单轴抗压强度、混凝土达三轴抗压强度和钢筋屈服; 2）淤积工况的竖向收敛依次为606、81、1138 mm,淤滩工况的竖向收敛依次为861、1172、1479 mm,淤滩导致的竖向收敛13~15倍于淤积工况收敛,计算数据基本符合工程经验; 3）取便于监测的钢筋应力、螺栓轴力和接缝张开作为长期健康监测变形控制指标,根据结构损伤状态和设计要求,制定4级评价标准。