下伏缓倾煤层开采对既有铁路隧道安全性影响分析

为量化下伏煤层开采对上部既有铁路隧道的显著影响,以近接缓倾煤层开采区的某铁路隧道为工程背景,构建三维数值分析模型并分别采用现场监测和理论计算的方式进行验证;通过数值模拟分析煤层开采全过程中隧道衬砌的变形,对比煤层开采前与开采至Ⅵ边界时隧道最不利截面内力,并利用最小安全系数和最大裂缝宽度2个指标评价煤层开采对上部铁路隧道安全性影响,确定煤层开采的竖向影响范围。结果表明：现场监测和理论计算2种方法均证明了数值模拟参数取值合理、方法可行;煤层开采过程中隧道洞口位置变形最大,沉降增加了7.38倍;煤层开采造成隧道近煤层侧仰拱和边墙内力增大,加剧了隧道洞口的偏压程度;自煤层开始开采到开采至Ⅵ边界的整个过程中,隧道安全系数降低了68.97%,隧道结构裂缝宽度最大达到2.01 mm且与现场检测得到的隧道结构裂缝病害情况相一致;煤层开采的竖向影响范围为自开采区竖向往上2 449 m。     

天镇县地热田开采对其附近新建高铁路基沉降的影响

采用三维地下水流和土体一维变形耦合模型分析天镇县马圈庠地热田开采引起的地面沉降。分析表明:(1)该地热田开采引起的最大水位降深为0.55 1m,最大累计沉降量约为20 mm,均位于开采井群中心区域;(2)地面沉降漏斗已波及其附近新建铁路,使其长度为600 m的某段位于累计沉降量10~12 mm范围内;(3)随着地热田开采量的增加,会对该段铁路路基产生明显影响。     

高速铁路紧邻深厚采空区稳定性分析及对策

研究目的:随着高速铁路的快速发展,铁路选线难免会受到深厚采空区的影响制约,此采空区具有覆盖层厚、煤层埋深大、煤层厚、开采后易引起地表大范围变形等特点;采空区的地表变形对高速铁路安全存在着重大安全隐患。准确查明采空区的边界条件及评价场地稳定性是保证铁路安全的核心问题。本文以高速铁路紧邻煤矿深厚采空区为工程实例,通过采用综合勘察技术方法查明深厚采空区的工程地质条件及边界条件,并经地表变形监测综合分析评价场地的稳定性,为铁路留设保安矿柱及采取工程防护措施提供可靠的依据,进而保证高速铁路安全稳定。研究结论:(1)通过采用煤矿采掘资料、地表变形调查、物探探测及深孔钻探等综合勘察方法,综合确定了深厚采空区的边界范围;(2)根据地表变形监测成果及InSAR解译形变趋势,经时效性分析,综合评价了采空区的稳定性;(3)采用概率积分法预测计划开采区的地表变形影响范围,合理地确定了保安矿柱的留设宽度;(4)提出了铁路工程的防治对策及煤矿禁采措施;(5)本研究结论可为类似采空区稳定性分析提供参考。     

山西中南部铁路莱芜绕避采空区改线方案研究

山西中南部铁路线路穿越莱芜矿区,由于垂杨铁矿非法向铁路方向开采,导致铁路线路走行在采空区影响区内,存在重大安全隐患。在广泛收集并消化吸收莱芜矿区及区域地表移动规律资料的基础上,结合本地区矿床赋存条件、地质构造和开采方式等因素,按工程地质类比法,采用地面塌陷移动角的方法,找出安全可靠的铁路廊道通过矿区。通过方案比选,推荐满足铁路运营安全,符合城市规划布局,绕避了港里村等重大拆迁工程,工程可实施性较强的沿汇合大道方案。矿区铁路可采用地面塌陷移动角的方法进行铁路选线,可有效缩短铁路安全廊道的距离,大大减少压覆矿藏的数量,对矿区铁路选线有一定指导价值。     

渭南地区区域稳定性评价

研究目的:通过对渭南地区的地形地貌、地层岩性、基本构造特征、主要活动断裂、地震活动及区内不良地质、特殊岩土分布的分析,提出了稳定性分区,为今后渭南地区铁路、公路工程的地质选线提供参考依据。研究结论:(1)本文根据场地地质情况将渭南地区区域稳定性划为稳定区、基本稳定区、较不稳定区、不稳定区四级。(2)不稳定区为渭河南岸断裂(F3)、渭南塬前断裂(F4)、秦岭山前断裂(F5)、交斜-渭南断裂(F8)所围界的三角区域。渭南地区新建铁路、公路工程应绕避该不稳定区,通过较不稳定区时,应避开活动性较强的塬前断裂,通过其他隐伏活动断裂应大角度通过;(3)通过基本稳定区需考虑抗震设防,要充分考虑边坡稳定性、黄土湿陷性、砂土液化等问题。(4)渭南地区区域稳定性的划分填补了渭南地区区域稳定性评价的空白,为今后渭南地区的铁路、公路等工程的方案比选具有一定的指导意义。     

软土地区盾构隧道斜下穿多股铁路路基变形规律

目的：目前，地铁隧道穿越铁路路基的情况越来越多，但软土地区盾构隧道斜下穿既有运营铁路的研究相对较少，因此需分析该情况下的路基变形规律。方法：以绍兴轨道交通1号线大滩站—火车站站区间盾构隧道下穿杭甬铁路绍兴站站房及6股铁路股道工程为例开展研究。采用有限元法分析了盾构隧道掘进施工对杭甬铁路路基的变形影响，并基于实测数据对数值模拟结果进行了对比分析，充分验证了袖阀管注浆加固方案的有效性。结果及结论：有限元分析结果表明：未考虑盾构穿越区域地基加固的情况下，杭甬铁路路基顶面最大沉降值为13.12 mm,不满足沉降控制标准要求；当盾构穿越区域采用袖阀管注浆加固措施后，杭甬铁路路基顶面最大沉降值为8.20 mm,满足沉降控制标准要求，说明袖阀管注浆能够有效控制铁路路基沉降和轨道的不平顺。实测数据结果表明，盾构隧道下穿铁路施工期间的累计变形历程可分为路基隆起、路基快速沉降、路基平稳波动及后续沉降4个阶段，且前期隆起量大、后续变形相对较小，加固后的路基累计变形量能控制在10.00 mm以内。     

地铁盾构穿越断层施工力学响应研究

以沈阳地铁1号线云沈盾构区间下穿断层带工程为依托,采用三维数值模拟方法,研究盾构区间下穿断层带引起围岩和管片变形特性和力学响应。研究结果表明：地表最大沉降发生在断层区段,且不对称分布,最大沉降2.6 mm,小于标准;洞周竖向变形主要发生在断层中间位置,而水平变形主要发生在地层变化处,容易引起管片错位破坏;工作面到达断层工作面挤出变形最大,断层中间位置次之,穿过断层最小;衬砌边墙和拱底变形基本对称,而拱底下沉沿纵向不对称,位移突变范围为断层内10 m左右,对于两端硬岩管片没有影响,最小主应力和纵向应力在不同地层接头处发生突变,宜加强断层10 m范围内管片衬砌设计参数。     

晋陕黄河特大桥2×108 m单T刚构挂篮设计

研究目的:大(同)西(安)铁路客运专线晋陕黄河特大桥主桥采用15联2×108 m单T刚构钢桁加劲组合结构形式,为国内首次运用,箱梁采用单箱双室、变高度、变截面结构且节段数量多、重量大,T构悬臂段施工方法为在0#块上拼装挂篮之后对称浇筑.为了保证2×108 mT构安全高效施工,必须设计一套能承重节段重量且自身重量较轻的挂篮来配合施工.研究结论:晋陕黄河特大桥2×108 mT构采用三幅双拼菱形桁架形式作为主受力构架.(1)杆件均能满足受力要求,底模平台吊挂系统最大变形量11.3 mm,内、外滑梁及吊挂最大变形量7.2 mm,前上横梁及菱形构架最大变形量25.1 mm,后锚固系统最大变形量1.7 mm,挂篮杆件受力及变形均在允许范围之内,满足施工需要;(2)挂篮自重较轻,可减少挂篮加工的资金投入;(3)操作简单,在保证安全质量的同时可加快施工进度;(4)可为类似T构、连续梁施工的挂篮设计提供借鉴.     

活动断裂带地区地铁新型轨道结构动力响应研究

断裂带是一种地区性的灾害地质,断层粘滑错动是地震造成跨断层隧道结构严重破坏的主要因素。乌鲁木齐九家湾断层组中的第3条断层与地铁1号线交角约71°,三向变形,预计百年垂直最大错位量约650 mm。目前国内外常用的整体道床结构设计最大调高量一般不超过60 mm,高低和水平调整量有限,无法适应1号线活动断层的变形量。对乌鲁木齐新型轨道结构进行研究,利用有限元软件ABAQUS建立车辆-轨道-隧道有限元模型,分析新型轨道结构的动力响应特性,基于仿真结果推荐新型固化道床弹性模量取值为500 MPa,可满足乌鲁木齐地铁1号线安全运营和乘客舒适性要求。     

深埋水溶采空区铁路选线与防治措施研究

研究目的:中南地区一硝盐矿区采用水溶法开采地下500 m深度的盐矿,采空区地表变形严重,铁路枢纽货车外绕线拟穿越该矿区,工程风险大。本文基于地表实测变形数据,研究水溶开采诱发地面变形特征,采用自然平衡拱理论结合物探方法分析地面塌陷风险,确定合理的线路通道,并提出穿越深埋水溶采空区铁路的综合防治措施。研究结论:(1)采空区地表存在两个累计沉降量达927 mm和843 mm的沉降中心,沉降中心位于矿柱上,水溶采空区已发生连通;(2)南通道覆岩破坏严重,覆岩垮塌至地面风险高,北通道覆岩相对完整,仅局部井身破碎漏失,工程地质条件相对好,确定北通道为铁路通道;(3)预测停采后地表移动延续时间小于施工工期,提出了矿区停采、封井、路基沉降加宽等综合防治措施,施工期地面变形追踪监测显示,综合防治措施抑制地表变形效果显著;(4)采用泊松函数预测铁路最大工后沉降4.1 cm,满足通车条件,外绕线铁路于2020年8月正式通车运营;(5)本研究成果可为类似复杂采空区铁路选线与处理提供参考。     

铁路隧道施工围岩变形安全等级的研究与应用

研究目的:我国在建铁路隧道有4 000余座约8 000 km,近年来隧道塌方事故时有发生,造成了一定的人员伤亡、经济损失和社会影响。建立铁路隧道围岩变形安全等级,用于现场管理十分重要。通过调研国内外研究成果,分析安全监测数据,辅以理论计算,以初期支护的安全度为基础,制定了铁路隧道变形控制安全等级管理数值。研究结论:(1)现有铁路隧道围岩变形安全等级管理与国际基本不接轨;(2)利用规范建议的设计参数,采用数值模拟计算,Ⅳ级围岩隧道开挖支护后拱顶沉降为11 mm、V级围岩为19 mm,而现场实测远大于该数值,因此,隧道围岩变形主要受控于开挖工法、初期支护施作质量以及初期支护闭合的及时性;(3)按变形总量和变形速率对隧道围岩变形进行预警二级、预警一级管理,变形总量Ⅲ级分别为40 mm、80 mm,Ⅳ级分别为50 mm、100 mm,V~Ⅵ级分别为75 mm、150 mm,变形速率分别为5 mm/d、10 mm/d;(4)研究成果可用于铁路隧道施工围岩变形监控量测安全管理。     

输水管道群下穿既有铁路软土地基变形控制技术研究

大直径输水管道群顶管下穿既有铁路软土地基必然会引起铁路路基沉降和轨道变形,影响铁路行车安全。以顶管下穿既有京沪铁路工程为研究对象,对顶管下穿铁路引起的路基沉降和轨道变形规律进行数值模拟计算;提出软土地基沉降变形控制标准及加固方案、施工工艺参数及施工控制措施。通过现场监测成果,验证地基加固效果及其合理性。研究结果表明:输水管道群顶进施工引起铁路路基的最终变形沿铁路中心线呈"U"形分布,最大沉降量约为12.5 mm,大于最大路基面沉降和水平位移不应超过10 mm的要求。采用旋喷桩与袖阀管注浆相结合的地基加固措施,有效地提高了地基强度,减小了顶管施工对既有铁路的影响。整个顶管施工过程中,绝大多数监测点路基沉降值在3～10 mm之间,水平位移在2～6 mm之间,路基变形满足规定要求。该研究成果对新建构筑物下穿既有铁路工程的设计、施工具有借鉴意义。     

乌鞘岭特长隧道F7断层围岩大变形段二次衬砌安全度分析

乌鞘岭特长隧道11#斜井处正洞在穿越F7断层时,由于隧道埋深大,断层岩体破碎,岩体完整性差,围岩自稳能力弱,受挤压影响等,开挖后围岩变形长时间不收敛,50d后的变形仍有2—4mm/d,累计最大变形量已超过60cm,部分地段严重侵限,不能满足《铁路隧道设计规范》关于二次衬砌施做的规定。如果二次衬砌及时施做,在软岩大变形条件下其安全度问题值得进一步探讨。本文通过现场量测和监测手段,并结合理论计算与分析,对已施工完毕的二次衬砌段的结构安全度进行了探讨,结果认为,目前乌鞘岭隧道F7断层二次衬砌结构的设计参数是可行和安全的,满足《规范》所规定的在软弱围岩地段的要求,建议及时施做二次衬砌。     

新线施工对既有线车站影响分析

研究目的：随着城市轨道交通的发展，会出现越来越多的新线近接既有线路的结构施工。为保护环境，许多构思仔细的工法得到了广泛的应用。本文将针对具体工程分析明挖新线对既有车站结构的影响。 研究方法：鉴于问题的复杂性，采用三维增量有限元弹性分析的方法，全程模拟了在既有结构存在的条件下，新线三个不同区域的不同施工方法，对既有线结构的变形进行了分析，并对新线的施工方法进行了优化。 研究结果：新线分三段区域（中间及两侧）施工，其中中间区域分块开挖。在中间区域施工过程中，既有结构的隆起控制在2．67mm以下。在整个新线施工过程中，既有结构最大隆起不是在施工完成后，而是出现在靠近中间区域先挖一侧基坑开挖完成后，为7．82mm；改变两侧区域的施工顺序后，既有线结构的最终隆起量基本不变，但过程最大隆起量减为7．43mm。 研究结论：近距离上穿既有结构施工时，采用合适的工法可以有效地控制既有结构的隆起。在施工中，既有结构的隆起可能出现在施工过程的某一阶段。合理的施工顺序有助于控制施工过程中既有结构的最大隆起量。     

佛莞城际铁路狮子洋隧道的几个关键技术问题

研究目的:佛莞城际铁路狮子洋隧道结构外径13.1 m,是国内目前最大直径的铁路盾构隧道。工程具有大直径(13.1 m)、高水压(最大水压7.8 bar)、地质条件复杂(土岩复合地层,穿越三处破碎带和两处水下断层)、行车速度高(时速200 km)、盾构机类型新(土压-泥水双模式盾构)等特点。为保证施工与运营安全,必须妥善解决总体设计、施工组织设计、结构抗灾与防灾疏散设计等关键技术问题。研究结论:(1)复合地层水下隧道宜埋置于基岩中,岩石覆盖厚度可按"满足施工进舱作业安全,且围岩松弛压力与形变压力之和相对较小"的原则确定;(2)隧道长度不大时可采用单孔双线结构,并在隧道底部设置疏散廊道,同时采用中间箱涵预制的方式实现同步施工;(3)为减少局部岩层破碎带对施工的影响,可采用土压-泥水双模式盾构掘进;(4)为提高结构的抗灾性能,在钢筋混凝土管片内双掺钢纤维和聚丙烯纤维是一种可行的方案;(5)该研究成果可应用于复合地层盾构法水下隧道的设计。     

砂性土地层中土压平衡矩形顶管施工对管线影响的研究

以内蒙古包头市阿尔丁大街行人过街地下通道为背景,制定了顶管下穿影响区域内的管线变形控制标准,在管线上方布设间接沉降观测点,按照一定的监测频率对既有管线的沉降变形进行监测。监测结果表明:在砂性土地层条件下,顶管顶进施工过程中,煤气管最大沉降变形为2.5 mm,给水管的最大沉降变形为4.5 mm,均未超过控制标准。雨水管的最大隆起变形为26.2 mm,已超过控制标准,主要是由于过大的注浆压力使地层抬升引起。给水管、煤气管上中间3个测点发生沉降变形,两边的测点发生隆起变形;管线横向沉降槽基本符合正态分布曲线。     

铁路隧道的主要工程地质问题与施工对策

本文以我国修建的长大铁路隧道为例,介绍了铁路隧道的主要工程地质问题,如断层、岩溶及岩溶水、软质岩大变形、硬质岩岩爆、膨胀岩、黄土湿陷性、煤层瓦斯、放射性等,阐述了在勘测、设计及施工中成功的解决方法.     

长大铁路隧道软弱围岩双层初支监测技术研究

针对在建怀邵衡铁路岩鹰鞍大断层大变形施工技术难题,运用理论分析、现场实测和监控预报等方法,分析了工程水文地质和断层条件,选择适合施工的监测方案和工具,进而对断层段洞内围岩支护应力应变进行现场监测并对监测数据进行研究,确定了过断层隧道双层初支的合理性。实践表明,按照提出的过断层隧道双层初支治理方案能够获得较好的围岩变形与受力效果,可以很好地保证隧道过断层段围岩稳定和结构安全,可为矿山、公路、铁路以及其他类似隧道工程提供参考。     

隧道大变形机理及分类分级探讨

为研究隧道工程大变形发生的机理及等级,从区域地应力场、地层岩性、地质构造、松动圈扩展出发,对大变形的发生机理进行综合分析。在此基础上,对隧道大变形进行分类分级,并对控制技术进行探讨。得到以下结论:(1)隧道大变形的产生往往受到区域地应力场、地层岩性、地质构造及其挤压程度的共同影响;(2)根据大变形发生的构造部位,可以将大变形分为断层型、碎裂型和顺层型3种;断层型发生在区域断层带;碎裂型发生在褶皱核部、转折端以及构造节理密集带;顺层型发生在褶皱翼部,它以隧道轴向与岩层走向小角度相交为条件。缓倾岩层是顺层的特例,易发隧道底鼓;(3)工程前期现场资料缺乏的条件下,宜在最大主应力近于水平的前提下,根据地层岩性、地质构造、相对变形量,结合工程经验,参考相应规范及其他相关研究成果,进行综合判定;(4)大变形应采取"强支护、预加固、快封闭"的控制理念。     

黄土地区地铁盾构下穿铁路变形控制技术

研究目的:黄土地区某城市地铁2号线盾构施工下穿既有陇海铁路线是一个盾构施工中的I级风险源,为保证地铁盾构施工安全下穿陇海线路,开展了盾构施工穿越既有铁路的变形控制技术研究,以为盾构安全施工提供技术支撑。研究结论:(1)黄土地区地铁盾构下穿既有陇海线路的地表沉降规律:不采取控制措施盾构施工时,路基右线隧道轴线正上方的沉降量为20.48 mm,左线隧道轴线正上方的沉降量为12.85 mm,左右线隧道的轴线上的沉降量均超出了沉降允许值;采取严格控制土压力、盾构匀速通过、严格控制注浆量、减少盾构推进方向的改变等减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施盾构施工时,右线隧道轴线正上方的沉降量为5.44 mm,左线隧道轴线上方的沉降量为4.95 mm,均小于变形允许值。(2)FLAC计算预测的变形规律与实际值基本一致,地表和铁路路基的变形量在允许范围内;减小地铁盾构下穿既有铁路施工风险的措施合理有效。(3)该研究成果可应用于黄土地区地铁盾构下穿铁路施工变形控制。