隧道下穿引起地下管线竖向位移的计算方法研究

为建立盾构隧道正交下穿施工引起的管线变形计算理论,将既有管线视为连续长梁,结合横观各向同性条件下的小孔扩张理论,导出管线在下穿盾构隧道施工作用下的竖向位移计算式。结合工程实例对该计算方法进行算例验证,并在此基础上定量分析管线竖向位移与各向异性参数、隧道外径、净距、管线抗弯刚度等因素的关系。结果表明： 1)管线最大竖向位移发生在下穿正交点处; 2)各向异性参数越大,对管线竖向位移的影响越显著; 3)净距在某一范围内时,管线竖向位移对其变化较敏感,超过此范围后管线竖向位移基本无变化; 4)盾构隧道外径、管线抗弯刚度对既有管线竖向位移也有一定的影响。     

基于对流-导热耦合作用的寒区隧道保温隔热层研究

寒区隧道的抗冻措施研究对隧道建设有重要意义,基于对流-导热耦合作用的非稳态传热有限差分计算模型,计算分析寒区隧道多年冻土和非冻土段外贴式及中隔式保温隔热层的保温隔热效果,并对寒区隧道纵向铺设保温隔热层后的抗冻效果展开研究。结果表明:1)在非冻土地层外贴式保温层保温效果较佳,在多年冻土地层中隔式隔热层隔热效果较佳,两者效果相差不大;2)受周期性入口风温的影响,隧道衬砌背后温度呈现周期性变化,变化幅度逐年递减。在材料、施工允许的前提下,建议采用外贴式保温隔热层;设计时,保温隔热层厚度应作经济技术比选。本文研究成果可供寒区隧道设计者与研究者参考。     

基于颗粒流原理的盾构切割GFRP筋混凝土围护桩机制

在盾构无障碍接收过程中,盾构切割GFRP筋混凝土围护桩时桩体会朝向基坑临空侧发生变形,甚至发生整体倒塌,引起工程事故。为此,需要对盾构切割GFRP筋混凝土围护桩的机制进行研究。基于PFC3D建立盾构切桩的离散元颗粒流模型,得到盾构切刀切削力的变化规律与桩体应力的变化规律,揭示盾构无障碍接收切桩的机制： 前半切入行程为剪压破坏,后半切入行程为剪切破坏,并指出在切桩过程中应控制好盾构推力,避免GFRP筋混凝土围护桩整体倒塌。     

盾构区压设置不当加剧姿态偏差的原因分析

盾构施工中通过不断地调整区压控制盾构姿态,然而在实际中如果将各分区压力参数设置差距太大会发生盾构姿态偏差反而加剧的情况。结合某城市地铁下穿江河段时遇过饱和软土发生沉降的案例,说明在盾构本身出现沉降偏差时,由于区压调整参数设置不合理,导致盾构推力不均匀反而加速盾构下沉的情况,对盾构推进的区压参数设置进行对比分析,并对盾构姿态持续下沉过程进行详细描述,分析区压过度调整对盾构姿态产生不利影响的原因。根据盾构推进压力对于管片的反作用力,从力学角度分析盾构姿态的调整是盾构区压设置的调整原理,阐述盾构姿态形成的受力状态是盾构自身偏转量与成型隧道管片受力不均呈现逆向偏差的结果。二者的偏转量是相反的,当调整区压设置导致成型隧道偏转量大于盾构自身偏转量时,盾构姿态将呈现越纠越偏的现象,即为区压过度调整。该结论指出盾构施工过程中姿态调整的误区,并对盾构施工推进参数设置的合理性提出见解。     

Fully Prefabricated Assembling Technology of Tsinghuayuan  Tunnel in Beijing Zhangjiakou High speed Railway（京张高铁清华园隧道轨下结构预制拼装技术）

Tsinghuayuan Tunnel of Beijing Zhangjiakou High speed Railway is the first fully prefabricated high speed railway tunnel in China. The supporting structure, subrail structure, and subsidiary structure of Tsinghuayuan Tunnel are all prefabricated in the factory. The strength, deformation and stability of subrail structure are analyzed by numerical simulation method; a kind of three block type of subrail prefabricated structure is put forward according to prefabricated assembling technology; and the subrail space is used to ventilate and rescue under the stability condition. The connection between subrail structure and shield segment is the key to fully prefabricated assembling technology. By introducing the grouting technology and construction keys of subrail structure, the stress on subrail structure and shield segment can be balanced. The results can provide reference for similar projects in the future.     

涨壳式预应力中空锚杆在机械化开挖大断面隧道中的施工应用研究

为了解决软弱围岩隧道机械化开挖后快速支护的难题,采用三臂凿岩台车、风动扳手等配套机具施作涨壳式预应力中空锚杆对围岩进行快速支护。通过在郑万高铁高家坪隧道软弱围岩段大断面机械化施工条件下涨壳式预应力中空锚杆的应用研究,总结出涨壳式预应力中空锚杆工作原理、工艺流程,通过注浆试验对比分析,提出适合的隧道锚杆注浆比例,并结合锚杆轴力监测和地层位移监测结果,表明该锚杆具有快速约束围岩、形成应力拱、减少围岩松动圈、保证围岩稳定的优势,能够有效保障隧道机械化施工的安全,并提高隧道机械化施工效率。     

厚层堆积体偏压隧道洞口结构抗减震技术研究

为研究覆有厚层松散堆积体且穿越软硬交界面的隧道洞口段动力响应特点和抗减震措施,以飞仙关隧道洞口段为研究对象,采用有限差分软件分别建立隧道围岩渐进式注浆、设置减震缝和全环注浆3种工况,并和无措施情况下隧道衬砌的应力、变形对比,得出最佳抗减震措施。研究结果表明： 1）在强震作用下衬砌的纵向变形远远小于横向变形,且全环注浆对限制衬砌的横向变形效果最显著,单独设置减震缝对衬砌变形的限制效果较差; 2）隧道右拱脚和右拱腰是强震作用下结构破坏的最危险位置,需着重加强这2处的抗震加固; 3）全环注浆能够有效减小衬砌应力,同时还能使交界面附近应力变化连续而平稳。     

寒区隧道含相变围岩传热渗流耦合数值分析

为研究寒区隧道围岩在冻融循环过程中的水-冰相变现象和渗流速率对围岩温度场分布的影响,基于COMSOL Multiphysics 多物理场分析软件,建立含相变的围岩温度场与渗流场耦合模型,通过改变模型中的渗流速率、已冻区和正冻区的边界温度Tm,对寒区隧道的围岩温度场进行数值分析。数值分析结果表明： 边界温度Tm影响正冻区的范围和不同深度处围岩水-冰相变发生的时刻,但不同的边界温度Tm对围岩温度场的影响较小; 当渗流速率高于1×10-6 m/s时,渗流速率的改变对围岩温度场具有明显影响,但当渗流速率低于1×10-6 m/s时,渗流速率的改变对围岩温度场无明显影响。因此,在地下水渗流速率较高的地区,应同时考虑水-冰相变现场和渗流速率对寒区隧道围岩温度场的影响。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

雷达探测隧道壁后空洞的现场验证及空洞影响分析

针对王市岭隧道隧改路工程,采用探地雷达检测衬砌壁后空洞,并进行钻孔取芯验证,结果表明探地雷达用于壁后空洞检测可行且具有较高的可信度。为系统分析壁后空洞对隧道结构的影响,基于现场原位测试数据,建立了连拱隧道的三维快速拉格朗日有限差分模型。数值分析结果表明,拱顶、拱肩和边墙部位的空洞均会导致衬砌局部产生拉压应力集中,应力集中程度受空洞位置与尺寸的双重影响。在竖向地应力为主的条件下,拱肩部位的空洞对衬砌危害最大,易导致拱肩上侧部位出现较大的应力集中,因此在隧道壁后空洞病害检测时应重点考虑拱肩部位。