富水软弱地层中浅埋暗挖隧道施工地表沉降分析——以杭州紫之隧道为例

为深入了解富水软弱地层中浅埋暗挖隧道施工引起的地表沉降特征,以杭州紫之隧道北口浅埋暗挖段工程为依托,采用现场监测数据分析与数值模拟计算相结合的方法,分析地下水渗流作用对地表沉降的影响。分析结果表明:1)在地下水渗流作用下,横向和纵向地表沉降槽宽度系数的拟合值均大于文献中对黏土的建议值;2)在隧道施工过程中,地层孔压下降范围逐渐扩大,地下水渗流是沉降槽宽度增加的主要原因;3)地表沉降主要发生在隧道外侧起拱线处、与水平方向成45°+φ/2的斜线之间区域(φ为隧道上覆土层平均内摩擦角)。     

西安地铁富水密实性砂层盾构带压换刀技术

为了解决西安地铁土压平衡盾构在富水密实性砂层中带压换刀所面临的土舱不易保压、作业人员进出舱气压控制难和舱内换刀安全风险高等技术难题,对带压进舱换刀技术开展了研究,通过工程实践总结出如下操作要点:1)通过工作压力计算,采取掌子面封闭、保压试验等技术措施使土舱压力趋于稳定,保证土舱压力满足要求;2)人员进舱后以10 kPa/min速率进行加压,人员出舱前以10 kPa/min速率分4个阶段逐渐减压;3)舱内换刀应制定周密的施工计划,刀盘分3次转动完成刀具更换。结果表明,通过以上控制技术,可以满足西安地铁富水密实性砂层盾构带压换刀施工要求。     

考虑围岩应变强化及扩容的深埋软岩隧洞时变位移解

为描述深埋软岩隧洞围岩时变位移受岩石应变强化与扩容协同影响的复杂力学过程,假设岩体为符合Burgers体与Drucker-Prager屈服准则组合的黏弹塑性模型,在考虑应变强化及扩容效应影响的初始应力场下,推导得到深埋软岩隧洞的黏弹塑性时变位移解析解并进行分析。结果表明:该解析解能较好地描述软岩隧洞蠕变位移受岩体应变强化和扩容的影响。随着幂强化指数或剪胀角的增大,隧洞围岩的时效变形逐渐增大,且发展变快。隧洞围岩在应变强化和扩容效应的共同影响下,幂强化指数与剪胀角越大,其位移越敏感,且幂强化指数对围岩位移的敏感性更高。为验证该解析解的实用价值,与工程实测数据进行对比,结果显示计算值与实测值吻合较好,表明该解析解对深埋软岩隧洞时变位移预测具有一定的借鉴意义。     

基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报初探

由于北京地铁八号线三期工程六营门站—五福堂站盾构段区间特殊的工程环境及工艺,使得传统的预报方法难以开展实施。以盾构刀盘切削震动为震源,以地震波反射法为原理进行地震波相位特性和振幅特性的解析,提出了基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报方法,并进行超前预报及跟踪对比工作。现场试验表明:基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报系统布设简单、操作方便,且不影响作业面推进;基于地震波反射法的盾构施工超前地质预报系统能较好地反映地下介质体的形状与轮廓,图像判译结果基本与地质资料吻合,与开挖跟踪结果一致。     

上软下硬地层地铁隧道与近接桥梁桩基的相互影响分区研究

依托青岛红岛—胶南城际轨道交通工程侧穿多座桥梁的工程实例,采用有限元强度折减法,对上软下硬地层桩基近接影响下的隧道安全系数变化规律进行研究。结果表明:1)水平方向上,随水平净距增大,隧道安全系数增加,至1倍洞径后,安全系数趋于稳定;2)竖直方向上,随埋深增加,隧道安全系数表现为先增大后减小;3)桩基的存在将降低隧道安全系数,增加隧道达到最大安全系数所需的埋深。通过有无桩基对比,对不同相对位置关系下的地铁隧道近接桥梁施工影响程度进行判定:1)总体上竖向的影响范围和影响程度均大于横向;2)当隧道埋深位于桩底以上时,近接施工几乎只对隧道产生影响;3)当隧道埋深位于桩底以下时,近接施工对于隧道和桥梁桩基均有不同程度的影响,当隧道位于桩底时达到最大。通过样条函数插值补全和多重二次曲面拟合的方法,给出影响系数通用分区图,并结合数值模拟下的桩基受力变形特征,得出影响系数0.8对应的等值线为强影响区与弱影响区的分界线,影响系数1的等值线为弱影响区与无影响区的分界线。通过影响分区结论与监测数据对比,验证了研究成果的实用性。     

砂性地层土压平衡盾构渣土改良试验研究

土压平衡盾构在砂性地层中施工时,土舱内的土体很难形成塑性流动状态,土舱压力平衡难以建立,易导致开挖面失稳崩塌、排土不顺畅、地表变形过大等影响盾构推进的问题。为确保盾构顺利推进,找出适应于该地层的改良剂及改良参数,对砂性地层土体改良进行研究。针对砂性地层采用添加泡沫剂和膨润土等方法进行改良,分析泡沫半衰期及发泡倍率随泡沫浓度变化的规律,膨润土泥浆黏度及相对密度随泥浆浓度变化规律,找出泡沫剂最优发泡浓度及膨润土最佳浓度,通过坍落度试验确定改良剂注入比,通过现场掘进试验分析改良效果,研究出适用于砂性地层的渣土改良方案。     

天目山隧道施工废水特征分析及处理

天目山隧道进口段毗邻"新安江—富春江—千岛湖"国家级风景名胜区,为避免隧道施工废水影响当地生态环境和饮水安全,对其特征进行分析,发现废水中悬浮物(SS)和酸碱度(p H)超标,且含有重金属。部分水样中汞(Hg)和镍(Ni)超标(其中Hg的超标频次较高),其他重金属未超标,废水中出现重金属与地质有关。采用"初沉+混凝+沉淀+过滤"工艺处理废水,初沉主要去除大颗粒悬浮物,混凝、沉淀主要去除细颗粒物和重金属。结果表明:处理后的废水各指标均满足排放要求,处理成本为0.51元/m3,经济性较好。     

基于中条山隧道的台阶法几何参数优化分析

为提高台阶法在软岩条件下施工时的安全性,充分发挥其施工高效的固有优势,以中条山隧道为工程依托对该法施工时几何参数的选取进行优化分析。分析采取数值模拟结合现场监测数据的方法,以初期支护结构安全性、掌子面稳定性以及施工便利性作为优化选择的依据。根据研究成果可知:在软岩条件下隧道采用台阶法施工时,上台阶长度控制在4~5 m时隧道初期支护结构受力合理,施工机械操作便利;上台阶高度取值为0.6H(H为隧道高度)时能较好地兼顾隧道的施工效率以及掌子面的稳定性,但是在围岩条件较差如Ⅴ级围岩掌子面出水或浅埋情况下,其取值应适当提高但也不宜超过0.7H。     

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。