基于弹性应变能的深埋硬岩隧道岩爆研究

隧道掘进引起的应力调整会导致围岩的弹性应变能分布发生改变,其中弹性应变能大幅跃升区域的围岩发生岩爆的可能性极高。依托米仓山特长隧道,采用三维数值模拟手段,基于弹性应变能理论研究了隧道掘进过程中弹性应变能的变化规律。研究结果表明： 在高地应力条件下隧道掘进会导致明显的卸荷作用,引起围岩应力的重分布,从而导致掌子面附近区域弹性应变能剧烈改变,其中掌子面及其前方7 m范围内围岩的弹性应变能呈现下降趋势,掌子面后方围岩弹性应变能呈现增加趋势; 拱顶部位弹性应变能增加幅度为3.56倍、边墙部位弹性应变能增加幅度为3.73倍、基底部位弹性应变能增加幅度为4.66倍,存在发生岩爆的可能。     

刮刀磨损实时监测系统研发及室内验证试验研究

为实现复合式TBM（全断面硬岩掘进机）和盾构刮刀磨损的实时监测,研发一种新型刮刀磨损实时监测系统。系统由磨损感知模块、数据读取及发送模块、无线接收网关、上位机软件4个部分组成。其中磨损感知模块由14个等阻值耐高温碳膜电阻并联组成,为该系统的核心。系统通过贴合于试验刀具表面的磨损感知模块实时感知刮刀的磨损量,并由数据读取及发送模块将信号发出,经无线网关接收数据后传送至上位机软件。根据理论推导提出刮刀磨损量监测计算公式,并进行室内验证试验,试验结果表明： 刮刀磨损感知模块在磨损过程中信号稳定且不失真,磨损量误差控制在1 mm以内,室内环境下无线传输距离达30 m。监测系统能实现刮刀磨损的实时监测,具有较高的精度,对复合式TBM和盾构刮刀磨损实时监测工程难题的解决起到了推动作用。     

海上导航系统在管节浮运、沉放、对接中的应用

为解决内河沉管隧道水下施工时浮运、沉放、对接等的精确控制问题,引进海上导航系统并将其成功应用于红谷隧道工程中的沉管施工阶段。通过剖析海上导航系统的工作原理和测量方法,得出该系统能够在测量定位精度上满足本工程管节浮运、沉放、对接施工的要求,并结合实时监控系统,形成对内河沉管隧道浮运、沉放、对接工序的精确控制体系。通过工程实例展示该系统的控制作业流程,可为同类沉管隧道工程等提供宝贵经验和实施手段。     

一种基于BIM技术的隧道参数化建模方法

通过阐述建筑信息模型(BIM)的概念,指出参数化建模在工程设计领域中的应用理念和发展趋势,以及参数驱动模型生成的技术特点。目前BIM技术的应用往往是先进行专业设计再针对设计成果建立信息模型,这样的逆向设计流程不但没有提高设计效率,反而徒增设计工作量。它本质上是一种现有交付条件主导下设计工作的辅助和补充,其作用在于设计过程中的反向回馈。探索BIM正向设计以提升模型附加值,针对隧道工程,将传统的设计思路与信息模型的全新表达方式相结合。为了提高设计效率,解决复杂工程模型的标准化、规范化的问题,采用参数驱动三维模型生成的方法,验证参数化设计在LOD200级信息模型建立过程中的可行性和必要性。通过设定应用场景规定模型的应用功能,对模型的几何信息和非几何信息添加相应的约束,从而使模型具有更多的应用功能,为实现高效正向协同设计提供参考。     

新型矩形盾构接头力学性态的有限元分析

为分析评价带有接头盒的大断面矩形盾构管片接头构造和受力的合理性,基于管片纵缝接头足尺力学试验的结果,采用ABAQUS有限元软件建立该类盾构管片纵缝接头的三维精细化计算模型。通过一些分析指标,定性定量地评价在正常使用条件下各个接头的工作性态,研究正负弯矩工况下接头受力全过程的特征。结果表明:1)正弯矩工况下的接头,弯矩-转角全过程破坏曲线呈现三折线模式,在正常使用条件下各接头均处于第2阶段,转动刚度约为100 MN·m/rad,部件均处于弹性工况,接头设计与位置选择合理;2)负弯矩工况下的接头,弯矩-转角全过程破坏曲线呈现双折线模式,正常使用工况下各接头均处于第1阶段,转动刚度约为276 MN·m/rad,但接头受力处于2阶段的临界位置,所受负弯矩值偏大,安全储备较低,设计时应当注意。     

大断面上新统红色泥岩（NCr2）隧道支护受力特征研究

甘肃庆阳新近纪上新统红层由于特殊的成因,其工程力学特性与南方红黏土有较大差别。为系统研究穿越该地层大断面隧道支护结构的受力特征,以银西高铁庆阳隧道为研究对象,通过现场实测和有限元模拟获得衬砌结构内力、围岩压力、5~10 m围岩深部位移、支护收敛变形的时空分布特性,对现场监测结果体现的衬砌-围岩复合结构受力状态产生的原因进行分析,并利用ABAQUS软件模拟隧道开挖过程以对比验证衬砌结构受力规律,得出该地层隧道地应力、围岩压力、衬砌结构内力特征。研究结果表明： 1）围岩各项指标属于极硬土-极软岩临界范畴。2）该地层衬砌结构围岩质量较好,水平地应力为垂直地应力的2倍,可优化为Ⅲ-Ⅳ级围岩进行设计的同时增大侧压力系数。3）未闭合的初期支护不能有效限制围岩变形,可通过设置临时仰拱等措施改善受力状态;数值模拟结果与现场实测规律相符。4）该地层变形剧烈区为洞周开挖界限向围岩内1倍洞径范围,变形区域主要集中在拱顶;延迟开挖仰拱可有效减少仰拱内衬砌结构受力。     

多位移反分析浅埋偏压隧道初期支护荷载分布研究

为了直接求解浅埋偏压隧道支护结构承受的围岩压力荷载,确保隧道支护结构施工稳定性,解决监控数据难以直观反馈施工优化的技术难题,采用拱顶沉降与水平收敛相结合的多位移反分析法,建立平面有限元模型,引入应力释放率与荷载偏压参数,结合浅埋偏压隧道特点,运用影响值加载原理,推导了围岩偏压分布公式。结合工程实例,对比同断面压力盒数据表明,利用多位移反分析法推导的偏压围岩分布公式可靠,计算结果可靠,公式系数的调整能有效配合并指导施工变更,以期为相似地质条件下隧道监控量测反馈施工再设计提供参考。