基于流固耦合作用的单洞双层隧道导洞开挖顺序数值分析

为了有效地预测和控制单洞双层隧道施工引起的风险,以北京市朝阳区六里屯某商业办公项目的地下隧道工程为依托,采用数值模拟与现场监测数据相结合的方法,模拟整个施工过程。得到的主要结论有： 1）针对2种不同的导洞开挖顺序,分别在考虑渗流与不考虑渗流情况下,通过对应力场、位移场和孔隙水压力的变化进行分析,得出最优方案; 2）研究了渗流场对开挖引起的应力场和位移场的影响,并结合工程实际提出了具体的改进措施。     

动态荷载下地下深开挖岩体安全性评估模式的研究

分析探讨了地下深开挖岩体在动态荷载下的稳定性及安全性,使用有限元法,以研究区曾经发生的地震数据为基础,并考虑不同回归期的动态荷载情况,仿真各种动态荷载下岩体应力增量,配合Mohr Coulomb破坏准则评估其安全性。研究发现： 岩覆越深,初始静态安全系数越低,最低处则会出现在隧道上方拱顶位置,地震力引起的安全系数增量则随着深度的增加而减小。     

浅覆土小间距矩形顶管施工地表变形控制技术

为研究顶管施工过程中的地表变形规律,探索地表变形的的控制技术,最大限度地保证顶管施工过程的安全,依托某总部地下停车场项目,针对国内首例采用结构分割转换工法（CC工法）实施的矩形顶管工程施工地表变形影响因素进行分析,主要包括覆土厚度、施工过程地层损失、隧道小间距施工对相邻隧道土体作用等。研究分析表明： 1）通过采取控制掘进速度、控制土舱压力、控制注浆量、控制出渣量、控制顶进姿态等地表沉降控制技术措施,有效地控制了地表变形; 2）在顶推过程的各个阶段,地表变形呈现不同的特点,当出现变形过大时,通过调整土舱压力、补充注浆等控制措施,使地表变形逐渐趋于稳定变化状态; 3）通过对施工过程地表变形监测数据整理分析,进一步验证了采取地表变形控制措施的有效性和必要性。     

深埋老黄土隧道围岩劣化对支护受力影响分析

为解决围岩劣化所导致的深埋老黄土隧道初期支护破裂问题,以蒙华铁路阳山隧道深埋老黄土围岩劣化初期支护破裂段为工程依托,通过补勘、数值分析、应力监测等手段对深埋老黄土及围岩劣化工况的支护受力特征作对比分析,得到如下结论： 1）在原围岩参数工况下,喷射混凝土全环受压,上台阶喷射混凝土受力较大,最大压应力位于拱顶,同时上台阶拱脚有较大剪切应力; 2）在围岩劣化但未形成连续滑移面的工况下,上台阶的弯曲压应力显著增大,最大压应力仍位于拱顶,且上台阶拱脚处易发生压剪破坏; 3）在围岩劣化且形成连续滑移面的工况下,最大剪切应力与最大压应力位于同一位置--滑移体与衬砌接触的上部边界,此处易发生压剪破坏且位置随着破裂滑移面的变化而变化,分布范围在上台阶拱腰至拱脚处。     

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。     

基于K means聚类算法的盾构掘进参数设定方法研究

盾构掘进参数的合理设定是保障盾构隧道施工质量和安全的基础。为实现掘进参数的准确设定,基于典型工程类比设定理论,将K means聚类算法与经验公式设定法相结合,提出盾构掘进参数类比设定法（SAPAS）,实现典型工程工况掘进参数的自动提取和匹配。与传统的经验公式法相比,SAPAS改善了经验公式的实际使用效果,能够更准确地进行参数设定,有利于提高施工质量和安全。通过在上海轨道交通的部分工程中进行实践,取得了良好的施工效果。     

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。     

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。