高速铁路隧道支护参数的计算研究

为探索隧道初期支护安全系数的计算问题,并为高速铁路隧道支护参数优化提供理论依据,根据喷锚支护的性能与特点以及现代隧道力学的基本理论,建立初期支护荷载结构模型和对应的安全系数计算方法; 针对时速350 km高速铁路双线隧道提出的3种不同的初期支护方案（无系统锚杆支护、喷锚结合支护和以锚为主的支护方案）展开适应性研究,计算分析不同埋深（400 m和800 m）条件下初期支护的优化参数以及优化后的二次衬砌承载能力,在此基础上提出优化后的高铁隧道支护参数建议值,并对优化前后的安全系数进行计算与对比。主要结论如下： 1）提出了采用围岩压力代表值作为荷载结构模型设计荷载的方法,为解决设计中围岩压力不确定的问题提供了思路,且所推荐的围岩压力代表值计算方法具有安全性与经济性; 2）提出了3种初期支护计算模型,可以为初期支护构件的选择与量化设计提供一定的理论基础; 3）提出了时速350 km高速铁路双线隧道初期支护方案及优化后的复合式衬砌设计参数,并明确了不同围岩级别、不同埋深时的承载主体; 4）提出了按照不同埋深进行支护结构参数设计的建议。     

Great Revolution in Maritime Transportation: Discussion on Preliminary Work and Operation Plan of Bridge/Tunnel Projects for Vacuum HTS Maglev Train at High Speed（畅想海上交通运输建设的伟大革命——真空高温超导磁浮高速列车桥隧工程前期工作与运行方案探讨）

The improvement in the operation speed of the transportation project means the progress and development of the construction technologies in transportation projects. In this paper, the following factors restricting the further improving of the speed of high speed railway are analyzed: as the operation speed increases, the trains in the dense atmosphere are subject to the wind induced resistance and various resistances caused by the friction between the wheels and the rails and by the irregularity of tracks, and the noise will also increase with a high power. Therefore, the economy and safety issues involved in the operation have become the main factors restricting the further improving of the speed of high speed railway. A scheme of vacuum pipelines of underwater vacuum tunnel and/or subwater bridge is proposed in this paper: the pipelines and cars are sealed and vacuated to form the quasi vacuum. The transportation system of the vacuum maglev train at ultrahigh speed with the HTS maglev technology can achieve the operation speed more than 4 times that of the existing HSR train (about 1 200 km/h). Key technologies for constructing the vacuum maglev tunnels/subwater bridges in respect of construction plans, vacuating and sealing, as well as maglev trains are introduced in this paper. The subjects to be further studied on the vacuum HTS maglev tunnels (pipelines) are analyzed from the aspects of technology, management, construction costs, operation expenses, candidate project, airtight materials for cars and evacuation in case of emergencies. It is recommended that "cross sea maglev train in vacuum tunnel" should be developed in the eco tourism project between the coastal cities and their neighboring islands and a series of necessary technical tests should be conducted during the trial operation, so as to obtain related experience. Based on the experience and lessons learned, the transportation system at ultrahigh speed may be implemented for strait crossing projects in China. Finally, a brief introduction to the research on HSR trains at ultrahigh speed in countries such as China, the United States and the Netherlands is presented in this paper. The development of vacuum pipeline transportation can drive the development of China′s transportation modes in a faster, safer and more energy efficient manner, facilitating the development of the fifth generation of transportation industry and its driving role in the social and economic development, and promoting the integration and progress of the economy of China or even the world at a higher speed.     

车站基坑揭露断层带注浆加固效果数值模拟研究

为研究注浆对明挖基坑揭露断层带的加固效果,以南京地铁上元门车站基坑工程为背景,考虑基坑开挖过程中渗流场与围岩应力场的相互耦合作用,建立相应的有限元分析模型,对软弱破碎层、注浆加固带、基坑地下连续墙以及围岩所组成的耦合系统进行模拟,研究注浆加固前后围岩渗流场、位移场以及应力场的特征,最终获得基坑地下连续墙的水平位移、基坑外地表沉降、围岩塑性区分布、基坑内围岩变形以及基坑内涌水量变化规律。研究结果表明： 1）通过对基坑底部断层带的注浆加固,基坑侧向位移及基坑外地表沉降均得到有效控制,相比于注浆加固前,其最大水平位移和地表累计沉降量减小50%以上,满足工程要求; 2）基坑底部区域内塑性区范围明显减少,基坑外塑性区扩散也得到有效抑制; 3）基坑底部断层带注浆改变了渗流场分布,有效降低了基坑涌水量,基坑治理区域涌水量由最初的94 m3/h逐渐减小到4 m3/h,堵水率达96%; 4）注浆结束后现场钻孔取芯率达到75%~80%,开挖揭露大量劈裂作用形成的浆脉,验证了注浆可有效治理明挖基坑所揭露的软弱断层破碎带。     

郑万高铁隧道大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性研究

为研究郑万高铁大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性,依托郑万高铁隧道现场实测数据,确定台阶法和大型机械化配套全断面法2种工法施工的围岩压力分布特征,并采用数值模拟的方法建立围岩-支护结构有限元模型,分析2种工法对围岩压力和结构内力的影响规律。研究结果表明： 1)台阶法多次施工扰动易导致支护结构和围岩之间产生空隙而发生脱空,大型机械化配套全断面法施工对围岩扰动次数少,初期支护快速封闭成环,可保证初期支护及围岩之间良好的密贴性; 2)在软弱围岩中,采用大型机械化配套全断面法施工比台阶法更有利于改善结构受力,减缓结构内部偏心受压的程度,能有效发挥拱形隧道结构承载力; 3)大型机械化配套全断面法在软弱围岩快速施工、控制支护结构变形、保证支护结构受力安全等方面具有综合优势。     

郑万高铁大型机械化施工隧道位移控制基准研究

依托郑万高铁湖北段大断面隧道洞群,针对其开挖断面面积大、软弱围岩占比高、采用大型机械化大断面法施工的特点,开展初期支护位移现场监控量测,对监控量测数据进行分类统计、包络回归分析,得到Ⅳ、Ⅴ级围岩深、浅埋不同大断面法（全断面法、微台阶法）开挖下初期支护位移沿隧道纵向的函数表达式及各工况下分段位移占极限位移的比值。最后结合 Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中初期支护极限位移值,给出郑万高铁大型机械化施工隧道各工况下初期支护位移控制基准建议值。结果表明： 郑万高铁隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用深、浅埋不同大断面法开挖时,按距掌子面距离的分阶段位移控制基准相差较大,现行Q/CR 9218-2015《铁路隧道监控量测技术规程》中统一规定不合理;围岩级别、埋深及开挖方法相同时,拱顶沉降和洞周水平收敛规律基本一致。     

软土地层盾构穿越密集房屋群水平定向注浆加固技术

为解决土压平衡盾构在敏感软土地层穿越密集房屋群过程中极易引发地表沉降和建（构）筑物损坏的问题,依托广州市轨道交通14号线盾构下穿姓钟围房屋群加固工程,提出水平定向注浆加固技术,该技术将水平定向钻孔技术与地面注浆技术相结合,利用无线随钻测斜系统实现钻机参数测量、采集、分析和定位,采用特制钢阀管下入钻孔,通过阀管向拟加固区域进行水平定向注浆。介绍该技术的水平孔钻探工艺,并分析其应用效果和经济效益。结果表明： 应用水平定向注浆加固技术,加固区变形量控制在±5 mm以内,未造成房屋开裂、倾斜、倒塌等不良社会影响,能有效保障土压平衡盾构在敏感软土地层中安全顺利通过密集房屋群; 水平定向注浆加固较MJS高压旋喷桩加固可节省费用600余万元,经济效益显著。     

基坑分区开挖对邻近大直径越江隧道影响的数值模拟与现场实测分析

为研究基坑分区开挖对邻近越江隧道保护的有效性,以上海市西藏南路双线越江隧道附近绿谷一期基坑工程为依托,首先采用有限元法建立数值模型,分析基坑分区与不分区开挖对地下连续墙位移和既有越江隧道收敛变形的影响。然后根据现场监测数据,研究基坑分区开挖下既有越江隧道和地下连续墙的变形规律。结果表明： 1）采用分区开挖的方式,地下连续墙最大位移减小23.9%,邻近越江隧道最大竖向位移减小35.4%,分区开挖施工对距离较近隧道的保护效果更好; 2）对于面积较大的分区,其开挖导致的地下连续墙变形更大; 3）既有越江隧道在基坑施工过程中发生了斜向压扁的不规则收敛变形,地下连续墙最大水平位移对邻近隧道的收敛变形具有一定的预测作用。     

蒙华铁路阳城隧道土砂分界地层分界面位置对围岩稳定性影响探究

为了解决隧道穿越土砂分界地层的围岩稳定性问题,以蒙华铁路阳城隧道为研究对象,采用现场试验、室内试验及数值试验等研究方法对土砂分界地层围岩稳定性进行探究,重点探讨地层种类及其厚度变化对围岩变形、塑性区扩展及支护结构受力的影响。结果表明： 1）相对单一地层,土砂分界地层会影响洞周应力分布,分界面处围岩容易先出现塑性区,且土砂分界地层围岩变形性质与软弱的全砂岩地层更为接近; 2）在土砂分界地层分界面处会产生较大的水平收敛,易出现拉应力; 3）土砂分界地层中,随着砂层所占比例的增大,拱顶沉降和洞周收敛不断增大,且分界面所在台阶处支护结构的应力发展会提前达到更高的峰值; 4）当分界面出现在上台阶时,围岩会产生极大的塑性变形,支护结构承受相对较大的应力,是土砂分界地层中最不利的分界情形。     

岩爆隧道柔性支护快速施工技术

为探究适合硬岩隧道岩爆段的快速施工技术,通过对硬岩隧道整体自稳性及岩爆特点的分析,提出以柔性支护为基础、以岩爆预测、松动圈测试和柔性网试验为保证措施的一种快速施工技术。依托米仓山隧道岩爆段的施工,利用陶振宇判据和Turchaninov判据对不同埋深下岩爆强度进行预测,合理划分米仓山隧道岩爆强度区段,并结合松动圈测试、柔性网试验,对锚杆和钢丝绳网的参数进行研究与验证。实践表明： 1)采用陶振宇判据和Turchaninov判据可以较准确地进行岩爆预测及强度区域划分; 2)利用松动圈测试结果能大致判断隧道开挖后围岩破裂区域的深度; 3)相比传统支护技术,采用喷射混凝土+涨壳式预应力锚杆+柔性防护网的快速支护技术,每循环施工可节省用时约4 h,整个岩爆区段施工速度可提高30%~40%。     

汕头市苏埃通道工程海域段平纵横方案研究

为有效解决汕头市苏埃通道工程遇到的海底硬岩、孤石群及高烈度抗震等技术难题,从海底隧道横断面、平面及纵断面方案进行研究。主要研究和结论如下： 1）对两管方案与三管方案进行比较,在海底硬岩处理方面,2种方案施工风险无本质区别,但两管方案可利用车道板下空间解决消防防灾问题、取消隧道联络通道设置、降低施工及抗震风险,优于三管方案; 2）从抗震、工程造价、结构受力及隧道运维等方面进行研究,发现盾构管片采用单层预制结构优于管片内置二次衬砌结构; 3）隧道平面方案需摸清海底硬岩及孤石群分布范围,结合码头、港池及锚地等控制因素综合确定; 4）隧道纵断面方案的确定,需充分考虑海底硬岩、孤石分布规律以及最小覆土、主航道规划标高、港池范围等控制因素,避开硬岩及孤石群,以减小隧道修建难度和风险。