城市隧道下穿道路施工控制技术研究

在浅埋、软岩条件下用钻爆法开挖隧道,安全顺利下穿城市道路需要解决诸多的技术问题,并且做好施工监控。结合工程实际探讨了施工开挖和微震爆破理论、超前导管注浆支护、量测监控技术等施工控制技术,对工程实践有着重要的指导意义。     

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。     

最小二乘支持向量机-粒子群算法在地下厂房围岩参数反分析中的应用

为准确确定地下厂房围岩的弹性模量、泊松比、黏聚力、内摩擦角、侧压力系数等参数,以正交设计、最小二乘支持向量机和粒子群算法等现代数学方法为基本手段,建立基于位移增量的围岩参数反分析方法。以CCS水电站大型地下厂房为研究背景,通过工程地质条件研究选取8#机组剖面作为分析对象,采用二维弹塑性有限元方法建立地质结构分析模型。以地下厂房洞室群分层开挖多点位移计实测位移增量为依据,对CCS水电站地下厂房区域围岩力学特性及地应力场特征进行反分析。研究结果表明： 主厂房第Ⅵ层与第Ⅰ层开挖和主变室第4层与第1层开挖所产生的位移增量计算值与多点位移计实测值吻合较好,最大相对误差小于10%,说明采用最小二乘支持向量机和粒子群算法相结合的反分析方法在工程上是可行的,且效果较为显著。     

A robust non-Hertzian contact method for wheel–rail normal contact analysis

A modified Kik–Piotrowski (MKP) model is proposed in this paper for an accurate and robust calculation of wheel–rail normal contact problem. The presented method is able to consider the relationship between the elastic deformation of a line and the normal pressure distribution within the contact patch. A novel shape correction method is put forward to correctly describe the elastic deformation of the contact patch. Taking the results estimated by Kalker’s variational method and Kik–Piotrowski method as references, the proposed method is validated by three contact cases, including the assumed standardised non-Hertzian contact and the two-point contact, as well as the contact behaviours based on three actual wheel–rail profiles. The simulation results indicate that, compared with Kik–Piotrowski method, the proposed MKP method achieves better agreement with Kalker’s variational method. Moreover, the MKP method can avoid the abrupt change of wheel–rail normal force due to the sudden transfer of the contact point, which contributes to a better computational stability.     

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。     

软土地层浅覆土下钢管幕顶进沉降分析

为研究软土地层超浅覆土下钢管幕顶进施工引起的地层沉降规律与机制,以上海中环线田林路节点改善工程为依托,采用现场试验方法,对整个管幕顶进周期内地表初期沉降、累积沉降与工后沉降的变化发展进行分析,研究不同工况条件下地表沉降发展规律。结果表明： 试验结束后地表最大沉降为9.8 mm,管幕群施工对地表沉降具有累积作用; 单根钢管顶进时后半段隆起,隆起值在精度允许范围内; 管幕上方1倍管幕埋深范围内地层沉降变化明显,顺接管施工的工后沉降较大,采取洞口止水措施能有效减缓地层损失。     

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。     

运行中市政管廊隧道的维修加固

我国早期浅埋暗挖市政管廊隧道标准较低,目前病害多发。为了治理断面狭小、内部净空限界要求不高的市政管廊隧道的病害,结合大连某电缆隧道维修加固工程,采用病害检测及分析、方案综合比选和施工实践的方法,介绍暗挖市政管廊隧道的维修加固过程。得出主要结论如下： 隧道病害检测应从结构变形、衬砌强度、衬砌背后、裂缝及渗漏水等方面详细调查,分析病害成因,评定劣化等级; 通过检测分析结构,选择合理的结构加固措施,劣化严重的市政管廊隧道应优先选择增设内衬的维修改造方案; 施工阶段应重点处理好无水施工、对既有结构和内部管线的保护和在狭小空间施工的问题。     

地铁线路纵断面调坡上下限线法及其应用

为提高地铁线路纵断面精调效率,避免调坡后出现相邻区段坡段超限,利用上下限线法,建立轨面线允许上下浮动的上下限线范围进行辅助调坡,协同调整变坡点和竖曲线半径与上下限线关系进行纵断面优化,并应用于福州市轨道交通2号线隧道纵断面掘进偏移事故中。结果表明： 1）采用上下限线法可以快速判断盾构掘进是否竖向超限,并方便快速确定调坡方案,避免多次调坡反复验算问题; 2）采用上下限线法可以避免对已实施段盾构隧道的调坡超限; 3）上下限线法成功应用在福州市轨道交通2号线隧道偏移事故中,采用该方法能在短时间内找出指导后续推进的调整方案,避免盾构停机造成的工程风险。