基于流固耦合作用的太原砂卵石层盾构隧道变形特性分析

依托太原铁路枢纽新建西南环线勘察资料,结合盾构施工中实际的监测资料,利用Plaxis软件模拟分析了考虑与不考虑流固耦合作用下盾构机在砂卵石层中的掘进情况,研究了盾构施工扰动引起的地表沉降、隧道周围主应力和孔隙水压力变化的规律。研究结果表明:考虑耦合作用下的地表沉降范围比不考虑耦合作用广,与实际情况接近,砂卵石地区的沉降槽系数约为15m;考虑耦合与不耦合作用下拱顶和拱底都出现斑点状的低应力集中区域,而考虑耦合作用下的拱顶处最大主应力场呈现漏斗状,耦合主要影响最大主应力分布;考虑耦合作用下拱腰的孔隙水压力呈"勺子"状,并在隧道周围产生了负值的超孔隙水压力,孔隙水压力主要在拱腰和拱底处变化。     

松散堆积体隧道围岩变形特征及围岩加固技术研究

为了探究松散堆积体隧道的围岩变形规律及有效的围岩加固措施,以九绵高速五里坡隧道为工程依托,首先基于现场资料建立数值模型进行施工动态模拟,研究松散堆积体隧道的变形特征并与现场监测情况进行对比分析;然后依据数值模拟结果提出适宜的围岩加固措施,并应用于现场试验段验证其有效性。结果表明:松散堆积体地层开挖时对掌子面后方地层沉降、周边收敛的影响范围为6～10 m,加强此范围内的超前预加固对围岩变形控制有较好的效果;当前断面开挖时,水平收敛及拱顶沉降会出现明显突变,初期支护、系统锚杆及锁脚锚杆应在开挖后第一时间施作。五里坡隧道现场试验段采用加强超前小导管及锁脚锚杆参数并结合地表帷幕注浆的联合加固措施后,围岩变形得到了有效控制。     

正反向排水板真空预压法在地基处理工程中的应用*

目前真空预压法加固软土地基中排水板负压源通常位于顶部,由于真空度沿竖向的衰减,普通真空预压对深层土体的加固效果较差。为此提出了正反向排水板相结合的排水方式,正向排水板的负压源在排水板顶部,反向排水板的负压源在排水板的底部。将正反向排水板结合真空预压应用于温州某地基处理工程中,对地表沉降、真空度、孔隙水压力等指标的监测结果显示,平均固结度达到93.1%。相同工况下正反向排水板结合真空预压数值模拟得到的地表沉降大于正向排水板结合真空预压得到的地表沉降,增长率达到12.9%;相同工况下正反向排水板结合真空预压数值模拟得到的孔隙水压力在3~10 m范围内的消散情况明显优于正向排水板结合真空预压,地基加固效果更好。正反向排水板结合真空预压方法值得在工程中进一步推广应用。     

小净距盾构隧道施工诱发邻近建筑物沉降分析

针对小净距穿越两栋建筑物的地铁盾构隧道施工引起地表沉降和两侧建筑物倾斜的问题，采用数值模拟方法分析盾构隧道施工对邻近建筑物及其桩基础的影响。结果表明：后行线（北线）开挖引起的隧道轴线上方地表沉降略小于先行线（南线），两者叠加形成的沉降槽呈偏W形；开挖面位置一定时，桩顶沉降大于水平位移，桩底沉降与水平位移接近；随着开挖面接近桩，桩顶沉降和桩底水平位移逐渐增大，在开挖面通过2倍洞径后桩底水平位移逐渐趋于稳定，在开挖面通过6倍洞径后桩顶沉降逐渐趋于稳定；随着开挖面接近桩，桩顶及桩底水平位移朝向隧道，桩中部则远离隧道。     

TBM下穿施工对邻近建筑物影响分析

以青岛地铁2号线TBM隧道下穿建筑物为背景，通过数值模拟，对TBM隧道施工影响下建筑物及地表变形规律进行了深入研究。结果表明，下穿两栋相邻砖混结构建筑物时，引起的地表及建筑物的最大沉降并未出现在两隧道中心线处；地表沉降最大值会向较高大建筑物所在处偏移；建筑物的最大沉降值出现在两栋建筑物相邻位置处，对于存在凹凸不规则的建筑物，最大沉降值会向凸出部分所在处和相邻建筑物所在处这两方向的叠加方向偏移。下穿框架结构建筑物时，地表中独立基础所在处会出现沉降峰值，距离隧道越近，峰值越大，砖混结构所采用的条形基础并未对地表沉降产生此种影响；在远离隧道一侧会出现隆起现象，距隧道超过一定距离，建筑物隆起量会趋于一个定值。     

三洞并行盾构隧道开挖引起的地表沉降研究

针对三洞隧道开挖引起的地表沉降规律，以南通轨道交通1号线孩-环区间盾构隧道工程为依托工程，采用现场数据监测、理论分析和数值模拟，研究了三洞并行盾构隧道施工对地表沉降规律的影响。研究结果表明：提出一种计算三洞并行隧道开挖地表沉降曲线的“三阶段分析法”，综合比较“三阶段分析法”得到的沉降预测曲线、现场沉降实测数据的拟合曲线及数值模拟的沉降计算曲线可知，提出的“三阶段分析法”和数值模拟方法均能较好地反映三洞并行盾构隧道的真实施工情况。     

低岩跨比软岩地铁隧道上覆管线变形规律

为科学预测低岩跨比条件下软岩地铁隧道开挖后上覆岩土层及其管线的变形规律，针对隧道上覆岩层与土层客观移动规律的差异，考虑开挖时隧道围岩的施工扰动，构建低岩跨比隧道上覆岩土层的“类双曲”移动模型，据此提出地表沉降槽宽度的计算式，并基于Hoek-Brown强度准则给出隧道上覆地层损失率的确定方法，在此基础上运用弹性地基梁理论分析隧道上覆管线的变形规律。以南宁某上覆排水管、天然气管和给水管3种不同材质管线的地铁区间隧道工程为例进行验证。结果表明：地表沉降槽宽度随上覆岩层厚度增加而减小，随上覆土层厚度增加而增大；管线竖向挠曲位移、转角、弯矩及剪力与扰动程度正相关；管线转角、弯矩及剪力随其埋深和管隧夹角增加而增大，但竖向挠曲位移却随管隧夹角增加而减小；各管线沉降区域均主要集中于距隧道中轴线12 m范围内，竖向挠曲位移理论计算与现场监测结果误差均小于10%，且对天然气管和给水管的预测精度更高。     

半封闭煤火演化过程的动力学特征

为研究松散煤体自然发火过程中氧气及温度阶段性的演化规律，搭建了半封闭煤火演化实验系统，探究煤体从常温到燃点过程中氧气浓度及温度变化情况，建立松散煤体自燃蔓延过程自然吸氧强度模型，分析自燃过程中氧气分布特征和温度场水平与纵向阶段性移动特征.结果表明：半封闭煤火演化实验系统能够较好地再现煤自燃“自然吸氧”过程，验证了自然吸氧效应为煤体自燃蔓延提供动力；煤体自然发火过程中，温度变化时间滞后于氧气浓度变化时间，其滞后时间差随煤层纵深变化的增加而增加；在水平方向上高温区域迁移趋势主要受煤体内部裂隙与孔隙分布的影响；自然吸氧强度与测点峰值温度随煤体纵深增加而降低，未发生自燃区域的下方氧气浓度大于其上层氧气浓度.研究成果对开采、运输、储存状态下的松散煤体自然发火的防治提供理论基础.     

黄土地层新管幕法结构参数对地表沉降影响研究

为探索黄土地区地铁施工中新管幕法不同结构参数对地表沉降的影响规律，基于ABAQUS有限元软件，对不同管幕间距、不同管径工况及钢管顶进顺序进行正交数值模拟分析。结果表明：采用管幕间切割焊接浇筑混凝土板的管幕预筑法能够更好地减小地面沉降；拱形管幕支护结构相较于矩形结构可产生更小的地面沉降；矩形结构在管径从1 600 mm增大到1 900 mm再到2 200 mm,地面沉降量分别减小5.84%和8.22%,而拱形结构是3.43%和6.48%;在管间距从150 mm增大到250 mm再到350 mm时，矩形结构的地面沉降量分别增大8.34%和7.16%,拱形结构为5.94%及5.25%。通过讨论不同结构形式对地面变形的影响，以期为工程应用提供参考。     

隧道开挖引起地层变形的解析方法参数确定

基于Verruijt和Sagaseta提出的隧道开挖引起地层变形的解析方法，结合土力学和弹性力学的基本原理，提出一种确定解析过程中待定参数的方法。该方法不需要现场实测变形值，通过地质资料即可确定待定参数，从而得到整个地层任意一点的变形值。经工程实例验算，采用该方法获取待定参数后，求得的地表最大沉降解析值与实测值偏差在5.0%以内，且解析结果能够真实反映隧道开挖引起的地层变形规律。现场实测数据不足时，采用该方法估算地层变形比较适用，且解析值比实测值略大，更安全。