高速公路下煤矿采空区变形分析及其治理

在奉节至巫溪高速公路沿线煤矿采空区工程地质调查的基础上,论述了公路沿线煤矿采空区地质、采矿、采空区等特征,并对沿线煤矿采空区对桥梁、隧道、路基等构筑物的危害程度进行分析与评价.结果表明,该高速公路下覆的煤矿采空区变形尚未完成,采空区所引起的地表变形将对寂静特大桥、惠家湾隧道、喜口池隧道施工及运营有显著影响,必须采取采空区注浆工程治理措施.     

公路隧道下伏水平采空区治理方案数值模拟试验研究①

为能安全可靠地治理隧道下伏采空区,将下伏采空区段隧道治理划分为不处理、围岩加强处理、采空区加强处理三种工况,采用MSC-MARC软件对隧道区域的变形、支护结构受力进行了数值模拟试验研究。得出:隧道下伏采空区时,采空区加强处理为较优方案;需要加强支护的范围可取采空区区域40m左右。     

浅谈沿黄公路大断面黄土隧道扩挖施工技术

以山西某旧隧改扩建工程为背景,详细介绍了下伏煤矿采空区、大断面、小净距、含水量大、浅埋偏压等复杂地质条件下黄土隧道的改扩建的关键技术,以期为今后的黄土隧道施工提供一些可借鉴的内容.     

穿越采空区桥隧工程危害效应分析及对策

青岛-银川高速公路的康家沟大桥与庙梁隧道下伏康家沟煤矿采空区,为确保桥隧工程的安全,基于MIDAS/GTS有限元程序构建了FLAC3D三维计算模型,对分期采矿形成地下采空区进行注浆处治,对桥隧工程施工过程中地表变形响应、隧道初衬结构、桥梁和墩台的变形及受力特征等进行数值模拟分析,揭示了不同工况条件下的地表变形程度,确定了地表沉陷盆地特征,对隧道初衬结构和桥梁墩台进行了变形和受力关键部位的预测分析,并提出了有效工程对策.研究成果对指导类似桥隧工程设计和施工有重要指导意义.     

下伏采空区隧道变形稳定性与治理数值分析

在采空区上方修建铁路隧道时,隧道围岩的稳定性与地下采空区必然产生相互影响。针对某铁路隧道下伏采空区的实际情况,采用FLAC3D数值分析平台,对隧道围岩变形和采空区治理措施进行模拟分析。模拟结果表明,与无下伏采空区情况相比,下伏采空区的存在对隧道拱顶部位围岩沉降量及水平应力影响较大,大小分别由18.00 mm、3.50 MPa增大到30.75 mm和4.00 MPa,增幅分别约为71%和15%,模拟得到的结果与工程中实际存在的情况基本吻合;同时提出的采空区隧道综合治理方案是可行的,可以取得良好的治理效果,位移沉降量降幅达到了40%,可为类似工程提供参考。     

既有盾构隧道地层中基坑开挖方案对比分析

针对黄土地区三个平行基坑开挖对下伏既有盾构隧道影响,运用FLAC3D有限差分法数值软件,结合实际场地的水文地质和工程地质条件,建立三维数值模型,对比了三个基坑同时开挖与分步开挖引起的既有盾构隧道结构的隆起位移与应力.研究结果表明,基坑开挖对下伏既有盾构隧道隆起位移影响较大,基坑内结构施作后既有盾构隧道隆起位移减小,三个基坑分步开挖相对于同时开挖将减小对下伏既有盾构隧道的影响,并且三个基坑分步开挖引起盾构隧道结构内力满足强度要求,建议三个平行基坑开挖工法为先两侧后中间开挖施工.     

西平铁路彬县下沟煤矿采空区方案研究

由于下沟煤矿的开采造成西平铁路隧道等工程下部存在采空区,为保证西平铁路的顺利建成,有必要对采空区线路方案进行研究.通过对采空区方案研究的详细阐述,在无法完全避开采空区的条件下选择较合理的线路方案通过采空区.     

交通荷载作用下隧道下伏采空区稳定性分析的实验研究

以离石—军渡高速公路师婆沟隧道下伏同德煤矿采空区为地质原型,采用相似材料模拟实验方法,研究了交通荷载作用下采空区覆岩移动及地表残余变形特征,依据有关标准评价了采空区的稳定性。实验结果表明:随着交通荷载的增加,采空区冒落带、裂隙带、弯沉带的残余下沉量和地表残余变形都呈不同程度地增大;交通荷载作用下的采空区岩体重新"活化",采空区处于不稳定状态,必须采取措施对采空区进行工程治理。该项研究为采空区地基处理、采空区上方构筑物布置及其抗变形结构设计提供了科学依据。     

下伏采空区的煤矿地表地震动力响应模拟

针对中国煤矿多分布于7度及7度以上的地震烈度区,煤矿大规模开采,在矿区地层中留下了大面积、立体分布的空间,一些开采位于工业区或居住区的下部等问题,采用FLAC3D软件,建立了不同条件下的数值模型,对下伏采空区的煤矿地表地震响应进行分析.模拟结果显示:在剪切地震波的作用下,下伏采空区煤矿地表的最大水平加速度受到地下采空区的影响.讨论了在采深及采空区填充参数不同的情况下,地表监测位置的响应值变化.     

高速公路与下伏煤矿采空区的长期稳定性分析

针对某高速公路下伏煤矿采空区的实际勘察资料，使用有限元数值模拟方法对该高速公路下伏煤层随采矿过程的变化规律进行了研究；模拟了煤层开挖前后整个岩体中的应力、应变状况及塑性区变化规律；分析与评价了该高速公路修建后煤矿采空区的应力与变形的特征，并对采空区的长期稳定性进行了评价预测。结果表明，该高速公路下伏的采空区变形尚未完成，必须采取相应控制措施。     

软土盾构不同穿越形式对既有隧道扰动影响分析

以上海某实际隧道叠交段土层分布为背景, 采用3维有限元方法对新建隧道分别以先下后上夹穿、下穿和上穿3种形式穿越既有隧道施工过程进行模拟, 分析了在每种穿越形式下既有隧道的变形, 给出了每种穿越形式下控制既有隧道变形的合理措施. 研究结果表明, 在盾构开挖过程中, 既有隧道圆形断面不仅出现变形, 而且也出现了扭转; 新建隧道先下后上夹穿既有隧道的控制重点不是既有隧道最终沉降, 而是开挖过程中出现的最大沉降值; 下穿形式下, 控制重点为既有隧道最终状态沉降曲线; 上穿形式下, 控制重点为既有隧道的大幅度上浮. 同时对比了实测和模拟数据,验证了数值模拟的可靠性. 研究成果为地铁叠交段穿越形式的选择、施工及既有隧道保护技术提供了一定理论基础.     

复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应

叠合式公轨合建隧道不同于其他公轨合建隧道,汽车-列车荷载作用下其动力响应也有所不同。为研究复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应,用激振力法、元胞自动机、汽车动力模型模拟列车荷载、车流和汽车荷载,用有限元软件Plaxis3D分析了不同荷载及有无垫层工况下隧道的动力响应。结果表明：公路隧道、铁路隧道分别主要对汽车荷载、列车荷载产生加速度响应,铁路隧道的加速度响应要明显大于公路隧道,约为后者的20倍;隧道不同位置处,对两种交通荷载的应力响应情况不同,铁路隧道应力响应主要受列车荷载控制,但当公路隧道中有大型车辆通过时,会对铁路隧道应力响应产生较大影响,甚至起到主导作用;公路、铁路隧道之间设置垫层会增大公路隧道的动力响应,但同时会减小公路隧道下方土层的刚度差异进而减小其应力值,综合作用下,设置垫层后公路隧道的应力状态会有所改善。     

基于运行速度的特长公路隧道纵坡坡率对交通安全影响

关于运行速度的研究一直是交通安全学科研究的热点和焦点。然而,研究多以道路场景为研究对象,多关注于建立运行速度预测模型,少有以特长隧道为研究对象,并关注于纵坡坡率取值对交通安全的影响。论文通过实测6座特长隧道进、出洞口以及洞内各紧急停车带处共计46个断面处的车辆行驶车速,计算得到了小客车、中型车、大型车各纵坡坡率下的运行速度和平均速度。分析结果发现：1)大型车驾驶员对特长隧道纵坡坡率敏感界限约为±0.75%;2)特长隧道纵坡坡率下坡取值-1.45%~-1.95%、上坡取值0.5%能够减小中、大型车辆运行速度与平均速度之间的速度差,有利于特长隧道内的交通安全。该项研究可为特长隧道纵坡坡率的设计取值提供科学指导。     

基于驾驶行为的隧道交通标志影响特征及作用机理

合理设置隧道交通标志能够在一定程度上缓解隧道特殊环境引发的“时空隧道效应”。文中研究了高速公路隧道内部交通标志（限速标志、出口预告标志）对驾驶行为的影响特性,首先选取特长隧道作为实验路段,通过驾驶模拟实验测试获取驾驶人细粒度微观行为数据,然后再考虑随机效应影响的条件下构建线性混合效应模型,揭示了隧道内部交通标志对驾驶行为的影响特征及作用机理。结果表明：不同影响区段内交通标志对驾驶行为的作用存在差异;在隧道内部设置限速标志能够一定程度上降低事故风险的发生概率,限速标志的重复设置一定程度上能提高驾驶人的操控能力;在隧道内部设置限速标志及出口距离预告标志有助于改善驾驶人空间控制能力、提高驾驶舒适度,其中,在距离隧道出口约小于1 km的影响区段内设置隧道出口距离预告标志有助于提高驾驶人的行车舒适性,在距离隧道出口2 km和1.5 km的影响区段内设置预告标志能在提高车辆控制能力的同时使驾驶人具有更高的行驶车速;此外,隧道交通标志作用下的驾驶行为受驾驶人性别、年龄、驾驶经验等特征属性影响,男性驾驶人的驾驶风险更低。     

基于安全性能和风险程度的公路隧道群运营安全评估方法

对公路隧道"人-车-路-管理-环境"五方面在运营风险源进行了全面梳理,将其划分客观风险源和主观安全性能或者措施性缺失风险源,并提出了基于因子(安全因子、风险因子)的公路隧道的运营安全评估方法。安全因子涵盖8大类型分别为隧道总体、交通控制、照明、火灾防护、逃生救援、通信、通风、紧急事件管理,安全举措共计160子项;风险因子包含11类风险源,主要体现在隧道群总体、路面结构、交通量、交通形态等方面。将运营安全评估方法融入公路隧道设计、施工、养护和日常管理中,为公路隧道运营安全提质升级工作提供了有力的技术支撑。     

重载铁路隧道清扫系统的研究与应用

大秦铁路是一条以运煤为主的铁路,其特点是车流密度大、载重量大、线路弯道多、桥隧相连、地形复杂。因车流密度太大,隧道内作业时间十分有限,导致洞内煤尘大量堆积,轨道扣件被埋没,无法进行正常维修养护。为了确保隧道设备的状态良好及铁路运输的安全,对隧道内煤尘清理设施进行了探讨,研究了隧道清扫系统在高密度重载铁路隧道内的使用,解决了多年养护管理部门中的技术难题,具有推广价值。     

山地城市隧道交通噪声分布特性实测

为了得到山地城市隧道内外汽车行驶噪声的幅值水平、分布特性和影响因素,在重庆市主城区的6条隧道采集汽车行驶噪声值,分析交通噪声沿隧道纵向的整体分布特性、洞口变化规律、车流量及振动减速标线等因素对隧道交通噪声的影响。结果表明:交通整体噪声幅值在隧道内部明显高于隧道外部,呈中间高两侧低的分布特性;交通噪声水平在隧道洞口内外存在明显差异,由隧道外至隧道内,噪声有明显提高,尤其是在距离洞口20 m开始迅速提高;隧道内外噪声水平会因车辆经过而增高,且隧道内的噪声提高明显高于隧道外,噪声值在隧道洞口处显著增加;另外,振动减速标线在一定程度上会小幅提高隧道内的噪声水平。     

富水黏土地层盾构隧道开挖面稳定性

富水黏土地层盾构隧道施工过程中,确定合理的开挖面支护力对于安全掘进至关重要。针对富水黏土地层盾构隧道,对不排水条件下的开挖面稳定性展开了研究。通过数值模拟研究,分析了直径D、埋深比C/D与内聚力c对极限支护力的影响规律;推导已有的适用于不排水分析的开挖面主动破坏模式并分析其功率构成,结合黏土不排水离心试验得到破坏区域范围,对极限分析法获得的极限支护力进行了修正。最后,利用理论解析法与数值模拟方法对常州地铁工程某标段区间盾构隧道段进行开挖面稳定性分析,结果表明,理论解析法与数值模拟所得极限支护力相互印证,但理论解析法计算更为便捷。研究结论为富水黏土地层盾构隧道的工程实践提供借鉴与指导。     

考虑土体小应变刚度的地表堆载对隧道影响数值分析

随着城市地下空间的进一步开发,交通隧道、地下车站和地下商铺等建筑(构筑)物不可避免地变得越来越密集,既有隧道周围会频繁存在堆载的情况。采用数值方法分别研究摩尔-库伦(M-C)本构模型及考虑土的小应变特性的硬化本构模型(HSS)情况下基坑开挖地表堆载尺寸、堆载大小及隧道埋深对既有顶管隧道变形的影响规律。计算结果表明:在相同堆载大小及堆载宽度的情况下,HSS本构得到的土体受堆载影响范围明显低于M-C(Moore-Coulomb)本构计算结果。当堆载大小为100 kPa时,M-C本构的侧边和深度影响范围达到了75 m,而HSS本构下侧边及深度影响范围仅有35、30 m左右;当堆载宽度为25 m时,M-C本构的侧边和深度影响范围达到了75 m,而HSS本构下深度影响范围不超过35 m,侧边则不超过40 m。基于数值计算结果,对实际工况提出严禁在既有隧道的正上方进行堆载的建议。