复合地层隧道稳定机理及量化评价研究进展

隧道工程向深部推进,遇到两种或两种以上力学响应具有显著差异的岩土层组合形成的复合地层。工程实践发现,缺乏复合地层隧道的科学设计和施工方法。因此,针对复合地层隧道开展系统研究以提出科学的设计方法是确保此类隧道施工和运营安全的必要前提。对复合地层隧道渐进破坏机理、复合地层隧道围岩分级方法、复合地层隧道稳定性评价和复合地层参数空间变异性的研究现状、存在问题和发展趋势进行了归纳和总结,并提出复合地层隧道设计方法的研究基础是隧道的渐进破坏机理。     

考虑地层变异性的新建隧道下穿引起既有盾构隧道纵向变形的随机分析方法

沿盾构隧道纵向的地层变异不可避免,现有对于新建隧道引起既有盾构隧道纵向变形计算的解析模型大多将隧道下卧土体视为均质地基,忽略了地层变异性。本文针对新建隧道施工引发的既有盾构隧道纵向变形问题,构建考虑地层变异性的盾构隧道纵向力学解析模型,基于随机场理论,结合蒙特卡罗模拟策略提出隧道下穿引起既有盾构隧道纵向变形的随机分析方法。依托1个工程案例,基于所建立的盾构隧道纵向变形随机分析方法,开展新建隧道下穿施工影响下既有盾构隧道纵向变形随机分析,并与实测结果进行对比。最后,分析地层刚度变异系数和水平波动距离对既有盾构隧道纵向变形的影响规律。研究结果表明：地层变异性对盾构隧道纵向变形的影响不可忽略;地层刚度变异系数对既有隧道纵向位移均值和离散程度影响较敏感,地层刚度变异系数对可靠度指标的影响较显著。     

隧道施工地层危险性评估模型研究

随着交通基础设施建设的大规模展开,对隧道工程需求量越来越大,隧道施工中的安全和风险控制问题变得更加突出。不利地层条件一直是影响隧道施工安全和风险的关键因素。利用相互作用矩阵确定各个主要地层参数的相对权重,采用概率方法和Monte Carlo模拟技术处理地层参数取值的不确定性,提出地层危险性指数计算公式和地层危险性等级划分方法,建立隧道施工地层危险性评估模型,并对不同地层危险性等级隧道施工风险管理的原则性对策提出建议。     

非线性土体损失对隧道施工引起的砂土地层沉降影响

目的基于经验方法及试验分析,研究砂土中隧道开挖考虑非线性土体损失变化对地层沉降的影响规律.方法对比分析隧道开挖引起的地层沉降经验计算方法,确定适用于砂土中隧道开挖引起的地层沉降的计算公式;通过分析及反演,给出砂土中隧道开挖过程中隧道土体损失率和地层土体损失率之间的非线性关系表达式,完善砂土中隧道开挖引起的地层沉降的计算方法.结果砂土中隧道土体损失率与地层土体损失率之间存在非线性关系,并对地层沉降计算结果有显著影响.结论通过与多组离心机试验及模型试验对比分析,验证了反演公式的合理性,完善了砂土中隧道开挖引起的地层沉降经验分析方法.     

复合地层TBM隧道变形演化规律研究

以重庆轨道环线TBM(硬岩隧道掘进机)区间隧道为背景,利用有限差分数值分析与现场监控量测相结合的方法,对复合地层TBM隧道施工影响下地层变形进行了研究。对上软下硬复合地层、倾斜复合地层及均质地层3种工况下的数值计算结果表明:复合地层条件下隧道顶部及底部位移较大,而隧道周边收敛位移较小;隧道开挖时掌子面前方1倍直径处开始发生明显位移,并于掌子面后方3~5倍直径处趋于稳定,整个隧道纵向沉降曲线呈明显的"S"型。现场监测结果显示,受复合地层差异的影响,地表沉降呈偏态单凹槽状的数值计算结果与现场监控量测数据反映的规律基本相同。     

隧道管棚注浆超前支护在特殊条件下的应用

对超前管棚注浆支护在破碎地层大跨度隧道开挖中的加固机理及应用进行了分析,通过对某隧道采取超前管棚注浆预加固防护措施前后,隧道在施工中的受力、变形情况的有限元模拟分析,得出在不良地层地质条件及大跨度隧道施工过程中采用管棚注浆法能显著改善地层的物理力学性质,提高松软地层的整体性,减小隧道施工过程中的预应力集中,从而达到增强隧道自身整体稳定性的结论.     

基于随机介质理论的盾构穿越富水砂卵石地层扰动分析

在富水砂卵石地层进行隧道开挖会诱发地层损失、引起周围建筑变形失稳等问题,为了对富水砂卵石地层中隧道开挖引起的地层扰动进行分析,基于传统随机介质理论推导了地表竖向位移、水平位移、倾斜曲线、横向变形及曲率的计算公式,并以万家丽电力隧道为依托,计算得到了反映地层扰动的位移曲线.研究表明盾构开挖后隧道地表沉降量呈现单峰状态、水...     

煤系地层隧道围岩变形规律与支护技术

为更好地研究煤系地层隧道开挖与支护问题,通过利用ADINA软件对大断面煤系地层隧道开挖与支护进行数值模拟的方法,建立了Mohr-Coulomb弹塑性本构二维平面模型,分析了煤系地层隧道大断面开挖和支护的过程;揭示了用于计算开挖过程中位移场、应力场及其分布规律。计算结果表明:煤系地层隧道施工采用台阶法开挖有利于隧道的应力释放和稳定;同时,在支护上采用一次支护、二次支护和衬砌。现场施工监测较好地反映了煤系地层这一软弱岩层的隧道开挖与支护参数,为类似条件的隧道施工提供了一定的理论和现场的指导。     

非煤系地层隧道围岩有害气体形成机制

大量在建和拟建隧道面临非煤系地层有害气体的挑战,厘清非煤系地层隧道围岩有害气体形成机制是解决该问题的基础。基于此,综述了我国非煤系地层隧道围岩有害气体形成机制研究的最新进展,总结了非煤系地层有害气体主要类型,探讨了地质条件对于有害气体形成的影响机理,分析了有害气体的孕育机制,展望了非煤系地层隧道有害气体问题的研究方向。研究表明：非煤系地层隧道有害气体大体可按照成因分为构造连通型、围岩变质型和综合成因型;大型断裂、褶皱及深部循环的水热型高温导热带等地质构造对非煤系地层隧道围岩有害气体的形成、赋存和溢出起到关键作用;CH4、H2S和CO2等的来源相似,但物理化学性质的差异导致其形成机制不同;复杂地质构造、复合组分隧道围岩有害气体的孕育及运移模式、固-液-热-力多场耦合机制等方面值得进一步研究。研究对于非煤系地层隧道围岩有害气体防治的实践和研究具有积极意义。     

软土隧道的地表移动和变形

浅埋隧道日益增多，软土地层中隧道在开挖时，隧道上的地表土和隧道两侧的地层都向洞内变形，本文提出一种简单的分析方法，预测圆形隧道周边变形和地表沉降的分布形式及规律.     

隧道施工中常见的不良地质以及处理措施

在隧道施工,经常会遇到像岩堆、偏压地层、岩溶、高应力、高强度地层、松散地层、软土地段等不利于隧道工程施工的不良地质环境,以及膨胀地层、软弱黄土低层、含水未固结围岩、溶洞、断层、岩爆、流砂等地段以及瓦斯和有害气体溢出地层等特殊地质地段。这两种情况的产生严重影响了隧道的施工,本文就部分两种情况介绍了一些处理的对策。     

云台山隧道煤层采空区施工控制技术

随着目前国内高速公路建设的快速发展,隧道在高速公路中的应用日益增多,但采空区煤系地层地段进行隧道施工尚无成熟的施工控制技术。本文详细阐述了云台隧道煤层采空区的施工方法和坍方涌水的处理,为以后类似煤系地层隧道施工积累了宝贵的技术资料。     

近距离矿山法隧道施工过程的三维数值模拟

采用FLAC3D有限元程序对某矿山法隧道工程近距离施工过程进行了三维数值模拟,分析了隧道施工对围岩地层的影响,揭示了后建隧道对先建隧道结构应力和位移的影响规律.后建隧道不仅使先建隧道围岩地层继续发生沉降变形,还造成先建隧道的衬砌变形、压应力和拉应力不断增加,影响到其安全性和稳定性.     

Peck公式在双线盾构隧道施工地层变形中的适应性分析

收集了杭州地铁1号线盾构隧道、武汉长江盾构隧道引起的地层变形实测数据,对双线盾构隧道施工引起的地表变形规律进行了研究.采用Peck公式对14组数据进行了拟合分析,并给出了杭州和武汉地区双线盾构隧道施工地层变形预测的相关参数.研究结果表明,经典的Peck公式在分析和预测单线及双线盾构隧道施工地表变形中仍然适用,修正后的Peck公式是经典公式的有效补充,对预测双线盾构隧道引起的地层沉降具有重要意义.     

高地应力破碎围岩隧道变形受力特征试验研究

高地应力破碎围岩地层在开挖隧道过程中极易发生大变形、钢架扭曲、局部垮塌等灾害。以天平铁路关山隧道为依托,通过监测两个试验段内的围岩压力、初期支护受力与变形、二次衬砌混凝土应力的分布特征,来探讨高地应力破碎围岩地层中不同断面形式和支护参数情况下隧道支护结构的变形与受力特征。结果表明:在以水平地应力为主的破碎围岩地层中,隧道开挖引起的变形以边墙水平收敛为主,拱顶沉降次之;高边墙小曲率断面形式的单线铁路隧道受力和变形均较大,而增大边墙曲率可有效抑制隧道开挖引起的变形,使支护结构受力更为均匀,受力状态明显改善。研究可为高地应力破碎围岩地层中隧道设计提供一定的参考。     

隧道渗流引起的孔压变化及地层和隧道沉降

基于复变函数的映射变换,在考虑衬砌作用的前提下,推导了稳定渗流时浅埋隧道周围土体中孔隙水压力分布、地层和隧道长期沉降的解析表达式,并将其运用到上海地铁盾构隧道中,重点分析了不同渗流条件下的孔隙水压力分布及地层和隧道长期沉降发展规律.研究表明,土体与衬砌的相对渗透系数对隧道和地层沉降发展影响显著,不同相对渗透系数引起的渗流量不同,渗漏量不同是影响隧道周围孔压分布及沉降发展的关键因素;地表和隧道的沉降随渗流量的增加线性增加,因此在盾构隧道运营期间,应加强对隧道渗漏水的检测,及时采取补漏措施.     

穿越不同地层位置的隧道围岩稳定性研究

为研究隧道穿越不同地层位置时围岩的稳定性,以青海东部隧道的施工为案例,采用三维有限元数值计算方法模拟了隧道在穿越黄土层、黄土层和卵石层夹层、卵石层时围岩的稳定性变化规律,通过3种情况下应力场和位移场的对比发现,隧道穿越砂卵石地层时的变形及应力远远大于穿越黄土层,且在隧道穿越卵石层时拱顶出现拉应力;隧道拱底隆起大于拱顶沉降,特别是隧道穿越黄土层拱底隆起远远大于拱顶沉降.因此,隧道应尽量避免穿越砂卵地层;穿越卵石层和黄土层的隧道也要采取相应措施,避免围岩被破坏.     

隧道仰拱施工工艺的探讨

仰拱是为改善上部支护结构受力条件而设置在隧道底部的反向拱形结构,是隧道结构的主要组成部分之一,它一方面要将隧道上部的地层压力通过隧道边墙结构或将路面上的荷载有效的传递到地下,而且还有效的抵抗隧道下部地层传来的反力。本文重点从施工工艺对仰拱进行阐述,简要总结其施工工艺。     

浅覆土盾构隧道施工引起地表沉降规律研究

为研究浅埋大直径土压平衡盾构施工穿越砂卵石地层造成的地表沉降规律,以北京新机场线9m直径土压平衡盾构隧道为背景,对10m、12m、13m、15m四种覆土厚度下的地表最大沉降、沉降槽宽度、地层损失率进行了对比分析,并用Peck公式进行拟合。分析结果表明：相同施工参数下,隧道上方地表最大沉降和地层损失率随覆土厚度增加而减小且成拱覆土厚度附近存在变化速率的突然改变;深埋隧道测点沉降稳定时间较短,约为2天,浅埋隧道时间较长,约为4天;实测沉降槽宽度及沉降槽拟合曲线的宽度系数与隧道覆土厚度相关性不明显,实测沉降槽宽度约为隧道中线两侧1.5D范围(D为开挖直径);实测地层损失率与通过Peck公式反算的地层损失率都随隧道覆土厚度增大而减小。     

富水强风化砂岩地层顶管隧道下穿既有铁路施工技术

为了解隧道下穿富水强风化砂岩地层施工对既有铁路的影响,依托某电缆隧道下穿广深铁路工程,通过理论分析、数值模拟与现场监测开展了相关研究,并分析了具体施工措施对隧道及地表变形控制的影响。结果表明：当不考虑地表列车荷载和地层富水时,开挖及顶进力为地表沉降、隧道变形的主要影响因素;当单独考虑列车荷载或地层富水弱化作用时,列车荷载会使得下穿段地表沉降和隧道拱顶沉降增大,而地层富水弱化对隧道进出口段沉降及下穿段底部隆起影响较大;当同时考虑列车荷载和地层富水时,隧道拱顶沉降及下穿段路基沉降均会大幅增加。对比分析现场监测、Peck公式预测和数值模拟计算结果,可知数值模拟结果与不考虑地层富水弱化时的Peck公式预测结果十分吻合,但由于其未考虑加固止水措施,地表沉降大于现场监测结果。电缆隧道下穿广深铁路现场施工严格执行现场监测和变形控制措施,将地表沉降值和隧道拱顶沉降值分别控制在6 mm和10 mm之内,隧道底部隆起控制在5 mm以下,可以保障项目的顺利实施与列车的运行安全,并为同类型工程提供一定的经验参考。