软弱围岩隧道收敛变形特征分析

对某软弱围岩隧道V级软弱大变形段五个断面的监测数据分别进行回归分析,结果表明:用指数型式的回归函数得出的拟合结果最好,相关系数、回归精度均满足设计规范要求,以此回归方程推求的最佳支护时机和最终稳定变形量与实际结果相符,可以为工程设计和施工提供有益的参考。     

地铁隧道变形监测点布设及实施思路研究

由于地铁建在城市地下,建设与运营期间的变形监测尤为重要。目前地铁隧道施工中,国内基本上采用的是盾构施工法,盾构施工中的变形基本上是垂直方向的位移。因此监测点的布设以垂直位移监测点为主,特别地方需布设水平位移监测点的,可以经甲方提出,布设水平位移监测点。本文以地铁垂直位移监测为研究对象,全文阐述了变形监测的技术方法及数据处理分析方法。     

侧部松动情况下盾构隧道横向变形特征研究

邻近隧道的基坑开挖、邻近隧道水土流失或隧道自身的水土流失均可导致隧道周围局部或者大范围的土体松动,并引起已有隧道周围土体应力的变化,以致改变隧道横向受力模式,影响隧道的结构安全.首先对一工程实例进行了详细介绍,在此基础上采用有限元数值方法研究了隧道侧部不同松动角度、不同松动程度下隧道横向承载能力和隧道结构形态的变化模式,揭示了隧道灾害发展过程中隧道管片混凝土应力、接头处螺栓应力以及管片接头张开量等指标达到临界值的先后规律.研究结果表明,隧道侧部松动首先导致隧道腰部接头内侧混凝土受压剥落,隧道竖向收敛值达到0.5%D(D为隧道外径),进而顶部接头螺栓受拉屈服以致断裂.     

盾构隧道联络道爆破施工优化

针对盾构隧道间联络道爆破对既有盾构隧道结构造成的不良影响,对隧道的爆破施工方案进行优化,并利用有限元数值模拟软件建立数值模型,分析不同爆破位置对隧道管片稳定性的影响.模拟结果表明:当联络道掌子面与管片距离为0时,在隧道管片上出现较高的应力集中,盾构隧道管片是极不稳定的;将桶形掏槽调整为渐进式螺旋掏槽,并增加崩落眼的延时间隔数量,主应力值降低较明显,最大降幅63.45％,开挖轮廓内外的螺栓应力分别降低了77.23％、72.36％,降低后的应力均小于螺栓的屈服强度.位移仅为2.6mm,较优化前降低了27.78％,由此可知此时管片是安全的.     

正断层错动下地铁盾构隧道变形破坏模型试验研究

为揭示跨隐伏断层地铁盾构隧道结构变形破坏特征,采用自主设计的模拟隐伏断层错动加载试验装置,开展1∶25几何比例的跨断层盾构隧道模型试验,分析正断层错动下盾构隧道的力学响应规律及变形破坏特征.试验结果表明：在2 cm正断层错动影响下,隧道纵向差异变形呈现非线性增大趋势,环缝接头张开变形主要位于断层下盘隧道拱顶及断层上盘隧道拱底,且环缝峰值张开量已超过盾构隧道接缝防水限值;断层延长线与隧道交界处管片直径收敛变形较为严重,该处管片呈现拱腰外侧受拉、拱顶及拱底外侧受压的受力状态;管片与地层之间接触压力受断层错动的影响较大,存在围岩挤压区与围岩松散区,但接触压力峰值相对较小;盾构隧道的主要变形破坏特征为环缝接头拉裂破损、管片纵向开裂及环缝接头变形,管片发生斜向剪切破坏及局部压溃破坏的概率较低.基于盾构隧道环纵向变形破坏特征,建议将管片环缝变形及接头混凝土拉裂破损作为界定跨断层盾构隧道结构破坏的主要控制指标.基于隧道的变形破坏模式,提出了跨断层盾构隧道结构设计及应对措施的建议.     

盾构隧道施工对桩基变形与内力影响研究

本文针对隧道穿越桩基-框架结构工程算列,建立隧道-地基-桩-框架共同作用的数值模型。数值计算后得到了隧道穿越过程中桩的变形与内力的变化规律：盾构隧道施工对桩的影响区域可分为三个区域,盾构隧道施工对这个三个区域桩的位移、轴力和附加弯矩的影响均有明显的不同。     

盾构隧道开挖引起既有管线的竖向变形研究

建立了基于双参数Pasternak地基模型的管线竖向变形计算方法,第一阶段采用Loganathan和Poulos提出的解析方法计算盾构隧道开挖引起的既有管线轴线位置处的土体自由位移场;第二阶段将既有管线视为Pasternak弹性地基上的无限长梁,将土体自由位移施加于管线,推导并求解了管线的平衡微分方程,得到了管线竖向位移和内力的表达式.进一步推导并求解了考虑侧向土体作用时的管线平衡微分方程,得到了更符合实际的管线变形.基于简化弹性空间法获得的地基参数,将Pasternak地基和Winkler地基的解析计算结果与数值计算结果以及工程实例监测数据进行对比验证,证明了Pasternak地基模型的优越性和本文计算方法的有效性.     

基坑开挖对邻近盾构地铁隧道变形机制研究

基于Mindlin理论对基坑降水开挖诱发邻近地铁隧道的应力应变及沉降进行理论研究。在结合逆作基坑实际开挖工况条件下,采用MIDAS/GTS大型三维有限元软件分析了基坑考虑不同降水情况下邻近盾构地铁隧道变形情况,并对不同模拟方案结果进行对比。结果表明,地铁隧道结构模拟结果合理,考虑降水情况下坑外土体的附加变形要比基坑开挖卸荷作用引起的土体变形大得多,抵消了隧道上抬变形趋势,使隧道产生了偏向基坑方向的变形,变形量值也大得多。     

类矩形盾构下穿施工引起邻近隧道变形研究

基于镜像法和Mindlin解,考虑土体损失、刀盘推力、盾壳摩擦力和注浆压力的影响,推导出类矩形盾构隧道施工在既有隧道轴线处产生的附加应力计算公式,将既有隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,结合最小势能原理推导出既有隧道竖向位移计算公式。依据工程实例构建数值计算模型,对比本文计算结果和数值模拟结果,验证本文计算方法的适用性。研究结果表明：本文计算方法的结果与数值模拟结果吻合程度高,验证了本文计算方法的正确性;随着类矩形盾构隧道掘进,邻近隧道的纵向位移、环间剪切量和剪切力不断增大,在盾构机通过邻近隧道轴线20 m后趋于稳定;邻近隧道沉降变形最大处的环间剪切量和剪切力最小,沉降变形曲线反弯点处的环间剪切量和剪切力最大。     

盾构隧道纵向变形引起的横向效应

提出了隧道纵向变形对横断面的影响机理可以分为横断面压扁效应和纵向剪切传递效应,并针对典型的盾构隧道纵向变形曲线,分析了压扁效应与纵向剪切传递效应对隧道横向受力、变形的影响特点.结果表明:隧道纵向变形过程中,纵向剪切传递效应和压扁效应共同作用使隧道产生横向附加变形和受力;在通常情况下,纵向剪切传递效应产生的隧道横断面变形与受力强于压扁效应,但是随着隧道纵向变形的增加,压扁效应的作用也逐渐变得显著,在设计中应当进行考虑.     

双圆盾构隧道变形分析模型与系统实现

以双圆盾构隧道为研究对象,结合工程实例,给出了双圆盾构隧道变形基准和变形量的基本模型,并推导了变形量严格的数学求解公式.针对变形分析模型,又给出了计算机分析系统的实现,以及系统应用的流程和分析实例.目前系统已应用于上海某地铁的盾构隧道施工监测中.     

跨不同倾角软弱层隧道围岩变形规律

山区隧道与地下工程的建设中多会穿越软弱夹层或破碎带等软弱地层。此类软弱地层几何形态变化大,力学性能差,隧道开挖后的收敛变形往往难以控制,这也成为山岭隧道施工以及结构设计的难点所在。本文着眼于软弱地层倾角对隧道围岩开挖变形的影响规律,利用模型试验,对无支护条件下软弱层围岩的拱顶、拱腰进行研究,监测了软弱层倾角分别为45°、60°、90°、120°、135°时隧道开挖造成的收敛变形;并结合数值模拟方法,进一步对比验证了模型试验的检测规律。结果表明：软弱层倾角对隧道围岩变形的影响十分显著。随着软弱层倾角的增加,隧道拱顶、拱腰以及仰拱的围岩位移先减小后增大。不同软弱层倾角下,通过归一化处理发现,拱顶和拱腰位置数值计算和模型试验的围岩位移变化结果呈现出高度的一致性。且根据监测面的塑性区云图,剪切破坏的区域贯通,分布于隧道一周,其面积随着软弱层倾角的增加,先减少后增大。     

新建盾构隧道下穿既有隧道剪切错台变形计算

采用剪切错台模型,研究新建盾构隧道正交下穿对上方既有地铁盾构隧道的影响.考虑新建隧道下穿时刀盘附加推力、盾壳摩擦力以及注浆附加压力在既有隧道轴线处产生的附加应力,将既有地铁盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理并采用合理的位移试函数,建立计算方程来求解既有隧道的竖向位移值、盾构环之间的错台量、环间剪切力值以及这三者随着新建隧道掘进的三维变化过程.研究结果表明:用剪切错台模型和最小势能原理计算得到的既有盾构隧道竖向位移值与实测值较为吻合;既有盾构隧道竖向位移最大值处的隧道错台量接近0,在竖向位移曲线的反弯点处隧道错台量和环间剪切力值最大;随着新建隧道的掘进,既有隧道的竖向位移、错台量和环间剪力值不断增大,最后趋于稳定.     

大断面隧道楔形掏槽孔布设优化研究与应用

为探明楔形掏槽孔倾斜角度对大断面隧道爆破效果的影响规律,以铜安高速巴岳山隧道为工程背景,结合楔形掏槽爆破破岩理论,借助力学实验获取岩体参数,建立不同倾斜角度的楔形掏模型,从应力波传播、围岩动态损伤和槽腔演化角度三个方面分析楔形掏槽孔倾斜角度对爆破效果的影响规律,提出Ⅲ围岩的最佳楔形掏槽孔布设角度。结果表明：60°布孔方式有效应力最大;70°布孔方式围岩损伤区域略大约60°,但60°布孔方式孔底围岩损伤区域最为平整;60°布孔方式的槽腔体积最大,水平方向最大尺寸约为2.18m,垂直方向约为1.68m;现场试验炮孔平均利用率为86.74%,炸药单耗量降低了0.02kg/m3。综上所述,Ⅲ级围岩掏槽孔的最优布设角度为60°。     

盾构隧道壁后注浆体固结变形特性试验研究

为了研究浆液在盾尾空隙中的固结变形特性,采用自制的壁后注浆体固结变形试验装置,对不同注浆材料、不同固结压力、不同土质条件和地下水压力条件下的浆液固结变形特性进行了试验研究.结果表明：随固结压力的增大,浆液的固结变形速率加快,最终的变形量也相应增大,且浆液的固结应变处于4%~12%;在砂土条件下的固结变形速率要远快于黏土条件,在砂土条件下1 h内变形即可趋于稳定,而黏土条件则需要5~6 h;随地下水压力的增大,浆液的排水速率减缓,最终的固结变形量也相应减小.     

差异变形下地铁盾构隧道内行车舒适性研究

针对地基沉降、临近施工扰动导致的工后差异变形广泛存在于我国已建地铁盾构区间隧道中,对隧道内的行车安全性和舒适性会产生影响等问题,基于赫兹非线弹性接触理论,考虑车辆、轨道、隧道、围岩的空间结构特征和相互接触关系,建立车-轨-隧-围岩一体化计算模型,计算隆起变形下盾构隧道内运行车辆的轮重减载率及平稳性指标,分析地铁列车行车安全性及舒适性。从线路轨向高差和行车速度这2个主要因素出发,讨论其对行车舒适性的影响规律,探讨不同线路隆起情况下平稳行车的临界速度。研究结果表明:当盾构隧道隆起值在容许范围内且列车以正常运行速度行驶时,能够保证列车的行车安全,但对列车运行舒适性影响较大;行车舒适性与行车速度和隧道隆起程度有关,行车速度的影响程度较明显;当隧道轨向高差达到规范规定的预警值时,平稳行车速度约为80 km/h;当达到控制值时,满足行车舒适性要求的车速仅为20 km/h左右。     

盾构竖井垂直顶升施工阶段隧道变形分析

针对盾构内垂直顶升诱发的隧道结构变形问题,借助精细的数值计算,探讨盾构竖井垂直顶升阶段衬砌结构和接头变形响应特征,并通过理论计算验证数值模型具备一定的合理性.研究表明,垂直顶升施工影响主要集中在开口环及相邻三环标准环,对隧道底部的影响大于隧道顶部,竖向变形大于横向变形;垂直顶升前期隧道整体下沉,开口环和相邻环收敛变形,顶升后期隧道整体有一定的抬升,开口环和相邻环扩张;环缝接头发生以错台为主的变形,开口环与相邻环之间的错台量最大,且在底部竖向错台最明显;垂直顶升施工引起的隧道最大竖向位移、水平位移、错台量均随顶升反力的增大而同向线性增大.     

基于组合模型的高铁隧道围岩收敛变形预测

为提高围岩收敛变形预测精度,依托阳山高速铁路隧道,基于贝叶斯参数优化的经验模型预测收敛变形的趋势项,然后采用支持向量回归算法修正经验模型的预测结果,据此构建基于组合模型的高铁隧道围岩收敛变形预测模型.将均方误差和平均绝对百分误差作为评价指标,与同类型支持向量机回归模型的预测结果进行对比.结果 表明,经验模型的预测值与目标值随时间变化的趋势一致,但对于数据中的波动部分,预测值与目标值存在较大偏差.误差修正模型较好地预测数据中的波动部分,对提高预测精度效果明显.在2组实测数据中,组合模型预测值的均方误差相较于经验模型降幅分别达到97.0％和93.4％,且较同类型支持向量机回归模型具有更高的预测精度.     

基于倾角反演的隧道断面变形全方位监测方法

倾角传感器具有体积小、使用方便、测量连续等优点,在隧道变形监测领域有着巨大应用潜力,然而,现有基于倾角传感器的监测方法往往只能得到特定监测点的变形,在测量隧道断面整体变形方面还存在明显不足。为此,提出一种新的基于监测点倾角的隧道断面变形全方位监测方法。基于隧道断面曲线的形状特征,构造隧道分段变形插值函数,根据极坐标下隧道倾角与极径的关系,采用分段解析方法提出隧道倾角-变形数学模型,进一步通过协同变形假定,修正隧道测点极角,得到隧道倾角-变形算法;接着,建立隧道三维数值模型,通过均布荷载、对称非均布荷载和非对称荷载3种典型工况,采用误差分析方法分别研究算法的适用性;最后,通过室内试验进一步验证算法在实际应用中的准确性。研究结果表明：对于铁路隧道典型三心圆断面,推导的倾角-变形算法在均布荷载、对称非均布荷载和非对称荷载这3种典型工况下均具有良好的适应性,变形最大绝对误差均小于1 mm,平均相对误差均小于7%;在室内模型试验中,拱顶沉降监测误差小于8%,水平收敛监测误差小于5%,证明了监测方法的准确性。