分层土中盾构隧道掌子面极限推力研究

在盾构隧道开挖过程中,掌子面受力十分复杂,盾构机对掌子面的推力对维持掌子面前方土体的稳定起着关键性作用,为此,基于筒仓理论和极限平衡法,改进传统楔形体模型,考虑盾构隧道掌子面处土体分层对掌子面极限推力的影响,建立折线型滑动模型,推导掌子面极限推力的计算公式。依据实际工程建立相应的数值模拟模型,并对计算公式中各参数敏感性进行分析。研究结果表明：考虑掌子面土体分层时极限推力的数值模拟解与由本文所得公式计算的理论解误差很小,验证了本文所述模型和计算方法的可靠性与准确性;掌子面极限推力随隧道埋深和直径增加而增大;分层土中引起极限推力变化的主要土体是上层软弱土;盾构直径越大,土体黏聚力和内摩擦角对极限推力的影响越大,且内摩擦角对极限推力的影响更显著;当盾构直径较小时,土体黏聚力和内摩擦角对极限推力的影响较小。     

SiC对水泥基材料传热效率及力学性能的影响

为了提高地暖系统(FHS)的传热效率以减小供暖能耗,采用不同掺量的SiC作为高导热掺合料制备FHS回填层复合水泥基材料(CCMs),并通过微观结构分析、热稳定性、抗压/抗折强度、导热系数测试以及室内水浴传热试验表征CCMs的力学性能与热性能。研究结果表明：SiC具有锋利的棱角以及光滑的表面纹理,被水化体系包裹后,其结构完整性以及分散性较好,不发生新的化学反应;随着SiC掺量的增加,在CCMs的水化体系中出现更多的大孔隙与界面过渡薄弱区域,且CCMs的水化受抑制程度也随之增强,同时,抗压/抗折强度均呈现先增大后降低的趋势;SiC的引入对CCMs的热稳定性以及导热性能具有积极作用,导热系数最大可提高140.8%,并使热损失率减小约6%;水浴传热模拟结果也证实,SiC掺量越高则上述作用越强,计算的传热效率最大可提高23.6%。     

级配碎石基层填料回弹模量特性及预估模型研究

采用基于颗粒堆积理论提出的石砂比设计不同的透水性级配以及用于对比的常规骨架密实型级配,通过控制剪应力比设计不同水平的围压和循环偏应力组合,开展不同应力路径下的重复加载三轴试验,研究级配和应力状态共同影响下级配碎石基层填料回弹模量的变化规律;针对60组室内重复加载三轴试验数据,对比分析14种回弹模量预估模型的预测效果,进而提出可同时考虑级配和应力状态影响的回弹模量预估模型,并验证模型的准确性。研究结果表明：同时考虑级配和应力状态影响的回弹模量预估模型的准确性较高,对级配碎石基层填料回弹模量的预测精度更高,可为透水性基床级配碎石填料的高效利用和可持续推广提供理论依据和技术参考。     

明挖四线隧道异型结构施工力学特征

明挖隧道异型结构常见于地铁车辆地面出入场线与主线的合建段,施工工序繁杂,结构力学行为复杂。以国内某地铁工程为例,采用现场测试方法研究明挖异型结构施工力学特征。研究结果表明：在三箱与四箱异型结构施工过程中,所有部位基本处于压弯状态,在上覆土回填施工完成后结构处于最不利的受力状态,隧道顶板内侧混凝土因承受过大施工荷载而出现开裂、渗水现象;四箱异型结构在转角加腋位置内力剧增,隧道右线底板承受最大轴力,出场线底板承受最大弯矩;三箱与四箱异型结构不同测试断面的受力变化特征类似,但内力存在差异;对于三箱异型结构,右线顶板与出场线接合部位内力沿隧道纵向变化较大,而出入场线顶板及出场线与右线接合部位受力沿隧道纵向变化不大;对于四箱异型结构,结构底板与顶板受力沿隧道纵向变化较大,而结构交接处受力变化不大;在施工过程中,出现的临时荷载对结构受力带来的短期波动影响需引起重视。     

利用顶部脉冲吸气控制三维方形棱柱气动力

通过风洞实验研究三维柱体顶部前沿狭缝脉冲吸气对其气动力与尾流的控制效果。实验模型为高宽比H/d=5的方柱,均匀来流速度U_∞=10 m/s,雷诺数Re=27 000,狭缝入口吸气速度与来流风速相同。研究结果表明：相对于无控制工况,脉冲吸气对柱体气动力有明显抑制作用;当脉冲吸气系数f*=0.2时,脉冲吸气与定常吸气对柱体气动力的抑制效果相当;随f*增大,柱体阻力与脉动升力仍有所减小,但减小幅度有限;顶部脉冲吸气不仅能明显削弱柱体顶部附近气动力,而且对柱体中下部气动力抑制效果比定常吸气对柱体气动力抑制效果好;顶部脉冲吸气在自由端剪切流中形成周期性大尺度涡结构,增强了自由流与尾流动量交换。     

基于随机场理论的顶管隧道施工地表变形特性分析

针对顶管施工引发的地表变形问题,采用基于高斯型自相关函数和Karhunen-Loeve(KL)级数展开法的随机场理论,考虑地层参数的空间变异性及自相关性,建立三维数值模型中土体参数的随机模拟方法。结合具体顶管施工案例,分析地表纵向及横向变形规律,并与现场实测结果进行对比验证计算方法的可靠性。研究地层土体摩擦角、黏聚力、弹性模量的变异性、相关距离和变异系数对地表变形的影响规律。研究结果表明：与确定性数值模拟相比,随机模拟方法在分析顶管施工地表变形时具有更好的适用性;三维随机场较二维随机场更能够反映3个维度的空间变异性和顶管顶进的空间效应,得到不同顶进距离下各断面地表变形超出控制值的概率;弹性模量的空间变异性对地表变形随机曲线的离散程度和包络范围有较大影响,但不改变变形趋势和规律;变异系数和相关距离对随机曲线的离散程度有较大影响。     

浅层有害气体成藏特征对隧道施工的影响

地下浅层有害气体是影响地下交通工程施工与后期运营的重要危险因素,对其地质成藏特征的研究可有效指导治理措施的设计部署。本文以昆明地铁2号线工程为例,通过对工程中有害气体喷发重点区段现场勘察与实验分析,研究分析了浅层有害气体成藏特征。该工程区段地下浅层有害气体是赋存于第四系泥炭质土层中以甲烷组分为主的小型、低压生物气。含气层空间分布特征显示,福保路段揭露两层含气层中的下部含气层与地铁结构线为纵贯关系,施工危险性较大;而该段上部含气层以及官南路段含气层均不与地铁结构线交叉,危险性较小。尽管由于前期工程施工导致勘察区段地下有害气体压力与流量降低,但不排除勘察区间或周边存在小型高压气体聚集区的可能性,故建议在施工过程中要对地下有害气体进行同步探测,对于高压气层采取提前排气与压入式机械通风处理措施,同时加强现场有害气体监测。     

近距离斜穿车站富水圆砾地层盾构换刀技术及刀具磨损分析

开仓换刀作业是盾构隧道施工中不可避免的技术难题之一,现以南宁市轨道交通5号线新—广区间盾构隧道工程为背景,针对盾构机在富水圆砾、泥岩复合地层中长距离掘进后连续穿越3道地连墙的工程特点,总结刀盘优化布局方案,详细介绍适用于该地层条件下的素桩加固辅以降水作业的换刀方案,并对换刀前后盾构掘进过程中产生的刀具磨损进行测量、分析,揭示了盾构在复合地层中掘进以及直接切削地连墙造成的刀具磨损规律,提出了盾构切削桩基时的合理换刀距离,为后续施工及类似工程提供一定的指导和借鉴。     

基于BP神经网络的隧道下穿既有运营地铁线注浆施工参数预测——以广州地铁18号线隧道注浆工程为例

新建隧道下穿既有运营地铁线施工过程中极易对既有运营地铁线产生不利影响,而广泛采用的超前预注浆尚处于以经验性选取注浆施工参数的阶段,导致工程事故频发。为此,首先以开挖段地层物性参数、地层位移变化值作为输入层,注浆施工参数为输出层,构建了基于BP(back propagation)神经网络的注浆施工参数预测模型;其次,以MAPE(mean absolute percentage error)作为预测精度评价指标,采取试算法对BP神经模型参数(隐含层节点数目、学习率)进行了探讨;最后,将提出的BP神经网络用于指导工程实践。研究结果表明：当BP神经网络预测模型隐含层节点数为9、学习率为0.01、训练次数为20 000以及精度目标值为1×10^-4时,模型适用性评价显示预测值与监测值之间最大相对误差为19,平均相对误差均低于13,说明提出的BP神经网络预测模型可行;进一步的工程应用结果表明：采用预测的注浆施工参数进行注浆后掌子面稳定、开挖过程中未发生隧道塌方等事故,满足相关规范要求。研究成果也可在隧道下穿其他结构或建筑物灾害防控注浆工程中得到推广应用。     

格宾网加筋煤矸石路堤稳定性及其强化措施

煤矸石是煤炭开采加工等工业过程中形成的煤炭矿渣,由于其工业价值低而被作为废弃物。考虑到煤矸石矿区公路路基填料缺乏和遵循变废为宝的环保理念,某高速公路建设工程采用了煤矸石填筑路基,并采用了格宾网加筋土结构形式,然而,有关格宾网加筋煤矸石路基的工作性能方面的研究匮乏。为此,以该高速公路建设为依托,通过现场试验研究格宾网加筋煤矸石路堤的力学与变形特性;在此基础上,建立相应的三维数值模型,进一步分析格宾网加筋煤矸石路堤的稳定性及其加固强化措施。结果表明：在退台式格宾网箱墙面的卸荷作用和格宾网网兜效应共同作用下,墙面附近的竖向土压力较低;格宾网加筋挡墙是一种柔性结构,其墙后侧向土压力小于静止土压力;提出了在坡脚下方埋设格宾网箱的加固强化措施,该措施可通过改变坡脚下方土体的力学与变形状态以及潜在滑裂面的形状,来增大路堤的抗滑力,进而提高格宾网加筋路堤的稳定性。