跨海峡隧道风化槽围岩衬砌防排水技术研究

 采用钻爆法修建海底隧道必须采取有效措施预防塌方、涌水、突泥等地质灾害,海底隧道钻爆法施工时如何安全穿越断层破碎带是工程设计与施工的技术难点。结合厦门跨海峡隧道围岩的特点,研究钻爆法穿越断层破碎带的注浆加固、防排水技术,提出不同围岩条件下的隧道防排水和注浆设计方案。并根据实验室三轴试验结果得到强风化花岗岩渗透系数以及反演的围岩力学参数,分析风化槽隧道衬砌的外水压力分布特点和量值。研究成果为衬砌结构设计以及国内同类型隧道的衬砌防排水和衬砌支护技术设计提供可靠指导。     

特长山岭隧道衬砌监测及模拟研究

 在新奥法的隧道设计理念中，现场的监控量测工作是必不可少的重要组成部分。监控量测不仅能准确反映围岩的稳定性，而且通过对监测数据的分析及在此基础上的数值模拟工作，可以较好地优化隧道的衬砌结构，从而使动态设计、信息化施工成为可能。为实时掌握隧道施工期间的围岩变形和支护结构的受力特点，某特长山岭隧道进行以应力监测和位移监测为基础的全程监控量测工作。并以应力监测为基础，采用有限元软件对隧道衬砌结构在不同级别围岩中的受力状态进行模拟，以监测位移值做标准，对数值模拟结果的正确性进行验证。计算出不同衬砌结构在相应级别围岩中的临界荷载，以指导现场监控量测工作。从而保证隧道的施工安全并优化衬砌设计，为后续工程的设计提供指导。     

交叉隧道施工对已有隧道稳定性影响研究

 近接隧道施工过程中面临地质条件复杂、围岩扰动较大等诸多问题,合理施工方法的研究极其必要。以从莞高速新建走马岗公路隧道上方穿越东深供水隧洞工程为背景,首先,结合现场振动安全的施工要求,采用数值计算提出交叉段合理施工工法。同时,在交叉段施工过程中,对在建隧道的围岩压力、初期支护结构的受力情况以及既有供水隧洞的断面收敛等进行了实测,结果表明：在建隧道的围岩压力10 d内基本稳定,拱腰位置围岩压力较大,右侧拱腰最大为0.2 MPa,之后缓慢减小并趋于稳定。既有东深供水供水隧洞内安全监测数据表明：断面收敛及混凝土应变均相对较小,在安全范围之内。研究成果与方法可为类似工程提供参考。     

有衬砌隧道设计计算探讨——隧道稳定性分析讲座之三

利用有限元强度折减法结合基于有限差分原理的FLAC软件,探讨了隧道设计计算过程中初衬和二衬的计算问题以及隧道开挖的应力释放问题,并以黄土隧道为例探讨研究不同应力释放率以及不同初衬和二衬厚度情况下隧道的受力特征,计算围岩安全系数以及二衬安全系数,得出了以下结果:一是利用FLAC软件计算中的不平衡力来控制隧道开挖过程的应力释放是合适的与可行的;二是初衬作为隧道围岩的加固圈将承受较大荷载和产生较大的变形,初衬必将进入弹塑性状态;二衬作为隧道的强度储备或者承受不大的荷载,二衬视作弹性杆件可按结构力学的方法确定安全系数;三是如果初衬后围岩安全系数大于1.30,可以认为围岩和初衬都是稳定的,二衬作为安全储备;如果围岩安全系数在1.30~1.15之间或围岩为粘弹塑性材料时,表明二衬将承受一定荷载;如果初衬后围岩的安全系数小于1.15~1.20,则认为初衬不足,不能保证施工安全。最后建议对二衬后的围岩安全系数取1.3,二衬结构安全系数对无抗裂要求的混凝土衬砌取1.4,钢筋混凝土衬砌取1.35。两者综合的安全系数大约在1.8左右以供参考。     

海底隧道衬砌结构选型及参数优化研究

海底隧道不同于陆上隧道,海水位变化相对隧道埋深较小,隧道两端出口比海底部分要高,不能采用自然排水。深埋海底隧道二次衬砌承受较大的外水压力。调查了国内外海底隧道衬砌结构型状及支护参数,针对海底隧道的特殊性,归纳了海底隧道设计理念和设计方法。针对某公路海底隧道特定地质条件和工程设计要求,分别采用马蹄形、椭圆形、圆形3种衬砌结构型式,并用有限元软件对这3种衬砌结构二次衬砌在不同荷载作用下进行强度验算。对计算结果优化比选,选出一种技术可行、经济合理的衬砌结构,得出一些有意义的结论。     

考虑渗流-应力耦合效应的深埋引水隧洞衬砌损伤演化分析

高地应力和高(外、内)水压力是影响深埋引水隧洞围岩稳定性及衬砌结构安全性的主要因素.基于等效饱和多孔介质理论,将裂隙岩体和衬砌混凝土视为具有透水特性的弹塑性损伤材料,并考虑各自的变形特性与渗透系数的动态演化规律,进行锦屏二级水电站深埋引水隧洞围岩与衬砌结构施工期和运行期渗流-应力全耦合分析.分析结果表明:施工期隧洞周边排水对开挖损伤区影响较大,内水外渗现象对地下水位和围岩结构的安全性影响不大,但内水外渗情况下隧洞的开挖损伤区对衬砌结构较为不利,将导致该部位混凝土出现拉损伤区和压损伤区,应对开挖损伤区采取一定的处理措施.     

降水对桥基影响的三维渗流–应力耦合分析

 近邻桥梁进行降水施工时，地层的固结变形导致桥梁基础变形，当桥梁的基础变形过过大时，可能危及桥梁的安全和正常运行。为了预测降水过程中桥梁基础的空间响应和评估其安全状态，建立三维非饱和渗流–应力耦合分析数学模型，同时，运用ABAQUS软件，建立地层、地下水、桥梁相互作用的三维有限元模型。采用直接耦合分析方法，对近邻桥基进行降水施工时的动态降水过程进行三维仿真模拟。模拟结果表明，水位下降10 m时，降水所引起的地表最大沉降值为21.37 mm，桥基的最大沉降值为19.56 mm，相邻桥基的差异沉降不到2 mm，表明降水期间桥基没有安全隐患，现有的降水方案是可行的。通过将沉降计算值与现场量测值比较分析，两者数据吻合较好，表明所提出的计算模型和分析方法是合理的，可为类似问题的研究提供了借鉴和参考。     

基于流固耦合理论的连拱隧道围岩稳定性分析

以湖南省常吉高速公路新修建的一些大跨度连拱隧道为工程背景，基于流固耦合分析理论，利用快速拉格朗日有限差分法对连拱隧道围岩稳定性进行分析。主要考虑流固耦合效应作用时，围岩级别、隧道埋深、地下水位以及施工工法和初期支护等因素对围岩稳定性的综合影响，得到Ⅲ，Ⅳ，Ⅴ级围岩在各种情况下隧道开挖后围岩最大主应力、洞周位移、塑性区、孔隙水压力分布以及喷锚支护受力特征等结果，探讨连拱隧道开挖渗流机制，并分析深埋连拱隧道开挖后的孔隙水压力场分布特征。研究结果直接指导该高速公路二期工程中的隧道防排水施工和支护措施的改进提高，为富水地层条件下的隧道工程开挖设计提供一定的理论参考。     

局部破碎带渗水条件下海底隧道稳定性的有限元极限分析

 以存在局部破碎带的青黄海底公路岩质隧道为例，考虑到海水的渗透性，采用有限元极限分析法分析海底隧道岩体注浆加固前、后的稳定性。计算结果表明，隧道整体是安全的，此种情况下，隧道衬砌原则上可按无水压设计，衬砌厚度与采用全水头设计相比可以大大降低。但当存在局部破碎带时，隧道安全系数降低，破碎带越宽，注浆堵水圈厚度越小，安全系数越小。与完整围岩破裂面位于两侧相比，含倾角45°破碎带围岩的稳定性最差。因此，必须做好破碎带的超前注浆堵水加固，以减少其渗水量，并对破碎带进行局部加固，此种情况下，隧道衬砌原则上可按有水压设计。     

高铁隧道衬砌拱顶空洞对列车荷载响应研究

以某高速铁路某一隧道存在拱顶空洞为工程背景,基于高速列车振动荷载实测数据和列车振动理论,利用ABAQUS有限元软件,建立隧道衬砌拱顶不含空洞与含有不同深度空洞的隧道结构有限元模型,施加相应的约束及边界条件,对隧道结构在列车振动荷载作用下的动力响应行为进行数值仿真分析。研究结果表明,随空洞深度的增加,拱顶含空洞的衬砌结构将会使原有衬砌受力状态发生改变,空洞深度越大,围岩塑性区改变越明显,衬砌整体受力越不利;不含空洞的隧道衬砌关键点与轨道距离越近振动响应越明显,拱顶响应最弱;衬砌拱顶空洞深度对列车振动响应明显,随深度的加大,其响应越剧烈,使衬砌围岩塑性区发生进一步扩展并最终影响到隧道结构的整体稳定性,对列车运营安全造成威胁。研究结果对于进一步探索含缺陷隧道衬砌结构的劣化动力学行为奠定了基础。     

海底隧道结构健康监测设计研究

 由于海底隧道工程环境的特殊性与复杂性，因此为保证海底隧道运营安全，必须对海底隧道进行长期的结构健康监测，以此了解隧道结构在复杂环境中的受力变化状况，从而及时了解隧道结构损伤位置及损伤程度，进而对结构安全状况做出评估并加以有效处理。在对隧道结构健康监测现状进行总结后，针对海底隧道工程特点，结合在建的厦门翔安海底隧道工程，通过必要的数值模拟计算，首先确定出该隧道的监测内容及重点监测部位，随后结合工程实际情况确定监测断面位置、监测项目及监测仪器的选择、监测点布置等内容。同时，研究结果表明：(1) 不良地质段隧道结构安全监测，除对该位置隧道结构进行重点监测外，还应当在邻近较好地质条件处设立辅助监测断面，便于分析不良地质条件对隧道结构的影响作用；(2) 海底隧道结构的渗漏情况可通过监测其重点部位，如拱部的衬砌开裂情况，并配合相应位置的衬砌结构水压变化情况而间接获得。研究结果将对我国在建或拟建的海底隧道结构健康监测起到一定的指导作用。     

厦门翔安海底隧道富水砂层注浆试验

 针对我国第一条海底隧道——厦门翔安海底隧道富水砂层段进行注浆试验，采用钻孔取芯和压水的方法对注浆效果进行检验，摸索该条件下的一些注浆规律，提出注浆量、注浆压力、注浆速度、扩散半径等注浆参数。通过试验研究海水对浆液强度的影响。研究结果表明，海水延长初凝时间、减缓浆液强度上升的速度、稀释浆液并加剧不均匀扩散。结合翔安海底隧道施工注浆的经验可以得出，以上几个问题是在海水注浆中值得深入研究的，其研究结果可为厦门海底隧道注浆的设计、施工提供指导，并可为相关工程提供重要的参考。     

过街隧道施工对地下管线影响的三维数值模拟

 采用三维有限元方法分析过街隧道施工引起的相邻地下管线变形和受力,研究路面、管线材质、管线埋深、管线与隧道轴线间距以及管线与土体弹性模量比等因素对地下管线位移的影响,并与实测值进行比较。研究结果表明：有限元模拟结果与实测值较吻合,略大于实测值;路面的存在使浅埋管线的位移变小、沉降槽宽度变窄;隧道开挖引起的管线水平位移远小于竖向位移;与隧道垂直管线的竖向位移和水平位移最大值与管线埋深基本呈线性变化,且随着管线与土体模量比的增大逐渐减小;与隧道平行管线的最大竖向位移和水平位移值均随管线间距和埋深之比(L/h)增大而减小,最大水平位移值与L/h值基本呈线性关系,最大竖向位移值在L/h＜10时迅速增大;管线最大拉应力和压应力均随着L/h值增大而减小,当L/h＜5时急剧增大,当L/h≥5时缓慢减小,且应力值比较小。     

深埋隧道围岩损伤破坏模式的数值试验研究

 深部岩体具有内禀特性。在开挖过程中，由于应力重分布导致围岩损伤破坏，传统岩体力学未能有效揭示其破坏机制。随着细观损伤岩体力学的发展，采用损伤观点解决深埋隧道围岩破坏问题逐渐显示出其优越性，但目前仅在均质性假设的基础上对应力状态和破坏判据进行研究，缺乏对其破坏全过程的相关研究。采用RFPA2D软件对通渝隧道二叠系栖霞组岩性为石灰岩且埋深超过1 000 m的K22+029断面在开挖过程中围岩的渐进破坏过程进行模拟，使用EMS–2型工程多波地震仪实测围岩破坏前、后波速的变化，定量模拟计算围岩损伤度的变化，揭示深埋隧道围岩破坏过程的损伤演化特性及损伤破裂过程中声发射、剪应力及岩体纵波波速等因素的变化特性，得出深埋硬岩隧道以拉剪型破坏为主，围岩破坏顺序依次为拱顶开裂→左、右拱肩裂纹扩展→左、右拱肩围岩深部裂纹；损伤过程中声发射事件数与围岩损伤程度近似成正比关系；损伤围岩表现出明显的非线性特性和损伤局部化特征。所得结论对于隧道施工支护具有指导意义，也为揭示深埋隧道围岩破坏机制进行有益的尝试。     

厦门翔安海底隧道穿越富水砂层施工技术

 厦门翔安海底隧道是中国大陆修建的第一座海底隧道，全长6 051 m。隧道在海域浅滩段有约610 m穿越富水砂层，是该工程施工的难点之一，也是以往海底隧道施工过程中所未曾遇到过的，没有现成的施工经验可供借鉴。主要研究和介绍厦门翔安海底隧道穿越该段富水砂层的施工关键技术，即在地表采用地下连续墙和疏干减压井对砂层进行分仓隔水、降水，在洞内采用TSS小导管超前预注浆对砂层进行固结处理。研究和施工实践表明，该隧道在穿越海域浅滩富水砂层段施工过程中，采用洞外和洞内相结合的施工技术是可行的，操作简便、效果明显，对同类地质条件下的地下工程施工具有一定的借鉴意义。     

胶州湾海底隧道衬砌混凝土的环境条件与耐久性

 隧道的衬砌混凝土一侧接触水或含水土，另一侧接触空气，是典型的干湿交替环境。青岛近年的月平均相对湿度为62%～86%，在正常通车和排风条件下，隧道中或洞口处的CO2浓度为大气中的5倍以上，混凝土易碳化从而导致钢筋锈蚀。海水及地下水中含 ，K+，Na+等，易导致混凝土硫酸盐腐蚀和碱骨料反应破坏。因此，在该隧道衬砌混凝土的耐久性设计中需考虑碱骨料反应、Cl－侵蚀、硫酸盐腐蚀、碳化、冻融、软水腐蚀、高压渗水、积水、火灾等因素；在混凝土的原材料选择、质量控制、配合比及有关性能指标确定、构造措施、施工质量保障及验收标准等方面应严格把关；此外还应考虑表面防水处理、预埋耐久性监测系统等耐久性附加措施。耐久性试验研究表明：混凝土的碳化深度随强度增加而下降；增加胶凝材料中的水泥用量、降低水胶比则有利于提高混凝土抗碳化性能。混凝土Cl－扩散系数与抗压强度成指数函数关系，当隧道混凝土强度等级高于C50，其Cl－扩散系数可小于4×10－12 m2/s。     

盾构隧道斜交下穿地铁车站的影响与监测研究

 结合工程实例对盾构隧道斜交下穿既有地铁车站的相互影响进行分析,同时通过穿越过程中的施工参数、结构变形监测数据等方面的分析,研究穿越中关键施工参数的选取和对既有车站的影响。控制盾构掘进参数,合理设定推进力、推进速度和土压力,加强同步注浆和二次补浆是控制既有地铁结构变形的有效措施。另外,通过实测数据分析总结既有车站结构变形规律,此次一端斜交下穿使得既有结构变形由垂直下沉变为扭转下沉,结构侧墙半槽形沉降曲线表明结构变形对列车的行车安全造成很不利的影响。研究结果为今后类似的下穿既有地铁设计和施工提供了参考。     

浅埋暗挖隧道近距下穿既有地铁的关键技术

 主要针对越来越多的浅埋暗挖隧道近距下穿既有地铁工程，结合北京地铁5号线崇文门站下穿既有地铁2号线区间隧道工程，介绍新建浅埋暗挖隧道近距下穿既有地铁隧道的关键控制技术。主要包括：对既有地铁的现状进行全面调查评估；根据现状评估结果并结合理论分析和类似工程经验确定既有地铁的变形控制标准；通过有限元分析方法等进行新建隧道施工对既有地铁影响的预测分析；对主要施工方案进行优化，并选取超前大管幕、掌子面注浆、补偿注浆等辅助措施；根据数值分析结果并结合既有工程经验，将主要控制标准按施工步序进行分解，实施控制标准的分阶段控制；通过远程实时监控系统即时监测和分析既有地铁的动态变化，对出现的结构开裂、沉降过大等异常情况及时采取灌浆加固、注浆抬升等处理措施，确保既有地铁的正常安全运营。