基于有限元法的地铁隧道下穿既有输水隧洞安全影响研究

新建地铁隧道下穿输水隧洞,会引起既有结构的变形及附加应力,可能影响其运行安全。针对某地铁隧道下穿南水北调输水隧洞进行安全影响评价,通过建立三维有限元模型对施工过程进行仿真分析,预测输水隧洞及地表的沉降,分析不同工况下地铁隧道施工对既有输水隧洞的安全影响,提出地铁隧道下穿输水隧洞的变形控制指标,并结合监测数据进行验证。结果表明:地铁隧道下穿输水隧洞施工主要引起既有输水隧洞轴线方向的不均匀沉降,进而引起输水隧洞的轴线方向附加应力,应控制输水隧洞轴线方向应力不超过允许应力,进而间接确定变形控制指标,必要时可根据计算结果进行加固方案的设计。研究成果对类似穿越工程的设计、施工参数及监控量测控制指标的确定等具有参考价值。     

西安地铁隧道不同角度穿越地裂缝时的有限元变形分析

以西安地裂缝地质灾害为背景,选择已经开工建设的地铁1号、2号线为研究对象,采用有限元软件Marc,建立地裂缝环境下分段式地铁隧道与土体相互作用的模型,分析在不同交角情况下隧道的变形及应力变化规律,得出地铁隧道与地裂缝不同交角下,地裂缝活动对其造成的危害规律。结果表明在不同交角情况下隧道分段处均有错台现象,而且基本在地裂缝带处的竖向位错量较大,并且还伴随有水平位错发生,在小交角情况下,水平位错量较大。     

地铁车站改造降水对毗邻轨道交通的影响研究

为了将地铁星港街站与商业空间连接,须将星港街站进行改造,车站改造施工降水势必对临近地铁车站与隧道结构产生影响。基于ABAQUS软件与理论方法渗流算例计算结果的对比分析,验证了ABAQUS软件渗流计算的可靠性。考虑车站改造降水土中水渗流与应力的耦合作用,采用ABAQUS软件计算分析车站改造降水对毗邻地铁车站与隧道结构产生的变形与附加应力。结果表明:(1)车站结构底板产生的最大隆起变形为3.97 mm,最大不均匀沉降为3.01 mm,沉降变形曲率系数为1/21 096;隧道产生的最大隆起变形为0.92 mm,最大不均匀沉降为0.39 mm,沉降变形曲率系数为1/125 000。均在地铁车站结构、隧道结构变形控制范围之内。(2)车站改造降水引起车站、隧道结构的附加应力分别为519 kPa、209 kPa,不会对结构安全造成影响。研究成果为车站改造方案的优化与毗邻轨道交通安全运营影响的预测提供良好的理论依据。     

上跨高铁隧道群地铁停车场钢桁梁原位吊装安全性分析

深圳地铁６号线民乐停车场的运用库一区桥梁上部结构为钢桁梁,需要上跨既有运营高铁隧道群拼装和架设。在钢桁梁的施工过程中,最关键的前提条件就是不能影响既有隧道结构的安全和稳定,并确保该施工区域下方高铁车辆的正常安全运营。为达到这一目标,在对周边地质和环境条件详细调研的基础上,采用数值模拟方法建立民乐停车场整体三维分析模型,对钢桁梁在多种不利情况下的原位拼装与吊装施工进行模拟和计算,预测和分析其对既有隧道结构受力和变形的影响,并提出相应的安全防护和控制措施。计算结果表明,该地铁停车场钢桁梁采用原位吊装的方式进行安装,对下方铁路隧道的安全无显著影响。     

小净距隧道群稳定性判定因素及施工顺序优化研究

小净距隧道群存在多种稳定性判定因素,为确定各判定因素之间的关联程度,以青岛地铁敦化路站为工程背景,结合修正Drucker-Prager模型,采用有限差分软件,得出6种不同施工方案下的最大拱顶沉降、塑性区体积、夹岩最大剪应力、锚杆最大轴力等判定指标值。以模糊灰色关联理论为基础,分析了各隧道群稳定性判定指标的主次顺序、隧道群施工最优方案。结果表明:锚杆最大轴力可作为对隧道群施工稳定性最主要的判定因素,拱顶最大沉降及塑性区体积可较为显著地反映隧道群施工稳定性,夹岩最大应力对稳定性影响较小;方案4及方案5可作为隧道群优选施工方案,等效应力分析验证了这2种方案的合理性。研究结果可供类似地铁工程的隧道稳定分析作参考。     

运营期间涉及的变形监测和地铁维护

正近年来,经济发达城市的地铁工程建设日趋普遍,许多商业城市已经实现了地铁的运行或者正在建设城市地铁。地铁工程在建设及运营的过程中受到内部和外界因素的影响,存在着许多安全、质量问题,若不及时处理会造成地铁交通线路中断,对隧道结构和运营安全十分不利,对城市现代化发展不利。为确保工程施工过程中地铁结构及附属设施的绝对安全,必须对地铁结构及附属设施进行保护监测。本文简要论述采取合理的地铁隧道监测技术,对于保证地铁的安全运行具有重要的意义以及地铁隧道监测的一些重点项目和注意事项。     

深埋隧道侧穿采空区施工安全距离及能量演化机制

为确保近接采空区隧道工程的施工与运营安全,基于动力数值分析,并通过FISH语言编程对FLAC3D数值模拟软件进行二次开发,以实际工程为依托,分析讨论了深埋隧道侧穿采空区施工安全距离及能量演化机制.研究结果表明:依据隧道侧穿采空区的不同安全距离,隧道结构安全区域分为危险区、影响区和安全区;累积应力水平能量和应力比之间的曲...     

运营公路隧道的变形机理分析及危险性评价

为合理评价运营隧道的安全现状及危险性发展趋势,提出利用BP神经网络和V/S分析构建运营隧道的危险性预测模型。首先,基于运营隧道所处的环境条件,分析其变形机理;其次,根据相关安全等级划分标准,评价运营隧道的安全现状;最后,利用优化BP神经网络构建运营隧道的变形预测模型,再利用V/S分析判断运营隧道的危险性发展趋势,以实现运营隧道的危险性预测。以嬉野隧道为实例进行验证,结果表明:运营隧道的变形影响因素较多,主要包括渗水因素、空洞因素、衬砌劣化因素及长期应力作用因素等;隧道的安全现状等级为Ⅴ级,危险性高,且沉降变形判断得到的危险性等级要高于水平收敛判断得到的危险性等级;变形预测结果和危险性趋势分析结果具有较好的一致性,均得出该隧道的危险性将会进一步增加,验证了BP预测和V/S分析2种模型在运营隧道危险性预测中的适用性和可靠性。研究成果为公路隧道的后期运营提供一定的指导。     

地铁暗挖双连拱隧道下穿既有铁路施工影响分析

西安地铁五号线区间隧道需要下穿既有西康铁路,为确保施工期间铁路的安全运营,在充分进 行线路条件、开挖断面、施工工法等方面比选的基础上拟定了设计方案,提出了辅助工程措施,并采用有 限元程序对地铁双连拱暗挖隧道下穿既有铁路施工过程进行了数值分析。分析结果表明采用大管棚和 小导管注浆超前支护作用下,隧道采用中洞法开挖,并设置临时仰拱的设计方案能有效控制地层及铁路 路基的沉降变形,既有铁路的变形值满足相关保护标准的要求,地铁隧道施工不会影响既有铁路的正常 安全运营。     

盖挖逆筑法隧道施工过程模拟研究

盖挖逆筑法是一种快速发展中的浅埋隧道施工方法,由于能有效减少对地面交通的影响,有利于保证基坑及周边建筑物的安全、大量减少基坑支撑、缩短工期、确保铺轨工期的顺利实现等特点,在城市地铁隧道施工中得到越来越广泛的应用。本文结合深圳地铁五号线上-下水径区间隧道工程的设计和施工,通过采用有限差分法程序FLAC3D,探讨了盖挖逆筑法施工全过程的模拟技术,分析了盖挖逆筑法施工过程中的地铁结构受力和变形规律,结果表明采用FLAC3D模拟施工过程是可行的。     

南水北调中线工程白庄地裂缝成因及活动性分析

白庄地裂缝是南水北调中线工程遇到的唯一一处地裂缝地质灾害。通过勘察白庄地裂缝的分布、发育形态特征,研究煤矿开采沉陷影响、九里山断裂构造、应力解除效应、环境地质背景条件、地下水作用等因素,分析地裂缝的发育成因。结果表明,白庄地裂缝不属于采空区沉陷裂缝,其发育受九里山断裂构造控制,在其他环境地质作用的变化因素(采矿活动引起的应力释放,地下水下降,地表水下渗)诱发和激化的综合叠加作用的体现。成因分析和初步监测显示,地裂缝仍存在微弱的活动性,但总体趋于稳定。     

齐热哈塔尔水电站大深埋长隧洞关键技术难题及对策

齐热哈塔尔水电站工程发电引水隧洞存在隧洞长、埋深大、高地应力、岩爆和高地温等复杂工程地质问题,因此,对隧洞围岩稳定、施工期安全、隧洞支护荷载和衬砌型式等的研究至关重要。通过采用现场围岩变形和地应力释放测试、数值模拟反演分析和衬砌时机试验研究等方法,分析了深埋长隧洞高地应力与岩爆的产生机理、岩爆特征和破坏形式,以及高地温的成因,研究了高地应力、岩爆和高地温对施工、衬砌荷载和衬砌型式的影响。针对上述问题对策如下:对于高地应力围岩洞段,开挖完成后,初期支护采取时间滞后的方式消减高地应力;对于岩爆洞段,采取主动预防措施和强施工支护,确保施工安全,将岩爆发生的可能性及岩爆的危害降到最低;对高地温洞段开挖采取通风、在掌子面和风带口放置冰块、对掌子面和附近岩体喷水等降温措施,而且完善和优化了隧洞一次支护和二次衬砌设计。这些措施保证了引水隧洞的施工和运行安全,对类似地质条件的隧洞工程设计和施工具参考价值。     

某工程注浆加固对地铁隧道收敛影响的分析

某工程施工过程中在地铁隧道上方形成大量堆载,造成隧道出现一定程度变形,从而影响地铁的正常运营。为了抑制堆载对地铁隧道造成的变形,通过双侧注浆施工工艺,在隧道两侧距离隧道壁不同距离处分次进行注浆,对隧道两侧土体进行加固和挤压,以达到对周围土体微扰动的效果。在注浆过程中使用激光测距仪对隧道收敛情况进行实时监测,对注浆后隧道的变形情况进行量化跟踪,以掌握地铁隧道的注浆效果。通过对各次注浆后收敛监测数据的分析可以看出,随着距离地铁隧道由远及近逐排注浆,其收敛累计变化量逐渐增大,地铁隧道因上部堆载造成的不利变形得到了有效的控制,注浆效果明显,可为类似工程提供借鉴和参考。     

采用压缩分散型预应力锚固技术治理下坂地工程倾倒破碎体边坡

新疆下坂地水库的侧槽溢洪洞边坡表层位于基岩倾倒体中,边坡中卸荷裂隙发育,风化破碎,表层部分岩体松驰,裂隙张开,裂缝延伸较长。最长裂缝已延至F5断层,最大宽度80~100mm,在施工中采用常规的整体开挖或锚索加固措施进行支护不能满足设计要求。为此引进SYM压缩分散型锚索技术进行处理,较好地解决了侧槽边坡整体稳定问题。     

Influences of soil hydraulic and mechanical parameters on land subsidence and ground fissures caused bygroundwater exploitation简

In order to study the influences of hydraulic and mechanical parameters on land subsidence and ground fissure caused by groundwater exploitation,based on the Biot’s consolidation theory and combined with the nonlinear rheological theory of soil,the constitutive relation in Biot’s consolidation theory is extended to include the viscoelastic plasticity,and the dynamic relationship among the porosity,the hydraulic conductivity,the parameters of soil deformation and effective stress is also considered,a threedimensional full coupling mathematical model is established and applied to the study of land subsidence and ground fissures of Cangzhou in Hebei Province,through the analysis of parameter sensitivity,the influences of soil hydraulic and mechanical parameters on land subsidence and ground fissure are revealed.It is shown that the elastic modulus E,the Poisson ratio v,the specific yield u and the soil cohesion c have a great influence on the land subsidence and the ground fissures.In addition,the vertical hydraulic conductivity z k and the horizontal hydraulic conductivity s k also have a great influence on the land subsidence and the ground fissures.     

考虑隧道开挖时间影响的一种支护结构计算方法

基于硬化土模型,针对公路山岭隧道的初期支护结构,建立地层结构法数值模型,分析初期支护结构在施工过程中的安全性。由于隧道开挖的时空效应影响显著,采用二维平面应变模型的关键因素是如何确定围岩的应力释放系数,通过结合土体反力曲线（ＧＲＣ）及纵面变形曲线（ＬＤＰ）,推导出支护结构不同施工阶段的应力释放系数,并采用内力包络图来分析每一施工步支护结构是否安全。所述方法在满足隧道精细化设计的同时,便捷有效,对隧道设计和施工有重要的指导意义。     

无粘结环锚预应力混凝土衬砌应力状态分析

无粘结环锚预应力混凝土衬砌是有压水工隧洞采用的一种新型衬砌型式,由于衬砌结构组成体系复杂,导致其内部应力状态分布极为复杂,且在不同工况下受力会发生显著变化。为了解该结构在施工期和运行期的受力状态,并及时掌握衬砌安全状况,对小浪底排沙洞环锚预应力衬砌张拉期和运行期的应力状态进行了研究。采用等效荷载法和实体建模法相结合的方法建立数值模型,通过对应力状态计算和应力状态现场实测值进行对比,明确了不同工况下预应力衬砌受力状态。研究结果表明,小浪底排沙洞环锚衬砌在张拉期和运行期预应力状态都处于安全范围。研究结果对无粘结环锚预应力混凝土衬砌的设计、施工具有重要参考意义。     

基于尖点突变理论和MF-DFA法的隧道大变形监测

高地应力软岩隧道发生大变形具有必然性,严重影响施工安全,对其稳定性进行评价并判断变形趋势可为工程施工提供一定的参考,具有很强的现实意义。以成兰铁路松潘隧道为例,利用尖点突变理论和多重分形去趋势波动分析法(MF-DFA)构建了高地应力软岩隧道大变形的稳定性及变形趋势判断模型,并进行变形预测。结果表明:尖点突变理论能有效评价隧道大变形的稳定性;松潘隧道目前处于稳定状态,但不同阶段的稳定性具有差异,且隧道稳定性不仅与累计变形量相关,也与变形曲线的增长过程相关;同时,MF-DFA分析得出隧道大变形具有多重分形特征,且具正向增长趋势,但趋势性较小。该方法为隧道大变形规律研究提供了一种新的思路,可为工程设计施工人员提供参考。     

高地温隧洞温度场三维数值模拟分析

在高地温条件下,温度场是影响引水隧洞结构稳定的重要因素。为了研究不同工况下引水隧洞的温度场特性,以新疆布仑口—公格尔水电站高地温引水隧洞为依托,采用有限元仿真模拟的方法建立三维模型,对不同工况下高地温引水隧洞围岩及衬砌结构的稳态温度场特性进行了模拟计算,并取衬砌结构及围岩不同测点的温度场特性值进行对比分析。结果显示:受洞口及掌子面影响,围岩及衬砌温度随洞深增大可分为平缓段和骤升段两个阶段,且呈非线性变化。衬砌腰拱与顶拱内表面温差随洞深增大逐渐减小,且与工况有关,施工期最大值为1.26℃,运行期最大值为0.22℃。从模拟结果与实测结果的对比分析可知,实测与模拟所得围岩温度场分布特性相同。研究成果可为高地温引水隧洞热力耦合分析及其洞室稳定性提供了理论依据,同时也可为高地温区相关工程提供参考。