地裂缝对洞室围岩稳定性影响的研究

以西安地铁的基本地质情况为工程背景,利用ANSYS分析软件,对穿越地裂缝处的洞室开挖进行了模拟研究,通过对比分析地裂缝处与非裂缝处围岩—支护系统的应力、应变变化情况,从而确定出地裂缝对隧道的稳定性有着决定性的影响。     

水下盾构隧道管片力学特征研究

高水压条件下盾构隧道施工时,渗流场对衬砌管片结构的稳定性有很大影响。以南昌地铁3号线下穿青山湖段工程为研究背景,运用有限差分软件FLAC3D对不同水压情况下盾构隧道围岩及衬砌管片结构进行流固耦合分析,得出围岩孔隙水压力、竖向应力,衬砌管片外水压力、位移的分布规律。结果表明:不同水头压力下隧道开挖后围岩孔隙水压力、竖向应力分布规律大致相同,其数值大小与水头压力呈正相关;隧道开挖后管片拱腰两侧的外水压力较初始值降低幅度较大,在水力坡降的作用下,极易发生涌水;水头压力的大小对管片竖向位移的影响较显著,对水平位移的影响不太明显。     

不同开挖方式对近距离交叠隧道影响模拟研究

研究不同开挖方式对近距离交叠隧道的地层和围岩的影响,揭示不同开挖方式下交叠区围岩及既有隧道衬砌的变形及应力–应变变化规律,为近距离交叠地下工程的变形控制、支护设计和开挖优化设计提供理论依据。通过FLAC3D数值模拟,研究在台阶法、眼镜法、CRD法3种不同开挖方式下交叠区围岩及既有隧道衬砌的变形及应力–应变发展规律、交叠区围岩塑性破坏规律,研究结果如下：(1) 不同开挖方式对交叠隧道施工过程中不同位置的影响程度不同,揭示既有隧道衬砌变形机制演变过程和衬砌破坏的危险点;(2) 根据围岩塑性区发展和隧道衬砌变形量,开挖下部新线隧道时CRD法优于眼镜法和台阶法,CRD法开挖下部隧道时对变形控制效果最好;(3) 新建隧道穿越既有隧道时,比较理想的施工方案为台阶法→CRD法→台阶法;(4) 任何开挖施工方法都会使已建隧道衬砌的4个部位(拱顶、拱脚、直墙边及拱底)承受拉应力,且拱脚处的最大、最小主应力最大,最易发生破坏。     

软土地层地铁盾构隧道施工引起衬砌结构变形规律研究

以无锡地铁3号线一期工程04标盛岸站至吴桥站区间盾构隧道为背景,基于海瑞克S-729土压平衡式盾构机掘进数据建立模型模拟盾构隧道开挖、同步注浆、管片拼装的流程。分析在软土地层中隧道衬砌结构的应力分布规律及拱顶、拱底与两侧拱腰在x, y, z方向的位移变化趋势,绘制在开挖过程中管片的变形分布曲线,结果表明盾构在软土地区掘进时,管片在拱顶、拱底与两侧拱腰处出现较大应力,同时拱顶与拱底处均在隧道竖直方向出现较大位移,而拱腰在隧道纵向位移达到最大值,须及时监控管片变形。     

盾构隧道60°斜穿地裂缝的变形破坏机制试验研究

 从西安地铁盾构隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计盾构隧道管片衬砌结构60°斜穿地裂缝的物理模型试验。管片混凝土应变、纵向和环向螺栓应变、结构接触土压力和结构外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形以及宏观变形破坏现象表明,盾构隧道管片衬砌结构60°斜穿地裂缝的变形破坏模式以剪切变形为主,局部有扭转和弯曲变形;结构破坏范围为上盘0.75D(D为管片环外径1.20 m),下盘0.50D;管片混凝土破坏主要发生在螺栓孔附近,地裂缝处纵向螺栓发生较强的剪切、扭转和拉伸变形破坏;管片衬砌结构变形破坏不对称,管片环向处于偏压状态;环缝拱顶错位量大于拱底和拱腰,拱顶最大错位量达30 mm(0.025D),模型难以适用地裂缝错动变形20 cm(0.166 7D),盾构管片衬砌结构不适用于地裂缝活动强烈的地质环境。     

地铁隧道穿越地裂缝带隧道围岩作用研究

地裂缝是一类特殊的城市地质灾害,主要分为地震裂缝和土体湿陷裂缝等。在地裂缝区域内修建地铁工程无疑会遇到地表沉降变形大、隧道衬砌结构变形异常的设计、施工难题,如果对地裂缝认识不足,易造成后期结构开裂变形,渗漏水等问题。依托石家庄某地铁工程实例,采用数值模拟法建立地裂缝模型,从围岩位移和应力两方面讨论、分析了地层上下盘变形对地铁隧道的影响规律,得出了隧道结构的受力特点及地裂缝地层隧道设计宜采用柔性连接分段式设计、预埋注浆管注浆的施工方法,降低了地裂缝对隧道结构的影响。     

大角度斜交地裂缝带盾构隧道变形破坏机制的模型试验研究

地裂缝是西安市最典型的城市地质灾害,其活动对城市地铁建设具有严重威胁,盾构隧道能否应用于地裂缝场地一直是工程界关注的问题。为揭示地裂缝活动对地铁盾构隧道的影响机制,文章以在建西安地铁8号线大角度(θ=75°)穿越地裂缝带为工程背景,基于1∶12几何比尺的物理模型试验并结合数值模拟,对大角度斜交地裂缝带的盾构隧道结构的变形破坏规律进行研究。结果表明：地裂缝错动作用下,大角度穿越地裂缝带的盾构隧道上盘管片拱顶受压、拱底受拉,下盘管片拱顶受拉、拱底受压;盾构隧道纵向整体表现为弯曲 扭动变形,管片衬砌在地裂缝上盘以拱顶内凹变形为主,在下盘以牵引变形为主,地裂缝位置及其附近的管片表现出竖向错动、轴向拉张与挤压以及水平扭转的三向变形特征;当地裂缝位错量达到s=24cm时,盾构隧道出现破坏,其破坏模式以剪切破坏为主,局部存在偏压破坏,且破坏大部分首先出现在螺栓附近;基于盾构隧道的破坏模式和范围提出隧道大角度穿越地裂缝带时的应对措施建议,对于未来100年内地裂缝累积活动量超过s=24cm的场地,地铁建设不宜采用盾构法通过。     

浅埋红层软弱隧道围岩破坏特性模型试验研究

软弱隧道围岩浅埋段在施工时极易出现较大变形和塌方破坏事故,已成为隧道工程施工中的难点。依托广(通)—大(理)铁路南华1号隧道工程项目,通过模型试验对滇中典型红层软弱隧道围岩的变性破坏模式及应力扰动特征进行了研究。研究结果表明:隧道开挖容易引起两侧拱腰处岩体与水平方向夹角成45°+?/2的区域内开始出现初始裂缝,并向上延伸至拱顶最终形成高度约为0.5倍洞径的塌落拱;隧道开挖将引起围岩应力重分布,在隧道周边形成一圈应力降低区,在其外侧是应力升高区,而岩体塌落区则位于应力降低区内;为减少围岩塌落破坏风险,一方面应尽早支护成环,另一方面宜对应力降低区岩体进行适当加固,并充分利用岩体的自承载能力。上述研究成果不仅可用于指导本工程的设计与施工,而且也可为今后类似工程提供借鉴和参考。     

小净距双洞隧道穿越断层影响带的空间效应研究

隧道及地下工程在近接施工过程中会产生空间效应的影响,主要表现为先行洞室对后行洞室开挖前的卸荷和后行洞室通过后对先行洞室的二次扰动,如不能有效控制空间效应对洞室开挖稳定性的影响,极有可能导致洞室支护结构的失稳破坏,引发工程事故。以在建成兰铁路柿子园隧道小净距双洞段为研究对象,通过对现场地应力、围岩强度和隧道变形的实测,并用FLAC3D对隧道施工过程进行模拟,计算隧道变形及锚杆、衬砌的受力,分析仰拱开裂及小净距隧道施工的空间效应影响,并形成相应的处理措施。     

基于数值评价的隧道衬砌裂缝成因分析与维修设计

地下工程衬砌裂缝是隧道工程常见病害之一。由于衬砌裂缝对隧道结构体受力、防排水等安全方面产生不良影响,有必要对裂缝成因加以分析并采取有效措施来降低裂缝对隧道的影响。以四川省某铁路隧道为研究对象,现场调查衬砌裂缝情况,分析隧道边墙纵向开裂原因。采用应力解除法对该隧道进行地应力测试,测点处围岩初始应力处于极高应力状态,分析得出高地应力作用是导致衬砌开裂主要原因。为检验这一推断,采用扩展有限元(XFEM)对该段衬砌结构性能进行数值模拟,根据XFEM得到破坏区域衬砌结构破坏演化、二衬安全系数,模拟结果与实际衬砌损伤形式一致。最后,针对隧道衬砌结构开裂提出一种具体的维修方案,根据数值计算结果及现场施作情况,验证所提维修方法的有效性及安全性。