降雨作用下浅埋隧道松散围岩塌方机制

为揭示降雨作用下浅埋隧道松散围岩塌方机制,基于突变理论,建立浅埋隧道塌方的尖点突变模型.考虑不同本构关系的隧道围岩组合,分别推导双层应变软化介质、单层应变硬化介质及应变软化介质组合的围岩失稳力学判据,分析诱发塌方的主要影响因素,揭示雨水入渗作用下浅埋隧道塌方机理.以马鞍山隧道为工程案例,运用地表沉降监测数据进行浅埋隧道塌方突变预测.研究表明,浅埋隧道塌方力学判据可有效用于塌方机制分析,用地表沉降数据预测浅埋隧道松散围岩塌方更为合理和符合实际.     

盾构隧道在不同施工工况中地表变形的模拟研究

为研究盾构隧道在不同施工工况中地表及自身的变形规律,本文建立了盾构隧道的有限元模型,对盾构隧道在不同施工工况下的开挖进行了模拟计算,即采用不同掘进顶推力施工时的地表沉降、隧道不同埋深情况下施工时地表沉降、开挖完成后地表作用大面积荷载情况下的地表沉降,以及隧道修建完成后地下水位变化后对盾构隧道变形等不同工况的模拟计算．结果表明：盾构的顶推力会导致其前方一定范围的地表土发生向上的隆起,并且顶推力越大,隆起变形和范围均较大．在相同顶推力作用下,埋深较大的隧道地表点的隆起变形和范围较小．地下水位上升会导致地表浅层土体发生回弹变形,并且下方有盾构隧道的地表的回弹值要比下方没有盾构隧道的地表的回弹值小;当地下水位从盾构隧道拱底逐渐升高到中心处和拱顶时,盾构隧道结构会出现竖向和侧向变形,并且水位越高,变形量也越大．     

盾构隧道下穿深圳滨海大道地表沉降监测与控制

以深圳地铁二号线后—科盾构区间下穿深圳滨海大道为例,利用有限差分软件FLAC3D对隧道开挖进行数值模拟预测,通过模拟预测的结果对引起地表沉降的隧道开挖变形和开挖应力场进行分析,提出严格控制土舱平衡压力和盾构推进速度、加强对盾构掘进姿态的控制、严格控制注浆压力和注浆量等措施。对滨海大道上布置的2个点位沉降观测断面表明,地表沉降各项指标均在理想的控制范围内,并得出地表累计沉降最大值均发生在中轴纵线,且距盾构隧道中线最远的点累计沉降量最小等沉降规律。     

基于遗传算法的浅埋隧道开挖地表沉降神经网络预测

分析了城市浅埋隧道开挖地表沉降的主要影响因素,并建立了基于遗传算法的神经网络浅埋隧道开挖地表沉降预测模型.使用有限元数值模拟正演算法获得神经网络模型学习样本,对模型进行学习训练.该预测模型在某市轻轨隧道地表沉降预测中进行使用,结果表明:基于遗传算法的神经网络对隧道开挖地表沉降的预测是可行的,预测结果比较准确,能较好地指导隧道施工,确保地表建筑物的安全.     

应力剪胀对浅埋隧道稳定性系数的影响

考虑剪胀对隧道围岩稳定性的影响,对浅埋圆形盾构隧道、浅埋两车道公路隧道和浅埋双线铁路隧道在围岩发生塑性流动时进行力学特征分析。分析圆形盾构隧道围岩的位移,塑性区分布和最大剪切应变率;计算圆形断面、双线铁路隧道、双车道公路隧道等3种不同断面形状隧道的稳定性系数,分析剪胀角对围岩稳定性系数的影响。研究结果表明：剪胀角对围岩位移的影响存在一个临界值;在围岩发生塑性流动时,塑性区随着剪胀角的增大而逐渐增加;剪胀角对围岩剪切破坏带和围岩稳定性系数都有较大影响;随着剪胀角的变化,隧道临界稳定系数也发生变化。     

高速公路连拱隧道开挖三维变形及沉降分析

通过对金丽温高速公路垟湾连拱隧道工程区的地质特征进行详细的分析和现场调查,系统研究了金丽温高速公路垟湾隧道开挖及加固全过程的围岩变形场及其变化特征,得出围岩在加固后变形值最大减少近30%的结论.对在不同开挖步中的地表沉降(Y向位移)进行分析,研究连拱隧道地表最大沉降部位横断面及纵断面的沉降规律,并分别建立对应的沉降预测模型,为破碎岩体中浅埋连拱隧道开挖地表沉降预测提供一定的理论依据.     

西安地铁盾构施工地表沉降影响因素研究

针对盾构施工过程中诱发的地表沉降量预测问题,将地表下沉视为一随机过程,运用随机介质理论对地表下沉量进行预测计算,将隧道周围的收敛量ΔR分为3个组成部分,即开挖面处应力释放引起的超挖量、偏心超挖量以及盾尾施工间隙.目的是为了在利用随机介质理论预测地表沉降量时,将盾构过后隧道周围的弹塑性位移对盾尾施工间隙的影响考虑进去,使得预测结果更加可靠.提出的计算断面收敛量的方法并结合随机介质理论预测得到的地表沉降数据和沉降曲线趋势与实际结果符合.并通过计算发现此二维弹塑性位移对盾尾施工间隙的影响不容忽视.考虑了盾尾弹塑性位移后的预测结果与实测结果更加接近.     

盾构掘进施工对地表沉降变形规律分析

以合肥地铁1号线某区间隧道为工程背景,利用有限差分软件 FLAC3D建立盾构掘进施工过程三维数值模型,分析不同掘进距离条件下地表沉降及围岩变形规律,确定了盾构掘进引起的地表沉降范围,并提出相应施工建议。结果表明：地表纵向沉降范围随着开挖面的推进而不断加大,其开挖面前方有效影响范围约为洞径的3倍;地表横向沉降变化规律和Peck沉降曲线的变化大体相同,采用Peck沉降曲线能较好的预测横向沉降范围;注意控制注浆量,从而减少围岩的变形。     

软岩浅埋连拱隧道施工围岩变形特征分析

为研究软弱破碎围岩浅埋连拱隧道施工过程中围岩变形特性,依托陕北某连拱隧道实际工程,通过现场布设监测仪器系统开展了拱顶沉降、围岩变形长期测试,获得了随施工过程拱顶沉降及围岩径向变形规律。结果表明：地表沉降近似于Peck沉降曲线,越靠近隧道中心地表沉降越大,最大沉降值产生于左线隧道开挖落底后,约为12.1 mm;拱顶沉降沿隧道纵向变化规律为：中导洞>正洞>左右侧导洞,中导洞表现为拱顶下沉,侧导洞则是水平收敛,上台阶施工因未临时仰拱封底而其收敛变形显著大于下台阶施工;随距隧道壁面距离增加,测点累计变形量逐渐减小,K21+970测试断面围岩松动区约2 m,因测线布置限制,K21+970测试断面松动区超过4 m。     

隔离桩对隧道开挖引起沉降的控制效能分析

为研究隔离桩对地表及深层土体沉降的控制效能,对Plaxis^2d中模拟隔离桩的实现方法进行分析,建立“隧道-隔离桩”相互作用有限元模型,研究桩长、桩径、桩顶埋深、桩水平位置以及隧道埋深等参数对控制效能的影响．结果表明,隔离桩对地表及地层深层土体沉降的控制效能不同,在设置隧道均匀径向收缩模式下,对地表而言桩长的影响最为明显,实际工程中应深入隧道底部,至少达到隧道半径,以保证对地表沉降的控制效果;隔离桩设置得离隧道越近,控制效能越好,尤其是对深层土体沉降的控制;桩直径在0.6～1.4 m内变化对隔离桩沉降控制效能影响不明显;埋入式隔离桩对地表沉降的控制效能与非埋入式相比差别不大,但对地层深层土体的沉降控制效能明显优于非埋入式;对于相同的隔离桩,隧道埋深越深,隔离桩对地表沉降的控制效能越低．隔离桩对一定范围的深层土体沉降控制效率基本为负值,说明隔离桩的设置反而加大了深层土体原有沉降,出现负面效果．研究结果可为隔离桩的设计施工提供参考.     

浅埋盾构隧道地基弹簧刚度的求解方法

把浅埋盾构隧道简化为半无限平面的挖孔问题,采用平面弹性理论的复变函数方法,推导了反应位移法中浅埋盾构隧道地基弹簧刚度的解析公式。设定不同的埋深和土体泊松比,计算了隧道周边的压缩和剪切地基弹簧刚度,讨论了隧道埋深和土体泊松比对刚度的影响,以及压缩和剪切地基弹簧刚度的关系。结果表明：浅埋隧道与深埋隧道的地基弹簧刚度存在差异;隧道埋深和土体泊松比对地基弹簧刚度的大小和分布规律影响很大;浅埋隧道的剪切与压缩地基弹簧刚度之比沿隧道周边变化。     

曲线盾构隧道掘进地表沉降计算模型研究

盾构隧道掘进过程中产生的地层损失和施工荷载是引起地表沉降的主要因素,曲线盾构隧道的非对称性使得掘进引起地表沉降规律更加复杂。基于直线盾构隧道掘进引起地表沉降的研究成果,考虑实际工程中隧道会由于自重而沉降到土体边界底部和曲线盾构隧道地层损失的非对称特征,建立了曲线盾构隧道掘进引起地表沉降的地层损失模型,同时将建立的模型与已有曲线隧道地层损失模型进行对比研究。结果表明:本文建立的地层损失模型引起的地表沉降变形值更大,受转弯半径的大小影响,当隧道转弯半径大于1000米后,曲线隧道与直线隧道地层损失引起地表沉降值变化较小,而当隧道转弯半径小于300米时,此时地表沉降值对隧道转弯半径的敏感性较高,文章建立的计算模型可以很好的体现出小转弯半径隧道引起的地表沉降值的影响程度更大;通过将两种不同地层损失模型引起的地表变形与实际工程进行比较分析,验证了文章建立的计算模型与实际数据更接近,误差更小,显示该模型能够较好地反映实际情况,研究成果为曲线盾构隧道掘进引起地表沉降分析和预测提供参考。     

超近距双线隧道旁穿建筑群的信息化施工风险控制

为减轻双线盾构隧道旁穿引起的建筑物沉降,采用FLAC^3D对不同施工方案的双线隧道旁穿建筑物引起的地层沉降进行数值模拟,对实施的右线隧道变线+左线钢环内支撑+双线花管注浆加固方案的施工参数进行优化,并进行相关的工程实测分析。 结果表明:原方案造成的建筑物差异沉降为26.5 mm,远超其10 mm的控制标准;采用排桩加固或右线变线后左线钢环内支撑和双线花管注浆加固方案均能使建筑物差异沉降满足要求;优化右线盾构参数可减轻对建筑物影响;施工荷载和注浆压力是后行右线影响先行左线受力状态的主要因素,采用实时监测的信息化施工是必要的。超近距离双线盾构顺利旁穿建筑物群,相关结果可为类似工程提供借鉴。     

基坑端头井联结隧道冻结过程应力应变分析

为分析冻结法对盾构隧道施工过程中的加固作用,以合肥市轨道交通2号线大东门站到达端盾构工程为依托,对无限大区域内单根冻结管稳态温度场公式进行推导,并根据工程实际情况建立了三维数值模型并进行热-力耦合计算。结果表明:冻结帷幕内温度场是以各冻结孔为中心圆形发展,各孔之间出现交圈之后再向四周发散;冻结法加固能显著降低由施工导致的地层沉降,降低幅度最大约为50%,加固效果较好;左线隧道较右线隧道后施工,其管片应力较大,应及时施作衬砌,尽快闭合支护体系,保证施工安全顺利进行。     

软土地层盾构掘进土体稳定性模型试验研究

针对软土地层盾构掘进周围土体稳定性问题,自主研制了TJ-TBM2015多功能微型隧道掘进试验平台,通过改变外壳直径以模拟地层损失,采用动力控制系统,微型隧道掘进机可以实现盾构隧道的连续动态机械开挖。基于试验平台进行了地表无超载、地表有局部超载和隧道临近穿越群桩基础3种工况的盾构隧道掘进试验,通过传感器监测不同工况掘进过程中地表沉降变形和隧道周围土体的应力变化,研究土体的稳定性特征,并进行横向对比分析。结果表明,隧道开挖引起的土体应力重分布主要发生在隧道中心1倍直径范围内;局部超载对土体稳定性影响有限,但超载会造成其所在位置附近地表沉降增大;群桩基础对地层起到了一定的加固和隔离作用。     

浅埋隧道施工方法的对比分析

隧道工程由于选用不当的开挖方法将会导致工期长、造价高等问题.以西施坡隧道浅埋段为研究对象,分别对大拱脚台阶法、交叉中隔墙法开挖过程中隧道围岩应力、位移变化进行数值分析.研究结果表明：交叉中隔墙法能有效地控制塑性区发展、地表沉降和拱顶下沉,其最大拉应力为0.82MPa,远大于大拱脚台阶法的最大拉应力0.07MPa.     

盾构掘进引起的土体附加应力场分析

利用弹性力学Mindlin公式,推导出盾构掘进面压力引起的周围土体附加应力计算公式.考虑剪切力的影响,运用圆孔扩张 剪切理论,计算了盾构刀盘切削土体在开挖平面内引起的二维应力计算公式.应用镜像法原理,推导了土体损失产生的三维附加应力计算公式.根据某盾构隧道实例,分析了上述3种作用力在土体中产生的附加应力分布规律.分析结果表明,掘进面压力引起的土体附加应力较大;刀盘切削土体引起的附加应力衰减较快,影响范围较小;土体损失引起的附加应力较大,且影响范围较广.     

含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性试验

针对含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性问题,设计制作了主要由模型箱、水循环系统、盾构隧道与开挖面模型、饱和地层模型和量测系统组成的试验装置。通过模型试验,量测开挖面逐渐失稳过程中的地层沉降和开挖面饱和土压力以及前方地层孔隙水压力。结果表明:渗流条件下,开挖面前方地层孔隙水压力,会因地层黏-砂比的增大而增大,且会随开挖面体积损失的增大而增大;渗流会使开挖面极限有效土压力明显增大,开挖面极限有效土压力与地层黏-砂比基本上呈线性增加关系;地层极限失稳范围主要取决于开挖面前方和后方以及横向的破裂角,其中,后方破裂角受地层黏土含量和渗流的影响不大;无渗流时,地层极限失稳范围会因黏-砂比的增大而增大,而有渗流时,地层极限失稳范围会因黏-砂比的增大而减小。研究成果改进了对含黏粒砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性的认识,可以为实际工程以及有关的稳定性极限分析提供参考。     

增湿条件下膨胀土隧道围岩的稳定性

增湿条件下,膨胀土的强度会降低并产生膨胀力,在两者的共同作用下,膨胀土隧道围岩稳定性会严重降低,有必要研究增湿条件下膨胀土隧道围岩的变形和衬砌受力.采用室内试验和数值模拟的方法对膨胀土隧道围岩稳定性进行研究,对不同含水率的重塑膨胀土进行剪切试验,得出摩擦角、黏聚力与含水率的拟合关系式,运用ABAQUS有限元软件对膨胀土...