深埋黄土盾构隧道围岩压力解析

随着盾构隧道工程的发展,越来越多的深埋黄土盾构隧道逐步出现.对其围岩压力进行准确计算对衬砌设计及服役期的安全评价具有重要意义.围绕深埋黄土盾构隧道围岩压力的计算,考虑盾构隧道衬砌与围岩的径向变形连续条件,基于芬纳公式,推导了盾构隧道衬砌内力、围岩应力及围岩变形的解析解;引入黄土结构性参数,给出了适用黄土盾构隧道的围岩压...     

黄土深埋大直径盾构隧道围岩压力研究

为研究黄土深埋大直径盾构隧道围岩压力,引入黄土的结构性参数对芬纳公式进行修正,基于围岩与衬砌间的相互作用关系求解了围岩塑性区半径表达式,给出了黄土深埋大直径盾构隧道围岩压力的计算公式。并以某黄土深埋大直径盾构隧道为例,分析了应力比结构性参数对围岩压力的影响,并将三维有限元数值计算与理论分析结果进行了对比。结果表明,围岩塑性区半径和作用在管片结构上的围岩压力随着应力比结构性参数减小在不断增大;盾构掘进后围岩压力的最大值与黄土结构性参数为1时的围岩压力理论计算值比较吻合,盾构施工扰动会导致黄土结构性减弱。最后给出了黄土盾构隧道施工与管片设计的建议。     

鲍家河黄土隧道施工病害整治

通过鲍家河隧道施工中对黄土围岩的工程整治实例，分析了黄土隧道变形机理，提出了处理黄土围岩应采取的整治措施及施工技术。     

饱和土中考虑衬砌界面排水的浅埋盾构隧道开挖影响分析

盾构隧道施工引起的环境土工效应分析一直是隧道及地下建筑工程领域中研究的热点问题。由于目前该领域较少考虑饱和土质以及隧道衬砌与土体间界面排水工况所带来的影响,尤其是较少针对隧道施工长期变形影响以及衬砌应力进行解析分析。由此基于隧道开挖椭圆化变形模式,考虑衬砌界面完全排水以及完全不排水两种工况,提出了饱和土中浅埋隧道开挖引起的地层长短期变形和隧道衬砌应力计算方法。结果表明:椭圆化变形模式对地层短期变形和长期变形的影响均较明显,在此条件下得到的位移曲线与实测值吻合较好。在计算衬砌内力时,衬砌轴力和弯矩整体关于90°/270°轴即隧道竖轴线严格对称,其中轴力沿圆周呈上大圆下小圆的倒“8”字形分布;而弯矩沿圆周呈上下圆基本一致的“8”字形分布,其中下圆稍大。土质和界面排水条件显著影响衬砌内力值的大小,其中饱和土长期排水工况下衬砌内力值一般大于不排水工况解,且其与饱和土短期不排水解相比差距明显。分析成果可为正确预估饱和土浅埋盾构开挖变形提供一定的理论依据。     

兴旺峁隧道黄土区段施工技术

黄土土体强度低,自承能力小,为防止黄土隧道出现塌方等事故,兴旺峁隧道V级围岩黄土地层采用三台阶预留核心土法,人工风镐配合机械开挖,尽量减少对围岩的扰动,对地下水的处治采取以堵为主、堵排结合,减少地下水对施工的影响。以监控量测指导日常施工管理,拟定控制隧道变形措施,辅以快速施工方法,使断面及时闭合成环,有效控制沉降。     

浅埋隧道洞口施工方法研究

浅埋隧道由于洞口处于浅埋地段,并且围岩破碎软弱,隧道口部成洞较困难,如果隧道轴线与山体或岩层走向斜交,山体对洞口形成偏压,则隧道口的施工就更加困难;本文结合粤赣高速公路粤赣交界(上陵)至河源(埔前)段龙祖山隧道洞口的施工过程,对施工过程中出现的问题和采取的措施进行了介绍,对有关的施工方案进行了比较,提出了浅埋隧道施工过程中应注意的问题。     

碎块石土堆积体中的隧道施工技术

为了保证在碎块石土堆积体中的隧道施工安全和顺利进行,在坚持“减少对围岩的扰动、先护后挖、密闭支撑、边挖边封闭”的施工原则下,针对工程的具体情况,采取了地表预注浆、洞口护拱和仰坡、开挖支护和防排水以及二次衬砌的施工技术。     

大断面饱和黄土隧洞成洞条件研究

针对南水北调中线穿黄连接段大断面饱和黄土隧洞的成洞条件问题 ,应用岩土工程软件FINAL对几种可能的方案进行了施工仿真试验研究。研究结果表明 :①新奥法施工方案在该大断面高水头饱和黄土围岩中能够成洞 ;只需紧跟掌子面喷护 ,挂网 2 5cm加系统锚杆形成柔性支护圈即可维持围岩稳定 ;②双洞中心相距 2 .5倍洞径时应力与变形的相互影响小于 5 % ;③双洞合一的掏槽一次永久衬砌方案也可成洞 ,且施工技术要求最低 ,但洞周变形最大 (约 1 40mm) ;④双洞合一的预制混凝土超前压桩衬砌方案虽施工工艺复杂 ,但却能最大限度的限制围岩变形 (最大沉降小于 1 0mm) ,在重要建筑物底下穿过时 ,可能是首选方案。     

湿陷性黄土隧道的工程性质分析

黄土隧道往往具有特殊的湿陷性黄土围岩和干旱半干旱气候地区特殊的地形地貌及地质环境,对隧道结构构成了潜在的不利影响。在对湿陷性黄土隧道修建和运行中工程特性认识的基础上,首先,根据地形地貌、地层结构、侵蚀发育、地下水条件和黄土浸水水源,进行了隧道的岩土环境等级和浸水等级划分,以及湿陷性黄土隧道的环境等级划分。其次,给出了隧道黄土地基湿陷变形量的计算分析方法,依据黄土地基湿陷变形不均匀沉降对衬砌结构的作用影响,以及列车运行对路基沉降变形的控制标准和建筑地基湿陷变形对结构的作用影响,确定了隧道湿陷性黄土地基等级的划分标准。最后,考虑到现行《湿陷性黄土地区建筑规范》适用的局限性,结合湿陷性黄土隧道的工程特点,针对隧道施工过程中围岩稳定性和湿陷变形对衬砌结构影响的两个重要问题,相应的提出了隧道地基湿陷性变形的评价方法和围岩压力的确定方法;由竖向压缩应力系数确定湿陷压缩应力,结合试验得出的湿陷系数计算隧道下地基土在实际压缩应力条件下的湿陷变形量。在考虑黄土结构性的条件下,利用太沙基公式计算隧道围岩压力,得到了围岩压力随黄土构度的变化关系。     

黄土地层盾构隧道施工的掘进试验研究

 黄土是一种典型的非饱和结构性土,其强度与土体结构特征密切相关。黄土地层中盾构法隧道施工开挖面稳定性受施工参数影响较大,控制不当容易造成开挖面土体松动或坍塌,严重影响隧道结构安全及周围环境。针对我国首次在黄土地层中修建的地铁盾构隧道西安地铁2号线,采用自主研制的土压平衡式模型盾构机开展室内掘进实验,研究黄土地层条件下盾构掘进对地层的扰动情况以及盾构施工关键参数的匹配问题。研究结果表明,黄土地层中盾构掘进引起的地层横断面沉降曲线与黏性土地层存在差异,曲线形式具体表现为下部呈深V型、上部区域呈缓和的盆状,并得到地层损失率K和地表沉降槽宽度系数i;地表位移时程曲线具有突变性,存在明显的三阶段特点;盾构顶推力的变化直接影响隔舱土压力的变化,掘进过程中隔舱土压力和出土率表现出一定的随机性,出土率有随顶推力的增大而呈减小的趋势,并与推进速度成反比。     

地表预注浆加固公路隧道浅埋偏压破碎围岩效果分析

 针对广福隧道一段浅埋偏压破碎围岩的实际情况,为提高围岩强度,降低围岩的通透水性能,改善隧道成拱的作用,进而达到保护水资源、保证工程安全之目的,提出了采用水泥单液浆和水泥水玻璃双液浆的地面高压预注浆处治措施,并通过数值计算和现场试验详细分析了处治效果。综合分析表明：注浆处理后,围岩完整程度和强度明显提高,隧道断面净空收敛和拱顶下沉稳定速度较快,最终变形值较小,初期支护和二次衬砌整体受力特征得到很大改善,注浆处治效果非常显著。     

圆梁山隧道在高水位条件下支护结构体系研究

采用围岩与结构共同变形的计算模式，优选出圆梁山隧道在高压涌水条件下的合理支护结构形式。通过对圆梁山隧道注浆加固圈单独承载稳定性分析，拟定出圆梁山隧道所需加固圈的最小尺寸为3m。通过对38种工况模型的弹塑性数值计算，找出了在满足相同结构安全度要求K=2．4条件下，随着注浆加固圈厚度增加，可相应减薄二次衬砌所需厚度的关系曲线。此外，研究结果还表明，提高注浆水平能较大程度地减弱支护结构参数。因此，改善注浆水平是有很大意义的。     

Rational permeability coefficient of a permeable lining for composite tunnel lining structures

 Various factors influence the tunneling are simplified considering the axial symmetry of the composite lining structure. The analytical expressions for the seepage field,stress,and displacement in the surrounding rock and those for the grouting circle,permeable lining,and ordinary lining are obtained according to the principle of effective stress. The seepage discharge,plastic zone,stress,and displacement around a tunnel affected by the different permeability coefficient ratios between the permeable lining and surrounding rock are studied. The reasonable value of permeability coefficient for the permeable lining are discussed. The results show that the grouting circle controls the tunnel seepage discharge well and has a reasonable permeability coefficient and an optimal radius. The grouting circle controls the plastic zone development in the surrounding rock,i.e.,the thicker the grouting circle,the smaller the plastic zone in the surrounding rock. The tunnel seepage discharge and the effective stress in the grouting circle and lining increase gradually with the increasing of permeability coefficient ratio and tend to be stable after the ratio reaches 0.1. Comprehensive analysis on the factors such as the stability of tunnel seepage discharge,the plastic zone of the surrounding rock and the stress around the tunnel indicates that it is relatively reasonable for the permeability coefficient ratio to be greater than or equal to 0.1.     

盾构隧道施工力学性态模拟及工程应用

针对盾构隧道的施工阶段、注浆材料及管片接头的特性提出了有限元模拟方法.在有限元分析中考虑了盾构衬砌接头的转动效应和盾尾部位注浆材料在施工中由液态向固态转化的凝固过程,并采用作者提出的梁-接头不连续模型与注浆材料的变刚度等效法来模拟其力学变化.将建立的施工模拟有限元软件应用于大阪地铁7号线盾构隧道施工的力学分析中,并对在均布和非均布注浆压力下,土压力及衬砌内力的计算值与实测值作了比较分析,发现非均布条件下的计算值较均布条件下的计算值接近于实测值.     

Deformation control method of a large cross-section tunnel overlaid by a soft-plastic loess layer: a case study

This paper presents a case study of a large cross-section high-speed railway tunnel overlaid by a Q₂ soft-plastic loess layer. Due to poor engineering properties of the soft-plastic loess, two unexpected collapses occurred. This indicates that there is great difficulty and risk during tunneling. In this paper, the deformation control methods are studied by carrying out a series of numerical simulations and then validating via field tests. The stress and seepage coupling equations are deducted to embed into a 3D fluid-mechanical coupled numerical analysis. The results show that the curtain grouting scheme can effectively control the deformation of surrounding rock, and the real field data of settlement and horizontal convergence are 152 mm and 37 mm, respectively. However, the tunneling advance rate is slow (0.6 m/day) in trial sections because of the mutual interference between construction procedures. It can be used as an alternative scheme for lager deformation. The advanced drainage scheme can lower the ground water table below the excavation outline. The average water content of soft-plastic loess decreases from 26 to 22%, and the state of surrounding rock changes from soft plastic to hard plastic. The in situ settlement and horizontal convergence are 165 mm and 51 mm, respectively. Finally, it is proposed to use advanced drainage in combination with advanced small pipe grouting as a follow-up construction scheme. The successful completion of the whole tunnel proved the effectiveness of the proposed method.

     

高压富水区限排隧道围岩与衬砌水压力场研究

以穿越重庆市中梁山高水压岩溶区的石板隧道为例,采用有限元稳态渗流分析方法,对地下水控制排放下隧道衬砌周围与围岩内的水压力场进行了研究,分析了半包防水与全包防水条件下衬砌上的水压力分布规律,以及全包防水条件下注浆与否围岩内的孔隙水压力特征。研究表明:(1)采用全包防水,不但可以改善隧道的防水条件,而且可以缓解仰拱的水压力,这对于隧道衬砌的耐久性是有利的;(2)隧道排水率对隧道衬砌周围的水压力有显著影响,当地下水较丰富时,注浆可使隧道排水率增加、衬砌压力减小;(3)围岩注浆可以减小隧道排水对围岩水压力的影响范围,且孔隙水压力在注浆圈范围内变化梯度很大。     

复杂条件下地铁隧道马头门施工技术与监测分析

 地铁隧道马头门是整个隧道结构的薄弱环节,在复杂条件下施工时容易发生拱顶坍塌或引起地表及周围构筑物的过大沉降。以深圳地铁5号线怡景路站～黄贝岭站区间隧道的马头门工程为例,介绍马头门工程的施工技术和监测方法。施工经验及监测分析表明：(1) 采用二重管注浆、中空锚杆注浆、大管棚支护、小导管注浆相结合的支护方法并根据监测结果进行动态施工,能有效地控制地表及周围构筑物的沉降;(2) 二重管注浆对地下构筑物及周围土体的加固具有明显作用;(3) 管棚施工法简便快速,能防止拱顶大面积坍塌,但可能导致土层失水,引起地表沉降;(4) 开挖时快速封闭支护结构是控制马头门洞内水平收敛的有效途径。     

复杂隧道围岩安全性及其评价方法

 在对国内外现行隧道围岩分级方法分析的基础上,指出了其在隧道工程设计和安全性控制,尤其是复杂围岩控制设计方面存在的突出问题,认为现行的隧道围岩分级概念模糊,难以适应复杂多变的地层条件和较为严苛的环境控制要求,尤其是对稳定性较差的复杂围岩条件缺乏有效的指导作用。从隧道围岩控制的宗旨出发,提出了隧道围岩及其支护系统安全性的概念,明确了其科学内涵和表征方法;重点对于不具备自稳能力的复杂围岩安全性进行了研究,建立了隧道围岩安全性的分析模型,提出了隧道围岩安全性分析中应考虑围岩预加固效果的必要性及其评价方法;基于隧道围岩尺度效应和地层结构效应(时间效应)的分析,建立了围岩尺度响应的表述方法,同时从细观结构层面分析了不同地层结构形式对安全性的影响关系;结合“支护–围岩”动态作用关系的分析,建立了极不稳定地层条件下复杂隧道围岩安全性的评价指标体系,将围岩超前变形、超前破坏和地层加固有效性作为核心评价指标,形成了包括9项基础指标的评价体系,并提出了安全性的分级方法。最后介绍了隧道围岩安全性的分级方案的工程应用。     

双线盾构隧道施工过程相互影响的数值研究

首先针对双线盾构隧道施工特点,建立了考虑切口水压、土体的扰动、盾尾释放位移、盾尾注浆体的硬化效应,能够进行动态模拟的三维弹塑性有限元模型.然后采用该模型进行双线盾构隧道施工过程的数值模拟分析,计算结果与现场监控量测数据做了对比分析,验证了作者所建立的双线盾构隧道施工过程数值模型的适用性,并总结得出近间距隧道的施工中,后建隧道对先建隧道的影响规律,以及后建隧道自身相对与单条隧道时的变化规律.通过对平行隧道盾构法施工不同参数的对比研究表明,隧道间距是控制两隧道相互影响的最主要因素,地层损失率次之,然后是土体弹性模量.而隧道埋深、切口水压、盾尾注浆压力对两隧道相互影响的作用较小.通过对重叠隧道盾构法施工不同参数的对比研究,分别得出了两种开挖类型的重叠隧道相互影响的规律.从减小隧道间相互影响出发,证明了下伏隧道先行开挖优于上覆隧道先行开挖的情况.