隧道锚固系统的协同作用及设计方法

基于隧道围岩的复合结构特性,阐明了隧道锚固系统协同作用原理,建立了锚固体系协同作用力学模型,得到了锚固体系与围岩相互作用的全过程解答。隧道围岩由内部稳定性较差的浅层围岩和外侧承载能力较强的深层围岩复合而成,锚杆通过"组合梁"或"压缩拱"效应形成"围岩整体结构",锚索则将此结构悬吊至外侧稳定的深层围岩,其协同作用核心为调动深层围岩承载;基于锚杆参数敏感性分析,指出增大锚杆长度、预应力以及布置密度可显著减小围岩变形,而锚杆直径对围岩变形影响较小,计算表明锚杆长度以穿过浅层围岩伸入深层围岩第1组结构层为宜,合理的锚杆参数取值具有明显的匹配效应;锚固体系协同作用本质为变形协调和荷载的合理分配,锚杆、锚索支护参数相互匹配时能充分发挥组合构件效能,提高围岩稳定性;将围岩变形量和支护协同度作为评价指标,建立了锚固体系协同效果评价体系,并提出了基于锚固系统协同作用的隧道锚固参数确定方法,通过具体算例验证了该文的合理性和可靠性。该文研究成果对隧道锚固系统的协同作用给出了全面认识,可为隧道和地下工程中锚固体系的定量设计提供理论依据。     

开挖面潜在超前破坏范围预测方法

 潜在超前破坏区位置和形状是影响开挖面稳定性的主要因素,合理地确定超前破坏区的位置和形状是开挖面稳定性分析首先要解决的问题。开挖面失稳破坏经历了一个“平衡态→突变失稳→平衡态”的非线性发展过程,可运用突变理论对其稳定性进行判断。因此,基于突变理论,综合运用二分法和曲线拟合技术,提出开挖面潜在超前破坏范围预测方法。首先,建立开挖面中心水平位移的尖点突变模型,根据相应的突变判据,采用二分法得出极限应力状态;然后,采取分区搜索的方式寻找潜在破坏区;最后,通过最小二乘的方法对离散点进行曲线拟合,得到开挖面超前破坏区的形状和位置。通过与相似模型试验结果的对比分析,验证该方法的正确性。方法克服以往预测方法对于边界条件苛刻要求,适用于深埋、浅埋条件下的超前破坏范围预测,更符合工程实际情况。     

基于现场监测数据的隧道围岩变形特性研究

 隧道变形是衡量隧道结构体系稳定性的重要指标,该指标可以科学、及时、可靠、便捷地反映隧道工程的安全性。在收集、整理我国103座山岭隧道836个拱顶沉降数据、806个水平收敛数据的基础上,系统分析围岩变形量、围岩变形稳定时间与围岩级别、隧道开挖面积等因素之间的关系。研究表明：隧道围岩变形数据主要集中在低值区间,中高值区间数据较少但分布范围较广,随着围岩级别增大,围岩变形值增大,数据集中区间增大,变形分布区间增大;隧道断面面积对隧道围岩变形影响较大,随着隧道断面面积的增大,变形值增大;实测数据表明,隧道围岩变形与隧道埋深并没有明显的联系;隧道围岩变形稳定时间主要集中在中低值区间,高值区间的数据相对较少,随着围岩级别增大,围岩变形稳定时间增大,分布区间增大。根据统计结果,提出不同围岩级别下,隧道变形的建议控制值以及变形稳定时间参考值。     

北京地区坑中坑工程地表沉降预测方法研究

坑中坑是非常普遍却未能进行系统研究的基坑工程问题,其自身形态的多变性不但给设计、施工带来了一定的难度,更增加了其影响范围内地层变形的复杂性。通过对虚拟开挖线和功能土体的假设阐述了坑中坑周边地层变形产生差异的原因及其力学机制;结合地层损失法和相关的经验公式提出了适用于北京地区坑中坑工程的地表沉降曲线及最大沉降值的预测方法;在此基础上将之与数值模拟法及经验公式法进行比较,分析了所提预测方法的合理性与适应性,并得出了坑中坑周围地表沉降对内坑开挖深度最为敏感的结论。研究成果可以指导北京地区及其他地区同类基坑的设计与施工,对防止工程事故、避免资源浪费意义重大,同时也为城市坑中坑工程建设对周边环境影响的精细化控制提供了参考。     

应用核磁共振测井资料评价气层

介绍了核磁共振测井的原理及识别气层的方法,并给出了应用实例。该测井技术弥补了常规测井资料进行气层评价时,无法确定储层中是否含束缚水、束缚水的体积、可动流体的体积以及渗透率大小等缺陷。能较准确地计算孔隙度和渗透率,以便更准确地划分产层和干层、产层和水层,提高含气砂岩的测井解释精度。     

软弱破碎围岩隧道超前支护确定方法

 如何合理确定超前支护类型及参数范围是保证软弱破碎围岩隧道施工的关键问题。针对该问题,提出包含施工安全性评价、超前支护方式选择、超前支护参数确定3个方面的隧道超前支护确定方法。首先,对隧道围岩的变形预测值 和控制标准值 进行比较,判断是否需要采用超前支护措施;进而采用工程类比法初步确定可能采取的超前支护方式,对采用超前支护后的隧道围岩变形预测值 与控制标准值 进行比较,选择满足变形控制标准的超前支护方式;在此基础上,对超前支护参数的敏感性和加固有效性进行分析,并制定出支护参数的上限值和下限值。将该方法成功应用于贺街大断面高速铁路隧道施工中,弥补了以往经验设计方法的不足,为定量化确定隧道超前支护提供一种思路,对软弱破碎围岩条件下隧道安全施工的理论研究和工程实践具有一定指导意义。     

软硬不均地层中盾构施工引起的地层隆沉预测

将刚度当层法与Mindlin基本解相结合提出双层弹性体系下盾构施工引起地层隆沉的计算方法,该计算方法可以同时考虑开挖面处不平衡力、盾壳–土体间摩擦力、盾尾同步注浆压力、二次补偿注浆压力、施工期间地层附加荷载及地层损失6个施工因素对地层隆沉的贡献,同时可以反映上下地层刚度差异对地层隆沉的影响。研究发现,当盾构浅埋时,其在上下刚度不均地层中掘进引起的地表隆沉与其在单一软或单一硬地层中掘进引起的隆沉差别较大;当盾构埋深逐渐增大时,这个值逐渐接近盾构在单一软地层及单一硬地层中掘进引起隆沉的平均值,此外研究发现,二次注浆范围从全断面至未注浆变化时,地层的隆起值先增大后减小最后变为0,当注浆范围为上半断面时,注浆补偿效果最好。从京张高铁清华园隧道的实测数据与理论计算对比分析可以发现:提出的双地层模型可以较好地反映开挖面前方地表的隆起及开挖面后方先沉降后隆起再稳定的规律,且比基于单一地层模型采用加权平均法计算得到的隆沉值更接近实测值,计算误差可减小11.08%。研究成果可为盾构在单一地层及软硬不均双层地层中施工引起的地层隆沉的预测提供理论指导。     

高速铁路隧道初支、二衬间接触压力研究

 为了系统研究高速铁路隧道二次衬砌力学特性,依托贵广、兰渝、京沪铁路多个典型高速铁路隧道工程,对不同级别围岩条件下初支、二衬间的接触压力进行现场监测。通过分析指出：初支、二衬间接触压力在二衬拆模时最大,此时二衬结构受力最不安全;二衬所受的荷载实际上是初支传递过来的围岩形变压力,与规范中采用松散体高度计算得到的松动压力是不同的;通过分析不同级别围岩条件下规范荷载和实测荷载作用下二衬结构的安全性可知,规范荷载作用下隧道结构最不利位置一般在拱顶,而实测荷载作用下隧道结构最不利位置往往在局部应力集中处,且实测荷载作用下二衬的安全性要远高于规范荷载下的情况。因此通过支护时机、支护措施以及必要时辅助工法的施作可以实现初支(和围岩)承受全部荷载,二衬结构作为安全储备。研究结论对深入了解高速铁路隧道二衬的受力特点,更加科学合理地设计二衬具有一定参考价值。     

北京地区深基坑墙体变形特性研究

为明确北京地区深基坑开挖引起的墙体变形规律,对北京地区37个明挖顺作法基坑案例进行统计分析,并将分析结果与国内外类似工程进行对比。研究表明：(1) 墙体最大侧移主要为5～25 mm,所占比例为79.2%,大于30 mm的基坑较少,仅占13.5%。(2) 钻孔灌注桩深基坑开挖引起的墙体侧移表现为“中凸形”形,最大侧移距地表9～13 m,且基本位于0.58H±5 m范围。(3) 复合土钉墙基坑墙体侧移模式为“三角形”,最大侧移位于墙顶,沿墙身往下逐渐减小。(4) 所有基坑最大侧移为0.04%H～0.218%H,平均值为0.103%H。最大侧移随开挖深度、长宽比的增大而增大。(5) 最大侧移随插入比、支护体系刚度的增大而减小,当插入比大于0.6时,增大插入比对减小基坑变形效果不明显。研究成果可对未来北京及其他地区同类工程变形大小及安全性做出预测和评估,可指导设计与施工,对防止基坑事故、避免资源浪费具有重要意义。     

东濮凹陷马厂地区油气成藏机理分析

为了理清马厂地区油气成藏机理特征,通过对马厂地区原油饱和烃、芳烃、非烃及沥青质等资料的分析,得出马厂地区存在2大类原油,2类原油均为成熟原油,但原油的成熟度存在高低。整体上,构造顶部的原油成熟度偏低,构造翼部的原油成熟度偏高;原油成熟度自构造顶部到构造翼部呈逐渐增大的趋势。通过对该区的烃源岩特征、断裂发育史、油气充注史等资料的综合分析,认为马厂地区构造顶部原油的成熟度主要与马东断裂的有序活动引起原油的有序充注有关,构造翼部原油的成熟度主要与东营构造时期的剥蚀厚度及后期沉积厚度大小有关。