软黏土地层盾构隧道开挖面稳定性离心试验研究

针对软黏土地层中隧道开挖面稳定性开展离心模型试验,由远程控制模型推进模拟隧道开挖面被动渐进破坏。通过数字图像处理分析技术对开挖面被动渐进破坏模式进行了探究,结合相应数值模型对比,分析了开挖面极限支护压力以及地表变形规律。研究结果表明:在开挖面被动破坏状态下,隧道仰拱处首先出现与水平方向近似成45°+φ/2向上发展的滑动破裂带,当其发展接近隧道拱顶时,拱顶滑动破裂带形成,两滑动破裂带呈漏斗状向上逐步发展至地表;随着模型向前推进,开挖面压力前期呈现线性快速增长趋势,随后土压力增速逐步减小,开挖面压力值最终趋于稳定,分析确定软黏土地层开挖面被动破坏状态下的支护压力可控制在1~1.9倍的静止土压力;开挖面被动破坏会引起前方地表产生隆起。     

纵向通风下隧道长度对临界风速的影响分析

临界风速可有效控制烟气蔓延,是隧道防灾通风重要参数。为分析隧道长度对临界风速的影响,采用量纲分析法构建临界风速与隧道长度关系公式,并分别在5 MW和30 MW火源热释放速率下,对不同长度隧道的火灾进行数值模拟以量化研究隧道长度对临界风速的影响。结果表明,隧道长度对临界风速具有影响,且不同火源释放速率时影响也有所不同:无量纲火源热释放速率小于0.15时,临界风速随隧道长度增大呈现1/41次方增长关系;无量纲火源热释放速率高于0.15时,临界风速随隧道长度增大呈现1/25次方增长关系。进而建立了考虑隧道长度的无量纲临界风速计算公式。     

高地应力隧道岩爆破坏特征物理模型试验研究

采用岩爆相似材料制作大尺寸物理模型,自主研制隧道开挖装置,进行二维应力隧道岩爆物理模型试验,研究高地应力条件下(侧压力系数λ=2)隧道围岩岩爆等脆性破坏特征。试验结果表明:隧道开挖后,围岩有较明显的压应变波动和突变现象,拱墙处局部出现拉应变;同时,声发射能量表现出剧烈增大现象,在应变、声发射特征这两方面均表现出高应力区隧道岩爆的征兆。高地应力条件下(侧压力系数λ=2),隧道拱顶和拱底压应力集中明显而最早发生破坏,拱墙出现拉应力作用,产生张拉裂缝。围岩脆性破坏从颗粒弹射开始,随后变为碎块剥落和裂缝扩展,其变形破坏特征表现出一定的岩爆特性。     

电力电缆隧道结构病害及检测评估方法探讨

电力电缆隧道是目前常见的城市地下空间利用形态之一,但是该类隧道的结构病害检测技术体系和规范尚不完善,影响了该类隧道的病害评定及相应处治。电力电缆隧道的病害类型主要包括隧道渗漏水、隧道衬砌裂损、衬砌结构腐蚀这三大类型,其中影响较大的为隧道渗漏水。在电力电缆隧道的检测工作中,需要结合电力隧道的工作环境条件、功能特点,明确检测的目的和需求,有针对性地调查和收集相关的信息和资料以制定检测方案。检测的内容可以划分为外观检查、结构安全性检查、结构耐久性检查这三大类内容,以便选取适宜的仪器和方法开展电力隧道检测工作。论文提出了确定电力隧道结构区段的分项评定标准及综合技术状况评定方法,并建议依据检测评定结果对电力隧道采取对应的养护措施。     

硬石膏岩膨胀特性试验及隧道抗膨胀衬砌设计

石膏质岩的膨胀机理复杂,膨胀时间漫长,其膨胀力对隧道支护结构破坏性极强。本文采用室内试验方法研究了硬石膏岩的膨胀力学特性,得出膨胀应力-应变曲线为凹形函数,膨胀应变-时间曲线为“S”型函数, 膨胀应力-时间曲线为指数型函数等规律。基于试验结果提出了可考虑时间效应的硬石膏岩膨胀变形计算公式,进而建立硬石膏岩隧道围岩膨胀变形、膨胀应力及时间的关系,用以描述隧道修建过程中膨胀应力应变的动态变化。并提出一种新型石膏质岩隧道抗膨胀衬砌设计,从主动和被动两个方面减缓石膏岩遇水致膨胀对衬砌结构的影响,为类似工程提供借鉴与思考。     

高海拔公路隧道施工期粉尘运移特性研究

为了确定不同海拔高度地区公路隧道施工期粉尘运动规律和粉尘质量浓度分布特性,依托巴朗山高海拔隧道工程展开研究。依据气固两相流理论,利用流体计算软件FLUENT,采用三维k-ε湍流非稳态离散相模型,对公路隧道施工期间粉尘质量浓度在隧道内分布特性及其浓度随海拔高度变化规律进行了三维数值模拟计算分析。研究结果表明:考虑湿度与不考虑湿度对不同海拔地区空气密度计算结果影响误差在0.3 %左右;粉尘在隧道内向洞口运动的动态过程中,最高浓度逐渐降低,在隧道内呈U型形态分布趋势,靠近隧道底部的粉尘浓度高于隧道顶部粉尘浓度;随着海拔高度增加,同一测点粉尘质量浓度随海拔高度以线性形式减小,粉尘浓度海拔高度修正系数可按K=-3×10^-5 h+1进行计算。     

盾构隧道管片衬砌壳-弹簧计算模型研究

针对现有盾构隧道管片衬砌计算模型存在的问题,对管片接头的力学特性进行了分析。认为管片的接头实际应包括管片接缝和对应手孔间的管片部分,采用点弹簧模拟管片接头力学特性实际上是夸大了端部管片的刚度。提出了基于壳-弹簧模式的管片结构的整体环-纵向非连续计算模型,改进了接头的模拟方法。该模型将管片接缝以及对应手孔间管片部分视为一个受力整体,其宽度约为对应手孔之间的弧长,并提出了该接头抗弯刚度的定义方式。由于该模型考虑了管片接头的整体性,计算得到的内力值比梁-弹簧模型计算结果更加准确,且可反映管片结构纵向的受力特征。     

逐级加载下浅埋软岩隧道动力破坏振动台试验

浅埋隧道围岩的质量普遍较低,整体稳定性差,隧道震害表明强震作用下浅埋隧道极易发生震动破坏。通过开展V级围岩条件下浅埋隧道在小震下的震动响应和逐级加载下的震动垮塌振动台试验,研究了小震作用下围岩加速度沿地层的分布、衬砌结构的内力变化和围岩内部的水平位移变化规律,强震作用下衬砌结构裂缝开展和围岩震动垮塌。结果表明:围岩加速度随距地表距离的减小而增加,地表加速度约为拱顶处加速度的1.63倍,相同高度平面内靠近隧道的围岩振动具有一定的加强;隧道拱顶围岩内部的水平位移大约是拱腰围岩内部的1.23倍,围岩内部位移随着远离隧道而逐渐减小,随着震动烈度的增加而不断增加;隧道拱顶上方垮塌区形状近似漏斗,震动引起隧道衬砌结构拱脚处的轴力和弯矩变化最大,且拱肩和拱脚处裂缝分布最多,应加强拱肩和拱脚处结构的抗震性能。     

管廊隧道开挖对上覆在建深基坑影响的三维有限元分析

以沈阳某盾构法综合管廊隧道下穿在建盖挖顺做法基坑为工程实例,在对工程实测数据进行分析基础上,利用小应变硬化本构模型进行三维有限元数值模拟研究,分析了盾构隧道下穿在建基坑引发的围护结构位移、水平支撑变形和基坑内既有结构变形。研究表明,利用小应变硬化本构模型可对盾构隧道下穿在建基坑问题进行较好的模拟;盾构隧道下穿基坑将引发围护结构顶部产生差异沉降;基坑内已施工完成的结构和水平支撑将发生"两边沉降大,中间沉降小"的上凸型变形;合理设计的立柱可有效控制盾构下穿引发的水平支撑沉降。     

邻近地铁隧道的软土深基坑变形实测分析

上海外滩596地块超深基坑紧邻地铁9号线区间隧道及一系列管线和建筑物。为控制基坑施工对周边环境(尤其地铁隧道)的影响,本项目设计采取分坑顺作、两墙合一地下连续墙、钢支撑轴力补偿体系、被动区加固、抽条分块开挖等系列措施。实测结果表明,远离地铁侧的地下连续墙最大变形为45.6 mm,邻近地铁侧地下连续墙最大变形为17.2 mm,邻近地铁隧道的最大隆起量为12.9 mm。所采用的设计方案满足了地铁的变形控制要求。