隧道浅埋段施工过程监测技术

隧道浅埋段施工过程中围岩变形复杂,选取隧道拱顶竖向位移为研究对象,分析隧道浅埋段围岩竖向位移的监测方法,在阿拉坦隧道进行了实地监测,并建立有限元数值计算模型,分析隧道浅埋段围岩变形规律。结果表明:在0.6倍洞径范围内开挖对拱顶围岩竖向位移影响较大,达到总位移的61%~67%;与75 m范围内竖向位移比较,距离隧道中心1.2倍洞径处竖向位移几乎为零,围岩松动圈已延伸至地表,离隧道中心线越远扰动强度越弱。数值计算得出岩层及地表变化规律与现场实测基本一致。     

基于黄土隧道洞口浅埋段的Peck公式修正

黄土隧道洞口施工地表沉降开裂影响施工安全,以往采用Peck公式进行研究,存在预测精度等问题。为更准确地预测黄土隧道洞口浅埋段地表沉降,以临夏-大河家高速公路胡林家隧道为例,基于进口段实测数据,采用线性回归法对Peck公式进行优化。引入最大沉降量S_max修正系数α、降槽宽度i的修正系数β和隧道开挖进尺对最大沉降量影响的系数α₁,确定修正系数得出Peck修正公式。基于洞口浅埋段开挖进尺与最大沉降间的影响关系,发现埋深对S_max修正系数与沉降槽宽度的作用规律,构建黄土隧道洞口浅埋段施工参数对地表沉降关系模型。实测数据样本点分布在修正后的Peck公式上下限之间,修正后的Peck公式误差减少,对临夏等地区黄土隧道洞口浅埋段的适用性较好。     

浅埋风积砂质黄土隧道变形综合控制技术研究

在隧道施工前,应用数值模拟分析的方法,分析浅埋砂质黄土隧道施工力学效应和变形特征。根据浅埋砂质风积黄土隧道在施工过程中地表沉降量大和洞内施工安全风险大等特点,结合隧道实际监测数据,反演计算得到侵限段地质力学参数,为迈式管棚超前支护及径向迈式锚杆的全施工过程数值模拟提供计算依据,为控制隧道围岩变形提供数据支撑。计算结果显示,隧道侵限段地表最大沉降11.4 mm、最大拱顶下沉30.4 mm、最大水平收敛48.5 mm,隧道整体变形量减小,迈式管棚超前支护可以有效地提供纵向支撑,承受侵限土体压力、约束围岩变形和控制地表沉降,同时为支护侵限段钢拱架的安全拆换提供保障。研究结果表明:径向迈式锚杆、迈式管棚超前支护、环形支撑钢拱架和锁脚锚杆一起,构成了浅埋风积砂质黄土隧道主被动变形综合控制体系,有效地解决了浅埋风积砂质黄土隧道软弱围岩超前支护的难题。     

正削式隧道门围岩和衬砌应力计算及设计方法研究

对无明显墙式结构的正削式隧道门,现行规范没有现成的设计方法及结构检算模式。采用三维有限元数值分析方法,针对两种在洞口段的不同施工方法（明挖工法和暗挖工法）,对隧道门洞口段的力学特性及设计方法进行了研究。研究结果表明：洞口段长度取42 m进行整体设计比较合理;在洞口28 m范围内的浅埋段,拱顶围岩压力随着埋深的增大而逐渐增加,且暗挖工法产生的围岩压力最大,铁路规范计算结果次之,明挖工法产生的压力最小;采用明挖工法施工时,在纵向上,洞口段42 m范围内衬砌拱顶表现出纵梁弯曲特征,部分仰拱处于弯拉状态,内力呈空间效应,均需要对横、纵向内力进行结构检算;采用暗挖工法施工时,只需进行横向内力检算即可。在成洞条件允许的情况下,建议使用暗挖工法进行隧道洞口段施工,可有效改善隧道洞口段结构受力。     

河南省城市浅层地温场特征及影响因素分析

本文在大量钻孔测温资料的基础上,系统分析了河南省城市浅层地温场分布特征,分析了不同地貌类型城市恒温带特征。全区地下水恒温带深度平均深度24.8m,温度一般15.5℃~17.5℃;冲积平原区松散层恒温带深度最浅、温度最高,内陆河谷盆地区松散层恒温带深度最深、温度最低。近山前地带基岩浅埋区,地温梯度低;沿深大断裂带和构造隆(凸)起区,地温梯度高;济源—商丘断裂的新乡—延津段、内黄凸起和通许凸起地温梯度高。通过分析地温增温率特征和地温恢复能力,得出颗粒越粗地温恢复能力K值较大,富水性越强、水力坡度越大K值越大。对影响浅层地温场的多种因素的系统研究表明,该区浅层地温场受城市、人类活动、地下水流场、地下水埋深、构造、地下水补给、排泄等因素影响明显。     

济南西北部碳酸盐岩热储浅埋区热异常机理研究

为了探寻济南岩体北部碳酸盐岩热储浅埋地热异常区形成机理,利用地质钻探编录、抽水试验、测温、水质分析测试等手段,对碳酸盐岩浅埋地热异常区地质特征、热储物性特征、地温场特征、水化学特征等进行研究,结果表明：碳酸盐岩浅埋区热储层发育在奥陶纪灰岩地层中,热储层岩溶裂隙发育,热储埋深150~1000m,地热异常区盖层地温梯度为7. 2~11. 5℃/100m,水化学类型为SO4- Ca型,TDS为1. 3~1. 5g/L,地热水中含有对人体有益的微量元素,地热水来源为大气降水,地热水中50年以前入渗的“古水”占主导;明确了热源除正常的地温传导之外,济南岩体阻挡迫使水流深循环加热后上涌,断裂沟通深部热源等也是地热异常区形成的重要因素。     

高速铁路大断面黄土隧道深浅埋分界深度研究

郑州-西安铁路客运专线穿越西部黄土分布的主要地区,该线含大量单洞双线隧道,其开挖面积大于160 m2,跨度大于15 m,属于超大断面隧道。由于黄土的特殊性质以及开挖跨度与断面的增大,隧道围岩压力随埋深的变化尚不清楚,目前对该类型隧道的深、浅埋分界深度界定认识不统一。通过郑西线12座隧道地表裂缝与埋深关系的现场调查,初步确定了大断面黄土隧道的深、浅埋分界范围,指出小于11 m可作为超浅埋,40～60 m为浅埋与深埋分界深度,大于60 m为深埋;基于裂缝调查,按剪切滑移破坏极限状态理论对以上分界范围进行了理论分析与验证;精心设计现场试验,在浅、深埋等地段布置17个量测断面进行围岩-初期支护间接触压力的量测,发现实测围岩压力与界定的深浅埋计算结果吻合良好,表明所给深、浅埋界定范围正确。     

北京某垂直地埋管区地温场变化规律研究

为研究地埋管换热区地温垂向深度及平面展布特征,在室外分别布设了U型垂直地埋管和深度不等的观测孔,在典型深度安装了地温传感器,利用2期采暖及间歇期地温数据分析了地层背景温度、换热区及观测区地温变化。垂向上,在地埋管换热区内,恒温带以上地温受气温与埋管换热的综合影响;变温带地层各深度地温降幅与埋深呈正相关,最大换热深度120 m处降幅达5℃,原始地温是不同岩性地层温度降幅中较之岩土导热性及赋水性更为重要的影响因素。平面上,距地埋管5 m内的地温经取热后呈不同程度的降低,埋管换热监测区温降幅度约0.6℃,最大降幅并不固定于某一深度;距埋管距离越小,地温开始降低的时间越早,降低程度越大,且越难以恢复。     

厦蓉高速公路某隧道洞口段开挖对仰坡变形影响的数值分析

针对一座浅埋偏压隧道,采用FLAC3D对该隧道进口段进洞开挖进行动态施工三维数值模拟。基于围岩应力分布特征,仰坡坡面轴向和横向位移的变化特征,分析了偏压浅埋隧道洞口段开挖引起的仰坡变形规律。计算结果揭示：仰坡后缘下沉,前缘向洞心外有移动趋势;隧道开挖引起隧洞洞身附近岩体出现较大应力集中和变形现象,洞口段洞身以上仰坡坡面主要以竖向沉降为主,洞身两侧向洞内挤压。在此基础上提出了保证仰坡稳定和安全进洞的一些建议。     

隧道开挖爆破震动监测与控制技术探析

针对浅埋隧道埋深较浅,地表和衬砌结构受爆破震动影响较大,容易出现围岩结构失稳问题。依托某一隧道工程为对象,对隧道开挖爆破对隧道结构稳定性进行动力分析,并提出相应的隧道爆破震动控制策略。研究结果表明:浅埋隧道开挖施工过程中,拱顶部分产生最大拉应力,形成拉应力带,拱腰部位产生最大应力,并出现偏压现象,拱腰和拱顶部位产生明显的应力集中现象。隧道洞口段开挖中,以掌子面正上方为中心,震动速度沿隧道纵向地表逐渐下降,掌子面正上方震动速度达到最大,不同爆破孔结构中,掏槽孔爆破产生的震动效应最强。实际工程中,通过采用复式小楔形槽结构形式,利用同段雷管起爆延时分散性,控制爆破震动峰值和爆破效率,对隧道开挖爆破全过程进行震动观测来实现对浅埋隧道震动的控制和改进。     

青藏铁路隧道浅埋多年冻土区冻融特征分析

本文根据一个寒季末的地温观测资料，分析了昆仑山隧道的一个多年冻土沟谷地形的地温特征。采用数值模拟技术，模拟该沟谷地形地温变化情况，认为该区沟谷的冻融特征不同于非沟谷地形，其融化深度远大于该区的冻土上限，从而得出该冲沟存在一个未被冻结的通道；隧道工程对周边地温产生较大影响；最大冻结深度约10,受气温影响的最大融化深度不超过4m,本研究为再认识多年冻土区沟谷地形的冻融特征提供了一条途径。     

昆仑山隧道沟谷融区发育特征分析

利用多年冻土区昆仑山隧道2#冲沟帷幕注浆的机会,将注浆孔当作测试孔,测试每个孔的水位和孔温。通过测试孔水位、孔温和注浆量变化分析,判断2#冲沟融区发育特征,得出2#冲沟沟底的融化深度远大于通常的冻土上限;阳坡地温高于阴坡地温;在2#冲沟段,昆仑山隧道中心线左右至少7m范围内为融化区,融区深度在隧底25m以下;阳坡地层的孔隙率高于阴坡孔隙率,沟底岩层与地表有较为畅通的地下水流通道,沟底地下水渗流通道明显优于两侧山坡,沟心纵断面位置附近存在至少一条未被冻结的地下水通道,且该通道的埋置深度至少可达1730m,为昆仑山隧道渗漏水病害治理提供依据。     

求水山隧道下穿机荷高速段新奥法施工有限元计算

结合求水山隧道的暗挖法施工方案,对软土地区浅埋隧道下穿高速公路的施工过程进行了有限元模拟,以用于评价按该施工方案施工时对其上部高速公路的影响。由于该段隧道最小埋深仅4 m,且上部还有高速公路车辆荷载,因此,在设计时采用了新奥法结合管棚工法的方案。有限元建模使用平面应变单元,通过引入应力释放分析步和使用追踪单元等方法充分体现了新奥法的特点,并通过设置耦合和弹簧的方法实现了管棚工法的模拟,在计算中还考虑了开挖顺序和支护顺序的影响。研究结果表明：对于上部有荷载的浅埋暗挖隧道,控制衬砌的水平向变形能改善衬砌环的工作状态,因此,可显著减少开挖引起的隧道顶面沉降,新奥法结合管棚工法可较好地控制该类型隧道开挖引起的地表沉降变形。     

基于瞬变电磁法(TEM)的西昆仑地区多年冻土厚度探测与研究

多年冻土厚度对于多年冻土的区域分布和环境效应具有重要控制和指示意义. 应用瞬变电磁法(TEM)对青藏高原西昆仑地区的多年冻土下限进行了探测, 并结合钻孔资料分析了该研究区域多年冻土厚度的分布特征. 结果表明:研究区域多年冻土厚度随地形、地质条件的差异表现出显著的空间差异性. 沿着219国道从509道班到奇台达坂的高山峡谷区, 随着海拔的升高, 多年冻土从无到有, 而且, TEM探测到的多年冻土厚度从不到10 m到接近100 m, 平均厚度约为55 m; 自界山达坂向东到拉竹龙的低山丘陵区, 除部分区域发育融区外, 多年冻土厚度一般在50 m左右, TEM探测显示多年冻土平均厚度约为58 m; 进入甜水海盆地, 多年冻土厚度普遍超过60 m, TEM探测到靠近湖泊的盆地中心地带多年冻土平均厚度可达110 m. 多年冻土厚度随地温的降低呈显著的线性增加趋势, 10 m深度地温平均每降低1 ℃, 多年冻土厚度增加29 m. 多年冻土的厚度随海拔的升高显著增加, 同时局地因素对多年冻土的发育有显著影响, 其内在机制需要进一步研究.     

盾构法开挖隧道对桩基础影响的有限元分析

利用有限元软件ABAQUS,采用对隧道洞室周边及开挖面的土体施加由盾构机引起的各种荷载的方法模拟天津市地铁1号线盾构施工。计算结果表明,有限元模型能够很好地模拟盾构施工过程。利用此模型研究隧道开挖对桩基础的影响。隧道开挖引起的桩顶沉降、桩身侧移主要发生在盾构机推进面逐渐接近桩的过程中,当盾构机推进面通过桩所在的位置后桩顶沉降、桩身侧移增加不明显;与隧道水平距离相同时,由于长桩能够充分发挥桩身下部的侧摩阻力,隧道开挖引起的长桩的桩顶沉降小于短桩的桩顶沉降;隧道开挖过程中12 m长桩的桩身发生了整体倾斜,16、19 m长桩的桩身出现了弯曲变形,16、19 m长桩的桩身最大弯矩发生在地面下12～13 m之间,即在隧道轴线附近;开挖过程中桩顶出现沿隧道推进方向的往复位移;桩顶作用的竖向荷载越大,由隧道开挖引起的桩顶沉降越大     

近间距大直径公路盾构隧道施工相互影响分析

结合一外径11.36 m、近距段净距4.0～5.7 m的上海某公路盾构隧道土体和管片位移及应变的监测成果,就后建隧道施工对先建隧道的影响进行了分析。分析结果表明,盾构的推进使隧道间土体朝掘进方向和已建隧道方向侧移,沿深度的最大侧移量发生在隧道中心深度以上0.2D（D为隧道外径）左右;盾尾到达及管片脱出注浆工况阶段,隧道间土体及已建隧道临近面上拱腰处的侧移量达到最大;已建隧道管片呈现上部内敛、下部外扩的变形形态,且临近后建隧道面变形值较大。     

A new equation for estimating the maximum surface settlement above tunnels excavated in soft ground

Nowadays, due to urbanization and population increase, need for metro tunnels, has been considerably increased in urban areas. Common characterization of urban area tunnels is that they are excavated in very shallow depths and soft ground. In such excavations, main challenge for tunneling is low bearing capacity and easy deformation characteristic of the ground. Tunnel face instability and the potential surface settlement are the most hazardous factors that should be considered in all tunneling methods applied in urban areas. Incorrect estimation of the maximum surface settlement value can lead to irreparable damages to the buildings and other nearby structures. There are several published relationships concerned with field measurements and analytical solutions to estimate the amount of the maximum surface settlement value due to tunneling. These relationships are not precise for calculating the aimed values. Therefore, providing accurate equations for estimation of these values is certainly useful. First purpose of this study is to determine the effective parameters such as geotechnical factors (cohesion, internal friction angle, density, Young’s modulus and Poisson’s ratio), and engineering factors (tunnel depth, tunnel diameter and face support pressure) on the maximum surface settlement value. In this study, three metro project constructions namely Istanbul, Tehran, Mashhad in the Middle East were chosen. FLAC3D (Itasca Consulting Group 2002) was used for detailed numerical analysis. The second aim is to present better equations in estimating the maximum surface settlement-based actual data set from several tunnel projects and numerical modeling. The results from the new estimation equation are compared with results of empirical and field observations. The maximum surface settlement values obtained from the new equation have good agreement with the actual results for three different metro case studies.     

软土地区双线区间盾构隧道施工对周边地表以及建筑物沉降的影响

研究盾构隧道施工对周围地面以及建筑物沉降造成的影响,是软土地区盾构隧道安全施工和正常运营的基础课题。为了分析宁波轨道交通5号线同德路站—石碶站区间双线盾构隧道施工对周边地表和建筑物的影响,本文在建立盾构隧道动态施工过程三维有限元模型的基础上,基于地表以及建筑物沉降数值模拟结果与现场监测值的对比,分析了隧道开挖对隧道周围地表沉降与建筑物沉降的影响。结果表明,掘进完成时,开挖方向沉降槽往上行线隧道方向偏移、呈现倒梯形形态,横断面影响区域为距离双线隧道轴线中心小于3倍隧道直径;上行线在下行线开挖后并不会增加地表沉降,但增大了沉降槽宽度;下行线到达前产生的沉降占最终累计沉降的67%;当盾构掘进面刚到达建筑物时、建筑物的倾斜方向与盾构掘进方向一致,当盾构掘进面离开建筑物时、建筑物将沿着盾构掘进的反方向倾斜;建筑物两侧沉降值较中部沉降值降低了83%;双线贯通后建筑物沉降呈“U”形分布,最大沉降量发生在远离隧道一侧距建筑物中心0.5 m处。     

西安地铁隧道穿越饱和软黄土地段的地表沉降监测

以西安地铁一号线朝阳门站一康复路站区段饱和软黄土地铁隧道为研究对象,通过施工期现场地表沉降变形监测,分析了在饱和软黄土特殊地层条件下隧道浅埋暗挖法施工引起的该区段地表沉降变形规律以及地表沉降槽分布特征。结果表明：在饱和软黄土隧道开挖时,随着掌子面的推进,隧道顶地表沉降可分为沉降微小阶段、沉降显著发展阶段、沉降缓慢阶段和沉降稳定阶段;单线隧道开挖后的最大地表沉降量为18．89mm,双线隧道开挖后的最大地表沉降量为36．4mm;已开挖隧道对围岩土体的扰动作用使得后开挖隧道的地表沉降发展较大;双线隧道的地表沉降槽宽度接近单线隧道沉降槽宽度的2倍,因此可以将其近似为单线隧道地表沉降槽宽度与双线隧道轴线中点距离之和;单线隧道开挖后地表沉降槽宽度为8．4～9．3m,双线隧道开挖后地表沉降槽宽度为16．2～17．5m;隧道开挖施工的沉降槽宽度参数为0．435～0．467,单线隧道开挖后的地层损失率为0．765％～1．324％,双线隧道开挖后的地层损失率为1．231％～2．200％。     

Assessment of tunnel instability—a numerical approach

This paper outlines the application of numerical modeling to predict deformation and stability of tunnel to be excavated in Bansagar, M.P., India. To meet the ever-increasing demand of transportation, energy, and other infrastructure projects, a large volume of rock tunneling is being carried out throughout the world. The geotechnical properties along the route of the 1,800-m long tunnel in the Bansagar region of India have been studied. The rock mass rating and rock mass quality systems were employed for empirical rock mass quality determination. Numerical analysis for the stress–strain distribution of the tunnel excavation and support systems was also carried out. In order to simulate the excavation of tunnel (NATM) at a depth of 150 m below the ground , a series of finite element analyses using Mohr-coulomb elasto-plastic constitutive model has been carried out using PLAXIS 2D. The stability of tunnel has been analyzed, and stress pattern have been discussed.