挤压式盾构隧道施工引起的地表移动及变形

视挤压式盾构施工隧道引起的地表移动为一随机过程,应用随机介质理论对所引起的地表移动和变形进行了分析。工程实例分析表明,该分析方法效果良好。     

地铁双隧道施工引起地表沉降及变形的随机预测方法

地铁施工引起地表沉降及变形的预测和控制是一个有待于深入研究的重要课题。地铁区间隧道大多为近距离的双孔平行隧道,两隧道开挖引起的地表沉降及变形往往相互叠加,导致沉降及变形预测更加困难。以随机介质理论为基础,对预测公式进行了改进,实现了双孔平行隧道施工引起的地表沉降、水平位移、水平变形、倾斜、曲率预测,研发了城市隧道开挖引起的地表沉降及变形预测系统。对多处双孔平行隧道工程进行了理论预测与验证,实测沉降证明了理论方法与预测系统的科学性和有效性。     

随机介质理论预测斜巷道开挖引起的地表变形

针对斜巷道开挖会对地表产生不同的地表移动与变形问题,采用随机介质理论,推导出了巷道半圆拱形开挖断面引起的地表移动与变形公式。分别对一斜巷道的不同剖面位置进行了地表移动与变形的计算,得到了不同位置地表的最大下沉、最大倾斜、最大曲率及最大水平变形值,分析了不同巷道位置对地表的影响范围。计算结果可为电厂工程的规划设计提供一定的指导。     

地下管道施工引起的地表变形分析

铺设地下管道时不可避免的会扰动周围地层以及造成地层损失,进而造成一定程度的地表变形,如地表沉降、地表水平变形及倾斜等。本文根据随机介质理论,分析了地下管道施工引起地表变形的原因并提出了地表变形的理论计算模型,用MATLABGUI编写了相应的计算界面,定量计算地表变形程度,为铺设地下管道的设计及施工提供科学的指导及参考。     

双洞隧道施工引起地表移动的多参数反分析研究

应用随机介质理论计算隧道开挖引起的地表移动是目前广泛使用的方法,在关键参数的取值上反分析是最有效的手段。在双洞隧道的反分析问题上,通常认为2个隧洞的参数相同而采用双参数反分析,但这种做法不利于反映实际情况,为此文中提出为每个隧洞引入各自计算参数进行多参数反分析。实际算例表明,双洞4参数的分析结果优于双参数的分析结果。但是,4参数反分析问题复杂性大大提高,传统的模式搜索方法不能很好地搜索到最优参数。为克服该问题,采用单纯形混合加速遗传算法作为双洞隧道4参数反分析问题的求解方法。实际的应用及测试表明,该方法能高精度的、稳定的搜索出全局最优参数。     

考虑温度相关冻胀率的浅埋隧道冻结法施工地表变形计算

地表冻胀变形是评估浅埋隧道水平冻结施工引起邻近既有结构力学响应的关键因素。现有研究无法合理考虑冻结壁不均匀温度场导致冻胀率的空间差异分布,为克服上述不足,结合随机介质理论和叠加原理,引入折算热膨胀系数的概念,在热弹性力学框架下提出了一种单圈管水平冻结施工引起地表冻胀变形分布的计算方法。结合工程实例,分别应用本文方法、传统方法、有限元法计算了单圈管冻结引起的地表变形分布,并与观测值进行对比分析,以表明本文所提方法的合理性与适用性。最后,分别探讨了冷媒介质温度、隧道中心埋深及冻结锋面扩展系数ε对水平冻结施工引起地表冻胀变形分布的影响规律。结果表明,冷媒介质温度越低,地表冻胀变形总体呈增大趋势,对隧道中心正上方土体变形影响显著;隧道埋置深度越大,最大地表冻胀变形减小,影响范围也逐渐减小;ε越大,最大地表冻胀变形及影响范围均增大,但增大幅度不明显。本研究可为浅埋隧道水平冻结施工技术在高风险地下工程领域的应用提供参考。     

镜儿泉矿区地下开采引起地表变形规律的研究

研究并控制金属矿山开采所引起的地表沉降意义重大,但由于受到矿区地质条件、地应力场、开采方式等多重因素的影响,使得研究具有很大的难度。新疆哈密市镜儿泉矿区前期采用浅孔留矿法进行开采,对上覆岩体造成了巨大扰动,后期采用充填法进行开采。针对该矿区较差的地质环境选用随机介质理论进行分析,根据矿体结构建立数学模型,以地表GPS监测数据为基础,通过反分析的方式确定地表移动参数,最终得到地下开采引起的地表沉降曲线。在此基础上,根据开采所引起的地表沉降趋势,分析了开采过程中不同阶段地表变形机制以及移动规律。     

浅埋暗挖隧道施工引起地表沉降的控制措施研究

以北京长安复线隧道浅埋暗挖工程为背景,对目前经常采用的台阶法开挖、小导管超前注浆及喷射砼三种技术措施,采用数值仿真技术,对其控制地表沉降的有效性进行了定量分析,可供设计、施工参考。     

地表移动与变形的环境影响与预测

矿山开采会引发地表移动与变形。应用概率积分法对吉林省汪清县罗子沟油页岩矿区进行在矿区服务期满43年内有关地表下沉、倾斜、曲率、水平移动和水平变形的预测,以便在采矿过程中有所依据,以避免造成地表的破坏。     

隧道水平冻结施工引起地表冻胀的历时预测模型

隧道水平冻结施工过程中,土体冻结引起体积膨胀,进而会在地表产生冻胀现象。实际工程一般采用多根冻结管形成冻结壁。冻结壁交圈前,地表冻胀由多个冻土柱的叠加膨胀变形引起;冻结壁交圈后,地表冻胀则由整个冻结壁的膨胀变形引起。鉴于此,考虑冻结壁的形成过程,基于随机介质理论,建立了隧道水平冻结施工引起地表冻胀位移的历时预测模型。同时对冻结外锋面半径和冻胀区域外半径这2个关键参数的取值方法进行了相关探讨。最后针对两个工程案例,采用该计算模型对地表冻胀位移进行分析,得到地表冻胀位移随时间的变化规律,并与现场实测结果相比较,验证了模型的可靠性。该模型应用于隧道水平冻结施工前、冻结期内任意时刻的地表冻胀位移预测,可为工程冻结实施方案的合理确定提供有效依据。     

抽水地面沉降预计的随机介质模型

本文视抽水引起的地面沉降为一随机过程,应用随机介质理论和土力学基本原理,建立了随机介质模型,对抽水地面沉降及变形分布进行了分析预测,计算实例表明,该模型是有铲的。     

金属矿山崩落采矿法引起的岩层移动规律分析

以典型陡倾结构面条件下的金属矿山--程潮铁矿西区为例,通过对矿区的地表变形监测资料及宏观破坏特征分析,认为矿区的岩层移动分为2个阶段,第1阶段为采空区顶板岩体破坏扩展至地表引起塌陷阶段;第2阶段为采空区周边围岩向采空区的倾倒破坏阶段,并得出了倾倒滑移区的地表岩体变形规律：岩体主要发生水平移动,水平移动值大于沉降值;变形先以缓慢变形为主,然后进入一个快速变形阶段,存在明显的转折点;开采沉陷和地形引起的应力同向叠加作用,使得地表岩体沿下坡方向的变形值增大,特别是水平移动值。同时揭示了矿区岩层移动角的分布特征;南部岩层移动角大于北部,究其原因是北部受最为发育的NNW、NNE结构面影响,倾倒破坏较为严重。所得成果为其他类似的金属矿山工程提供可借鉴的规律。     

陡倾断层上下盘开挖引起地表变形的数值模拟分析

考虑地下开挖区与断层相对位置关系,采用简化数值模型对陡倾断层上下盘开挖引起的地表变形特征进行了数值模拟。结果表明,当断层位于地下开挖引起地表变形的压缩区且开挖区位于下盘时,地表出现不连续变形的可能性小;当断层位于地下开挖引起地表变形的压缩区且开挖区位于上盘时,随下向开挖进行地表断层处裂缝有减小趋势;而当断层位于地下开挖引起的地表变形拉张区时,断层出露处水平拉张明显,表现为拉张裂缝,随下向开挖深度增加、规模增大,不论开挖区位于上盘还是下盘,极可能导致地表出现正断层式的错动.     

上海长江隧道过民房段地表变位预测及控制研究

复杂环境条件下大型泥水盾构施工诱发的地表变位的预测与控制是亟待深入研究的重要课题。结合上海长江隧道超大型泥水盾构推进工程,对其上行线隧道穿越民房段前试验段的地表沉降监测数据进行了分析,并采用随机介质理论预测了2条隧道单独及共同施工引起的横向地表变形和位移,据以制定了民房段施工地表变位控制措施。实例分析证明,预测方法和控制措施具有科学性、有效性,有一定的实用价值。     

基于随机介质理论的采水地面变形时空分布

采用随机介质理论计算规模采水引起的地面下沉和水平位移。分析了采水引起的地面位移机制,采用有效应力原理推导微单元体的沉降;利用非稳定流理论Theis模型计算单井定流量采水时平面径向流引起的降深;利用现场观测数据,通过反分析法确定模型参数;由于模型的边界动态变化,故分时段采用数学近似法和变边界数值逼近法处理。在此基础上建立单元盆地在降落漏斗区域的时空分布积分方程,引入柱坐标系进行解答。工程实例分析表明,随机介质理论适用于计算采水引起的地面变形;结合非稳定流理论和数值计算方法能较好地预测地面随时间的变形规律。     

结构面对程潮铁矿东区地表及岩体移动变形的影响研究

以程潮铁矿东区为例,通过现场结构面调查、地表及深部岩体变形监测,分析了该区地表及岩体移动变形与结构面的关系。结果表明：程潮铁矿东区地表及岩体移动变形主要受该区复杂的地质条件控制,特别是结构面的影响,变形方向和变形量值均与理论预期不同。NNE、NE向结构面的存在控制着岩体向采空区运动的侧向边界条件,同时导致变形方向的向西偏转,NWW向结构面的松动导致东主井区岩体向采空区的倾倒变形,地表变形在南北剖面上呈三级阶梯分布;西风井相对东西采空区的特殊位置以及NE向结构面的影响使其变形值小于预期,是该区相对安全的主要原因。