浅埋暗挖隧道开挖进尺的计算方法探讨

浅埋暗挖隧道施工过程中,合理确定开挖进尺的大小至关重要,开挖进尺过小,则开挖工期延长,临时支护增加;开挖进尺过大,易引起隧道上覆土层不稳定,甚至塌方。从普氏平衡拱理论和太沙基松散介质理论出发,推导了开挖进尺的计算公式,并结合工程实例进行了分析。结果表明,所推公式具有合理性。     

复杂条件下隧道开挖循环进尺优化方法研究

复杂条件下如何选择合理的开挖进尺一直是隧道施工的难题之一。在已有的研究成果基础上,提出了圆形或近圆形隧道开挖过程的时空关系表达式,并给出基于现场位移监测数据的参数计算方法。结合关角隧道9#工区二郎洞断层破碎带现场施工情况及监测资料,建立了该断层破碎带开挖过程的时空效应关系式,结果表明,该关系式能够反映开挖过程中洞周位移的时空的变化。在此基础上提出了断层破碎带软岩开挖过程的时空效应分析及进尺优化的方法,对关角隧道9#工区几条较大断层破碎带隧道开挖的进尺进行了优化,优化后的开挖进尺是可行的,也解释了断层破碎带围岩隧道开挖“短进尺”的合理性。同时文中也分析了该方法的优点及适用范围。     

基于台阶法的极破碎软岩隧道开挖进尺优化研究

为探明极破碎区域软岩隧道在采取不同台阶间距情形下,隧道变形及结构内力的分布及变化规律,寻求其合理开挖进尺,本文结合“5.12”特大地震发震断裂——龙门山断裂带附近杜家山隧道的实际施工过程,根据隧道采取的三台阶+预留核心土方法,以现场试验段采取的3种开挖进尺为依托,对不同工况下隧道变形及结构受力进行对比分析,初步认为:F1及F2工况为极破碎区域软岩隧道的最优进尺.在此基础上对l、1.5、2、2.5、3、3.5m开挖进尺,采用数值模拟手段对现场试验进行补充验证,通过对开挖后隧道变形、支护受力与现场监测值的对比分析,进而对不同工况下隧道施工后结构的稳定进行评价,综合分析表明,对于软岩隧道,循环进尺应在l～2m间合理选择.现场试验段的成功运用也论证了这一方案的合理、有效性,其成果可供类似工程施工参考.     

考虑剪胀角的节理化岩体隧道开挖进尺优化研究

合理进尺的选取是影响隧道开挖施工安全和效率的关键问题之一。以杨家坪隧道现场监测数据为根据,通过ABAQUS软件开展数值试算确定了最接近实际隧道围岩的剪胀角,建立了考虑剪胀角影响的Mohr-Coulomb模型的隧道开挖数值模型,并按1.5、2.0、2.5、3.0、3.5 m开挖进尺开展了计算,对开挖过程中隧道围岩的变形和力学响应规律进行了对比研究。结果显示,考虑剪胀角影响的数值模型计算结果的总体规律与实测结果一致性较好;有锚杆支护的情况下开挖进尺选择为3.0 m能较好地兼顾施工安全与效率,应注意控制距开挖面5.0 m范围内的拱顶变形。     

建房切坡条件下边坡稳定性分析

为研究切坡建房对边坡稳定性的影响,本文通过统计分析浙江省余杭区鸬鸟镇地质灾害发育分布特征与成灾模式,概化四类具有不同坡度的斜坡模型,利用有限元极限平衡法模拟计算斜坡开挖后应力、应变分布及安全系数变化规律,借助函数曲线拟合边坡开挖进尺与安全系数间的关系,推算出斜坡开挖失稳时的开挖进尺临界值。得出以下结论:（1）未开挖状态,斜坡潜在失稳区位于坡顶处,开挖后坡脚附近失稳概率高于坡顶。（2）斜坡开挖后,坡度与开挖进尺共同影响边坡稳定性,且坡度影响大于开挖进尺。（3）误差分析发现,坡度小于20°斜坡的临界值误差较大,坡度大于20°斜坡的临界值误差较小。     

基于FLAC3D的土钉内力分析

结合某基坑土钉支护实例,采用FLAC3D对土钉在开挖过程中的受力性能进行了模拟和分析。根据土钉支护结构的开挖、支护情况,研究了土钉的内力分布规律,得到了基坑在开挖过程中土钉的轴力、剪力变化规律。利用试验数据对模拟结果进行了验证,模拟结果与试测值基本吻合,研究成果近一步解释了钉土的相互作用机理。     

邻近既有隧道的新建大断面隧道施工参数优化分析

结合大帽山隧道Ⅴ级围岩段施工参数优化的试验,通过爆破震动速度、岩体声波波速和围岩内部位移的现场监控量测工作,研究既有隧道旁新建大断面隧道双侧壁导坑法施工时岩体的损伤程度和范围,进而优化导洞的单循环进尺、爆破参数等施工参数。研究表明：推进式往复爆破作业的双侧壁导坑法开挖的隧道必然导致围岩产生一定程度的损伤、破坏,尤其是小净距隧道间的中夹岩岩墙;双侧壁导坑法开挖的大断面隧道,控制岩体的损伤程度和损伤范围是相互矛盾的,通过减少单循环开挖进尺来减少爆破震动速度,只能控制岩体的损伤范围,多次的重复爆破导致损伤岩体的损伤程度更大,极大影响围岩稳定;相反,通过适当加大单循环开挖进尺来控制损伤程度的同时,过大的爆破震动速度导致损伤范围更大,极大影响邻近既有隧道的安全运行。利用现场监测数据,通过在UDEC软件中实现的岩体各向异性爆破损伤模型,计算导洞推进式开挖全过程围岩压力的变化和既有隧道支护结构的状态,综合考虑各种因素,优化得到折中的单循环进尺。     

考虑渗流条件下开挖面失稳离心试验研究

当土压平衡盾构穿越高水位地层（如穿越江河）时,地下水与土舱之间的高水压差会产生过大的渗透力,导致开挖面失稳。为了研究渗流条件下开挖面失稳问题,开发了一套隧道离心模型试验装置,主要包括刚性模型箱、模型盾构、开挖面伺服加载系统、水位控制系统、储水箱。针对饱和砂质粉土地层,开展了一系列不同水位高度的稳态渗流开挖面失稳模型试验。结果显示,开挖面失稳过程中随着开挖面位移的增加,有效支护压力迅速下降;在达到最小值 之后缓慢回升并趋于稳定;极限有效支护压力 与水头压力 呈线性关系。     

考虑累积损伤效应的围岩变形特性研究

隧道爆破开挖诱发的动力扰动作用范围往往远大于其开挖进尺,同一部位围岩受到循环爆破开挖的多次扰动普遍存在累积损伤。对乌东德水电站左岸导流洞爆破开挖过程中的爆破振动和围岩变形监测进行了监测和数值分析,基于累积损伤理论,通过引入损伤判据及损伤变量,考虑计算中产生的不同程度的损伤区域的岩体参数劣化,并将劣化后的参数引入相应损伤单元进行后续开挖爆破数值模拟计算,从而对岩体爆破开挖累积损伤效应进行模拟。通过比较乌东德水电站导流洞的实测数据以及数值模拟计算结果发现,考虑累积损伤的计算结果无论是爆破振动速度还是围岩变形均更接近于实测值。对爆破开挖的分析模拟中应考虑围岩的多次循环爆破累积损伤效应。     

黄土高边坡土钉-预加固桩复合支护体系性状分析

土钉-预加固桩复合支护技术已在基坑及边坡工程中取得了大量应用,但在黄土高边坡开挖中的应用相对较少。基于详细的现场监测数据并辅以有限元数值计算,分析了边坡开挖过程中支护体系受力及变形随时间和空间的变化规律。结果表明：预加固桩的水平位移随着时间的推移与开挖深度的增加呈增大趋势,并最终趋于稳定,同时,桩身剪力及弯矩亦随开挖的进行而不断增大;剪力最大值的位置不断下移,说明边坡的潜在滑动面有不断向下扩展的趋势。与深基坑支护桩的土压力分布相比,土钉-预加固桩复合支护体系中桩后土压力随开挖呈不断减小的趋势,但桩前土压力随着开挖深度的增加,有增有减。随着施工开挖深度的增加,土钉所测得的应力有着明显的增大,说明土钉对抑制坡体变形起到了一定作用。在预加固桩的影响下,桩上方坡体的最危险破裂面为圆弧状,其剪出口位于预加固桩桩顶处。开挖深度较浅时,土钉对整体稳定性的贡献较大,而随着开挖深度的变大,预加固桩的加固效果开始占主导地位。     

地道桥结构与土相互作用的有限元分析

借助有限元软件ANSYS来分析地道桥结构与土的相互作用,采用三维实体建模方法模拟空间范围内的地道桥结构及其周围土体.分析有无列车荷载等两种不同工况下地道桥结构的位移、应力分布规律以及由其引起的地表沉降和土体的应力变化规律.通过有限元分析可以求出结构和土体的位移、应力峰值及其空间位置,为地道桥结构设计提供可靠的分析依据.     

既有桩基荷载对邻近浅埋隧道开挖效应及支护内力影响的研究

建立了包括地层模型、桩基荷载模型、浅埋隧道开挖模型和支护模型以及桩基荷载、地层压力、地层沉降、支护应变量测装置的平面应变模型试验系统;通过模型试验,研究了不同水平、竖向相对位置处的既有桩基荷载对附近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力的影响特征。另外,采用FLAC3D软件,对模型试验及不同工况进行了数值模拟。结果表明：（1）与没有桩基荷载的自由地层中的隧道开挖试验相比较,地层中的既有桩基荷载会明显地改变邻近浅埋隧道开挖引起的地层压力重分布、地层沉降及隧道支护内力;（2）对于桩径和水平相对距离都相同,但桩长不同的桩基荷载,桩长与隧道埋深比值为1.0时,对隧道开挖效应影响最大,二者比值小于1.0时,其影响程度随着比值的减小而减小,二者比值大于1.0时,桩长的改变对隧道开挖效应影响较小;（3）对于桩径和桩长都相同的桩基荷载,对地层压力、地层沉降及支护内力的影响随桩基荷载与隧道的水平距离的减小而增大,桩基荷载距隧道的水平距离与隧道直径比值介于0.5～4.0时,桩基荷载对隧道开挖效应影响较大,隧道较危险,比值介于4.0～6.0时,影响较小,比值＞6.0时,影响可以忽略不计。     

郑州市龙湖成湖方案研究

人工湖建设可能引起地下水位的抬升,将对周边生态环境造成影响,如部分河岸区的浸没、土壤次生盐渍化、地下水质恶化、影响湖周高层建筑物的地基承载力等。在分析人工湖渗漏问题基础上, 提出了在不采取防渗措施和采取防渗措施两种不同情况下的成湖方案, 并进行了防渗方案的优选。用地下水数值模型MODFLOW和优化模型MODMAN对处于黄河冲积平原地区拟开挖人工湖进行了数值模拟及优化。结果表明,在龙湖运行时,只要人工湖的渗漏量控制在一定范围内,辅之于相应的湖体周边的降水措施,就可有效避免各种环境问题的出现。     

浅埋暗挖管棚超前预支护的受力分析

以荷载-结构分析为主,将管棚作为弹性地基梁考虑,而将上部覆土单纯作为荷载考虑,结合一般管棚预支护作用下的地下工程开挖过程,根据经典的Winkler模型初参数解,全面动态分析开挖过程中管棚各段的受力过程,提出了开挖过程中管棚全段的计算方程。以某一地下通道开挖为例,通过解析计算和有限差分数值模拟两种方法比对,得出了与工程经验较一致的结果,对管棚法施工及设计具有一定的参考意义。     

双圆盾构穿越下立交结构的流-固耦合数值模拟

依托上海轨道交通M10线双圆盾构区间隧道工程,对自由场下双圆盾构隧道施工力学行为进行三维有限差分数值模拟,分析了盾构施工地表沉降及超孔隙水压力的特征、量值与范围,并与监测结果进行对比,以得到能够反映施工技术水平的模拟施工参数。将该模拟施工参数应用于下立交下双圆盾构的推进,用以预测盾构掘进对下立交底板的影响。研究结果表明,在三面封闭的条件下,盾构施工引起的正超孔压很难向外界消散、负超孔压也很难得到外界水位的补给;在开挖面前方,底板受到挤压力,且挤压力主要由超孔隙水压力组成;沿横向方向,作用在下立交底板下的超孔隙水压力分布较均匀,而土体颗粒的挤压力则主要分布在其中线附近;下立交结构的刚性位移是引起底板沉降的主要原因,底板变形引起的沉降较小,变形最大值在盾尾脱离时取得。     

花岗岩残积土基础施工降水技术研究

本文通过某科技大楼深基坑排降水的设计及施工效果,并对花岗岩残积土若干岩土工程问题进行分析和探讨,指出降水是直接影响岩土工程设计与施工的成败关健。     

施工期间人工挖孔桩桩间土稳定性分析

为预防人工挖孔桩窜孔,探讨了桩间土失稳机制,分析了桩间土失稳时的位移特征,建立了桩间土稳定性分析的力学模型,推导了桩间土稳定系数及安全桩净距的计算公式,提出了窜孔防治措施建议。结果表明,桩间土失稳时,滑动土体位移平行于桩心连线,其宽度等于两桩桩径较小值;桩间土稳定系数与滑动土体宽度及埋深成反比,与桩净距成正比,随滑动层的抗剪强度及残余抗剪强度增大而增大,而滑动层厚度则存在一个最不利值,可通过试算确定;控制桩孔间的混凝土面高差、增大桩孔开挖净距、加强护壁,减少桩间土的扰动等是防治窜孔的有效措施。工程实例表明,桩间土稳定性评价方法合理、实用,可为黏性土场地的人工挖孔桩施工提供参考。     

暗渠下穿高速公路施工过程的数值模拟及工程应用

古运河暗渠下穿石太高速公路,是南水北调中线工程总干渠上的一座大型河渠交叉建筑物。该暗渠为三孔联拱涵结构,其施工条件极其复杂,暗渠段土质多为细砂和中细砂,开挖分部多,且高速公路上通行车辆荷载较大,是全国此类施工难度最大和开挖宽度（25.6 m）最大的项目。为配合施工,采用FLAC3D三维快速拉格朗日差分方法分析软件,按实际的开挖顺序和施工工艺,对下穿高速公路段开挖过程进行了数值模拟。由此得出下穿段暗渠施工引起的地层变形、应力和塑性区分布,数值计算结果表明,下穿段暗渠施工方案是合理可行的,计算结果为地层加固范围提供了依据,对下穿段暗渠施工有指导作用。施工实践也证明了依据数值计算结果所采取的施工辅助措施对确保地表线路安全和隧道施工安全效果明显。     

地铁建设中浅层气危害防治对策研究

杭州地铁1号线在勘察过程中发现很多区段在埋深15～35 m的土层中存在一定压力的浅层气,浅层气的存在不但对勘察的安全实施构成一定的威胁,而且会影响地铁构筑物的正常施工,如果采取的防治措施不当,还会进一步威胁到地铁的后期运营。浅层气问题是杭州地铁1号线建设中遇到的难题之一,但目前国内外在地铁建设中大范围遇到浅层气的实例还比较少,防治浅层气危害的方法和积累的经验都十分有限。在综合分析研究杭州地区浅层气和含气土层工程特性的基础上,考虑杭州地铁工程不同建设阶段的特点,结合在实际工程的经验,以及室内试验和监测结果,提出有针对性的危害防治对策,为地铁工程建设和后期运营的安全提供帮助,也可为类似地区地下工程的建设提供参考。