基于镜像法的隧道地表沉降时间效应计算方法

随着国内各城市地下道路建设的不断发展,地下开挖引起周围结构损坏甚至塌陷的事故时有发生,因此,合理地预测地表沉降对于保护地面建（构）筑物具有重要意义。将地表沉降速度系数与三维镜像法相结合,建立了考虑时间效应的隧道地表沉降计算方法,并以深圳某地铁区间隧道为例,通过与现场监测数据进行对比分析,验证了该方法的合理性,并利用该方法进一步分析了隧道停止施工时地表横、纵向沉降随时间的变化规律,通过参数分析明确了地表沉降量与地表沉降速度的时间效应。研究结果表明：地表沉降量与地表纵向沉降最大斜率随停工时间的增加逐渐增大并最终趋于稳定;地表最大沉降速度随开挖速度与沉降速度系数的增大呈对数型函数增长,但地表最终沉降量受二者的影响较小;地表最终沉降量和地表最大沉降速度随地层损失量的增大而线性增大;地表最大沉降速度出现的时间与地层损失的大小无关。     

高原铁路水平定向试验孔施工概况和关键技术

川藏铁路地处高原高寒高山峡谷地区,铁路隧道勘察十分艰难。开展了千米级水平绳索取心钻进技术与装备研发,在川藏铁路卡子拉山一号隧道DZ-卡子拉山一号-定向实验-01孔进行应用示范。成功完成1212 m水平定向试验钻孔,查明陡倾岩层3条断层和19处节理密集带,方位角偏差≤1°,孔斜0.76°/100 m,机械钻速3.09 m/h,台月效率350.29 m,创造国内水平绳索钻杆PQ、HQ深度588 m和974 m两项最新记录。攻克难进入地区钻孔无法搬迁和查明混杂陡倾岩层构造的难题,突破过去垂直“点”勘察变为水平“线”勘察,直观查明隧道洞身段地层岩性、陡倾岩层构造、水文地质条件等情况,为解决高原铁路长大深埋隧道勘察难题提供了借鉴,具有示范与推广作用。     

软弱泥质砂岩地层中输水隧洞稳定性研究

泥质砂岩属于黏土岩,具有典型的遇水软化特征。在泥质砂岩富水地层中进行隧道开挖是地下工程的一个挑战性问题。研究了围岩软化与未软化条件下泥质砂岩地层中输水隧洞的稳定性和支护时间。首先,介绍了泥质砂岩遇水软化的力学试验结果;然后,采用基于Hoek-Brown强度准则的岩体参数评价方法,评估泥质砂岩在围岩软化与未软化条件下的力学参数;再后,以兰州水源地引水隧洞为依托工程,采用数值模拟方法对泥质砂岩隧洞软化与未软化工况的围岩稳定性进行了计算分析,得出泥质砂岩遇水软化对隧洞安全性存在显著影响;最后,采用位移收敛法,研究了泥质砂岩软化与未软化工况中,保障隧洞施工安全的合理支护时机。研究表明,泥质砂岩未软化工况中,可考虑隧道围岩初期支护在距掌子面4～5 m位置实施;而在泥质砂岩遇水软化工况中,初期支护建议在掌子面开挖后立刻支护。研究成果可为泥质砂岩地层隧洞的安全施工提供依据。     

循环荷载下含层理页岩渗透特性试验研究

深入理解含层理以及含宏观裂缝页岩在循环荷载扰动下渗透率的演化规律,对于页岩气隧道安全施工而言意义重大。利用GCTS岩石力学测试系统对含轴向层理及轴向宏观裂缝页岩试件在循环轴向应力和循环围压下渗透率的演化规律开展相关试验研究。结果表明：含轴向层理页岩试件渗透率随轴向应力的加载和卸载基本不发生明显改变,而随围压增加以负指数的形式下降,随围压的减小以指数的形式增加;含宏观裂缝页岩试件的渗透率随轴向应力的加、卸载近似以线性形式降低和增加,而随围压的增大以负指数形式下降,随围压的减小以指数形式增加;含轴向裂缝页岩试件的渗透率相较含轴向层理页岩试件而言有大幅提升,其二者比值约为9倍左右;页岩试件对围压的敏感性约为轴向应力的26倍;试件渗透率几乎不随轴向应力循环次数发生明显改变,而随围压循环次数的增加呈负指数式下降,且其降幅主要集中在第1循环阶段内。研究成果可对页岩气隧道的安全施工提供一定的理论支撑。     

峨汉高速庙子坪隧道岩溶发育特征及工程效应分析

以峨汉(峨眉山市—雅安市汉源县)高速庙子坪隧道为研究对象,首先通过对隧址区地质调查、示踪试验及统计现场揭露的溶洞数量,厘清隧址区岩溶发育特征并分析其控制因素,再通过整理分析现场监测数据探究岩溶发育对工程的影响。结果表明:隧址区岩溶在多溶控因素的耦合作用下表现出显著的不均性、集中性、方向性、连通性的特征。其中岩层岩性、地形地貌、水文地质、地质构造主要使得岩溶发育具有不均性和集中性;水文地质与地形地貌主要控制着岩溶发育方向和岩溶是否连通;气候则更进一步促进岩溶发育。隧址区岩溶发育的工程影响主要表现为隧道稳定性影响和隧道涌水,其中岩溶规模及尺寸对隧道稳定性有一定影响,但影响范围相对有限;而涌水使得隧道长期积水,在雨季时甚至使得人员、机械等被淹或冲毁,对隧道安全、进度、经济等造成严重影响。研究结论可为峨汉高速沿线隧道及其他类似工程的设计、施工、岩溶灾害防治等提供参考。     

人居环境治理视域下地质文化村建设路径研究

地质文化村是脱贫攻坚和乡村振兴背景下衍生出的乡村地质遗迹保护和开发利用相结合的新概念,目前正在全国多地推广设立,现有研究主要集中在内涵分析和规划设计方面,其具体建设过程中缺乏科学的路径参考。本研究从乡村人居环境治理的视角出发,首先,在讨论的基础上将地质文化村归类于人居环境“景区化治理”的一种形式;其次,基于扎根理论的研究方法将筛选的39篇“人居环境治理”主题文献作为研究资料,利用NVivo11对文献内容进行编码,构建了“人居环境治理”主题分析框架;最后,在归纳和借鉴人居环境领域研究成果的基础上,从“响应国家战略”、“建设思路”、“保障措施”“建设手段”四个方面提出了地质文化村的建设路径。     

盾尾非对称推力作用下盾构隧道纵向变形分析

盾构机在沿曲线掘进或轴线纠偏过程中,盾尾非对称推力会在管片端部产生附加弯矩,从而引起隧道发生纵向变形。现有解析方法多是将盾构隧道简化为等效连续梁,不能考虑隧道管片环间接头的弱化。首先,建立一种能够同时考虑环间张开和剪切错台的简化纵向梁-弹簧盾构隧道模型（simplified longitudinal beam-spring shield tunnel model,简称SLBSM）;其次,将在建隧道简化为Winkler地基上的SLBSM,采用状态空间法推导了非对称推力作用下盾构隧道纵向变形解析解答。通过与既有文献有限元及现有两种连续梁模型计算结果进行对比,验证了所提方法的可靠性和适用性,并对部分参数进行敏感性分析。研究结果表明：连续梁模型计算得到的隧道纵向位移表现为连续特征,而所提方法得到的隧道纵向位移表现为非连续特征,隧道纵向位移在接头处会发生突变;通过参数分析可知：增大接头转动刚度可有效降低隧道隆起和环间张开量;增大接头剪切刚度可有效降低环间错台量,但会导致隧道隆起和剪力的增加;增大地基刚度能显著降低隧道环间张开量和隆起,但会导致环间错台量的增加;管片始端轴力对隧道纵向变形的影响不可...     

多失效模式下基于区间非概率的岩质隧道稳定可靠度分析

对于岩质隧道工程的稳定可靠度分析,一方面由于岩体参数的统计数据获取困难使得概率可靠度方法难以适用,另一方面其工程稳定与多种失效模式密切相关,须考虑隧道结构体系的可靠度问题。首先,基于区间理论,通过区间变量形式表征不确定性参数;然后,针对岩质隧道工程中多种失效模式并存的情况,引入结构体系可靠度理念,建立基于区间非概率的岩质隧道结构体系可靠度指标计算及其稳定性评价方法;在此基础上,通过工程实例验证了该方法的合理性;最后,定义不确定性参数的波动幅度,进一步分析各失效模式中不同参数对相应可靠度指标以及结构体系可靠度指标的影响。分析结果表明,各失效模式相应的非概率可靠度指标均随区间变量范围的增大而降低,且同一参数在不同失效模式中表现出不同的影响;另外,不确定性参数的变化还将导致影响岩质隧道结构体系稳定的主要失效模式发生相应的变化。     

趋势面分析在高原地区音频大地电磁测深中的应用

常规音频大地电磁法,如EH-4电磁成像系统,在资料处理时通常不能有效分辨部分异常区域。以青海海北某公路隧道勘探为例,研究趋势面分析法在音频大地电磁测深中的应用。结果表明：通过拟合趋势面方程,可获取研究区内任一位置的视电阻率值,在拟合度较高的情况下可对区外的视电阻率值进行预测与估计;野外观测数据通常受随机因素的影响,可通过趋势面分析法对随机噪声进行平滑滤波处理;剩余值反映了视电阻率异常特征,绘制剩余值等值线图可以在去除区域背景视电阻率值后对异常区域进行凸显。音频大地电磁探测成果与趋势面分析法结合能更充分地利用地质信息。     

高寒隧道保温结构的优化设计研究 ——以西藏圭嘎拉隧道为例

为了提高季节冻土隧道的防冻保温性能,常采用铺设聚氨酯类有机保温层的方式以防止围岩冻结,但由于有机材料在冻融循环过程中老化速度快、保温结构设计缺少科学依据等局限性,使得部分隧道在长期运营过程中反复出现冻融病害。以西藏圭嘎拉隧道为研究对象,通过建立热流固耦合计算模型,对现行保温措施的防冻效果进行分析,发现距离洞口一定长度范围内的围岩仍会发生冻融破坏。在隧道运营后第20年2月15日,距洞口5 m处断面拱顶围岩的边界温度仅为-0.91 ℃,并且该关键位置的纵向冻结长度超过500 m,严重影响隧道结构的安全。为防止此隧道出现冻害问题,提高其服役能力,拟采用新型无机建筑材料气凝胶毡对隧道的保温结构进行加固,其具有良好的保温、阻燃和耐久性能,并且铺装简便、易于操作。此外通过对不同厚度气凝胶毡条件下的围岩温度场进行多维度分析,确定了最不利时刻气凝胶毡厚度与拱顶围岩关键位置纵向冻结长度之间的关系。研究成果可为圭嘎拉隧道防冻保温优化设计提供技术支持,不仅能保障隧道结构的安全性和稳定性,也能为季节冻土隧道保温结构的设计、施工及维护提供参考依据。