圓形隧道施工對(duì)不同深度地層沉降影響的模型試驗(yàn)

依托大瑞鐵路高黎貢山隧道全斷面隧道掘進(jìn)機(jī)(tbm)段圓形模筑混凝土襯砌工程,開展了不同襯砌結(jié)構(gòu)的模型試驗(yàn)研究.采用臥式加載試驗(yàn)裝置,對(duì)圓形模筑混凝土、單層管片和管片雙層三種襯砌類型進(jìn)行試驗(yàn),得到三種襯砌管片的彎矩、軸力和位移.研究結(jié)果表明:在相同荷載條件下,模筑混凝土襯砌破壞時(shí)能承受更大的彎矩;在試件破壞前,單層管片襯砌和管片雙層襯砌在拱腳處軸力有突變,產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象;分塊對(duì)管片剛度有一定的削弱作用;等厚度的圓形模筑混凝土和管片雙層襯砌,前者剛度大,力學(xué)性態(tài)好.

根據(jù)相似理論,設(shè)計(jì)平面應(yīng)變模型試驗(yàn)系統(tǒng),研究地鐵隧道存在單個(gè)圓形溶洞時(shí),在注漿壓力作用下巖溶地基漸進(jìn)性破壞特點(diǎn)。試驗(yàn)中采用圓柱形氣囊模擬注漿壓力。對(duì)逐級(jí)加載過程中土層壓力的變化規(guī)律進(jìn)行研究,并對(duì)加載過程中土層的位移進(jìn)行討論,繪制頂板破壞時(shí)的破裂面圖。最后,根據(jù)相似系數(shù)換算成原型值,得到導(dǎo)致地基失穩(wěn)破壞的極限荷載。

以深圳地鐵7號(hào)線筍崗-洪湖區(qū)間隧道重疊段為背景,采用室內(nèi)相似模型試驗(yàn),研究兩隧道相對(duì)位置變化時(shí)新建隧道對(duì)既有隧道受力及位移的影響.試驗(yàn)結(jié)果表明凈距一定,兩隧道上下重疊時(shí)新建隧道開挖對(duì)既有隧道拱頂位移及拱頂、拱底附加內(nèi)力的影響最大,且對(duì)拱頂內(nèi)力的影響大于拱底;隨兩隧道角度的減小,既有隧道結(jié)構(gòu)附加內(nèi)力最大值由拱頂向拱腰轉(zhuǎn)移.

為研究隧道不同開挖方法的施工力學(xué)過程,研制大比尺三維模型試驗(yàn)系統(tǒng),該系統(tǒng)最大外部尺寸為5.2m×4.5m×2.7m(寬×高×厚),結(jié)構(gòu)合理,可任意拆卸,組合拼裝,自動(dòng)液壓控制系統(tǒng)具有壓力高、保壓時(shí)間長、可進(jìn)行穩(wěn)步梯級(jí)加載等特點(diǎn),能夠滿足各類地下工程的三維和平面地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)的要求。在既有地質(zhì)力學(xué)相似材料的基礎(chǔ)上,通過大量的不同材料配比及其力學(xué)參數(shù)測試,獲得滿足v級(jí)軟弱圍巖的相似材料配比?；诖碎_展鐵路隧道施工過程的大比尺三維地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn),真實(shí)模擬隧道在開挖和支護(hù)過程中不斷變化的力學(xué)過程。試驗(yàn)結(jié)果表明,該系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,可廣泛應(yīng)用于其他地下工程的地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)研究,其研究方法技術(shù)及所得結(jié)果對(duì)類似工程研究具有一定的借鑒和指導(dǎo)意義。

文章以深圳地鐵7號(hào)線盾構(gòu)小凈距隧道為依托,開展了凈距小于1倍洞徑小凈距隧道凈距影響模型試驗(yàn),分析了凈距變化時(shí)新建隧道對(duì)既有隧道的影響規(guī)律,可為盾構(gòu)小凈距隧道施工提供一定參考。

通過對(duì)深圳地鐵暗挖施工的離心模型試驗(yàn)研究,得到了隨時(shí)間變化的地表沉降槽變化規(guī)律曲線。表明在富水地層控制降水隧道開挖施工中,由于水平旋噴樁具有較好的地層加固和止水作用,可以有效地控制地表沉降。

以京滬高速濟(jì)南連接線港溝隧道穿越斷裂破碎帶區(qū)域?yàn)橐劳泄こ?研究了復(fù)雜地層超大斷面隧道施工情況下圍巖力學(xué)響應(yīng)特征.研發(fā)了大型可拼裝式地質(zhì)力學(xué)模型試驗(yàn)系統(tǒng),搭建了以靜態(tài)數(shù)據(jù)采集為基礎(chǔ)的應(yīng)力-應(yīng)變場監(jiān)測系統(tǒng)和以光柵測距為基礎(chǔ)的位移場監(jiān)測系統(tǒng),開展了復(fù)雜地層超大斷面隧道施工過程力學(xué)模型試驗(yàn)研究.通過對(duì)試驗(yàn)開挖過程中位移變形和圍巖應(yīng)力變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測,揭示了超大斷面隧道穿越斷裂破碎帶施工過程的力學(xué)演化規(guī)律.監(jiān)測數(shù)據(jù)表明:位移變形大致可分為“緩慢增加—急劇增大—穩(wěn)定狀態(tài)”3個(gè)過程,水平收斂位移要早于拱頂沉降進(jìn)入急劇增大階段;應(yīng)力變化也可分為“應(yīng)力積聚—應(yīng)力釋放—穩(wěn)定狀態(tài)”3個(gè)階段.形成的試驗(yàn)方法技術(shù)以及結(jié)論對(duì)類似工程研究具有重要的指導(dǎo)和借鑒意義.

為研究平行盾構(gòu)隧道施工對(duì)不同位置樁基的影響,建立了盾構(gòu)穿越既有樁基的有限元三維數(shù)值模型。通過不同樁位和樁長的方案對(duì)比,模擬得到不同樁位和樁長的樁基在盾構(gòu)施工穿越過程中所產(chǎn)生的變形和受力特點(diǎn)。

文章以合肥地區(qū)典型黏土和砂土為試驗(yàn)材料進(jìn)行室內(nèi)模型試驗(yàn),探究在盾構(gòu)開挖條件下,地下管線在黏土和砂土不同地層中受力和變形的規(guī)律。研究結(jié)果表明,由于管-土相互作用程度和相對(duì)剛度不同,導(dǎo)致盾構(gòu)開挖管線在砂土中變形曲線呈沉降槽型,在黏土中呈小雙峰型；管線在砂土中最大沉降值大于黏土,而黏土中管線底部最大拉應(yīng)力大于砂土；相鄰管線部位變形具有上拱和下拉效應(yīng),且上拱和下拉效應(yīng)對(duì)相鄰管線部位的影響范圍和程度不同；管線的最大變形量與地層損失量、沉降槽寬度有線性關(guān)系。

以廣州地鐵站前停車線為工程背景,通過室內(nèi)大比例相似模型試驗(yàn),結(jié)合數(shù)值模擬計(jì)算,研究大斷面淺埋地鐵在上下臺(tái)階法不同開挖步驟中產(chǎn)生的洞周位移、地表和地層的位移響應(yīng)。結(jié)果表明:通過相應(yīng)的輔助工法和合理的施工工序,臺(tái)階法能有效控制上臺(tái)階開挖引起的洞周位移和地表沉降,從而控制整個(gè)隧道開挖對(duì)周邊環(huán)境的影響,保證隧道快速、安全施工。

依托某地鐵隧道工程,開展相似模型試驗(yàn),分析了鉆爆法地鐵隧道開挖對(duì)地表及建筑物的影響。

混凝土隧道不同,所襯砌的結(jié)構(gòu)承載力也不盡相同,這也就需要不同的材料作為支持.文章中針對(duì)不同混凝土隧道的二次襯砌,進(jìn)行了模型試驗(yàn),以此希望能夠?yàn)橛嘘P(guān)工作者提供參考.

應(yīng)變軟化模擬與圓形隧道襯砌分析——在巖土工程中，有許多類巖體呈現(xiàn)應(yīng)變軟化特性。在應(yīng)變軟化過程中，如果多個(gè)材料強(qiáng)度參數(shù)分析發(fā)生變化，就很難給出軟化問題的解析解。已有的文獻(xiàn)研究表明，在經(jīng)典的彈塑性理論框架下，模擬巖土介質(zhì)的應(yīng)變軟化過程依然值得深入...

在城市地鐵工程中,經(jīng)常出現(xiàn)新建隧道施工近接既有隧道的情況,包括隧道水平、豎直和傾斜平行以及上下正交和斜交等,新隧道的掘進(jìn)不可避免地對(duì)既有隧道產(chǎn)生影響。本文針對(duì)盾構(gòu)法新建正交下穿隧道,以廣州地鐵3號(hào)線大塘-瀝滘區(qū)間盾構(gòu)隧道為背景,采用室內(nèi)相似模型試驗(yàn)和三維有限元數(shù)值計(jì)算相結(jié)合的手段,引入橫向和縱向等效剛度折減系數(shù),對(duì)盾構(gòu)隧道正交下穿施工所引起的既有隧道縱向變位、縱向附加軸力和彎矩、橫向變形、橫向附加軸力和彎矩進(jìn)行深入研究,得到圍巖條件、隧道凈距、頂推力等因素作用下盾構(gòu)隧道正交下穿施工所引起的既有隧道的變形和附加內(nèi)力分布變化規(guī)律。

通過室內(nèi)模型試驗(yàn),研究了上海地區(qū)典型地質(zhì)條件下高層建筑群工程環(huán)境效應(yīng)對(duì)地面沉降的影響,探討了在高層建筑群工程環(huán)境效應(yīng)作用下不同土層的變形特點(diǎn)、相鄰建筑物之間的相互影響狀況、高層建筑群對(duì)中心及周邊區(qū)域地面沉降的影響以及沉降影響范圍、土層中應(yīng)力(包括土壓力、孔隙水壓力)的變化規(guī)律等.試驗(yàn)研究結(jié)果表明:上海軟土層是地面沉降的主要組成部分;高層建筑群工程環(huán)境效應(yīng)造成的城區(qū)地面沉降的特點(diǎn)是距建筑物1倍基礎(chǔ)寬度范圍內(nèi)的地面沉降大于建筑本身的沉降,尤以相鄰建筑之間中心區(qū)域地表的沉降量最大;密集高層建筑群之間地表變形存在明顯的沉降疊加效應(yīng),并使沉降量超過容許值,從而帶來不穩(wěn)定因素.

通過新寶塔山隧道施工過程對(duì)既有寶塔山隧道的影響進(jìn)行了數(shù)值模擬,并實(shí)測了新隧道開挖過程中既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形和襯砌混凝土的應(yīng)變變化情況。數(shù)值模擬結(jié)果和現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)表明,既有隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形和襯砌混凝土的應(yīng)變變化較小,新隧道施工對(duì)既有隧道影響不明顯,對(duì)后續(xù)工程施工有指導(dǎo)意義。

采用相似材料模型試驗(yàn)方法,對(duì)軟巖隧道在以豎直地應(yīng)力為主和水平地應(yīng)力為主兩種情況下圍巖壓力分布規(guī)律進(jìn)行了研究.研究結(jié)果表明,隧道圍巖應(yīng)力升高區(qū)在隧道周圍1倍洞徑之內(nèi),應(yīng)力集中系數(shù)約為1.2~1.5.因圍巖應(yīng)力重分布而出現(xiàn)塑性區(qū),高應(yīng)力向深部轉(zhuǎn)移.隧道施作襯砌后,隨著洞周圍巖應(yīng)力進(jìn)一步釋放,塑性區(qū)繼續(xù)擴(kuò)張,應(yīng)力升高區(qū)也進(jìn)一步向圍巖深部發(fā)展,洞周的應(yīng)力集中現(xiàn)象有所減小.隧道邊墻中部、拱肩、拱頂是比較關(guān)鍵的部位,應(yīng)加強(qiáng)支護(hù).

以洪酉路6號(hào)棚洞為研究對(duì)象,建立模型進(jìn)行試驗(yàn)。通過模擬不同邊坡坡率和不同回填體材料的相互組合情況來監(jiān)測棚洞結(jié)構(gòu)的內(nèi)力變化及其對(duì)邊坡的支撐作用,用量測儀器監(jiān)控棚洞結(jié)構(gòu)主要受力部位的變化。模擬分析公路隧道中棚洞結(jié)構(gòu)、邊坡圍巖和回填體3者之間的影響關(guān)系,從而指出在由棚洞結(jié)構(gòu)、邊坡圍巖和回填體組成的系統(tǒng)中,并非所有坡率相同和回填材料相同的情況下,棚洞結(jié)構(gòu)受力巖質(zhì)邊坡都優(yōu)于土質(zhì)邊坡;還指出了棚洞施工回填體材料和邊坡坡率變化組合的優(yōu)化方案,對(duì)出現(xiàn)高邊坡時(shí)的棚洞設(shè)計(jì)和施工具有很好的參考價(jià)值和指導(dǎo)意義。

受隧道建設(shè)過程中施工條件等因素的影響,襯砌背后與圍巖之間常有空洞存在,而使襯砌受到不均勻的荷載作用,同時(shí)因空洞部位不能產(chǎn)生被動(dòng)抗力約束襯砌的變形,結(jié)構(gòu)極易產(chǎn)生病害而使隧道盡早的進(jìn)入到維修管理階段。文章以重慶市在建的筆架山隧道為現(xiàn)場原型,室內(nèi)采用幾何比為1∶25的大比例模型試驗(yàn),全面研究結(jié)構(gòu)在同級(jí)圍巖中相同缺陷形式下,采用相同加載方式至結(jié)構(gòu)產(chǎn)生病害后進(jìn)行不同補(bǔ)強(qiáng)方式的破壞性試驗(yàn)。通過對(duì)回填壓注的效果進(jìn)行對(duì)比性分析得出:對(duì)于存在空洞的病害隧道,回填壓注應(yīng)作為首選補(bǔ)強(qiáng)形式。

文章以洛湛線北崗隧道為背景，開展針對(duì)富水軟巖隧道的室內(nèi)模型試驗(yàn)，對(duì)開挖支護(hù)后圍巖的變形及應(yīng)力的變化規(guī)律進(jìn)行研究。結(jié)果表明：富水軟巖隧道自身穩(wěn)定性差，施工中必須設(shè)計(jì)足夠強(qiáng)的支護(hù)結(jié)構(gòu)，才能保持洞室的穩(wěn)定性。支護(hù)結(jié)構(gòu)對(duì)洞室圍巖近處變形及應(yīng)力的影響比遠(yuǎn)處顯著；且支護(hù)結(jié)構(gòu)越強(qiáng)，能顯著減小洞室周邊圍巖變形量及應(yīng)力的變化量。

隨著地下空間開發(fā)需求的持續(xù)高漲,盾構(gòu)工法已越來越成為一種主要的施工方法。但是由于各地區(qū)土層特性的差異,反映在盾構(gòu)機(jī)工作參數(shù)的變化上也不盡相同,所以,很有必要開展盾構(gòu)機(jī)工作參數(shù)針對(duì)特定地層的適應(yīng)性研究。為此,以上海地區(qū)的粉砂地層為參照原型,將相似理論和模型試驗(yàn)的方法成功地應(yīng)用于盾構(gòu)模型試驗(yàn)方案的設(shè)計(jì);在此基礎(chǔ)上,進(jìn)行了不同地層條件下,盾構(gòu)機(jī)不同工作參數(shù)組合的掘削試驗(yàn),并通過對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的分析,得出了一些有益的結(jié)論,從而能更好地為盾構(gòu)適應(yīng)土層性質(zhì)服務(wù)。

研究目的:樁側(cè)負(fù)摩阻力對(duì)樁產(chǎn)生下拽力,導(dǎo)致基樁沉降增大,豎向抗壓承載安全等級(jí)降低,甚至造成樁體破壞。為分析不同樁端下臥層(黃土和粗砂)對(duì)基樁沉降和負(fù)摩阻力的影響,本文通過室內(nèi)模型試驗(yàn),對(duì)比研究兩種下臥層情況下樁體、樁周土變形及樁身軸力分布的差異,明確基樁中性點(diǎn)位置的變化規(guī)律并給出建議值。研究結(jié)論:(1)下臥層對(duì)樁周土沉降的影響較小,但對(duì)樁身沉降的影響較大,相同堆載等級(jí)下粗砂下臥層的中性點(diǎn)位置明顯低于黃土下臥層;(2)兩種下臥層的樁身軸力都隨堆載等級(jí)的增大而增大,但粗砂下臥層的下拉荷載和樁端反力明顯大于黃土下臥層;(3)兩種下臥層情況下,依據(jù)樁土相對(duì)位移和樁身峰值軸力確定的中性點(diǎn)位置基本一致;(4)在實(shí)際工程中應(yīng)根據(jù)樁端下臥層的地質(zhì)情況,采取適當(dāng)措施,盡量減小基樁負(fù)摩阻力,充分發(fā)揮基樁的承載性能;(5)建議黃土下臥層中性點(diǎn)位置取0.51l~0.6l,粗砂下臥層可取0.6l~0.8l;(6)該研究成果可為類似工程堆載條件下樁基中性點(diǎn)的確定及設(shè)計(jì)提供一定的參考。