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双护盾TBM施工隧道豆砾石回填层对地表沉降影响机理

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中国铁道科学 2020年第4期41卷 82-90页

作者：吴圣智王明年李磊王军山东建筑大学土木工程学院山东济南250101 西南交通大学土木工程学院四川成都630031 交通运输部公路科学研究院桥梁隧道研究中心北京100088

采用双护盾TBM施工浅埋隧道时,管片壁后吹填豆砾石至注浆前地表会出现较大的持续沉降。针对该问题,采用现场实测、土工试验和连续单元—离散单元耦合算法,分析施工过程中地表沉降规律及豆砾石回填层对地表沉降的影响机理。结果表明:受... 详细信息

采用双护盾TBM施工浅埋隧道时,管片壁后吹填豆砾石至注浆前地表会出现较大的持续沉降。针对该问题,采用现场实测、土工试验和连续单元—离散单元耦合算法,分析施工过程中地表沉降规律及豆砾石回填层对地表沉降的影响机理。结果表明:受豆砾石状态影响,地表沉降可分为超前沉降、快速沉降、持续沉降和稳定4个阶段;豆砾石单位充填体积越小,持续下沉阶段地表沉降占总沉降比例越大;豆砾石的抗压缩变形能力与其孔隙率成反比,管片壁后豆砾石在未压实之前,无法有效地为围岩提供支撑;豆砾石颗粒自上而下的迁移能改变管片壁后豆砾石孔隙率分布,降低隧道顶部围岩受到的支护力,并为地层损失提供空间,导致地表沉降增加。根据青岛地铁双护盾TBM施工隧道实际工程,将豆砾石充填状态分为密实、变形后密实、始终不密实3类,并给出其单位充填体积的建议值。

关键词：隧道双护盾TBM施工豆砾石回填层地表沉降孔隙率单位充填体积

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冰碛层围岩稳定性及亚分级研究

中国铁道科学 2020年第4期41卷 64-73页

作者：王明年王岩胡云鹏吴圣智刘大刚西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 西南交通大学土木工程学院四川成都610031

依托拉林铁路藏噶隧道,采用现场取样、室内土工试验和数值模拟的方法,选取密实程度、含石量和含水率3个主要影响因素,对冰碛层围岩稳定性及亚分级展开研究。结果表明:冰碛层围岩的抗剪强度随密实程度和含石量的增大逐渐增大,随含水率的... 详细信息

依托拉林铁路藏噶隧道,采用现场取样、室内土工试验和数值模拟的方法,选取密实程度、含石量和含水率3个主要影响因素,对冰碛层围岩稳定性及亚分级展开研究。结果表明:冰碛层围岩的抗剪强度随密实程度和含石量的增大逐渐增大,随含水率的增大逐渐减小;冰碛层围岩塌方过程分为3类,分别为"局部塌方、小塌方、中~大塌方""局部失稳、中~大塌方"和"大塌方";冰碛层围岩亚分级可分为Ⅳ2,Ⅴ1和Ⅴ2共3个亚级,分级指标为密实程度、含石量和含水率。依据藏噶隧道冰碛层段"三台阶"施工方法,推荐Ⅳ2亚级围岩采用型钢钢架和管棚支护;Ⅴ1亚级围岩采用"管棚+小导管"超前加固、型钢钢架和管棚支护;Ⅴ2亚级围岩采用"帷幕注浆、管棚+小导管"超前加固、型钢钢架和管棚支护。现场采用对应的加固措施后,最大沉降小于100 mm,满足隧道施工要求。

关键词：隧道冰碛层围岩围岩稳定性围岩亚分级围岩支护

回填层与管片组合结构的支护性能及模型试验研究

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中国铁道科学 2018年第5期39卷 73-79页

作者：吴圣智黄群伟王明年姜志毅刘大刚西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 中铁第一勘察设计院集团有限公司桥梁隧道设计处陕西西安710043

双护盾隧道掘进机倒梯形设计及管片拼装特点使得管片与围岩之间存在一定的空隙,常采用碎石回填并注浆形成回填层。将回填层与管片视为组合结构,采用弹性力学中厚壁圆筒理论,推导组合结构支护刚度计算公式,分析回填层对组合结构支护性能... 详细信息

双护盾隧道掘进机倒梯形设计及管片拼装特点使得管片与围岩之间存在一定的空隙,常采用碎石回填并注浆形成回填层。将回填层与管片视为组合结构,采用弹性力学中厚壁圆筒理论,推导组合结构支护刚度计算公式,分析回填层对组合结构支护性能的影响及回填层的承载能力、吸收变形能力,并设计相似模型试验进行验证。结果表明:回填层可以承担少量的荷载并吸收部分围岩变形,其承载能力与吸收变形的能力与回填层的弹性模量有关;回填层存在1个临界弹性模量,当回填层实际弹性模量小于临界弹性模量时组合结构的支护刚度小于管片支护刚度,当大于临界弹性模量时组合结构的支护刚度大于管片支护刚度。实际工程中,注浆固结后的回填层弹性模量处于0.8~1.5GPa之间,此时回填层的主要作用是在围岩与管片之间传递荷载。

关键词：双护盾隧道掘进机回填层管片支护性能临界弹性模量模型试验

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青岛地铁岩质围岩基本分级细化体系研究

现代隧道技术 2018年第1期55卷 59-64页

作者：吴圣智王明年刘大刚西南交通大学土木工程学院交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

文章以青岛地铁工程为依托,开展了青岛地铁岩质围岩基本分级细化体系研究,得到了各级围岩所对应的岩体弹性纵波波速及岩芯采取率、岩芯形态。依据研究成果建立了包括定性鉴别、围岩弹性纵波速度、岩芯状况在内的围岩分级细化体系,并通... 详细信息

文章以青岛地铁工程为依托,开展了青岛地铁岩质围岩基本分级细化体系研究,得到了各级围岩所对应的岩体弹性纵波波速及岩芯采取率、岩芯形态。依据研究成果建立了包括定性鉴别、围岩弹性纵波速度、岩芯状况在内的围岩分级细化体系,并通过分级体系适用性分析表明:该分级体系具有较高的符合率且围岩级别偏差没有超过一个亚级;新分级体系有利于减小围岩不同等级间的设计参数的跨度,既保证设计安全,又避免设计浪费;降低了围岩分级过程中的不确定性,同时也丰富了我国岩质围岩分级体系。

关键词：围岩分级细化体系岩体弹性纵波波速岩芯采取率岩芯形态

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基于模糊概率理论岩质围岩基本分级细化研究

铁道科学与工程学报 2018年第1期15卷 45-51页

作者：吴圣智王明年刘大刚西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

以青岛地铁岩质围岩为研究对象,制订以定性鉴别、BQ、岩芯状态和围岩弹性纵波速度为基础的岩质围岩基本分级细化方法,并将模糊概率理论引入围岩分级中。研究结果表明:对Ⅲ和Ⅳ级围岩进行亚级划分,岩质围岩等级由原来的5级增加到7级,降... 详细信息

以青岛地铁岩质围岩为研究对象,制订以定性鉴别、BQ、岩芯状态和围岩弹性纵波速度为基础的岩质围岩基本分级细化方法,并将模糊概率理论引入围岩分级中。研究结果表明:对Ⅲ和Ⅳ级围岩进行亚级划分,岩质围岩等级由原来的5级增加到7级,降低了围岩质量之间的跨度,并给出各级围岩的物理力学参数;在定性鉴别的基础上,得到BQ、岩芯状态、围岩弹性纵波速度与围岩等级之间的对应关系,进而建立以定性鉴别、BQ、岩芯状态和围岩弹性纵波速度为基础的岩质围岩基本分级细化方法;获得不同围岩分级方式的判别精度以及围岩等级与各分级指标的隶属函数,以此为基础引入模糊概率理论,建立围岩分级的模糊综合评定方法;通过现场的应用得出,该方法能降低围岩分级中的主观因素,提高围岩分级的精确度,丰富围岩分级体系。

关键词：岩质围岩基本分级细化 BQ 弹性纵波速度岩芯状态模糊概率理论

微震爆破在顺层软岩隧道换拱技术中的应用研究

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现代隧道技术 2013年第6期50卷 174-178,183页

作者：吴圣智段宝福朱应磊李申琰李焕振山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室青岛266590 海洋石油工程股份有限公司天津300461

在隧道初期支护置换中,微震爆破具有周期短、效益高的优点,但是存在爆破震动难以控制的难点,这一难点在初期支护不稳定的顺层富水软岩隧道中显得尤为突出。文章对关垭子隧道微震爆破换拱技术进行了研究,结果表明:(1)爆破震动过程中震动... 详细信息

在隧道初期支护置换中,微震爆破具有周期短、效益高的优点,但是存在爆破震动难以控制的难点,这一难点在初期支护不稳定的顺层富水软岩隧道中显得尤为突出。文章对关垭子隧道微震爆破换拱技术进行了研究,结果表明:(1)爆破震动过程中震动速度折减与围岩收敛存在一定的规律性;(2)超前小导管注浆对围岩稳定性有积极作用;(3)纵向设置隔离带和竹节辅助减震措施能有效地削减爆破震动。

关键词：微震爆破换拱技术富水软岩震动波折减

TBM隧道回填层-管片受力特征模型试验研究

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岩土力学 2018年第11期39卷 3976-3982,4009页

作者：吴圣智王明年于丽刘大刚黄群伟西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

回填层作为围岩和管片之间的连接部分,起到稳定衬砌、传递荷载、吸收变形等作用。护盾式TBM隧道施工过程中,回填层存在未注浆松散、注浆固结两个主要状态。回填层状态不同,回填层作用及管片受力特点也不同。研究采用相似模型试验分析不... 详细信息

回填层作为围岩和管片之间的连接部分,起到稳定衬砌、传递荷载、吸收变形等作用。护盾式TBM隧道施工过程中,回填层存在未注浆松散、注浆固结两个主要状态。回填层状态不同,回填层作用及管片受力特点也不同。研究采用相似模型试验分析不同状态下的回填层作用机制,通过研究得到了以下结论:回填层未注浆松散状态下,由于碎石的径向压缩与环向移动,围岩传递到管片上的荷载量值降低且分布较为均匀,此时回填层作为"可压缩层",具有让压和均匀荷载的作用,能明显降低管片的受力和变形;回填层注浆固结后,回填层虽然能够承担少量的荷载与变形,但承载能力有限,主要作为围岩与管片之间的"传递层",传递荷载与变形;对于挤压性围岩护盾式TBM隧道施工可适当应用回填层未注浆时的"可压缩性",减小施工过程中管片受力与变形;对于浅埋及地铁隧道则应尽早注浆,使衬砌与围岩形成稳定的受力体系;回填层弹性模量的增加可提高回填层-管片组合体系支护刚度,但增加效果不明显。

关键词：护盾式TBM隧道回填层注浆相互作用模型试验

双线重载铁路隧道基底结构受力特性现场激振试验研究

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铁道学报 2018年第11期40卷 121-128页

作者：李自强王明年于丽徐湉源吴圣智赵银亭重庆科技学院建筑工程学院重庆401331 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

依托于张唐线双线重载铁路隧道——付营子隧道现场试验,在Ⅴ级围岩条件下利用大型激振设备不同频率和配重块组合模拟了25、27、30t轴重的重载列车作用。根据光纤光栅传感器采集时程曲线提取的静压力和瞬时动压力幅值,针对基底不同结构... 详细信息

依托于张唐线双线重载铁路隧道——付营子隧道现场试验,在Ⅴ级围岩条件下利用大型激振设备不同频率和配重块组合模拟了25、27、30t轴重的重载列车作用。根据光纤光栅传感器采集时程曲线提取的静压力和瞬时动压力幅值,针对基底不同结构层表面上不同测点的接触压力横向和竖向分布规律进行研究。结果表明:双线重载铁路隧道基底结构通车前静压力分布基本对称,重载列车荷载作用下,因仅半幅受到重载荷载影响,其动力响应明显于普通客运线路使基底结构受力不平衡易发生失稳。在重载线路中心、轨道位置和客运线路轨道3条监测线上各结构层表面动压力竖向衰减规律类似,均可拟合为三次多项式用于类似工程的设计和受力预测。

关键词：重载铁路隧道基底结构静压力分布激振试验动力响应

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基于灰色理论的围岩注浆效果预测研究

铁道工程学报 2013年第11期30卷 23-26页

作者：吴圣智段宝福朱应磊李焕振山东科技大学山东省土木工程防灾减灾重点实验室山东青岛266590 海洋石油工程股份有限公司天津300452

研究目的:小导管注浆能有效的提高围岩稳定性,但在现实施工中,导管注浆到围岩稳定往往存在一段时间差,因此提前预测围岩注浆效果有着十分重要的现实意义。GM(1,1)模型可以作为相对简洁的围岩变化时间函数应用于注浆后围岩敛散的预测,但... 详细信息

研究目的:小导管注浆能有效的提高围岩稳定性,但在现实施工中,导管注浆到围岩稳定往往存在一段时间差,因此提前预测围岩注浆效果有着十分重要的现实意义。GM(1,1)模型可以作为相对简洁的围岩变化时间函数应用于注浆后围岩敛散的预测,但传统的GM(1,1)模型在地质条件复杂的围岩注浆效果预测中存在局限性。本文对传统灰色理论模型的背景值做了改进,力图通过改进后的模型更加准确的预测注浆后围岩变化趋势,从而指导后续施工。研究结论:(1)GM(1,1)模型可以比较准确的预测注浆后的注浆效果,模型预测的精确性与围岩影响因素、围岩的复杂程度有关;(2)基于背景值改进后的GM(1,1)模型精确度的提高取决于与原模型的预测精度,改进后的模型适用于影响因素多,变化更加复杂的围岩;(3)本文结合工程实例,将计算值与实际值做了对照,验证了改进后灰色模型的精确性,可以为今后隧道围岩注浆效果的预测提供一定的参考。

关键词： GM(1, 1)模型背景值优化小导管注浆围岩收敛