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高地应力软岩隧道快速施工围岩稳定性分析

现代隧道技术 2024年第3期61卷 25-34页

作者：包烨明陈子全周子寒汪波中铁十二局集团有限公司太原030024 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

研究长进尺快速施工下高地应力软岩隧道围岩的稳定性对保障施工安全、提升施工效率意义重大。首先以掌子面滑移失稳模式讨论围岩失稳问题,采用极限分析上限法,利用耗散功率与外力功率间的关系分析不同地质环境、开挖参数对围岩稳定性的... 详细信息

研究长进尺快速施工下高地应力软岩隧道围岩的稳定性对保障施工安全、提升施工效率意义重大。首先以掌子面滑移失稳模式讨论围岩失稳问题,采用极限分析上限法,利用耗散功率与外力功率间的关系分析不同地质环境、开挖参数对围岩稳定性的影响;而后,以软弱围岩松散破碎失稳模式讨论围岩失稳问题,采用围岩整体安全系数法揭示高地应力软岩隧道围岩的稳定性演变机理;最后总结提炼出复合两种失稳模式的高地应力软岩隧道围岩稳定性判定基准。研究表明:极限分析上限法不仅可用于评价掌子面稳定性,还可用于求解推断掌子面的失稳形迹;岩体黏聚力与内摩擦角对稳定性具有重要影响,但随着二者的增大掌子面稳定系数并非线性增加,增长速率逐渐放缓;掌子面安全系数随开挖进尺、台阶高度增加呈非线性变化,可根据变化曲率确定最优开挖参数;提出高地应力软岩隧道快速施工下围岩稳定性评价方法,即逐次判定隧道是否发生静态滑移失稳和动态松散破碎失稳。

关键词：高地应力软岩隧道快速施工稳定性分析

富水强砂化白云岩隧道超前泄水长度对泄水效果影响研究

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铁道标准设计 2024年

作者：李金宜赵万强王志杰罗禄森毛必君琚国全中铁二院工程集团有限责任公司西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室中铁隧道局集团建设有限公司

富水白云岩砂化造成成昆铁路吉新隧道施工多次出现突水涌砂，如何有效控制施工突涌亟待解决。采用现场调研、室内试验、数值模拟等方法，分析强砂化白云岩隧道涌砂特征，研究超前泄水孔降水释压效能。研究结果表明：（1）白云岩砂化是... 详细信息

富水白云岩砂化造成成昆铁路吉新隧道施工多次出现突水涌砂，如何有效控制施工突涌亟待解决。采用现场调研、室内试验、数值模拟等方法，分析强砂化白云岩隧道涌砂特征，研究超前泄水孔降水释压效能。研究结果表明：（1）白云岩砂化是一种特殊的溶蚀现象，隧道灾变的根本原因是白云岩的砂化；（2）超前泄水孔对掌子面前方围岩变形、隧道压力拱纵断面形态、地层水压有极好的控制效果；（3）水头为30，50，80，120m时，泄水孔最大可分别减小32.95%、41.58%、49.19%、69.74%压力拱纵断面面积；（4）地层水压下降效果随超前泄水孔长度呈“y=a+b×cx”的指数函数关系，30m与50m水头地层15m的泄水孔可达到最优降水效果的95%，80m水头地层25m的泄水孔可达到最优效果的96.39%，120m水头地层40m的泄水孔可达到最优泄压效果的92.17%；（5）初始水头为30，50，80，120m时宜分别设置15，20，30m、超过40m的超前泄水孔。

关键词：铁路隧道强砂化白云岩富水隧道超前泄水孔数值模拟

大直径盾构隧道下穿既有高速公路桥涵影响分析

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现代隧道技术 2024年第1期61卷 137-145页

作者：张庆甄文战封坤中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

为进一步研究大直径盾构隧道掘进时对周边建(构)筑物的影响,依托成都某铁路工程大直径盾构隧道小间距、浅覆土下穿高速公路桥涵工程,采用数值模拟分析方法,考虑桩-土-隧道相互作用,建立三维有限元计算模型,分析盾构隧道施工引起地表、... 详细信息

为进一步研究大直径盾构隧道掘进时对周边建(构)筑物的影响,依托成都某铁路工程大直径盾构隧道小间距、浅覆土下穿高速公路桥涵工程,采用数值模拟分析方法,考虑桩-土-隧道相互作用,建立三维有限元计算模型,分析盾构隧道施工引起地表、桥桩、人行地道及隔离桩位移变化趋势。结果表明:盾构隧道开挖卸荷在地表形成了明显的沉降槽,但隔离桩能有效阻断土体变形,减小地表沉降;地表横向沉降曲线在隔离桩位置出现突变,隔离桩前及背后的地表沉降量降幅分别达27%及40%~50%;地表纵向沉降曲线在隔离桩范围数值减小且呈W形分布。桥桩受盾构隧道开挖卸荷影响,产生向隧道侧的附加变形及弯矩,洞身范围其变形值从下至上先增大后减小,且较小直径盾构隧道对桥桩竖向影响范围大;同时盾构隧道下穿人行地道引起结构底板附加变形较大,沉降最大值达7.5 mm;上述相关数值计算结果与现场实测结果较为吻合,验证了数值模拟结果的准确性。

关键词：盾构隧道高速桥涵数值分析隔离桩沉降槽

盾构隧道管片结构螺栓失效对横向地震响应的影响分析

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现代隧道技术 2024年

作者：易丹薛皓匀杨绍毅喻波封坤林刚中铁二院工程集团有限责任公司西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室

盾构隧道管片接头是整个隧道的薄弱部位，接头连接螺栓失效会直接影响隧道结构的服役性能。为研究盾构隧道环向螺栓失效对隧道管片结构横向抗震性能的影响，以某大断面盾构隧道为背景建立了盾构隧道单、双层衬砌三维有限元模型，采用隐... 详细信息

盾构隧道管片接头是整个隧道的薄弱部位，接头连接螺栓失效会直接影响隧道结构的服役性能。为研究盾构隧道环向螺栓失效对隧道管片结构横向抗震性能的影响，以某大断面盾构隧道为背景建立了盾构隧道单、双层衬砌三维有限元模型，采用隐式动力时程法进行了抗震性能分析。研究结果表明：（1）环向螺栓失效会增大隧道横向变形，施加内部衬砌可以提高隧道抵抗横向变形的能力；（2）环向螺栓失效使隧道的峰值损伤增大，施加内部衬砌后可有效降低隧道的峰值损伤，但隧道的损伤范围增大；（3）环向螺栓失效情况下，施加内部衬砌可以增加管片内钢筋笼发挥的力学性能；（4）对有环向螺栓失效潜在风险的区域建议施加内部衬砌，以提高隧道的抗震性能。

关键词：盾构隧道管片结构螺栓失效数值模拟地震响应

内部结构施作方式对公轨合建盾构隧道内爆炸动力响应的影响研究

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现代隧道技术 2024年第1期61卷 107-116页

作者：肖明清封坤王少锋杨昊郭文琦中铁第四勘察设计院集团有限公司武汉430063 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031 水下隧道技术湖北省工程实验室武汉430063

为探明不同内部结构施作方案对盾构隧道管片及内部结构的抗爆性能的影响,以公轨合建盾构隧道为工程背景,建立半装配式内部结构和现浇式内部结构的三维精细化数值计算模型,采用显式动力时程法对爆炸荷载作用下管片及内部结构的动力响应... 详细信息

为探明不同内部结构施作方案对盾构隧道管片及内部结构的抗爆性能的影响,以公轨合建盾构隧道为工程背景,建立半装配式内部结构和现浇式内部结构的三维精细化数值计算模型,采用显式动力时程法对爆炸荷载作用下管片及内部结构的动力响应及损伤特征进行计算分析。研究结果表明:与现浇式内部结构相比,半装配式内部结构的连接位置在爆炸荷载作用下的加速度响应更剧烈,纵向加速度峰值衰减速率更快,但是其内部结构损伤程度更低。此外,管片接头处的加速度峰值会出现突变现象,而且当炸药在行车空间中部爆炸时,半装配式内部结构管片接头处的加速度峰值比现浇式内部结构管片接头处的加速度峰值低20%~49%。

关键词：盾构隧道内部结构爆炸公轨合建隧道断面动力响应

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黏性地层盾构刀盘泥饼固结硬化试验研究

地下空间与工程学报 2024年第4期20卷 1169-1179页

作者：王宇博周凯歌方勇刘四进马浴阳西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031 中铁十四局集团大盾构工程有限公司南京210031

盾构在黏性地层中掘进时刀盘容易出现结泥饼问题,严重时堵塞刀盘降低盾构掘进效率,影响施工安全。渣土粘附在刀盘的过程中伴随着泥饼的固结硬化,为探明盾构刀盘泥饼固结硬化的影响因素,通过自制的刀盘掘进模拟装置开展了室内试验,研究... 详细信息

盾构在黏性地层中掘进时刀盘容易出现结泥饼问题,严重时堵塞刀盘降低盾构掘进效率,影响施工安全。渣土粘附在刀盘的过程中伴随着泥饼的固结硬化,为探明盾构刀盘泥饼固结硬化的影响因素,通过自制的刀盘掘进模拟装置开展了室内试验,研究了土体性质、温度、刀盘土压力与泥饼固结硬化特征之间的关系,进行了渣土改良实验,探究了不同改良剂对泥饼固结硬化程度的影响。结果表明:泥饼的含水率与锥入深度可以表征泥饼的固结硬化特征;土体的性质对掘进后刀盘形成泥饼的固结硬化程度影响最大,温度次之,刀盘土压力对泥饼的固结硬化程度存在地层差异性;泡沫剂对纯黏土与含砂黏土泥饼的固结硬化作用改善效果明显,分散剂则仅在纯黏土中存在明显作用。

关键词：盾构隧道黏性地层泥饼固结硬化室内试验

护盾式TBM施工下穿河流破碎带稳定性分析及变形控制技术

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：李志军王明年于丽张霄王志龙上官宇文西南交通大学土木工程学院中铁隧道局集团有限公司西南交通大学隧道工程教育部重点实验室

针对硬岩地铁隧道在TBM施工过程中穿越破碎带等不良地质体，易导致TBM卡机、冒顶垮落和突涌水等问题，以青岛地铁某区间穿越李村河下破碎带段为工程背景，采用数值模拟、数据统计与现场监测数据验证相结合的研究方法，分析隧道穿越破碎... 详细信息

针对硬岩地铁隧道在TBM施工过程中穿越破碎带等不良地质体，易导致TBM卡机、冒顶垮落和突涌水等问题，以青岛地铁某区间穿越李村河下破碎带段为工程背景，采用数值模拟、数据统计与现场监测数据验证相结合的研究方法，分析隧道穿越破碎带时的围岩变形规律，优化设计破碎带注浆加固方案。同时，基于施工统计数据确定TBM施工控制参数，最后结合监测数据验证“地面深孔全断面注浆+精细化掘进参数控制”方案的可靠性。研究结果表明：1）应用FLAC3D数值分析软件，研究TBM穿越河下破碎带围岩力学响应，分析围岩稳定性，破碎带区域以外的围岩变形很小而破碎带以内围岩产生了较大的变形，其中拱顶沉降最大可达11.82 mm，超出施工预警要求；2）提出破碎带地表深孔注浆加固方案，注浆体驱替破碎带内的地下水使得TBM穿越破碎带时不易产生突涌水等灾害，确定最优注浆加固范围为10.3 m，河流破碎带下注浆一般选用水泥—水玻璃双液浆，注浆压力为1.5 MPa，水泥浆水灰比为1:1;3）根据统计分析得出了TBM穿越河流破碎带时的掘进参数变化规律，结合试掘进监测数据确定了合理的双护盾TBM掘进控制参数。最终监控量测结果表明，最大地表沉降值为3.75 mm，该施工方案有效保障了双护盾TBM穿越大范围河流破碎带区域的施工安全。研究结果为进一步优化设计并结合监测数据进一步分析，以期为类似下穿河流的盾构隧道提供理论指导。

关键词： TBM施工下穿河流破碎带注浆加固掘进控制参数

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带定位榫盾构隧道管片接头剪切力学行为研究

北京交通大学学报 2024年第3期48卷 130-139页

作者：林刚易丹罗世培晏启祥张君臣中铁二院工程集团有限责任公司成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

外套于盾构隧道管片螺栓的空心圆锥筒定位抗剪构件定位榫能有效控制盾构管片错台量和错台值,与管片、螺栓共同形成“管片-定位榫-弯螺栓”接头.为探明盾构隧道管片受压工况、“管片-定位榫-弯螺栓”接头在剪切荷载作用下的结构力学特征... 详细信息

外套于盾构隧道管片螺栓的空心圆锥筒定位抗剪构件定位榫能有效控制盾构管片错台量和错台值,与管片、螺栓共同形成“管片-定位榫-弯螺栓”接头.为探明盾构隧道管片受压工况、“管片-定位榫-弯螺栓”接头在剪切荷载作用下的结构力学特征和破坏机理,以内径7.5 m、外径8.3 m、弯螺栓连接的盾构隧道衬砌环的纵向接头为例,首先,建立三维有限元模型,对轴力分别为196、392、588和784 kN4种工况的接头剪切破坏全过程进行数值模拟;然后,对接头剪切破坏过程、定位榫和螺栓力学及变形特征、管片接缝面变形破坏特征进行分析;最后,采用原型剪切破坏试验对数值模拟结果进行印证和补充研究.研究结果表明:盾构隧道“管片-定位榫-弯螺栓”接头剪切破坏全过程分为接触面静摩擦、定位榫弹性变形、定位榫塑性错动和螺栓剪切破坏4个阶段;定位榫弹性变形阶段,定位榫表现为“压扁”形态,定位榫塑性错动阶段,定位榫拱顶外侧首先出现塑性屈服区,随着剪切荷载的增加,塑性区将扩展到定位榫端部和横断面内大部分区域,塑性破损过程中定位榫将超过其承载能力的外部剪切荷载转移给螺栓;螺栓杆体受力从定位榫塑性错动阶段开始,最终加载侧杆体将发生“拉直”破坏、固定侧杆体将发生弯剪破坏;管片接缝面混凝土从定位榫塑性错动阶段后期出现塑性区,初始位于榫槽内水平两侧,随着剪力增加,塑性区将向周边扩展,最终与管片内弧面手孔塑性区连通,形成“手孔-螺栓孔-手孔”塑性破坏域.

关键词：盾构隧道定位榫管片接头力学行为数值模拟原型试验

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盾构隧道支洞交叉段管片拆卸施工技术

建设机械技术与管理 2024年第1期37卷 98-103页

作者：顾兆东中铁十四局集团隧道工程有限公司山东济南250013

为解决小直径隧道管片拆卸施工中,存在管片自重较大,作业空间受限,管片拆卸施工风险高等问题,本文依托实际工程,提供了一种管片拆卸施工方法,并对拆卸过程关键零部件进行了强度校核,研究结果表明:本文提供的管片拆卸施工方法简便快速,... 详细信息

为解决小直径隧道管片拆卸施工中,存在管片自重较大,作业空间受限,管片拆卸施工风险高等问题,本文依托实际工程,提供了一种管片拆卸施工方法,并对拆卸过程关键零部件进行了强度校核,研究结果表明:本文提供的管片拆卸施工方法简便快速,管片拆卸施工过程安全可靠,可为类似工程提供参考。

关键词：盾构管片拆卸施工技术