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钻爆法隧道机械化施工二衬支护时机优化方法

中国公路学报 2024年第7期37卷 70-81页

作者：陈子全孙振宇周子寒李天胜汪波徐国文蒋长伟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 北京交通大学隧道及地下工程教育部工程研究中心北京100044 重庆交通大学未来土木科技研究院重庆400074

近年来中国钻爆法隧道大力倡导机械化全工序建造,这种机械装备集成化的现代施工模式虽可有效提升掘进效率,但超长的机械装备作业线布设距离将会严重滞后二次衬砌支护时机,对软弱破碎岩层的围岩-支护结构稳定性造成威胁。通过调研隧道设... 详细信息

近年来中国钻爆法隧道大力倡导机械化全工序建造,这种机械装备集成化的现代施工模式虽可有效提升掘进效率,但超长的机械装备作业线布设距离将会严重滞后二次衬砌支护时机,对软弱破碎岩层的围岩-支护结构稳定性造成威胁。通过调研隧道设计、施工规范关于确定二衬支护时机的相关原则及控制指标,梳理机械化全工序施工的作业线布设方案,提出了钻爆法隧道机械化施工背景下二衬支护时机的动态优化方法,综合围岩弹塑性本构模型,以及喷射混凝土、钢架、锚杆、二次衬砌本构模型,建立了围岩-支护结构相互作用全历程解析方法用于求解承载极限比、荷载分担比,最后计算分析了围岩安全系数的分布规律。结果表明:通过算例分析验证了提出的机械化施工二衬支护时机动态优化方法的有效性;不同强化的初支方案对应了80~120 m的机械装备作业线布设距离(二衬最晚支护时机),且二次衬砌可分担7%~13%的围岩荷载;80、100、120 m机械装备作业线布设距离对应的初支方案下,围岩整体安全系数分别为1.19、1.30、1.26,均满足安全控制基准。

关键词：隧道工程机械化施工钻爆法二次衬砌支护时机

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青藏铁路接触网异型桩基抗冻拔模型试验研究

西南交通大学学报 2024年第3期59卷 677-684页

作者：周亚龙王旭蒋代军刘德仁何菲晏昌牛富俊兰州交通大学土木工程学院甘肃兰州730070 兰州交通大学甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室甘肃兰州730070 西北生态资源环境研究院甘肃兰州730000

保证接触网支柱桩基础的冻拔稳定性是青藏铁路格拉段电气化改造工程建设中的关键问题之一,为研究不同截面形式桩(等截面圆形桩Z1、直锥柱形桩Z2及曲锥柱形桩Z3)的抗冻拔性能,以青藏线路基填料为试验土体,进行3个冻融循环的室内模型试验... 详细信息

保证接触网支柱桩基础的冻拔稳定性是青藏铁路格拉段电气化改造工程建设中的关键问题之一,为研究不同截面形式桩(等截面圆形桩Z1、直锥柱形桩Z2及曲锥柱形桩Z3)的抗冻拔性能,以青藏线路基填料为试验土体,进行3个冻融循环的室内模型试验,得到冻融作用下接触网支柱桩基础的地温、桩顶位移及桩身应力的分布规律.试验结果表明:路基体的冻结(融化)是二维冻结(融化),接触网支柱桩基础附近的冻结深度约为30 cm;路肩处土体的竖向冻胀位移为4.30 mm,Z1的竖向冻拔量为0.26 mm,Z2与Z3的竖向冻拔量分别为Z1的46%、58%,3根桩的桩顶均产生约0.1 mm的水平位移;冻结过程中桩基整体受拉,冻深附近桩身轴力最大;切向冻胀应力的最大值出现在地表附近,曲锥柱形桩切向冻胀总力最小,抗冻拔效果最好.

关键词：多年冻土接触网支柱桩基础异型桩模型试验冻融作用冻拔特性

基于图像识别的公路隧道围岩智能动态分级研究

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隧道建设（中英文） 2024年第6期44卷 1274-1282页

作者：周梦琳陈强汪波宋自愿彭传阳程黎西南交通大学地球科学与工程学院四川成都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

针对勘察设计阶段判别的隧道围岩等级与施工过程中实际揭露的围岩情况不符的问题,提出一种以隧道施工期实际揭露的围岩为研究对象的智能动态分级方法。首先,依托甘肃省渭武高速公路木寨岭隧道工程,利用单反相机采集掌子面图像,基于深度... 详细信息

针对勘察设计阶段判别的隧道围岩等级与施工过程中实际揭露的围岩情况不符的问题,提出一种以隧道施工期实际揭露的围岩为研究对象的智能动态分级方法。首先,依托甘肃省渭武高速公路木寨岭隧道工程,利用单反相机采集掌子面图像,基于深度学习Res Net18网络设计T-Res Net模型,进行掌子面围岩图像特征定性识别分类;然后,利用数字图像处理技术定量识别、提取节理裂隙特征参数,进而确定掌子面完整性指标;最后,结合岩石坚硬程度、岩体完整程度、主结构面产状、地下水发育状况、初始地应力、节理延展性6个指标建立围岩分级指标体系,并采用特征加权KNN(K-nearest neighbor)算法模型实现隧道围岩智能动态分级。研究结果表明:1)T-Res Net模型在节理裂隙测试集的准确率达到83.23%,在地下水测试集的准确率达到92.86%,可以实现围岩特征的有效识别与精确分类;2)使用机器视觉方法处理现场围岩图像,可快速提取岩体完整性系数和地下水发育情况,实现现场智能化高效分析;3)KNN智能动态分级方法在依托工程具有良好的适用性和较高的准确性,可有效实现隧道施工过程中的围岩动态分级。

关键词：公路隧道深度学习数字图像处理 KNN算法围岩分级

复杂地下工程施工风仓风量分配情况和局部阻力系数研究

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安全与环境学报 2024年第6期24卷 2277-2286页

作者：郭春王义翔西南交通大学土木工程学院成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

为解决多掌子面且掌子面需风量间存在较大差异的地下工程施工通风节能问题,以多进出口隔板式风仓为对象,通过数值模拟方法,将进风量和隔板覆盖率作为自变量,研究风仓出风量分配情况和局部阻力系数。结果表明:(1)风仓出风量分配情况和局... 详细信息

为解决多掌子面且掌子面需风量间存在较大差异的地下工程施工通风节能问题,以多进出口隔板式风仓为对象,通过数值模拟方法,将进风量和隔板覆盖率作为自变量,研究风仓出风量分配情况和局部阻力系数。结果表明:(1)风仓出风量分配情况和局部阻力系数仅与风仓自身的结构形式有关,与进风量无关;(2)隔板式风仓出风管转角处会形成“三角状”高速区,隔板覆盖率越大,高速区内风流速度越快,高速区越短;(3)可通过改变隔板覆盖率,实现对风仓出风量的调节,并给出了风仓无隔板出风口出风量占比与隔板覆盖率之间的函数关系式;(4)风仓隔板覆盖率超过40%时,局部阻力系数会显著增加,并给出了隔板覆盖率与风仓各个出风口局部阻力系数的函数关系式,供后续研究和相关单位进行参考。

关键词：安全卫生工程技术隔板风仓数值模拟函数拟合

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基于可拓理论的隧道洞口段动力响应规律研究

地下空间与工程学报 2024年第2期20卷 625-635页

作者：周佳媚李瑞涵黄柯崔凯琪岳飞翔西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

隧道洞口段存在偏压浅埋、围岩破碎等情况,为探究隧道洞口段在地震作用下的动力响应规律并给出安全性定量评估指标,以雅万高铁6号隧道为依托建立数值模型,分别输入雅万人工合成波、EI波、KB波以及WL波4个地震波,基于可拓理论,建立可拓... 详细信息

隧道洞口段存在偏压浅埋、围岩破碎等情况,为探究隧道洞口段在地震作用下的动力响应规律并给出安全性定量评估指标,以雅万高铁6号隧道为依托建立数值模型,分别输入雅万人工合成波、EI波、KB波以及WL波4个地震波,基于可拓理论,建立可拓物元模型,对采用数值模拟方法得出的隧道洞口段在最不利地震波作用下的弯矩、轴力、相对位移、加速度4个安全评估指标结果创建分区,以综合定量指标对雅万高铁6号隧道洞口段进行安全性评估,并提出了抗震设防长度。同时,分析了在不同地震波作用下的雅万高铁6号隧道洞口段的动力响应规律。结果表明:(1)在雅万人工波作用下,隧道各评估点动力响应程度约为其余3种天然波作用下动力响应程度的1.2倍;(2)各地震波计算所得4个评估指标沿纵向方向变化规律基本相同,轴力及弯矩峰值均出现在拱肩拱脚位置,相对位移峰值均发生在洞口处仰拱至拱顶测线,评估指标峰值发生时刻略微滞后于地震波峰值加速度对应时刻;(3)在雅万人工合成波作用下,雅万高铁六号隧道洞口段抗震设防长度为45~55 m,为隧道洞径的3.5~4倍。研究成果可为通过综合定量指标对隧道洞口段进行抗震安全性评估提供参考。

关键词：高速铁路隧道洞口段数值模拟抗震设防长度可拓理论

基于水-岩相互作用的富水断层破碎带隧道突涌灾害演化特征

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科学技术与工程 2024年第10期24卷 4276-4286页

作者：冯应朱星宇张志强西南交通大学土木工程学院成都610031 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031

为研究开挖卸荷和水力荷载耦合作用下富水断层破碎带隧道突涌灾害演化特征,以沈白高铁西谷隧道工程为依托,考虑不同富水破碎带构造形式及地下水赋存特征,开展隧道突涌灾害演化过程研究。基于水-岩相互作用原理,建立三维离散元粘合块体-... 详细信息

为研究开挖卸荷和水力荷载耦合作用下富水断层破碎带隧道突涌灾害演化特征,以沈白高铁西谷隧道工程为依托,考虑不同富水破碎带构造形式及地下水赋存特征,开展隧道突涌灾害演化过程研究。基于水-岩相互作用原理,建立三维离散元粘合块体-裂隙流耦合模型,明确不同地质构造特征下的隧道突涌灾害模式,分析破碎岩体裂隙扩展和地下水渗流的时空演化规律。研究结果有:引入黏合块体模型和裂隙流组合模型,建立了富水断层破碎带水岩相互作用力学模型,再现了富水破碎带隧道突涌灾害演化过程。不同富水破碎带构造形式引起的突涌灾变模式差异显著,且具有不同的触发条件和表现形式。断层破碎带倾角为45°时,破碎岩体沿掌子面下部溜塌涌入隧道,倾角为90°时,围岩向掌子面挤出,倾角为-45°时,表现为拱顶围岩垮塌。富水破碎带突涌灾害程度随着水头增大而加剧,其中倾角为-45°时,突涌灾害程度受水头高度的影响最显著,倾角为90°时,水头高度影响相对较弱,但突涌灾害程度最严重。

关键词：断层破碎带隧道施工水岩相互作用突涌灾害黏合块体模型时效变形

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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黄土地层浅埋地铁车站结构地震易损性分析

西南交通大学学报 2024年

作者：孙纬宇朱辉严松宏梁庆国张建哲杨斌张戎令兰州交通大学土木工程学院中国铁路建设集团管理有限公司甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室

为研究黄土场地地铁车站的地震易损性，以黄土地区某典型两层三跨地铁车站结构为例，基于黏弹性边界的地震动输入方法对该地铁车站结构进行了增量动力分析（IDA），对37个地震动强度指标的有效性、实用性和效益性进行了综合评价，选出... 详细信息

为研究黄土场地地铁车站的地震易损性，以黄土地区某典型两层三跨地铁车站结构为例，基于黏弹性边界的地震动输入方法对该地铁车站结构进行了增量动力分析（IDA），对37个地震动强度指标的有效性、实用性和效益性进行了综合评价，选出了适合该场地条件和车站结构断面形式的地震动强度指标，并采用双参数对数正态分布模型建立了该地铁车站结构的地震易损性曲线和破坏状态概率曲线，以此得到该地铁车站结构在某一强度地震作用下各性能水准的超越概率和发生不同破坏状态的概率。结果表明：加速度、速度相关型指标更适合作为地震动强度指标来预测地下结构的地震响应，位移相关型以及比值型指标不宜作为地震动强度指标；多遇地震作用下车站结构发生破坏的概率较小，设防地震作用下车站结构以轻微破坏为主，罕遇地震作用下车站结构以轻微破坏和中等破坏为主。研究可为黄土地层基于性能的地铁车站的抗震设计提供参考。

关键词：地铁车站抗震性能地震动强度参数增量动力分析易损性分析

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管棚承载机制的理论分析

西南交通大学学报 2024年

作者：张建严松宏王文孙纬宇兰州交通大学土木工程学院甘肃省道路桥梁与地下工程重点实验室甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司

建立合理准确的管棚理论分析模型，并对其进行求解，对推动管棚预支护技术的进一步发展具有重要意义。本文基于隧道开挖、支护的施工过程以及未开挖段由于掌子面扰动而对管棚约束反力有所降低的基础上，建立了基于Euler-Bernoulli梁理... 详细信息

建立合理准确的管棚理论分析模型，并对其进行求解，对推动管棚预支护技术的进一步发展具有重要意义。本文基于隧道开挖、支护的施工过程以及未开挖段由于掌子面扰动而对管棚约束反力有所降低的基础上，建立了基于Euler-Bernoulli梁理论的管棚荷载结构模型，并利用Pasternak弹性地基模型确定初期支护及掌子面前方岩体对管棚的约束反力，推出了每一循环隧道开挖支护过程中管棚的受力和变形解析表达式，并通过叠加法求解掌子面掘进至任意位置时管棚的受力和变形分布。通过案例计算并与既有研究成果比对，验证了模型的合理性和有效性。在此基础上利用求解结果，研究了环向间距、钢管管径对管棚受力和变形的影响，并提出了确定管棚合理搭接长度的计算方法。本文研究成果可以作为评价管棚设计合理性的手段来辅助管棚的设计与施工。

关键词：隧道工程管棚设计参数解析解