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岩石力学与工程学报 2007年第S2期杂志 文档列表

浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷分析及其控制3601-3608

摘要：防控地表塌陷特别是海床塌陷是浅埋暗挖海底隧道施工的关键问题之一,一旦发生海床塌陷,海水可能大量涌入隧道,将造成灾难性后果。因此,明确地表塌陷的发生机制、诱发因素和相应的控制措施是浅埋暗挖隧道包括海底隧道安全施工的重要保证。以深圳地铁一隧道施工引起的两次地表塌陷事故为工程背景,根据普氏平衡拱理论,对浅埋暗挖隧道施工引起的地表塌陷进行深入的分析,明确地表塌陷的发生机制,并结合地层条件和施工情况给出了诱发地表塌陷的原因,在此基础上提出相应的控制技术,并在隧道后续施工中得到应用,取得了理想的控制效果。研究结果表明,严格按照浅埋暗挖法的基本原理和技术要点进行隧道施工,可以有效地避免地表塌陷事故的发生。研究成果对浅埋暗挖城市地铁隧道和海底隧道等类似工程施工预防地表塌陷具有一定的指导意义。

水底液化地层大型盾构隧道地震响应分析3609-3615

摘要：建立南京长江盾构隧道主隧道、横向疏散通道及地层相互作用的三维模型,采用Byrne模型模拟地层的循环液化,对模型分别输入横向和纵向地震波,研究结构一般部位及主隧道–横向疏散通道交叉接口部位的动力力学(应力和位移)响应特征,并分析了横向和纵向地震波对地层孔隙水压及有效应力的不同影响。分析结果表明:横向激振对结构的损害远大于纵向激振,主隧道–疏散通道交叉接口部位在横向激振动力作用下拉应力峰值约3MPa,超过结构极限抗拉强度,有拉裂破坏的趋势。最后,提出了结构的抗震措施建议,研究结论有利于类似工程抗震设计。

大连湾海底隧道钻爆法施工风险评估研究3616-3624

摘要：海底隧道具有复杂难以确定的地质条件和周围环境,因此施工和运营过程中影响工程进度、成本、城市环境和安全的因素众多,使得海底隧道的投资风险较大,目前风险管理理论在钻爆法海底隧道施工方面的应用还较为少见。以拟采用钻爆法施工的大连湾海底隧道为背景,在预工可阶段,针对推荐轴线的2种方案的施工风险进行了辨识、分析,并采用基于信心指数的专家调查法对风险进行评价,风险评估主要从南岸陆域段隧道施工、海域段隧道施工、北岸隧道施工及施工对周围环境的影响四个方面展开。根据风险评估的结果,对推荐轴线的2种方案进行了对比分析,得出预工可阶段推荐方案的风险较大。最后结合大连湾海底隧道施工风险的特点,提出风险控制措施以及相应的结论和建议,为工程决策中选线方案的确定和工程建设管理提供可靠的参考依据。同时,把风险管理理念应用到海底隧道建设中,为同类工程的风险评估提供参考。

水下盾构隧道抗震设计分析方法的适应性研究3625-3630

摘要：针对断面大、水头高,结构复杂的水下盾构隧道,通过分析其在横向和纵向结构特点,提出了合理的抗震设计方法。在地层条件较均匀的横断面,通过成层重复反射理论,计算出工程场地地层的实际地震响应,采用反应位移法对隧道典型断面进行地震反应分析,再将其结果与静力计算结果叠加后作为抗震设计的依据。纵向则考虑线状结构特点、沿隧道纵向地层的不均匀性、地震行波效应和边界效应等方面的因素,应用三维时程响应法加以计算分析。对2种方法的特点、适用条件和分析流程进行了系统阐述,并将其应用于越长江盾构隧道工程,揭示了该典型水下盾构隧道的动力响应特征及抗震的薄弱部位。

武汉长江隧道施工引起的地表沉降预测(英文)3631-3638

摘要：武汉市的地质条件相当复杂,越江部分采用盾构法、引道采用明挖法施工,因而减小隧道施工对周围环境的影响至关重要。采取数值模拟方法预测施工对地表沉降的影响,介绍了盾构地层损失引起的地表沉降的预测结果。计算结果表明,盾构施工对距隧道轴线50m外的地层影响很小;随着地层损失率的增加,隧道周围土体塑性区的范围增大,双隧道间土体塑性区增大将导致地表沉降曲线斜率增长;随着上覆土层厚度的增加,土体出现塑性屈服区的临界地层损失率值增大。将地层损失率值降低到2%以内能有效地减小地层沉降,从而减小对周围建筑物和地下管线的影响。距离隧道轴线50m范围内的建筑物和地下管线需要采取保护措施。

海底隧道浅埋暗挖段CRD法不同施工工序比较3639-3645

摘要：在建工程厦门东通道(翔安)海底隧道是我国大陆地区第一座海底隧道,陆域浅埋暗挖段地质条件较差,多为全、强风化花岗岩,且含水量高、强度低,因而采用CRD法施工,该施工段围岩条件差、结构跨度大,且国外相同工程条件下可借鉴的经验也较少。据此,对该施工段采用现场监控和数值模拟2种手段,分析了不同施工工序各部开挖对拱顶下沉、水平收敛及结构内力的影响,2种方法所得结果吻合良好。研究结果表明,在此特定隧道围岩条件下,CRD1,2超前与CRD1,3超前相比,各施工部的开挖引起拱顶下沉量的比例基本相同,但前者所引起的CRD1,3拱顶下沉量分别高出后者约70%,45%,而CRD1的绝对收敛值约大于后者15%,结构内力也略大于后者。以上研究成果为隧道的信息化施工提供了依据,也为今后的相关工程积累了经验。

盾构隧道壁后注浆体变形模型及土体位移分析3646-3652

摘要：盾构施工将会在管片和围岩之间形成环形空隙,对该空隙进行注浆回填来控制地层沉降是盾构施工控制地层位移的关键工序。注浆完成后随浆体水泥水化反应的进行和浆体水分的渗透损失,浆体体积收缩造成地层损失并引起地层位移沉降。因此壁后注浆体的变形及力学性质变化直接影响到土体的应力释放、土体位移及作用在管片上的土压力大小。利用自制壁后注浆单元模型试验装置,研究不同的注浆压力、注浆材料在砂性土条件下浆体的变形规律,提出了能够反映浆体变形规律的数学模型。确定间隙参数是解析方法预测土体位移的关键步骤,利用浆体变形模型可更为准确地确定壁后注浆完成后的盾尾间隙参数。

厦门翔安海底隧道陆域段CRD法位移监测分析3653-3658

摘要：厦门翔安海底隧道陆域段为软弱地层三车道大断面浅埋暗挖隧道,主要采用交叉中隔壁(CRD)法施工,结合现场施工情况对该隧道CRD法位移监控量测结果进行研究。研究结果表明,该隧道CRD法施工监控量测判断指标应以拱顶下沉为主,水平收敛为辅;拱顶下沉通常为最后收于一稳定值的台阶状上升曲线,各分部开挖引起的拱顶下沉增量呈一定比例关系,可用于对最终拱顶下沉量的预测和控制时机参考,施工中应重点控制引起约占总下沉量一半的CRD1初期支护尽早封闭;该隧道陆域段CRD法施工中CRD1最终拱顶下沉控制标为200mm比较合适。综合位移监测分析和现场施工经验认为,翔安隧道陆域段CRD法相邻导坑掌子面间距控制为10～15m,每循环开挖1.0～1.5m(极软弱地段只允许开挖0.5m)后立即支护,导坑内台阶长度控制在6m以内,及时封闭仰拱,对控制最终拱顶下沉和保证支护结构稳定性成效良好,对隧道后续施工控制具有很好的指导意义。

越江公路隧道逃生区段设计3659-3667

摘要：如何在隧道设计阶段就考虑到运营中可能发生的火灾概率及损失,结合人员逃生的速度及时间,进行火灾逃生区段的设计成为一个亟待解决的问题。在城市公路隧道火灾条件下,分析在一定时间内的三个关键影响因素——隧道内温度、有害气体浓度和能见度对疏散人员的生命造成的威胁,以及安排疏散人员迅速撤离至安全区域的措施。以上海一越江隧道工程为例,尝试运用火灾模拟软件FDS通过模拟隧道火灾发生时烟气状况,得到危险条件临界时间Tfire;结合隧道火灾时人员疏散模型Tunev模拟火灾发生时人员逃生所需要的安全疏散时间Tevacuate与逃生滑梯通行能力,并以此来确定隧道疏散口间距与口部尺寸的初步设计,完成逃生区段的设计方案。研究旨在对隧道的逃生救援口部设计提供一定的指导。

双护盾TBM在软弱地层中的掘进模式选择3668-3673

摘要：双护盾岩石掘进机(TBM)采用双护盾模式掘进时,支撑靴的支撑压力常会造成围岩的破坏进而引发其他事故,针对青海"引大济湟"工程中双护盾TBM在软弱地层中掘进模式的选择问题,提出模拟双护盾TBM掘进过程的三维有限元模型,分析支撑压力作用下围岩的破坏机制及不同地应力分布情况下支撑压力对软弱围岩的影响。分析结果表明,支撑压力作用下围岩的破坏形式主要为剪切破坏和拉裂破坏。在浅埋自重应力场下,当侧向压力系数λ<1时,支撑压力一般会使软弱围岩的塑性区有较大程度的扩展,且在隧洞埋深较小时还可能造成大面积拉裂区的出现;其次,对支撑压力导致塑性区扩展的围岩临界强度的分析表明:在自重应力场下应采用单护盾模式或掘进参数降低的双护盾掘进模式掘进。在埋深较大且地应力侧向压力系数λ≥1时,支撑压力对围岩的影响相对有限,一般不会导致新塑性区的产生,但可能造成旧塑性区的进一步破坏,此时,可谨慎地采用双护盾模式掘进。

海底隧道衬砌–地基的水力相互作用(英文)3674-3681

摘要：水下的隧道工程建设对周边地基的水力环境有很大的影响,而且容易诱导隧道的开挖工作面发生水力渗透。隧道的衬砌大部分是透水的,因此,建设全封闭不透水隧道的方案未被采纳。一般来说,隧道的设计方案均允许适当排水,但是海底隧道设计为排水隧道时,存在流量控制等相关不确定性的因素。很多工程实例表明,业主、设计以及施工方对设计部分排水或完全排水的隧道衬砌尤为重视。海底隧道设计须根据地下水迁移有可能造成的损伤进行排查。但是对于海底隧道,为了观测其复杂的水力环境和边界条件,需要掌握长期的水力相互作用,而这将变得十分困难。海底隧道中,控制渗流量和作用于衬砌上的水压力是很重要的。据此,采用位移-孔隙水压力相关联的数值分析方法,对衬砌-地基的水力相互作用进行研究。对于排水系统劣化,将采用特殊处理方法和单元来进行处理;同时也考虑了排水系统的渗透性,给出渗流量、作用在衬砌上的水压力以及衬砌-地基长期的水力相互作用。最后,提出了海底隧道中渗流量的控制和水压力估算的表达式。

海底隧道衬砌上孔隙水压力的估算(英文)3682-3688

摘要：从长期观察的结果来看,隧道表现出两种不同方式:一种是对于全封闭隧道表现出渗流量的增加;另一种是对于排水隧道表现出的渗流量减少。渗流量的增加有可能超出排水系统排水能力的情况,而渗水的减少则有可能导致衬砌发生不可预测的水压力增加或减小。由于这种渗流量的增加或减少都将对隧道产生不良的影响。因此,在隧道正常运行中,应对隧道周边的地下水进行适当地控制。在隧道安全性评价上,其最重要的因素之一就是研究排水系统劣化而导致衬砌的作用水压力增大(在此称为孔隙水压力)。为了保障隧道的安全运行,应该对此进行严密的监控。然而,对于大部分运行已久的海底隧道而言,其不仅缺乏装备优良的监视系统,甚至连运营仅几年的新隧道也常常出现监测仪器发生故障的问题。以间接和非破坏的方式,通过数值模拟,将所获得的孔隙水压力进行曲线拟合,以便对作用于衬砌的孔隙水压力进行合理地评价。对于给定的隧道内渗流量、地下水位及地基渗透系数,采用本法可以评估孔隙水压力。对于缺乏监测数据和监视系统运行较长的隧道,所提出的方法较为适用,最后通过实例来说明其合理性。

土压力对软土地基中圆柱型挡土墙的作用(英文)3689-3696

摘要：竖井是过河或海隧道的组成部分,与隧道这样轴向细长的结构相比,竖井在形状上可以有不同的设计。尽管方形有更多的使用空间,但在断面连接处,竖井一般被设计成圆形。此外,在水底或海底进行建筑物施工时,也常采用圆形的沉井作为结构的基础。由于水平面的成拱作用,减小了外部压力而显示其更重要的优点。在进行支撑墙的施工过程中,墙的刚度、施工方法和施工管理对墙的位移具有很大的影响。此外,挡墙的位移发展是可能的,即使增加了刚性的侧向支撑如注浆墙。所以,在开挖过程中由于应力的释放、水平和垂直向的成拱作用,在平面应变条件下圆柱型挡土墙上的土压力是介于静止和主动土压力之间。讨论了无黏性土中圆柱型挡土墙的模型试验,给出土压力的分布和破坏面形状。

水平向钻孔的海底隧道横向预排水系统数值模拟(英文)3697-3703

摘要：高水压、大渗流量的海底隧道而言,为防止涌水的事故发生,设计一高效的排水系统是非常重要的。大多数海底隧道的崩溃都和高水压、大渗流量有着密切联系。为了寻求其中的规律,研究了一系列的TBM和NATM隧道案例。案例研究结果表明,如果在隧道挖掘前能够预测渗流量以及预先设置排水系统就能有效预防工程事故。据此,提出了新水平预排水系统。通过数值模拟计算,分析了在海底隧道的施工期,从隧道工作面通过排水孔泄水的效果。假设海底隧道的岩层覆盖层厚100m,水深60m,并假设设置水平预排水系统之后的地层渗透系数为0.0036m/h。计算结果表明,隧道顶点总水头减少了60%,隧道拱脚线总水头减少了53%。当排水管直径为5cm、地层渗透系数为0.0036m/h时,为增强排水效果,排水管的长度不得超过250m。数值分析及排水效果均表明,所提出的水平预排水系统能及时排水并减小水压力。在海底隧道建设方面,这个系统可为其提出一种新的解决方案。

双连拱隧道偏压段管棚效应分析(英文)3704-3710

摘要：在海床复杂的地质条件下,海底双连拱隧道与陆地连接的浅埋软岩段容易形成偏压,从而影响围岩的稳定性。采用三维弹塑性有限差分法对双连拱隧道进口偏压段管棚的预支护作用进行分析,并分析了不同管棚参数下的计算结果。研究的主要内容包括:(1)计算了隧道在有管棚支护和无管棚支护条件下的拱顶下沉和塑性区分布;(2)给出了管棚设计参数和优化参数下不同的变形和弯矩变化;(3)分析了拱顶下沉和水平收敛的FEM计算结果和实际测量结果。计算结果表明,管棚支护和注浆加固围岩能有效减小隧道周围由偏压引起的塑性区,软岩中双连拱隧道偏压段采用管棚支护是很必要的;偏压通常会使连拱隧道侧洞的应力状态不同从而造成围岩变形的不同,为了更有效地控制围岩变形在管棚支护的设计中应该采用不均衡设计;数值计算结果与实测结果的一致性进一步说明了管棚优化设计的合理性。

厦门翔安海底隧道富水砂层注浆试验3711-3717

摘要：针对我国第一条海底隧道——厦门翔安海底隧道富水砂层段进行注浆试验,采用钻孔取芯和压水的方法对注浆效果进行检验,摸索该条件下的一些注浆规律,提出注浆量、注浆压力、注浆速度、扩散半径等注浆参数。通过试验研究海水对浆液强度的影响。研究结果表明,海水延长初凝时间、减缓浆液强度上升的速度、稀释浆液并加剧不均匀扩散。结合翔安海底隧道施工注浆的经验可以得出,以上几个问题是在海水注浆中值得深入研究的,其研究结果可为厦门海底隧道注浆的设计、施工提供指导,并可为相关工程提供重要的参考。

浅埋大跨隧道穿越复杂建筑物安全风险分析及评估3718-3726

摘要：城市隧道开挖引起的环境安全问题越来越受到人们的广泛关注,如何减小隧道暗挖施工对既有结构,尤其是既有地表建筑物的影响非常重要。与一般结构物不同,地表建筑物在结构上更具有复杂性和特殊性,对变形更敏感,破坏机制复杂,一旦发生破坏后果也更加严重。厦门机场路一期工程在浅埋、大跨及复杂地质工程条件下穿越地表密集建筑物群,建筑物的安全是决定隧道施工环境安全乃至工程顺利进行的关键。在简要分析隧道开挖对建筑物的影响机制及因素的基础上,依据本工程暗挖隧道穿越的63栋建筑物的查勘结果对其进行详细分类,而后引入模糊数学综合评判方法,总结了两大类9种主要作用因素,分别建立隶属函数并选取不同权重,对建筑物风险的不同程度用模糊语言进行评价,最终划分为5个等级,对工程施工具有一定的指导和借鉴意义。

高水压岩质盾构隧道施工期结构内力分析3727-3731

摘要：在使用大型跨江海盾构法进行水下隧道施工时,主要存在的流固耦合问题是:掘进过程中引起的流固耦合效应对管片结构内力的改变。结合重庆主城排水过长江盾构隧道工程,选取典型断面,按连续介质理论,采用有限元数值模拟手段进行分析。对该典型断面采取水土合算和考虑耦合效应2种方式来计算管片结构内力分布,并和现场实测数据进行验证。研究结果表明,在水下盾构法施工期间,管片截面最大内力出现在刚拼装完时,长期地下水渗流会减小管片截面内力。从流固耦合角度来研究管片结构受力特征,可为类似的工程设计及施工提供有益的参考。