针对盐岩储库地下水溶建腔过程难以观测和控制的问题,需建立水溶建腔模拟模型对腔体的发展进行设计、预测和控制,可使腔体最终形态满足长期稳定性需求。从盐岩溶解速率、卤水对流模型、不溶夹层垮塌行为、不溶杂质沉积等方面总结国内外关于水溶建腔机理与模拟方法的研究进展。结合国内外关于水溶建腔机理与模拟方法的发展现状,指出当前盐岩储库建腔建模和设计存在的问题和下一步的研究方向。

当洞室浅埋或围岩较坚硬时,洞室围岩稳定问题往往表现为局部的块体失稳。块体理论本质上是几何拓扑学方法,是分析结构面切割形成块体稳定问题的理想工具。较系统讨论块体理论在地下洞室围岩块体稳定分析中的应用进展状况。主要分析技术包括基于块体可动性及形态特征的洞轴线选择、洞室内最大块体形态特征与待支护块体选择、通过结构面延伸确定不定位块体大小、定位块体形态分析、块体稳定及支护分析等,并对各技术在工程应用中可能面临的问题进行讨论。

针对超深井筒围岩稳定性分析问题,以Mohr-Column强度准则为基础,采用弹塑性本构模型,通过缩减井筒围岩开挖边界的径向支护力模拟井筒开挖,以开挖扰动应力重分布与围岩破坏演化过程分析阐述井筒横剖面围岩扰动应力响应机制,同时分析与总结井筒纵剖面围岩扰动应力响应机制。随着竖井开凿深度的增加,其井筒围岩失稳主要表现为结构面控制型、应力控制型以及由结构面控制向应力控制转化3种类型;考虑新城金矿新主井井筒围岩工程地质条件,结合新主井井筒开挖围岩扰动应力响应机制,采用不同岩石屈服准则,计算新主井井筒围岩破坏纵深分布,以判定其失稳类型并沿井筒纵深区域划分。分析计算结果表明:新主井0~387 m深度井筒围岩失稳类型为结构面控制型,387~654.7 m深度井筒围岩为由结构面控制型向应力控制型失稳转化区域,而新主井654.7~1 527 m深度井筒围岩失稳类型则为应力控制型为主,该研究为超深井筒围岩稳定性控制提供理论依据。〓〓

依托杭州某典型上软下硬地层盾构工作井开挖工程,对其开挖过程中的墙体水平位移、地表沉降、周边建筑物沉降和支撑轴力进行监测分析。研究结果表明:随着上软下硬地层基坑的开挖,墙体水平位移沿基坑深度方向的分布会有单峰值和双峰值两种形式,墙体最大水平位移为工作井开挖深度的0.56‰~0.59‰;墙体最大水平位移的位置在土岩分界面上方5 m左右的位置,地表沉降曲线主要呈倒三角和勺形分布,沉降敏感区主要分布在距离基坑边缘0.36~0.73工作井开挖深度,最大沉降为工作井开挖深度的1.36‰~2.61‰;各道支撑轴力的主要增长期发生在下部土体开挖阶段,其中混凝土支撑的轴力受到养护时间的影响,开挖时要保证其达到28 d强度。

高应力软弱围岩易发生大变形,TBM穿越此类地层时常出现卡机灾害,目前尚未形成能直接指导大变形围岩TBM施工适用性的分类方法和标准。剖析TBM掘进状态,将围岩变形量和护盾受力作为主要衡量指标,利用围岩变形量与预留变形量之间的关系对围岩与TBM的接触状态进行判别,利用护盾摩阻力与TBM极限推力的关系对护盾受力状态进行判别;并考虑围岩分类的易用性和通用性要求,根据TBM潜在卡机状态建立大变形围岩TBM施工适应性分类标准。将该分类标准结合案例分析,验证了其合理性。研究表明:综合考虑围岩变形和护盾受力,建立的大变形围岩TBM施工适应性分类标准对工程起到直接有效的指导作用,能减少卡机灾害。

软弱围岩隧道开挖卸荷形成楔形塑性区,基于RABCEWICZ L V等提出的剪切滑移线理论,计算锚杆、喷层、钢筋网、钢拱架等一次支护结构在剪切区高度上提供的支护抗力,反向施加在开挖轮廓面上;对贵阳轨道交通2^#线某段连拱隧道进行数值建模,采用中导洞+台阶法施工方案,模拟其开挖支护过程,得出变形破坏效应,并与现场监测的典型断面地表沉降、边墙收敛及顶拱沉降等数据进行对比。计算结果表明:喷锚支护措施使得围岩及地表沉降、水平变形减小,有效缓解隧道开挖后的应力集中现象,重力式中隔墙在隧道开挖过程中的连拱效应明显,支护结构与围岩一起发挥了共同承载圈作用,隧道的整体稳定可以得到保证。

利用数值仿真模型,研究分析围岩变形能力、衬砌混凝土标号、回填灌浆压力以及灌浆结石体变形能力等对水工有压隧洞衬砌启裂水头及围岩与衬砌联合承载比例的影响,结果表明:围岩弹性模量对于围岩与衬砌荷载分担比影响明显,围岩弹性模量越高,所分担荷载越大;衬砌混凝土标号和灌浆结石体影响较小;回填灌浆压力基本无影响;围岩弹性模量、回填灌浆压力以及灌浆结石体弹性模量增加,衬砌启裂所需要的内水水头均增加,围岩弹性模量与回填灌浆对启裂水头的影响更为明显,但由于混凝土标号增加,衬砌荷载分担比加大,衬砌启裂水头逐渐降低。研究结果可为水工有压隧洞衬砌设计与灌浆参数的合理选取提供支撑。

景德镇某基坑地层主要以卵石、灰岩为主,为满足施工作业空间和施工进度要求,原设计方案采用桩锚式围护结构。在基坑的开挖过程中,围护结构出现较大变形,威胁工程安全,需采取相关措施进行防护。对围护结构发生较大变形的可能原因进行初步分析,结果表明:围护结构发生较大变形是预应力锚索失效导致。提出施作局部主体结构加临时内撑的解决方案,并通过有限元数值方法,模拟原有围护桩及改进方案后支护效果。研究表明:采用改进方案,围护桩变形及弯矩得到有效控制,满足相应监控量测预警值要求,可为相关工程提供借鉴。

结合木寨岭隧道软岩大变形动态设计情况,介绍隧道所处特殊地质环境,分析施工中出现的初期支护侵限、二衬裂损等病害原因,研究针对极高地应力软岩大变形问题采取的多层支护体系以及超前应力释放小导洞扩挖、长锚杆(锚索)加固、仰拱桁架加固、设置缓冲结构等特殊措施。工程实践表明,采取的技术对策安全可靠,效果明显,并就施工中有待进一步解决的问题进行探讨,在类似工程中可参考借鉴。

地铁下穿火车站站房时,易引起地表沉降,进而导致围岩失稳、施工难度及成本增加。对于工程建设,在下穿区段进行施工力学行为研究仍有必要。以贵阳地铁1号线火车站站—沙冲路站区间(火—沙区间)为依托,结合数值仿真软件FLAC^3D建立隧道下穿火车站的分析模型,研究下穿区段路基沉降变化规律及暗挖区间隧道衬砌结构内力、安全系数等。结果表明:随着地铁隧道逐步开挖,火车站站场的路基沉降逐渐增大,但未超过下穿区段既有铁路变形控制标准;二次衬砌结构施工后,既有铁路沉降的纵向分布近似为正态分布曲线,且与Peck提出的地表沉降槽变化规律一致,其沉降范围为-50~50 m;衬砌结构应力主要集中在区间衬砌结构的墙腰及拱顶处,二次衬砌结构变形类型有大偏心、小偏心,轴力从拱顶至墙脚向两侧逐渐增大,两侧基本对称,墙脚处出现最大轴力;二次衬砌结构变形稳定后,交叉点处路基沉降最大沉降为2.87 mm,满足下穿站场段既有铁路变形控制标准。

将大跨暗挖车站无柱中板结构总结为拱形支撑结构、平板斜撑结构和变截面厚板结构3类。采用Midas GTX软件,对3种无柱中板结构进行三维建模,并采用荷载结构法将3种结构形式的中板内力、跨中挠度、孔边梁受力情况进行数值分析。计算结果表明:拱形支撑结构与平板斜撑结构内力分布及结构变形基本相同,并小于变截面厚板结构;相同荷载条件下,拱形支撑结构内力分布最优,变截面厚板结构对站台层空间占用最小,结构内力及变形最大,对施工要求较高,平板斜撑结构形式简单,内力分布均衡,便于现场施工。拱形支撑结构及平板斜撑结构均已在青岛地铁1号线及6号线取得成功应用,为今后类似工程提供借鉴。