基于能量原理对某地铁隧道突水突泥灾变机理进行了分析,深入揭示了大规模(11 679 m³)突水突泥灾害的本质是掌子面围岩失稳,既而导致上覆软弱富水地层的势能转化为动能,并得到瞬间释放。灾害现场调查发现:该地区地质构造特殊,在空间上呈“漏斗型”,且底部应力集中明显;地铁左线隧道恰好穿过“漏斗”底部;隧道上覆软弱强风化凝灰岩层过薄且构造裂隙丰富; “漏斗型”地层为天然“蓄水库”,灾前大量降雨导致上覆7.1 m厚中粗砂层饱和,水头升高且水量增大,势能增加,渗透力增高,围岩软化加剧。根据灾害发生位置隧道围岩条件,服从三度空间理论中的支护困难空间。基于数值模拟分析表明,当采用超前小导管加固时,考虑渗透力时掌子面不能稳定;当采用管棚注浆加固或掌子面前方围岩加固时,即使考虑渗透力,掌子面也可以稳定。综合分析,此次灾害是由于急剧增加的水压力、高围岩压力、渗透力共同作用于裂隙发育及劣化的强风化凝灰岩,导致围岩因强度不足而失稳,平衡被打破,从而饱水砂层的高势能转化为动能形成了大规模的突水突泥。

根据开挖面空间约束作用建立深部隧道几何计算模型,得到相应的应力场分布。选用西原模型模拟岩体的黏弹塑性,引入地质强度指标(geological strength index, GSI)及开挖扰动系数D,探讨不同地质指标及开挖扰动对隧道围岩位移的影响,分析围岩的变形机理,获得围岩的变形规律。分析指出:原岩应力越小、岩体质量越好、开挖扰动越小,第Ⅱ阶段蠕变变形速率越小;分析了开挖面推进速度对围岩位移的影响,推进速度越快,隧道围岩位移变化越剧烈;原岩应力较小时,推进速度不会影响围岩的最终位移。原岩应力较大时,推进速度越快,围岩位移越大。

以福州市二环路金鸡山隧道原位扩建工程为背景,将各排眼爆破简化为等效三角形荷载并按段位依次施加在各排炮眼连心线上,进而对左线隧道左上台阶掌子面的微差爆破全过程展开精细化数值模拟;重点关注爆破作业对临近隧道的振动效应。对人行隧道而言,迎爆侧振速峰值约为背爆侧的5~13倍,其中迎爆侧边墙处的竖直向振速峰值可达4.55 cm/s。左线隧道内既有临空面阻碍了爆破振动波的传播,使得右线隧道的爆破振动效应较微弱。对人行隧道迎爆侧边墙的振动实测数据表明,其三向振速时程曲线与数值模拟结果大致吻合,各段位峰值间隔与雷管延迟时间大致相同,振速峰值较数值模拟结果大10%~30%。

针对岩溶地区隧道绿色建造评价中存在的主观偏差、语句模糊和信息不全等问题,建立了基于可拓层次分析法-灰色系统理论的岩溶地区隧道绿色建造模糊综合评价模型。采用可拓区间判断矩阵处理隧道绿色建造指标权重取值存在的主观模糊性问题,利用灰色系统理论考虑多位专家在信息不全影响下的指标评分,并将两者结合获得综合评价权向量,以提高评分结果的准确性。通过计算机编程语言Python开发基于该模型算法的评价软件,将软件应用于桂林至柳城高速公路东起隧道绿色建造评价。评价结果表明:东起隧道绿色建造等级为良,且水污染和节材方面有待提高,与施工现场的实际情况相符。该模型的提出为岩溶地区类似隧道的绿色建造评价提供了新的参考。

结合云南某公路隧道多种类型的检测数据,研究渗漏水病害与各影响因素的量化关系;基于生存分析方法,建立预测渗漏水病害随各影响因素与时间发展的Weibull损伤累积模型;讨论该模型参数的物理意义合理性,并验证模型预测结果的准确性。研究发现,该隧道渗漏水病害影响因素的重要性大小依次为:衬砌背后空洞、围岩等级、施工缝、时间;此外,根据模型预测,该隧道的渗漏水将随时间持续发展,因此建议及时采取止水等维护措施。本研究为诊断隧道病害主要影响因素和预测隧道病害未来发展提供了一种新方法。

针对重庆地铁车站断面大、围岩软弱、交叉施工干扰大等特点,开展超大断面隧道预留中岩柱围岩的力学特性和支护措施的研究。基于普氏平衡拱理论,考虑中岩柱的影响,对自然平衡拱的计算跨度进行修正,推导预留岩柱围岩应力计算方法,并通过实际案例和数值模拟进行验证。为了提高围岩的稳定性,对中岩柱采用增设临时钢支撑的支护措施,并利用有限元软件,对预留中岩柱的支护方案和拆除时机进行数值模拟。综合考虑围岩变形、应力以及现场施工情况,分析得到:临时横向支撑采用一层临时横撑设计,在满足围岩的变形和应力的基础上,既节约了材料,减少成本,又提高了施工的效率;在仰拱施工后拆除临时支撑,隧道的拱顶竖向位移、拱腰的水平位移和最大的竖向应力较另外两种方案都是最小的。

依托青岛地铁富水裂隙岩体注浆堵水实际工程案例,开展注浆材料适用性现场试验,研究了0.2 L·min^-1·m^-1及0.01 L·min^-1·m^-1两种检查孔出水量标准要求下普通水泥浆液、水泥-水玻璃浆液、超细水泥浆液的适用性,提出了与不同标准要求相匹配的富水裂隙岩体堵水注浆材料建议,通过钻孔电视、实际开挖验证等手段验证了注浆材料的适用性。研究结果表明:单纯采用普通水泥浆液难以满足无水作业要求(钻孔出水量不超过0.01 L·min^-1·m^-1),但是经过重复多次注浆后,钻孔出水量可满足不超过0.2 L·min^-1·m^-1的要求;水泥-水玻璃浆液凝胶时间短,可有效限制浆液扩散范围,通过普通水泥浆液与水泥-水玻璃浆液的配合使用,其注浆效果要显著优于普通水泥单液浆;超细水泥浆液颗粒细度低,可有效充填富水裂隙岩体中的微裂隙空间,提高隧道围岩的堵水效能,采用普通水泥浆液、水泥-水玻璃浆液、超细水泥浆液开展富水裂隙岩体超前帷幕注浆,可满足隧道无水作业的要求。研究结果可为富水裂隙岩体的注浆处治设计及现场施工提供借鉴。

济南轨道交通R1线、R2线4条高低叠落盾构隧道在同一工点下穿京沪高铁桥梁,为减小盾构施工对高铁桩基造成的影响,区间结构与桥桩间打设钻孔灌注桩与旋喷桩咬合形成隔离桩。采用数值分析方法研究隔离桩对不同埋深盾构隧道施工影响的保护效果。计算结果表明:在新建盾构隧道与邻近高铁桥桩之间施作隔离桩,可以有效减小隧道施工的影响范围,减小隧道施工对邻近桥桩的影响;在邻近桥桩的桩长范围内,隧道埋深越大,隧道施工对其影响越大,隔离桩对其保护效果越显著。

依托南宁市轨道交通5号线新—广区间下穿1号线广西大学站工程,利用FLAC^3D软件对近距离下穿车站底板富水圆砾地层盾构隧道开挖面稳定性展开研究,探究支护应力比、地下水位对开挖面稳定性的影响,并给出下穿时合适的开挖面支护压力控制值,作为现场施工的技术指导,研究表明:随着支护应力比的减小,开挖面土体水平位移不断增加,其变形符合土体塑性区的发展趋势;富水圆砾地层开挖面失稳后破坏模式表现为开挖面前方为楔形状,破坏区域向前方和上方逐渐发展至既有车站结构底板处;开挖面失稳破坏后车站结构底板与底板下方土体形成临空面;随着地下水位的升高,开挖面发生失稳破坏的支护应力比增加,开挖面稳定性显著降低;下穿时应将土仓压力控制在111 kPa以上。

为确保成贵铁路玉京山隧道建设及运营安全,综合考虑溶洞及暗河发育特征,对暗河溶洞系统的整体稳定性进行评价分析,提出“暗河改道—溶洞回填—洞壁防护”的综合整治方案,并将加固材料配比优化试验、防护结构内力监测等分析结果反馈应用至整治过程中。现场施工实践表明:上述整治方案可指导玉京山隧道安全、高效地穿越巨型暗河溶洞,可为类似岩溶地区隧道设计及施工提供经验借鉴。