摘要：目前TBM隧洞设计施工主要采用基于矿山法的围岩分级方法,但由于TBM法与矿山法隧洞施工存在很大差异,传统矿山法的围岩分级方法难以适用于TBM施工。为解决该问题,依托北疆供水二期工程,综合考虑围岩稳定性和围岩可掘性,选取围岩基本质量指标BQ、岩石单轴饱和抗压强度Rc、岩体完整性系数KV和岩石磨蚀性指数CAI作为评价隧洞围岩性质的主要指标,统计18台TBM集群施工收集的近3000组BQ、Rc、KV等岩性指标数据,分析各项岩性指标与纯掘进速度PR及安全系数FS的变化规律,将TBM隧洞围岩分为Ⅰ~Ⅴ级共10个亚级。在此基础上,分析了敞开式TBM的施工特性,进而采用数值模拟方法,对各级围岩在不同支护参数下的稳定性进行对比分析,提出了适用于北疆地区水工隧洞各级围岩的隧洞支护体系及支护参数,共形成7套支护体系设计图,并结合现场实际工程对本文提出的围岩分级支护体系进行验证。现场监测数据表明,本文提出的TBM隧洞围岩分级支护体系有较好的适用性。

摘要：针对TBM穿越断层破碎带地层洞壁围岩松动掉块严重的问题,依托乌尉天山胜利隧道,采用数值模拟的方法,通过对比研究传统支护方式与新型钢管片支护方式下围岩变形和围岩塑性区情况,研究钢管片支护的作用效果;同时,为说明不同支护的适用条件,采用现场调研方法开展不同支护方式下施工效率和经济性对比分析。结果表明:1)断层破碎带地层中,当围岩出露护盾后,变形量与塑性区范围增大,围岩破坏程度加剧,以锚杆和钢拱架为主的传统支护方式无法较好地控制围岩变形和塑性区发展。2)断层破碎带地层中,钢管片支护较传统支护的围岩累计沉降值降低53%,围岩变形收敛快,能更好地控制围岩变形和发展。3)钢管片支护较传统支护的围岩塑性区范围小,其中边墙的最终塑性区缩小44%,且钢管片支护可实现早封闭、及时支护,塑性区均匀,更有利于围岩的稳定。4)一般地层中,传统支护方式的经济性和效率更佳;断层破碎带地层中,钢管片支护方式可提供安全作业空间,减小钢拱架+喷锚支护作业量,较传统支护经济性和施工效率更佳。

摘要：为有效评估新建隧道下穿施工对既有隧道的影响,确保既有隧道运营安全,将既有隧道简化为放置在Pasternak地基模型上的Euler-Bernoulli梁,基于两阶段分析法提出新建隧道下穿施工引起既有隧道力学响应的计算方法。通过与现场监测和既有方法的结果进行对比,验证了本文方法的准确性。研究结果表明:当新建隧道开挖面位于既有隧道中点时,既有隧道差异沉降达到最大值,转角曲线关于既有隧道中心线对称;在新建隧道掘进过程中,既有隧道的最大正弯矩和最大负弯矩分别出现在既有隧道长度的2/5和3/5位置附近,最大负剪力出现在既有隧道中点处;当新建隧道开挖面到达既有隧道长度的1/4和3/4位置时既有隧道产生最大正剪力;随着隧道轴线夹角和相对弯曲刚度增大,既有隧道的内力显著增大;增大隧道竖向净距有利于控制既有隧道的力学响应。本文方法考虑了新建隧道掘进过程和新建隧道与既有隧道的不同相对位置,可为类似穿越工程风险防控提供理论依据。

摘要：为解决软弱围岩暗挖隧道变形控制技术难题,满足高承载力和高稳定性的支护需求,研发出了一种新型装配式空间网架(SRG)支护结构。节点作为整环结构受力及变形的薄弱部位,其力学特性对准确评价整体承载性能至关重要,为了探明不同节点形式的性能差异,针对SRG拱架开展了螺栓端板节点、组合套筒节点和无节点构件的纯弯室内足尺试验和数值模拟,对比分析了各构件的变形过程和破坏形态,建立了弯矩-曲率函数方程,定量评价了节点抗弯刚度及承载力。系统分析了端板厚度、套筒长度、钢管壁厚等参数对螺栓端板节点、组合套筒节点及无节点试件力学性能的影响规律,明确了节点参数影响机制,提出了拱架节点参数合理取值及设计建议。此外,依托广州地铁暗挖隧道工程开展了SRG拱架的现场应用。结果表明:螺栓端板节点具有较高的韧性和承载能力,在加载过程中节点力系传递明确,受力变形稳定,可作为SRG拱架优选的节点类型;组合套筒节点具有较好的延展性和后期变形能力,在加载过程中组合套筒受力状态良好,未产生明显变形;端板厚度增加,试件的屈服承载力增幅明显,厚度由15 mm增至25 mm,承载力相应提高了14.6%;采用“上3下4”螺栓布置方式的节点构件,其屈服承载力与“上5下6”螺栓布置方式仅相差3.1%;相较于格栅拱架支护,SRG拱架的整体性有所增强,围岩控制效果得到明显改善,拱顶沉降值和周边收敛分别减少了31.6%和31.4%,研究结果可为今后类似工程的设计与施工提供借鉴。

摘要：为了探究路桥过渡段在高速行车条件下的动力特性,建立传统型、搭板型和桩板型三种形式路桥过渡段的三维有限元模型,研究1‰极限轨面折角以及350、400 km/h两种车速条件下三种路桥过渡段的动力响应。结果表明:1‰极限轨面折角条件下,车速由350 km/h提高为400 km/h时,三种路桥过渡段的路基表面竖向动变形和竖向加速度都有所增大,但均未超过现行350 km/h车速时的规范限值,现行过渡段设计要求对传统型、搭板型和桩板型三种路桥过渡段仍适用于车速400 km/h条件;搭板型路桥过渡段的竖向动变形、加速度最值分别为0.10 mm、0.50 m/s^(2),均小于各自限值,且可通过搭板减小路桥交界处差异沉降,并降低施工难度和工程造价;综合考虑路基动力响应要求、对差异沉降的控制效果、施工难度以及经济性,三种路桥过渡段中搭板型路桥过渡段综合性能较优。。

摘要：为研究隧道新型支护模袋混凝土的抗压强度,设计了高流态混凝土配合比,对4个不同试验工况的混凝土试件,以3,7,28 d抗压强度为考察指标,分析在相同排水条件下模袋以及在相同模袋条件下有压排水对于混凝土抗压强度的影响。对比分析养护龄期对不同试验工况混凝土抗压强度的影响,揭示了不同试验工况混凝土破坏形态。结果表明:模袋对混凝土抗压强度影响不大,但可以提高其整体变形能力;有压排水可大幅度提升混凝土抗压强度,且提升随养护龄期增长呈现先增加后减少的规律;不排水混凝土抗压强度前期增长较慢后期较快,而有压排水混凝土恰好相反;无模袋混凝土破坏时形成两个对顶的角锥形破坏面,有模袋混凝土破坏时裂缝沿着平行于力的作用方向产生,但两者边缘都有贯穿裂缝。研究成果可为探究模袋混凝土力学性能及强度试验方法提供一定参考。

摘要：由于渗流作用下的冻结壁发育规律不明等原因,部分冻结法施工工程依靠人工经验,缺乏科学的预测模型,与精准化设计和控制还有很长的距离。为探索渗流作用下冻结法施工中粗粒土层冻结壁的演化规律,本文首先建立冻结法施工数值模型,并通过室内模型试验反演验证所建立模型的有效性和适用性。之后,考虑渗流速度、冻结管间距、环境温度、含水率和导热系数等五个因素,开展冻结壁形成正交数值试验,确定冻结壁交圈时间和厚度的主控因素。最后,通过数值模拟研究主控因素作用下冻结壁的发育和演化规律。基于结果建立临界流速、冻结壁厚度、冻结壁交圈时间的预测模型,给出冻结法施工参数的选择方案。结果表明,建立的冻土水热相变耦合模型可有效模拟渗流条件下土体冻结过程,能够满足冻结壁发育过程计算分析的需要。基于正交数值试验结果发现,渗流速度对冻结壁厚度和交圈时间的贡献百分比分别为78%和52%,是影响冻结壁能否交圈和最终厚度的主控因素。当渗流速度超过一定阈值时,冻结壁无法交圈。本文将这一阈值定义为冻结法施工中的临界流速。当冻结壁能够交圈,其最终形成的冻结壁厚度也主要由渗流速度决定,二者呈负指数函数关系。冻结管间距对冻结壁最终厚度影响不大,但是对冻结壁交圈时间影响较大,它们之间存在负指数函数关系。本文给出了0~6 m·d^(-1)条件下的临界流速、冻结壁厚度、冻结壁交圈时间计算模型,它们可为粗粒土地层的冻结法施工参数选择和施工工艺设计提供理论指导。

摘要：为研究锚杆结构在动静复合拉拔作用下的破坏机制,基于锚固剂的弹塑性损伤本构模型和锚固界面黏结滑移模型,引入参数“静力比”和变幅正弦式动荷载模型,建立了锚杆结构的数值计算模型。首先以锚杆加载端的荷载—位移曲线为研究对象,通过室内试验进行了模型验证。然后对不同界面强度的多组锚杆结构在复合拉拔作用下的破坏过程、破坏模式和破坏特征等展开了研究,同时对参数静力比的影响进行了分析。结果表明:(1)受锚固界面强度的影响,锚杆结构主要包括:单一破坏模式(锚固界面滑移脱黏)、三段复合破坏模式(锚固剂斜开裂—水平开裂—界面滑移脱黏)和两段复合破坏模式(锚固剂斜开裂—水平开裂)。(2)锚固界面强度较小时,锚杆沿锚固界面完全脱黏。随着界面强度的增大,锚固剂斜向开裂缝倾角越小,斜向开裂区范围越大,但尚未延伸至锚固界面。(3)静力比在70%以下时,锚杆结构的承载力随静力比的提高而逐渐增加,反之则逐渐降低。锚杆结构的极限位移和动载循环次数均随静力比的提高而逐渐降低。(4)复合拉拔作用下锚杆结构的峰值荷载低于其在静力时的值,且峰后承载力下降更为明显。工程应用中,建议增加锚固界面和锚固剂强度,适当降低静力比,减弱动力冲击荷载的作用。

摘要：结构安全问题始终贯穿着隧道全寿命周期,是保障交通线路正常通行的关键节点之一。从隧道结构典型病害类型、病害感知、结构安全状态评价与病害整治等方面入手,梳理服役期隧道结构安全控制技术的研究现状。研究结果表明:服役期隧道结构病害主要包括水害、混凝土结构裂损、结构变形超限以及衍生病害;渗漏点的分布与隧道结构的复杂程度有一定关联。隧道病害受周边环境和结构自身共同影响,不同病害之间相互影响、关系密切,在特定情况下互为因果。高清数字图像、激光点云、探地雷达图像均可作为深度学习的训练数据集,病害识别的效果与计算机性能、GPU以及神经网络模型有直接关系,工程中通常借助快速移动平台提高病害的识别效率;依托量子计算的人工智能手段将是隧道病害感知发展的方向。健康监测系统的实施是掌握隧道结构安全状态的重要手段之一,针对其故障率高、成本高、条件要求高的缺点,业内已开展了关于轻量化监测的有关探索。规范中推荐的隧道安全评价方法有单指标评价和综合评价,目前常用的安全评价理论有数十种之多,未来应将相关理论与实际工程应用相结合作为研究的重点。注浆是隧道病害整治的重要手段之一。新技术的应用极大提升了隧道病害整治行业的技术水平,但距离大面积推广尚有一段距离,目前隧道病害整治效果的后评估体系尚未建立。

摘要：传统的宽(全)吸力范围内的土-水特征曲线(SWCC)测量方法动辄耗时数月。为了更好地使非饱和土力学理论指导工程实践,SWCC的快速测定显得尤为关键。为开发宽(全)吸力范围内SWCC的快速测定方法,联合压力板法、并行滤纸法、露点水势仪法进行了两种不同土体的宽吸力范围内SWCC的测定试验。试验结果表明:(1)并行滤纸法与串行滤纸法的试验结果能较好地吻合,故可采用并行滤纸法代替串行滤纸法以缩短测量时间;(2)当测量的试验数据满足SWCC的大致形状时(或满足工程设计需求时),可适当减少试验数量,以提高测定效率,联合测定方法测量一条完整的SWCC仅需要10~12个点即可完成;(3)联合测定方法可将SWCC测量时间由数月缩短至7~10d。所提出的联合测定方法实现了宽(全)吸力范围内SWCC的快速、精准测定,有望使得SWCC的测量成为常规的土工试验。