地裂縫環(huán)境下馬蹄形地鐵隧道與土體相互作用的研究

土體與結(jié)構(gòu)物動(dòng)力相互作用研究進(jìn)展——土體與結(jié)構(gòu)物動(dòng)力相互作用理論及應(yīng)用是一個(gè)涉及多學(xué)科、具有很強(qiáng)理論性和實(shí)用性的研究課題．簡(jiǎn)要論述了當(dāng)前土體與結(jié)構(gòu)物動(dòng)力相互作甩的研究手段和方法、特嗣是接觸面靜動(dòng)力學(xué)特性的最新研究進(jìn)展·　　

針對(duì)沖擊取樣器在土中的面–面接觸問題,運(yùn)用drucker-prager屈服準(zhǔn)則為判據(jù),將土體視為dp材料,通過鉆頭與土之間的接觸及施加沖擊載荷來模擬取樣過程,從而建立了沖擊取樣鉆進(jìn)的有限元模型。利用非線性瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)有限元分析手段,對(duì)取樣過程中鉆頭的進(jìn)尺及對(duì)所取土樣的擾動(dòng)情況進(jìn)行了模擬分析。結(jié)果表明,土體的軸向壓縮量在土樣中心部位最小,而鉆頭底唇面處最大,土樣壓縮率約為17.7%,沖擊對(duì)土樣的擾動(dòng)僅在鉆頭底唇面附近較小的區(qū)域內(nèi)。

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地裂縫對(duì)于地鐵隧道的影響較為復(fù)雜,主要的作用集中在隧道周圍的土層壓力的改變上,由此產(chǎn)生了對(duì)隧道襯砌、防水層、軌道位置等影響,這些危害會(huì)導(dǎo)致隧道出現(xiàn)不同情況的病害,所以在施工中應(yīng)采用針對(duì)性的技術(shù)措施來消除地裂縫的負(fù)面影響而提高隧道的安全性。

本文介紹西安市地鐵一號(hào)線勞動(dòng)路站～玉祥門站區(qū)間淺埋暗挖黃土隧道穿越f3地裂縫段施工方法及采取的措施,隧道f3地裂縫段施工中采用了超前降水、超前小導(dǎo)管注漿固結(jié)地層、監(jiān)控量測(cè)以及臺(tái)階法與crd法轉(zhuǎn)換技術(shù),成功地解決了淺埋暗挖黃土區(qū)間隧道穿越f3地裂縫的施工技術(shù)難題。

城市地鐵發(fā)展很大程度上解決了城市的軌道交通,同時(shí)給居民的日常生活帶來噪音污染,嚴(yán)重影響居民的日常生活。為解決這一問題,根據(jù)環(huán)評(píng)檢測(cè)要求在軌道道床結(jié)構(gòu)采取減振措施,從源頭上減小或消除噪音污染?，F(xiàn)在城市軌道高等減振措施主要采取鋼彈簧浮置板道床和隔離式減振墊,尤其是鋼彈簧浮置板對(duì)軌道減振效果最佳,消除噪音污染。針對(duì)土建結(jié)構(gòu)不同,道床施工難度不同,其中馬蹄形隧道結(jié)構(gòu)施工難度最大,施工效率最低。為保證地鐵施工工效,減少建設(shè)期間對(duì)居民的影響,研究地鐵馬蹄形隧道鋼彈簧浮置板施工工藝,提供施工工效尤其重要。

城市地鐵發(fā)展很大程度上解決了城市的軌道交通,同時(shí)給居民的日常生活帶來噪音污染,嚴(yán)重影響居民的日常生活。為解決這一問題,根據(jù)環(huán)評(píng)檢測(cè)要求在軌道道床結(jié)構(gòu)采取減振措施,從源頭上減小或消除噪音污染?，F(xiàn)在城市軌道高等減振措施主要采取鋼彈簧浮置板道床和隔離式減振墊,尤其是鋼彈簧浮置板對(duì)軌道減振效果最佳,消除噪音污染。針對(duì)土建結(jié)構(gòu)不同,道床施工難度不同,其中馬蹄形隧道結(jié)構(gòu)施工難度最大,施工效率最低。為保證地鐵施工工效,減少建設(shè)期間對(duì)居民的影響,研究地鐵馬蹄形隧道鋼彈簧浮置板施工工藝,提供施工工效尤其重要。

在引發(fā)壓瘡的諸多危險(xiǎn)因素中,壓力是最主要的危險(xiǎn)因素之一,因此,減壓是預(yù)防壓瘡發(fā)生的關(guān)鍵措施。骨科患者大多數(shù)需要絕對(duì)臥床休息,很容易發(fā)生壓瘡,一旦發(fā)生,不僅給患者帶來痛苦,而且影響治療效果,易發(fā)生感染,嚴(yán)重會(huì)導(dǎo)致患者死亡[1]。壓瘡是指由于身體組織長(zhǎng)時(shí)間受壓,血液循環(huán)障礙,組織營(yíng)養(yǎng)缺乏,致使皮膚失去正常功能,而引起的軟組

西安地裂縫是一種獨(dú)特的城市地質(zhì)災(zāi)害,其活動(dòng)對(duì)地鐵建設(shè)造成嚴(yán)重威脅,西安地鐵建設(shè)的關(guān)鍵是如何解決地鐵隧道穿越地裂縫帶的問題。以西安地鐵穿越地裂縫帶為研究對(duì)象,在地裂縫基本特征分析和未來活動(dòng)趨勢(shì)預(yù)測(cè)的基礎(chǔ)上,分析了地裂縫活動(dòng)對(duì)地鐵隧道的危害模式,從結(jié)構(gòu)、防水、地基基礎(chǔ)與變形監(jiān)測(cè)等方面提出了如下防治措施:結(jié)構(gòu)上應(yīng)采用擴(kuò)大斷面、預(yù)留凈空、分段設(shè)縫加柔性接頭和局部襯砌加強(qiáng)等措施;防水方面宜采用可卸式管片拼裝雙層結(jié)構(gòu)法和波紋板強(qiáng)化橡膠復(fù)合材料制成的防裂止水帶處理;地基基礎(chǔ)處理方面采用地基注漿加固法和彈性囊變形恢復(fù)法處理;建立隧道襯砌和軌道的變形監(jiān)測(cè)預(yù)警方案;地鐵線路走向應(yīng)盡量與地裂縫正交或大角度相交,避免小角度相交;嚴(yán)格禁止在地鐵沿線一定范圍內(nèi)開采地下水。研究成果可為西安地鐵隧道穿越地裂縫帶的施工、結(jié)構(gòu)和防水設(shè)計(jì)以及隧道病害監(jiān)測(cè)與防治提供重要參考。

以西安地鐵某區(qū)間隧道側(cè)穿學(xué)校公寓為研究對(duì)象,利用midasgts數(shù)值模擬軟件進(jìn)行時(shí)程分析。重點(diǎn)研究了地震作用下地鐵隧道與鄰近建(構(gòu))筑物間的相互影響。研究結(jié)果表明,隧道結(jié)構(gòu)剛度較周圍地層大,對(duì)周圍地層變形存在約束性,使隧道周圍地層的整體剛度有所提高,隧道結(jié)構(gòu)的修建不會(huì)造成周圍地層及鄰近建筑所受地震作用增大,而鄰近建筑的存在會(huì)造成隧道結(jié)構(gòu)所受的地震作用增大。根據(jù)研究結(jié)果,針對(duì)隧道鄰近建(構(gòu))筑物提出了抗震構(gòu)造措施,為類似工程提供參考。

地鐵車站-隧道-土相互作用體系地震反應(yīng)

研究地裂縫影響區(qū)內(nèi)存在可弱化土體的不利因素情況下,西安黃土地區(qū)地鐵隧道暗挖斜穿地裂縫施工所誘發(fā)的地表及隧道相關(guān)變形規(guī)律。通過flac3d模擬預(yù)測(cè)施工變形規(guī)律,并與實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析,得到以下結(jié)論:(1)flac3d模擬表明,隧道暗挖施工穿越地裂縫時(shí)裂縫臨近處收斂值會(huì)在初期出現(xiàn)短暫負(fù)收斂現(xiàn)象;(2)地表在地裂縫影響帶的差異沉降發(fā)展集中在穿越前和穿越過程中,而拱頂上下盤差異沉降主要集中在穿越過程中;(3)當(dāng)?shù)亓芽p影響帶內(nèi)存在可弱化土體強(qiáng)度的不利因素時(shí),地表最終沉降的峰值點(diǎn)會(huì)向不利因素處移動(dòng);(4)拱頂最終沉降的峰值點(diǎn)基本在隧道軸線和裂縫的相交處,其受地表的土體弱化因素影響較小。

通過對(duì)西安地鐵隧道穿越地裂縫帶的大型物理模型試驗(yàn)成果的分析,提出在地裂縫活動(dòng)時(shí),穿越地裂縫帶的地鐵隧道有以下兩個(gè)方面的變化特征:一是作用于隧道的荷載發(fā)生改變;二是在隧道底部產(chǎn)生脫空現(xiàn)象。這種脫空現(xiàn)象無論在整體式隧道還是盾構(gòu)隧道中都會(huì)出現(xiàn)。造成隧道在界面上與土體脫空的原因是隧道和周圍地層的變形不協(xié)調(diào)。脫空區(qū)域的大小對(duì)地鐵隧道的變形與內(nèi)力計(jì)算會(huì)產(chǎn)生明顯影響。在對(duì)隧道變形特征分析的基礎(chǔ)上,總結(jié)得出了西安地鐵穿越地裂縫帶隧道變形的4種計(jì)算模型:對(duì)于整體式長(zhǎng)隧道,可以采用一端固定而另一端簡(jiǎn)支,或一端固定而另一端定向支承的計(jì)算模型;對(duì)于整體式短隧道,可以采用外伸梁模型;對(duì)于盾構(gòu)隧道,可以采用一端固定而另一端定向支承的計(jì)算模型。最后,對(duì)脫空條件下隧道數(shù)值分析的建模問題進(jìn)行了討論。算例分析表明:在數(shù)值計(jì)算中,對(duì)于隧道與土體接觸面的界面處理非常關(guān)鍵,否則將造成計(jì)算結(jié)果的重大誤差。

以西安地鐵二號(hào)線穿越長(zhǎng)安立交和f6地裂縫段為例,利用abaqus有限元軟件對(duì)地鐵穿越地裂縫施工對(duì)既有橋梁建立三維模型進(jìn)行模擬分析,并將現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析,得出以下結(jié)論:1)地鐵穿越地裂縫施工對(duì)既有橋梁橋墩具有一定的影響,對(duì)第3排橋墩沉降影響明顯;2)地裂縫在短期內(nèi)對(duì)地鐵隧道開挖的影響不明顯,需對(duì)地裂縫處結(jié)構(gòu)進(jìn)行長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)。同時(shí),建立了地鐵隧道與地裂縫相距不同水平距離的二維模型,通過分析給出了在西安地區(qū)臨近地裂縫開挖地鐵隧道的建議最小設(shè)防距離為3倍隧道直徑。

地裂縫是西安典型的地質(zhì)災(zāi)害,對(duì)地鐵建設(shè)造成很大威脅,引起了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注.進(jìn)行地裂縫活動(dòng)引起地鐵隧道的變形破壞特征研究,尤其是針對(duì)性地研究地裂縫與地鐵隧道在空間交匯處的運(yùn)移特點(diǎn)及隧道結(jié)構(gòu)的抗裂設(shè)計(jì)參數(shù)具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義.在分析西安地裂縫基本特征的基礎(chǔ)上,以地鐵5號(hào)線隧道工程穿越地裂縫情況為具體研究背景,詳細(xì)論述了與隧道相交處地裂縫的發(fā)育特征,揭示了地裂縫活動(dòng)造成的地表及剖面上的破壞特點(diǎn),并分析了現(xiàn)階段沿線地裂縫的活動(dòng)速率,確定了在空間上隧道與地裂縫的實(shí)際交匯位置.根據(jù)地裂縫年活動(dòng)速率監(jiān)測(cè)資料,對(duì)地鐵設(shè)計(jì)使用期內(nèi)隧道與地裂縫交匯處的最大垂直位移量進(jìn)行了預(yù)測(cè),并在此基礎(chǔ)上結(jié)合地裂縫與隧道的夾角及其傾角,根據(jù)空間幾何關(guān)系換算得出隧道結(jié)構(gòu)三維抗裂預(yù)留位移參數(shù),最后通過數(shù)值模擬分析對(duì)分段隧道擴(kuò)大斷面的適應(yīng)性進(jìn)行了驗(yàn)證.研究結(jié)果表明:與地鐵斜交的地裂縫活動(dòng)會(huì)引起相鄰分段隧道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生豎向位錯(cuò)、橫向扭曲及軸向拉伸等變形破壞;上盤隧道凈空量滿足預(yù)留設(shè)計(jì)要求;該研究成果可為在地裂縫活動(dòng)環(huán)境下西安地鐵隧道的結(jié)構(gòu)設(shè)防措施提供參考與指導(dǎo).

以西安地鐵1號(hào)線斜交穿越地裂縫帶為工程背景,通過地裂縫活動(dòng)的大型物理模型試驗(yàn)和有限元數(shù)值模擬,對(duì)西安地裂縫活動(dòng)的影響范圍和西安地鐵1號(hào)線隧道穿越地裂縫帶的縱向設(shè)防長(zhǎng)度進(jìn)行研究。結(jié)果表明:地裂縫活動(dòng)時(shí)引起其上盤地層中出現(xiàn)應(yīng)力降低和下盤地層中出現(xiàn)應(yīng)力增強(qiáng)現(xiàn)象,且在垂直于地裂縫走向上其兩側(cè)地層中應(yīng)力變化大致呈現(xiàn)出反對(duì)稱分布特征。隧道設(shè)計(jì)埋深處地裂縫活動(dòng)的影響區(qū)寬度為30m,即上盤17.5m,下盤12.5m;考慮安全系數(shù)時(shí)地鐵隧道穿越地裂縫帶的設(shè)防寬度為55m,即上盤35m,下盤20m。根據(jù)地鐵隧道與地裂縫帶的斜交夾角,確定地鐵區(qū)間隧道不同夾角斜交穿越地裂縫帶的縱向設(shè)防長(zhǎng)度。研究結(jié)果對(duì)西安地鐵1號(hào)線區(qū)間隧道斜穿地裂縫帶的結(jié)構(gòu)處理及設(shè)計(jì)具有一定參考價(jià)值。

自從20世紀(jì)50年代以來，由于自然和人為因素的影響，烏魯木齊地區(qū)出現(xiàn)了大量地裂縫，危害十分嚴(yán)重，其未來活動(dòng)對(duì)在建的地鐵構(gòu)成重大安全隱患。因此，地鐵隧道穿越地裂縫的問題成為了一個(gè)全新的重大工程難題，近年來引起了學(xué)術(shù)界和工程界的高度關(guān)注。所以在施工中應(yīng)采用針對(duì)性的技術(shù)措施來消除地裂縫的負(fù)面影響而提高隧道的安全性。本文就以烏魯木齊地鐵一號(hào)線為例，闡述了地裂縫對(duì)地鐵隧道施工的影響，以及病害防治措施。

介紹深圳東部供水工程淺埋隧洞穿越軟弱破碎圍巖的暗挖施工應(yīng)堅(jiān)持“管超前、嚴(yán)注漿、弱爆破、短進(jìn)尺、勤量測(cè)、強(qiáng)支護(hù)、旱封閉、襯砌及時(shí)跟進(jìn)”的原則及采取的技術(shù)措施。

研究目的:地鐵車輛動(dòng)荷載的長(zhǎng)期作用會(huì)使隧道產(chǎn)生不同程度的沉降,對(duì)其運(yùn)營(yíng)穩(wěn)定性產(chǎn)生不利的影響,對(duì)于飽和軟土地層條件,隧道的沉降更為明顯。開展動(dòng)荷載作用下地鐵隧道下臥土體的動(dòng)力穩(wěn)定性研究,有助于正確認(rèn)識(shí)地鐵運(yùn)營(yíng)荷載對(duì)周圍土體的影響,并為隧道周圍土體的加固提供依據(jù)。研究結(jié)論:通過分析盾構(gòu)隧道的運(yùn)營(yíng)受力特征,設(shè)計(jì)了物理模擬試驗(yàn)系統(tǒng),對(duì)地鐵盾構(gòu)隧道下臥粉質(zhì)黏土的動(dòng)力特性進(jìn)行了研究,分析了不同荷載幅值、不同頻率條件下隧道下臥粉質(zhì)黏土的動(dòng)力響應(yīng)特性,并對(duì)動(dòng)荷載作用下隧道的沉降特征進(jìn)行了分析。試驗(yàn)結(jié)果表明,盾構(gòu)隧道下臥粉質(zhì)黏土在動(dòng)荷載的作用下,土體的動(dòng)力響應(yīng)隨距離的增加而衰減,且距離隧道越近衰減趨勢(shì)越明顯。動(dòng)荷載峰值越大,隧道沉降越大;荷載峰值相同、振動(dòng)次數(shù)一定時(shí),荷載振動(dòng)頻率越低,隧道的豎向沉降越大。

本文以上海地鐵二號(hào)線工程中隧道底部注漿加固的施工與監(jiān)測(cè)為例，介紹了分層劈裂注漿工藝和注漿效果以及影響參數(shù)，分析了劈裂注漿的作用和機(jī)理認(rèn)為注漿壓力和流量是影響注漿效果的關(guān)鍵參數(shù)，在施工中應(yīng)適當(dāng)加以控制。

本文以上海地鐵二號(hào)線工程中隧道底部注漿加固的施工與監(jiān)測(cè)為例，介紹了分層劈裂注漿工藝和注漿效果以及影響參數(shù)，分析了劈裂注漿的作用和機(jī)理認(rèn)為注漿壓力和流量是影響注漿效果的關(guān)鍵參數(shù)，在施工中應(yīng)適當(dāng)加以控制。

西安地處國(guó)內(nèi)地裂縫發(fā)育最強(qiáng)烈的汾渭盆地,地裂縫的活動(dòng)性會(huì)造成地鐵隧道結(jié)構(gòu)扭曲及襯砌面開裂并影響地鐵的施工及安全運(yùn)營(yíng),采用特殊材料制作幾何相似比常數(shù)為1∶20的地裂縫與地鐵隧道結(jié)構(gòu)相互作用的隧道模型,通過對(duì)隧道模型結(jié)構(gòu)應(yīng)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與應(yīng)力預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比分析揭示了地裂縫位錯(cuò)作用下隧道的變形破壞規(guī)律,并建立了地鐵隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力的預(yù)測(cè)模型.試驗(yàn)結(jié)果表明:隨著地裂縫位錯(cuò)量的增加,位于隧道結(jié)構(gòu)上部的地裂縫上盤壓力增加、下盤壓力減小,位于隧道結(jié)構(gòu)下部的上盤壓力迅速減小、下盤壓力持續(xù)增加;位于地裂縫下盤的隧道結(jié)構(gòu)上部整體受拉而下部整體受壓,位于地裂縫上盤的隧道結(jié)構(gòu)上部先受壓后受拉;位于地裂縫下盤的隧道結(jié)構(gòu)沿縱向發(fā)生向下的彎曲變形致使其環(huán)向應(yīng)變表現(xiàn)為拱底受壓而拱頂和左右兩拱腰均受拉的受力特點(diǎn);指數(shù)平滑法對(duì)初始觀測(cè)值的要求低且受異常值影響小可作為隧道結(jié)構(gòu)應(yīng)力預(yù)測(cè)的首選方法,當(dāng)應(yīng)力值達(dá)到預(yù)警值時(shí)進(jìn)行報(bào)警采取適當(dāng)?shù)募庸檀胧┛杀ＷC地鐵隧道的正常施工與安全運(yùn)營(yíng).