2018年, 第31卷, 第10期　刊出日期：2018-10-20

  

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  中国公路学报. 2018, 31(10): 0-0.

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  封一/四

  中国公路学报. 2018, 31(10): 0-0.

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综述
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  “隧道及地下工程灾害防控关键技术”专刊导语

  中国公路学报. 2018, 31(10): 0-0.

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  随着中国国民经济持续快速发展，交通基础设施、水利水电工程建设及城市地下空间开发等需求遽增，中国地下工程建设迎来了前所未有的高潮。国家中长期发展规划中将交通基础建设摆在重要位置，重大基础建设的建设重心逐步向地形地质极端复杂的西部山区与岩溶地区转移，上万千米的交通隧道工程正在或即将投入建设。隧道工程的修建面临"大埋深、长洞线、高地应力、高渗透压、强岩溶地层、复杂致灾构造"等极端恶劣的地质条件，与之相伴的突水突泥、岩爆、危石垮塌等潜在灾害是施工中面临的巨大挑战。随着国家"一带一路"倡议的逐步推进，隧道及地下工程灾害防控方面的研究迎来新的高峰，灾害预报与防治、安全控制、信息化、智能化、多学科交叉等方面成果显著。
  《中国公路学报》是由中国公路学会主办的中国交通行业权威学术期刊，肩负着推动中国交通科技发展创新和成果转化的责任。为及时回顾、总结和推广中国隧道及地下工程灾害防控理论与技术领域的最新科研成果，引领隧道及地下工程灾害防控发展方向，推动该领域的理论与技术创新，《中国公路学报》编辑部邀请山东大学李术才教授（我刊编委）牵头组约国内隧道及地下工程灾害防控领域专家、学者的稿件，以专刊形式出版隧道及地下工程灾害防控领域高水平、创新性研究成果。本期专刊共组约稿件160余篇，经编辑部组织专家审稿，最终录用34篇。
  专刊主要针对隧道及地下工程灾害防控领域相关研究进展进行了归纳、总结和梳理。主要包括以下几个方面的内容：
  （1）隧道突水突泥灾害方面，主要研究成果包括危险性等级评价方法、导水夹泥判识、精细观测技术、灾害预控分析、隧道线路优选等；
  （2）盾构隧道掘进方面，主要研究成果包括盾构隧道刀具切削磨损研究、盾构隧道壁后注桨、地层横向位移分析、管片结构力学性能、刀具更换技术综述、施工参数优化等；
  （3）隧道注桨治理方面，主要研究成果包括注桨加固效果优化、桨液压力分布理论模型分析、注桨扩散规律研究、注桨岩体力学特性研究等；
  （4）隧道支护结构稳定性方面，主要研究成果包括隧道地震响应分析与试验方法、节理岩体隧道稳定性研究、大断面隧道仰拱底鼓破坏模式、大断面隧道装配式约束混凝土施工体系研究与应用、偏压隧道新型防护结构等；
  （5）隧道危石识别及防控方面，主要研究成果包括隧道危石识别理论及方法、危石监测及防控方法、危石防控理论及技术发展等。
  隧道及地下工程灾害防控领域新理论、新技术、新方法及新材料的发展是中国成为世界交通强国的重要支撑。《中国公路学报》将持续关注隧道及地下工程灾害防控理论与技术的最新科研成果，以期为广大专家、学者及工程技术人员提供一个交流、学习的平台，促进中国公路交通行业的安全、健康与可持续发展。
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  隧道危石识别及防控研究现状与发展趋势

  李术才, 刘洪亮, 李利平, 石少帅, 胡杰, 孙尚渠

  中国公路学报. 2018, 31(10): 1-18.

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  隧道危石垮塌防控是隧道安全建设面临的重大理论与技术难题，针对危石垮塌机理复杂且缺乏有效的探测技术及方法，难以对其实现有效防控的问题，在系统整理国内外研究资料的基础上，从隧道危石地质调查、危石识别理论、危石监测及控制方法3个方面总结了隧道危石识别与防控的研究现状。在隧道危石地质调查方面，数字罗盘接触测量、近景摄影测量、激光扫描已成为支撑隧道危石地质调查发展的三驾马车，初步形成了基于结构面网络模拟的三维岩体结构信息集成分析方法；在隧道危石识别方面，危石静态及动态识别理论研究取得长远发展，初步形成了静-动结合的隧道危石稳定性判识方法；在隧道危石监测及控制方面，虽然做了一些工作，但尚未形成有效的隧道危石监测及控制技术方法。随后结合笔者团队正在开展的研究工作，系统阐述了现有隧道危石防控理论及技术的不足，并对隧道危石防控对策进行了相关探讨，认为隧道危石防控的研究重点和趋势有以下3点：物-钻-表三位一体的岩体结构探测方法；岩体结构模型跨尺度联合重构方法；隧道危石"点-域"同步监测及靶向控制技术。研究结果可为广大研究者和应用者提供了一个探讨的基本框架，并为本领域研究提供了一定的参考。
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  长大隧道地震响应分析与试验方法新进展

  禹海涛, 袁勇

  中国公路学报. 2018, 31(10): 19-35.

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  隧道抗震研究是当今地下工程防灾领域重要的研究方向之一。目前在隧道发展建设规模化、结构空间尺度大型化和局部节点构造形式复杂化的新形势下，针对长大隧道抗震研究所面临的纵向抗震设计理论、大规模地震响应分析方法、非一致地震激励效应等科学难题，在分析国内外隧道抗震研究现状的基础上，聚焦基础设施建设的重大需求，系统阐述长大隧道地震响应分析与试验方法新进展。介绍面向长大隧道纵向抗震设计的几种简化分析模型，推导任意动载作用下长大隧道纵向动力响应解析解，退化出行波效应下长大隧道纵向响应的理论解，直观地给出各参数之间相互关联的解析表达，并基于多质点-弹簧-梁模型进一步提出面向长大隧道纵向抗震设计的快速简化分析方法；建立长大隧道-地层大规模地震响应模拟的多尺度动力耦合分析方法，同时获得隧道-地层的整体宏观响应与隧道各组件细观动态演化，且不需要任何附加过滤和阻尼即可有效消除宏-细观多尺度界面的高频波虚假反射；提出长大隧道多点非一致激励振动台模型试验方法，推导模拟基岩面多个离散输入与连续输入的关联性，研制节段型模型箱及其联动装置，构建振动台阵多个独立台面分区多点输入的非一致激励隧道地震试验平台。以港珠澳大桥沉管隧道等实际重大工程为应用案例，阐述所建立长大隧道非一致地震响应分析原理和试验方法的适用性。最后介绍隧道关键节点的减震控制方法。研究结果在一定程度上反映了目前长大隧道纵向抗震设计和分析的发展水平，同时也为今后抗震工作的研究重点指明了方向。
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  盾构隧道刀具更换技术综述

  陈健, 刘红军, 闵凡路, 刘海

  中国公路学报. 2018, 31(10): 36-46.

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  盾构穿越复杂水文地质地层时，常因刀盘刀具过量磨损而导致盾构被迫停机，这已成为困扰盾构施工的重要难题之一，进行刀具更换是目前解决这一难题，恢复盾构掘进的主要方法。然而，工程界尚未形成系统的盾构换刀技术体系。针对这一问题，在对已有技术研究理解和总结的基础上，阐述了盾构刀具更换技术的内涵和主要分类，并结合典型盾构工程换刀作业实例和笔者所在课题组的研究成果，对加固地层-常压换刀、基于常压可更换刀盘设计的换刀、带压换刀等3种主要换刀技术的原理、技术流程、关键技术、适用范围和优缺点等进行系统的分析和总结。最后介绍了日本最新的刀具更换技术，并对中国盾构隧道刀具更换技术进行了展望。结果表明：地层加固-常压换刀技术和带压换刀技术都是在常规刀盘设计条件下形成的，其关键都是保障开挖面地层的稳定性；差别在于，前者是使加固开挖面地层达到自稳后，在常压条件下实施的，而后者则是通过泥浆渗透成膜等辅助工艺提高开挖面地层的闭气性后，在气压支护条件下实施的；对于基于常压可更换刀盘设计的换刀技术来说，开挖面地层的稳定性不需要重点考虑，盾构机特殊的中空刀盘辐臂和常压可更换刀具设计才是该技术的关键。
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  盾构刀具切削研究进展及非正常磨损实例分析（双语出版）

  闵凡路, 柏煜新, 刘来仓, 陈健

  中国公路学报. 2018, 31(10): 47-58.

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  盾构刀具在切削岩土体过程中的受力形态和磨损情况是决定工程施工顺利与否的关键因素之一。然而，在穿越高磨蚀性的砂卵石及土岩复合地层时，常会面临因刀具过量磨损而导致盾构机无法正常掘进等难题。针对刀具切削岩土体过程的受力与磨损问题，从刀具磨损监测方法、切削机理、切削过程受力的试验和数值模拟等方面系统地总结了近年来的相关研究进展，并通过典型工程案例分析了目前严重困扰盾构掘进的刀具非正常磨损问题。关于刀具磨损监测方法，目前通电式和超声波式监测技术在盾构施工中被广泛应用，并逐步发展形成连续成像的摄影测量和DCRM技术；在刀具切削力学模型方面，重点阐述了滚刀张拉破岩模式和CSM力学模型，以及刮刀的流动切削模型和Mckyes-Ali模型；刀具切削和磨损试验分别从岩土磨蚀单元试验、单个刀具切削试验和刀盘整体切削的模型试验3个方面研究刀具切削磨损效果；数值模拟研究则偏重于研究岩土体在不同的切削条件下应力状态和破碎形态的变化情况；刀具非正常磨损直接缩短刀具的使用寿命，具有突发性和不规律性的特点，是工程实际中最为典型的刀具磨损方式。最后，针对盾构刀具切削与磨损形式，展望了盾构刀具切削磨损在刀具监测方式、外形及布置方式、合金材料和焊接工艺等方面的发展趋势。
灾害判别方法
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  充填型岩溶突水突泥灾害源的核磁共振表征与泥水识别方法

  范克睿, 李貅, 李宁博, 刘征宇

  中国公路学报. 2018, 31(10): 59-68.

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  隧道穿越富水岩溶地层时，为预报可能遭遇的突水突泥灾害类型、水量以及突出物信息，需提前探明掌子面前方地层含水量、渗透系数、导水系数等水文地质参数，从而对灾害源进行泥水识别。核磁共振探测（Magnetic Resonance Sounding，MRS）是一种能够直接探明地层水文地质特征的物探方法，基于MRS方法的这一优势，提出一种针对充填型岩溶突水突泥灾害源的核磁共振表征与泥水识别的方法，以期对突水突泥灾害进行预报并加以区分。通过引入Log-Gauss分布函数构建MRS弛豫时间的时空分布函数，用以表征不同灾害所对应的充填物特征；并对掌子面前方电阻率、含水量以及MRS弛豫时间分布进行三维离散，实现了对充填型岩溶突水突泥灾害源的核磁共振表征与建模。在此基础上，正演模拟了不同类型突水突泥灾害源的MRS响应信号，并分析了其响应特征与影响因素。基于灾害源的MRS响应信号特征，利用充填物含水量和MRS弛豫时间的时空分布函数建立了以充填型岩溶突水突泥灾害源的泥水识别因子作为对灾害源进行泥水识别的判据。
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  超深埋长隧道地应力场综合反分析方法与应用

  刘宁, 张春生, 褚卫江, 吴家耀, 陈平志

  中国公路学报. 2018, 31(10): 69-78.

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  在分析超深埋长隧道工程沿线地应力场时，大埋深、长洞线、复杂地质条件等因素增加了工程区地应力场的复杂性和认知难度，影响了地应力判断结果的准确性。锦屏山超深埋特长交通洞为中国埋深最大的交通隧道，最大埋深达到2 375 m、长度达到17.5 km，水压致裂法、应力解除法等常规的直接地应力测试方法仅适用于洞口等浅埋位置，难以直接测得深部的地应力数值，进而影响对整个区域地应力场的判断，客观信息的缺乏决定了要从其他多个角度去评估地应力场状态。首先借助峰值强度和残余强度应力包络线，揭示了隧道周边不同位置处围岩开挖响应所对应的应力状态，提出了超深埋长线形隧道工程地应力场分析工作流程。在锦屏山交通洞工程实践过程中，综合采用宏观地质判断、现场破坏现象分析、测试成果指示、应力集中区推断等方法，对地应力场分布特征进行了评估和解译。另外，由于岩组、褶皱、构造、地形等条件导致局部地应力异常，采用非连续数值分析方法分析了结构面、褶皱2种代表性因素对局部地应力场的影响。最后，基于上述研究成果，建立考虑了地形、褶皱和主要断层的整体高精度三维模型，利用褶皱构造和断裂构造在现今构造挤压作用下的响应方式揭示了沿线地应力存在的分区现象，为超深埋长线形隧道工程的地应力场判断提供了更加准确便利的方法。
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  隧道突水突泥致灾构造及其多尺度精细观测技术

  李晓昭, 黄震, 许振浩, 凡净, 宋金龙, 张培兴, 鲁俊杰

  中国公路学报. 2018, 31(10): 79-90.

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  隧道突水突泥致灾构造作为灾害发生的控制因素，具有复杂的多尺度特性，而深长隧道山高洞长、传统野外地质踏勘面临艰难险阻且不能满足精度要求。通过百余例隧道突水突泥案例的统计分析与现场调研，识别概化了2类5种隧道突水突泥致灾构造，即富水夹泥断裂带（富水断裂破碎带及夹泥断裂带）与充水充泥岩溶体（深部充水岩溶、表层裂隙岩溶带及充填岩溶洞穴），总结分析了不同突水突泥致灾构造的典型地质特征，提出了不同突水突泥致灾构造的判别理论方法。其中，气候湿热的碳酸盐岩地区表层裂隙岩溶带也可能诱发隧道突水突泥灾害。针对突水突泥致灾构造的复杂和多尺度特性，从大尺度到小尺度整体剖分地质结构，结合无人机高空航测、数字摄影测量、钻孔电视等先进技术手段，探索了隧道突水突泥致灾构造的多尺度精细观测技术，提出了一套空中（Air）-地表（Outcrop）-孔中（Borehole）-隧道（Tunnel）的地质行迹与致灾构造观测方法（AOBT），并在多个隧道工程中进行应用。结果表明：空-地-孔-隧（AOBT）地质行迹与致灾构造观测技术可实现不同尺度结构面的高精度、快速测取，改进了传统地质调查方式。研究成果可为隧道突水突泥灾害防控提供参考。
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  长深隧洞突涌水危险性等级指标及评价方法

  许增光, 王亚萍, 肖瑜, 李立民, 李炎隆, 李玉波

  中国公路学报. 2018, 31(10): 91-100.

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  长距离、大埋深已成为未来隧洞工程的新特点，其中突涌水问题是制约此类工程开挖进度的关键因素之一。陕西省引汉济渭秦岭输水隧洞越岭段长81.8 km，最大埋深2 000 m，地质构造复杂，因此以该工程为背景研究长深隧洞突涌水灾害等级评价问题具有重要的科学价值和实用价值。在分析大量地下洞室突涌水灾害的基础上，针对长深隧洞突涌水的孕灾环境，遴选了地层岩性、岩层产状、不良地质、地表汇流条件、隧洞底部水头压力、可溶岩与非可溶岩接触带、层面（间）节理裂隙与地表河流规模结合度7大指标，采用打分法描述指标致灾因子的致灾程度，构建了长深隧洞突涌水灾害危险性等级评价指标体系，运用模糊层次分析法构建指标间的判断矩阵，用最大特征根法求取每个指标的权值，通过对评级层建立云模型，使综合评价等级的隶属度更加客观，形成了一种长深隧洞突涌水灾害危险性等级评价方法；并建立了突涌水危险性等级与单点最大突涌水量范围之间的对应关系，可在初期设计阶段预测突涌水量范围。结果表明：秦岭隧洞已开挖段（约60 km）突涌水危险性评价结果与实发突涌水情况吻合性较好，验证了长深隧洞突涌水灾害危险性等级指标及评价方法的可靠性，对秦岭隧洞未贯通（约20 km）突涌水危险性进行评价，为有效预防突涌水灾害发生奠定了基础。
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  暗河发育区隧道选线与突涌水灾害预控分析（双语出版）

  黄鑫, 李术才, 许振浩, 林鹏, 陈禹成, 聂利超, 潘东东, 王文扬

  中国公路学报. 2018, 31(10): 101-117,140.

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  为控制隧道穿越暗河发育区突涌水风险，通过对中国21例隧道穿越暗河发育区突涌水工程实例的统计分析，研究暗河发育规律和地质判识特征，提出"横向查延伸-竖向定标高-洞内探位置"的三阶段暗河识别方法和隧道穿越暗河发育区选线原则；研究隧道穿越暗河发育区突涌水的孕灾环境和致灾因子，遴选出隧道突涌水的主要影响因素，建立隧道穿越暗河发育区突涌水风险评估层次模型，确定评价指标的权重，开展暗河发育区隧道选线与突涌水灾害预控分析研究。研究结果表明：提出的三阶段暗河识别方法综合采用地质勘察、工程类比、示踪试验、物理探测等方法，可依次确定暗河流向、暗河水位、暗河与隧道空间位置关系；暗河发育强度、暗河水流量、暗河与隧道的空间位置是隧道穿越暗河区突涌水风险的主控因素，其次为超前地质预报、暗河形态、暗河坡度，最后为前兆信息、监控量测、开挖支护。研究成果在利万高速齐岳山隧道德胜场暗河的识别与风险评估中得到了成功应用，验证了暗河识别和突涌水风险评估方法的合理性与可行性，对类似穿越暗河发育区隧道工程建设具有一定的借鉴意义和参考价值。
灾害发生机理
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  岩溶隧道断续节理掌子面突水判据及灾变过程

  郭佳奇, 陈建勋, 陈帆, 罗彦斌, 刘钦

  中国公路学报. 2018, 31(10): 118-129.

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  为了给岩溶区隧道掌子面突水灾害的预警与防治提供理论支持，针对岩溶隧道掌子面断续节理防突岩体，从断裂力学角度分析了地应力和岩溶水压力等自然营造力作用下断续裂纹的压剪起裂属性以及分支裂纹尖端应力强度因子随水压和支裂纹扩展长度的变化规律，推导了断续节理岩体发生轴向张拉贯通破坏突水的临界水压力。运用两带理论和推导的临界水压力公式，建立了基于最小安全厚度的岩溶隧道掌子面断续节理防突层失稳突水判据，并分析了掌子面前伏岩溶水压力、断续主裂纹长度、断续裂纹排距及裂纹与最大主应力夹角等对防突层最小安全厚度的影响规律。采用可考虑流固耦合效应和岩体结构特征的三维离散元数值分析方法，研究了岩溶隧道近接前方高压富水溶腔顺序开挖中掌子面防突层岩体位移场、渗流场等演化规律及其临突特征。数值模拟结果表明：随着岩溶掌子面的不断推进，掌子面防突层岩体挤出位移逐渐由单一卸荷引起向卸荷和前伏岩溶水压共同影响过渡；掌子面各测点位移及位移增加幅度均持续增大；掌子面挤出位移和掌子面水流速度在突水通道即将形成时出现激增和突升现象，具有明显的突水前兆特征。
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  砂土地层盾构隧道小角度斜下穿既有隧道施工参数优化研究（双语出版）

  来弘鹏, 郑海伟, 何秋敏, 刘海洋

  中国公路学报. 2018, 31(10): 130-140.

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  针对隧道工程中新建隧道小角度斜下穿既有隧道工程中亟待解决的难题，以西安地铁1号线二期张家村-后卫寨区间左线盾构下穿既有1号线出入段线为工程依托，通过现场调研、数值模拟和现场监测等方法进行施工参数对轨道既有隧道和轨道高差的沉降规律（重点进行对轨道高差的控制）研究。选取土仓压力、注浆压力、注浆量等施工参数，其中注浆量用注浆厚度间接体现，构建三维数值计算模型，并对结果进行分析，依据分析结果给出合理的盾构施工参数建议值，在此基础上进行现场监测，验证给出的施工参数建议值对轨道高差的控制效果。研究结果表明：随着土仓压力、注浆压力的增大，既有隧道的沉降和轨道高差不断减小，当其土仓压力超过0.10 MPa、注浆压力超过0.22 MPa时，既有隧道沉降和轨道高差控制效果不再明显提高；既有隧道沉降和轨道高差随着注浆厚度的增大而减小，其与注浆厚度均近似呈线性关系，因此适当增大注浆范围是控制既有隧道沉降和轨道高差的有效方法；确定的施工参数建议值为0.10 MPa（土仓压力）+0.22 MPa（注浆压力）+0.23 m（注浆厚度）；通过现场监测，既有地铁隧道道床上C，B，G，F四条测线上最大沉降量均在6 mm左右（小于20 mm），最大轨道高差为1.2 mm（小于4 mm），均小于规范所要求的控制值，表明以上施工参数建议值对于既有隧道沉降和轨道高差起到了很好控制效果。
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  穿越破碎带隧道掌子面力学模型及最小安全厚度研究

  张骞, 白松松, 高昱, 杜彦良, 赵维刚, 梁冠亭

  中国公路学报. 2018, 31(10): 141-149,219.

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  隧道穿越断层破碎带的稳定性及安全防护问题是目前隧道建设的难点。针对隧道掌子面前方存在破碎带松散岩土体的典型工况，基于隧道围岩以及掌子面的力学特性，采用理论计算、数值模拟、工程实践相结合的手段，提出了掌子面稳定岩体的最小安全厚度计算方法，并对隧道掌子面前方破碎带的预加固及处治方案进行了探讨。首先，建立了破碎带-岩板力学模型，将掌子面的岩体等效为受荷载作用的岩板，对受破碎带压力的岩板最小安全厚度展开计算分析，得到了岩板厚度与岩层倾角、破碎带有效高度的关系表达式，并对帷幕注浆处理参数进行了优化；随后基于理论计算结果，与某隧道穿越破碎带施工中因未控制掌子面岩体厚度而导致隧道失稳的典型案例展开对比分析；最后结合Comsol Multiphysics软件开展数值仿真模拟，分析了不同岩层倾角、隧道埋深、注浆预处理参数等因素对掌子面岩板最小安全厚度的影响。结果表明：理论计算、工程实际与数值模拟结果具有较好的一致性；正常施工时掌子面最小安全岩板厚度随破碎带有效高度的增大而增大，随岩层倾角增大而减小，故应在达到安全厚度之前对破碎带进行预支护；在选用帷幕注浆方法对破碎带进行预处理时，最小安全岩板厚度随着岩层倾角的增大而减小，此时在注浆过程中需要保留较大的安全厚度，同时控制注浆压力。
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  镶齿滚刀破岩机理及效率的旋转破岩试验

  吴帆, 殷丽君, 张浩, 龚秋明

  中国公路学报. 2018, 31(10): 150-159.

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  随着隧道工程建设的不断增多，镶齿滚刀已被广泛应用于多种开挖机械，如隧道掘进机、反井钻机、采掘机等，不同破岩参数下镶齿滚刀的破岩机理及破岩效率研究，对提高机械掘进效率、降低施工成本有重要意义。应用北京工业大学自主研制的多功能机械破岩试验平台，选用直径304.8 mm（12英寸）的镶齿滚刀对尺寸为1 000 mm×1 000 mm×600 mm的北山花岗岩进行旋转切割破岩试验研究。通过对排齿及整刀进行不同贯入度的旋转切割试验，并应用荧光裂纹检测法对侵入坑下方裂纹进行检测，研究镶齿滚刀的破岩规律。结果表明：①镶齿滚刀为"递进式"破岩，破岩开始于相邻小齿间距的球齿之间，而后发展到相邻的大排间距的球齿之间；②第3排球齿破岩效率最高，且整刀在贯入度为1.5 mm时破岩效率最高；③应用荧光裂纹检测法分析滚刀下方岩体裂纹分布特征，发现每排球齿下的裂纹扩展方向及范围存在较大差异。裂纹分布特征分析结果与通过滚刀力、岩片分析得出的镶齿滚刀破岩效率的结论相一致。该研究可为机械开挖设备滚刀布置、刀型优化及施工运行参数优化提供试验参考和理论依据。
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  导水夹泥断裂破碎岩内在结构与渗透性（双语出版）

  凡净, 李晓昭, 黄震, 张锐, 何志成

  中国公路学报. 2018, 31(10): 160-166.

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  造成深长隧道开挖过程中涌突水危害的主要灾害源为导水夹泥构造。研究断裂破碎岩体内在结构特征与不同构造单元渗透特性可以在一定程度上规避工程施工过程中事故的发生。以甘肃典型导水夹泥断裂带为背景，针对典型断裂破碎岩样进行XRD矿物分析、SEM岩体裂隙内在结构表征、不同构造单元原位压水试验及室内典型破碎岩体渗透试验，分析导水夹泥断裂破碎岩矿物成分、内在结构及渗透系数。研究结果表明：岩样裂隙内的充填物随次生矿物比升高，渗透系数增大；断层核部渗透系数较破碎带与完整花岗岩体大，断层核部粒径浅部比深部大，岩体浅部变质程度比深部破碎，有效孔隙度核部深部比浅部大，比表面积值核部也比影响损伤带及母岩大；横向上，断层核部裂隙密集带具有较高渗透性，随着裂隙密度的降低渗透系数明显降低，且距断层核部越远，渗透系数越低；纵向上，断层带不同构造单元的岩体，其渗透系数由小到大的分布规律为断层泥（<10^-9 m·s^-1）、碎砾、角砾岩（10^-5~10^-7 m·s^-1）、碎裂岩（10^-4~10^-7 m·s^-1），完整围岩部分（<10^-9 m·s^-1）渗透系数又变小。研究结果可为隧道涌突水防治提供理论与工程指导。
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  节理岩体中纵向间距对连拱隧道稳定性的影响

  杨忠民, 高永涛, 吴顺川, 于鹏强, 杨松, 艾祖斌, 曹振生

  中国公路学报. 2018, 31(10): 167-176.

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  为了研究双连拱隧道左右幅开挖对临洞的影响，以云南省晋红高速公路蔡官营隧道为研究对象，采用块体离散元软件3DEC中的黏结块体模型建立数值模型，模拟分析双连拱隧道一侧开挖对临洞拱顶沉降和围岩节理破坏范围的影响。研究结果表明：该模型能够合理地表征蔡官营隧道纵向间距过大或过小时现场出现的异常变形及结构破坏等现象；开挖过程中，无论是先行洞或后行洞开挖都会造成临洞拱顶沉降值增大及围岩中张拉、剪切破坏节理数量的增加，且破坏的节理主要以剪切滑动破坏为主，说明除了位移、应力外，节理破坏数量的变化也可作为围岩所受扰动大小的判断依据。然后以多个指标为判断依据，研究该隧道左右幅掌子面不同纵向间距对隧道围岩及支护结构的影响，进而确定合理的纵向间距；根据先行洞掌子面附近拱顶沉降值变化得出合理间距不小于30 m，根据张拉失稳节理面的数量得出合理间距为20~40 m，根据处于滑动状态的节理数量得出合理间距为30~40 m，根据发生滑动节理数总和得出合理间距为20~40 m，根据中隔墙的水平位移得出合理间距为20~40 m，根据二衬弯矩值得出合理间距不大于40 m，综合所有判断依据，得出隧道左右幅掌子面纵向间距应介于30~40 m（隧道净空的2~2.5倍）之间。在后续施工过程中，将左右幅掌子面纵向间距严格控制在该范围内，最终隧道顺利实现了贯通。
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  基于透明土的隧道突泥破坏特征试验研究

  张家奇, 李术才, 张庆松, 张霄, 杨磊, 李鹏, 蓝雄东

  中国公路学报. 2018, 31(10): 177-189.

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  为探究不同致灾介质和地下水体量条件下隧道突泥灾害的灾变机制，利用透明土材料开展了全可视化突泥室内模拟试验，并利用PFC-CFD方法开展数值模拟试验对室内试验结果进行验证。论证了透明土材料用于岩土室内试验的可行性，克服了传统突泥试验的"黑箱"问题，分析了隧道突泥灾害的破坏形态，提出了刻画灾害破坏形态的抛物线旋转体形态模型；研究了介质内部位移场演化规律；发现了突泥扰动区，探究灾害真实影响区域的变化规律，最终从灾害的破坏形态、演化过程和影响区域等破坏特征角度揭示了隧道突泥灾害的灾变机制。研究结果表明：突泥灾害的破坏形态呈明显的抛物线旋转体状，且致灾介质和地下水的体量对灾害破坏形态的形态类型无影响。除因介质涌出形成直接破坏区外，突泥灾害还导致未突出介质中形成扰动区，破坏区和扰动区联合构成了灾害真实影响区；破坏区和扰动区均随致灾介质和地下水体量的增加呈扩展趋势，但破坏区范围受致灾介质体量影响显著，而扰动区范围则受地下水体量影响显著；突泥灾害演化过程分为介质启动运移、临空面形成、介质整体迁移和灾害渐停4个阶段，灾害过程中突泥量依次呈现启动、加速、缓慢和稳定的时变特征，突泥口应力呈现急剧上升、持续波动、缓慢下降的演化特征。
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  考虑质量迁移的全风化花岗岩隧道突水突泥试验

  刘金泉, 陈卫忠, 郑卫华, 袁敬强, 聂闻

  中国公路学报. 2018, 31(10): 190-196.

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  为研究全风化花岗岩隧道突水突泥变质量渗流特征及灾害演化机理，自行设计了一套可考虑质量迁移及三向应力状态的大型室内突水突泥试验系统。该试验系统主要由加载系统、渗流系统、泥水回收系统组成，具备模拟地层三向应力状态的特点，且设计的渗流系统能较好地模拟颗粒迁移特性。利用该装置系统开展不同水压力及围压下的突水突泥演化试验。结果表明：①全风化花岗岩隧道突水突泥灾害演化是渗流-侵蚀强耦合过程，岩体颗粒在水力作用下发生侵蚀流失，致使岩体孔隙、渗透率增长，进而再次加快颗粒迁移，促使涌水量不断增长；同时，随颗粒物不断迁移，水流流态可能由线性流向非线性流发生突变，最终诱发突水突泥灾害。即，颗粒迁移是突水突泥演化的内因，水流流态的转换是灾变的关键；②突水突泥灾变风险随水压力增加而增加，特别是当水压力达到0.6 MPa时，颗粒流失量达到总质量的11%，涌水量更达到395.84 mL·min^-1，是低压力（0.4 MPa）条件下的4.3倍，且水流流态也由线性流向非线性流转变，表明存在临界水压力促使灾害发生；③突水突泥灾害演化随围压加大而逐步加快，尤其是对灾害演化的初始阶段，表征围压的增长显著加快灾害的初始演化速率并缩减灾害预防时间，因此在高围压环境下须重点监测初期的渗流侵蚀特性。
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  考虑刀盘摩阻因素的盾构施工引起地层横向位移分析

  武崇福, 魏超, 曹海莹, 胥刘奇, 荚颖

  中国公路学报. 2018, 31(10): 197-209.

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  为了全面和准确地计算盾构施工引起的地层横向总位移值，依据弹性力学Mindlin解，在已有研究的基础上，增加考虑面板式及辐条式刀盘的摩擦力对地层横向位移的影响，给出刀盘的简化计算模型，通过坐标转化和积分的方法分别推导2种结构形式刀盘正面及圆周面摩擦力产生的地层横向位移计算公式，并采用位移叠加的方法，给出盾构施工引起地层横向总位移计算公式，并对已有工程算例计算和分析，将结果与实测值对比。结果表明：计算结果可以反映盾构施工阶段地层横向变形的特点；在盾尾附近的一定范围内，同步注浆压力和盾壳摩擦力对地层横向位移的影响程度较大，为主要影响因素；在刀盘附近的一定范围内，盾壳摩擦力，刀盘圆周面环向摩擦力和刀盘正面摩擦力对地层横向位移的影响程度不可忽略；各因素产生的地层横向位移值随着深度的增加而衰减并向深层土体逐渐扩散；地层横向位移值受刀盘不同结构形式的影响程度较小，分布规律相仿；在刀盘推进面周围的一定范围内，地层横向总位移值正负区域的分布与刀盘的旋转方向有关。
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  裂缝数量对盾构隧道管片结构力学性能的影响

  何川, 刘川昆, 王士民, 张钧博, 卢岱岳, 马杲宇

  中国公路学报. 2018, 31(10): 210-219.

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  盾构隧道管片在制作、养护、运输及拼装过程中，常会出现裂缝，裂缝的存在在一定程度上会影响管片衬砌结构的整体受力。以中国某地铁越江盾构隧道为工程背景，采用相似模型试验的方法，基于盾构隧道管片的位移、内力及声发射数据，系统分析裂缝数量对管片衬砌结构力学特性的影响规律，并通过管片破坏过程示意图分析管片结构的破坏模式。研究结果表明：管片衬砌结构承载阶段可划分为弹性承载、塑性承载和破坏失稳3个阶段；裂缝的存在降低了管片衬砌结构的整体刚度，随裂缝数量增加，管片衬砌结构的弹性承载范围增加，塑性承载阶段范围减小，损伤破坏的空间影响范围呈增大趋势，结构的失稳破坏趋于突发性破坏，相同荷载下的变形增大，结构的极限承载力降低；裂缝的存在使得管片在预制裂缝位置产生纵向贯通裂缝，随裂缝数量增加，纵向贯通裂缝数量增加，破坏区域由某一位置发展为条带状分布，当拱腰预制裂缝数量达到3条时，裂缝之间管片的相互挤压导致网状裂缝产生，结构局部出现压溃区。
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  含2条软弱夹层的隧道围岩开挖过程破坏模式研究

  文海家, 胡晶, 谢朋, 谢祺泷

  中国公路学报. 2018, 31(10): 220-229.

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  软弱夹层是山岭隧道常遇的不良地质现象，目前关于多条软弱夹层对隧道围岩稳定性的研究尚不多见，为加强该方向的研究，采用模型试验和数值模拟研究含2条软弱夹层隧道围岩开挖过程中的破坏模式。基于实际工程背景，设计模型试验，从裂隙损伤演变、应力场及应变场变化规律3个方面得到相吻合的破坏模式：首先拱顶受剪应力影响，沿软弱夹层发生滑移，进入塑性区；然后左、右拱肩受张拉应力影响，发生了塑性变形，出现张拉裂隙；接着右拱脚受剪、拉应力影响，进入塑性区；最后左拱脚受拉、剪应力影响，进入塑性区。采用FLAC^3D软件对试验进行模拟，将模拟结果与试验结果进行对比，并分析含单条软弱夹层和含2条软弱夹层隧道围岩破坏模式的差异性。结果表明：数值模拟结果与试验结果吻合良好；2条软弱夹层的存在会抑制软弱夹层下方隧道的水平收敛；隧道顶拱之上塑性破坏区域与水平面的倾角更小，表现出更危险的破坏趋势；顶拱区域、左拱脚与左中墙连通面应作为不利区域重点考虑；含2条软弱夹层的隧道围岩破坏模式有不同于单软弱夹层的规律，基于单条软弱夹层的支护方案进行设计、施工不能满足围岩稳定要求。
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  考虑层间黏聚力的水平层状围岩隧道顶板力学模型计算

  罗彦斌, 陈建勋, 王利宝, 邓祥辉

  中国公路学报. 2018, 31(10): 230-237,265.

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  水平层状岩体力学性质不仅受岩层组合和结构面控制，而且与层间黏聚力密切相关。水平层状围岩隧道在施工过程中对层间黏聚力考虑不当时，极易造成设计支护参数不合理，导致拱部掉块落石、离层、弯折，甚至局部坍塌、超欠挖等工程问题，严重影响工程安全、施工质量和建设进度。目前水平层状围岩隧道顶板一般简化为锚固梁和简支梁模型，但未考虑层间黏聚力。根据水平层状围岩隧道开挖的不同阶段，将隧道顶板分别简化为开挖初始阶段的锚固梁模型和施工扰动后的简支梁模型，并利用顶板梁体模型的协调变形条件，得出梁模型的层间黏聚力计算公式。以大梁峁隧道为工程依托，分别应用考虑层间黏聚力和不考虑层间黏聚力的梁模型进行隧道临界开挖跨度计算。结果表明：考虑层间黏聚力和不考虑层间黏聚力对水平层状围岩隧道临界开挖跨度影响较大。考虑层间黏聚力时，锚固梁模型临界开挖跨度为3.36~4.75 m，简支梁模型临界开挖跨度为2.74~3.88 m；不考虑层间黏聚力时，锚固梁模型临界开挖跨度为0.14~0.30 m，简支梁模型临界开挖跨度为0.12~0.24 m。结合大梁峁隧道工程现场，隧道开挖跨度3~6 m时，拱顶会出现平顶现象，产生离层和掉块，因此考虑层间黏聚力的水平层状围岩隧道顶板力学模型更符合工程实际情况。
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  均匀风量集中排烟隧道火灾烟气流动分析与足尺试验

  徐湃, 邢荣军, 蒋树屏, 殷杰

  中国公路学报. 2018, 31(10): 238-245.

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  隧道火灾集中排烟系统集纵向和横向排烟模式的优势，应用愈加广泛。然而在排烟过程中，大量烟气易从离风机较近的排烟阀排出，极大降低了排烟效率并浪费了能源，为解决此类问题提出均匀风量集中排烟模式的概念，通过调节排烟阀开启角度，使各排烟阀排烟量均匀一致，最大限度的将高温烟气由火源附近的排烟阀排出。基于质量、动量和能量守恒方程，以排烟道内烟流为控制体，建立均匀排烟模式下关于排烟阀流速、排烟量、排烟阀开启角度和排烟风机风压关系的理论预测模型并求出解析解；同时，以港珠澳大桥海底沉管隧道为原型，建立世界最大断面尺寸沉管试验隧道，开展足尺验证试验。研究结果表明：均匀风量排烟系统能够通过控制排烟阀开启角度平衡各排烟阀排烟量实现高效排烟的目的；提出火灾时应开启火源最近处排烟阀且在满足烟气流速限值的情况下，控制排烟阀开启数量，既能缩短烟气蔓延范围又能实现有效节能；均匀排烟模式下，各排烟阀排烟量均匀一致，排烟阀开启角度呈逐渐增大趋势，离火源越近排烟阀开启角度越小。最后，以10 MW火灾为例，通过足尺试验验证均匀风量集中排烟烟气运动理论模型的正确性。
灾害控制技术
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  水泥浆液黏度对全风化花岗岩注浆加固效果的影响

  杨磊, 林荣峰, 李召峰, 李术才, 张庆松, 刘人太, 张霄, 王凯, 陈慧

  中国公路学报. 2018, 31(10): 246-254.

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  水泥浆液是隧道与地下工程水害治理与地层加固的常用注浆材料。针对利用水灰比调节水泥浆液黏度的传统方法在注浆治理工程中存在的局限性，通过掺加2种外加剂实现了水灰比为1：1的水泥浆液的黏度和流动度在一定范围内动态可调。选取典型工程中遭遇的全风化花岗岩为被注介质，开展了注浆模拟试验，研究了不同黏度浆液在全风化花岗岩中的扩散规律，分析了浆液黏度对注浆加固效果的影响机制。研究结果表明：水泥浆液在被注介质中整体呈现劈裂扩散模式，随着浆液黏度的增大，主劈裂浆脉扩展形态由"三叉形"逐渐向"折线形"转变，主浆脉宽度变厚，被注介质的单轴抗压强度和抗剪强度不断提高；在水泥浆液黏度为24.6 s时，加固土体的单轴抗压强度提高了87%，内聚力和内摩擦角分别提升了220%和46.6%，内摩擦角与抗剪强度随浆液黏度的变化趋势基本一致，可见内摩擦角的提升可作为影响被注介质抗剪性能的关键指标；临近18.8 s的浆液黏度是浆脉扩展形态转变和被注介质强度增长速率变化的敏感黏度。研究成果可为全风化花岗岩及类似地层注浆治理工程中的注浆材料选型、黏度调控及加固效果评价提供技术参考。
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  考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形解析解

  李岩松, 陈寿根

  中国公路学报. 2018, 31(10): 255-265.

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  为了得到考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形解析解，基于复变函数理论引入一种新的考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形的求解方法。首先，为克服非圆形隧道断面、注浆圈几何形状和考虑衬砌支护造成的计算困难问题，引入了保角变换及复变函数幂级数解法。通过采用最优化解法确定保角变换中各项系数，得到计算模型映射函数。其次，通过幂级数复变函数法和弹性力学连续性条件克服隧道衬砌以及围岩注浆圈带来的多连通域问题，确定应力函数各项系数。随后，将得到的应力函数代入应力、位移方程求解考虑注浆加固作用的非圆形隧道应力和变形值。最后，将新方法所得结果分别与未考虑注浆作用的非圆形隧道应力及位移解和数值模拟计算结果进行对比分析。研究结果表明：注浆后注浆圈环刚度增大，整体性提升；衬砌变形减小，衬砌受到的围岩压力减小；围岩注浆有效改善了衬砌受力状态，使衬砌拱顶下沉减小约21.8%，拱底隆起减小约18.1%，拱脚附近法向应力减小约19.9%，环向应力减小约8.9%；围岩注浆可以有效加固岩体，封闭隧道周边岩体裂隙，改善衬砌受力状态，提高隧道抵抗变形和破坏的能力；解析解与数值解吻合较好，所得规律符合工程实际规律。研究结果可为考虑注浆加固作用下的非圆形隧道开挖问题提供一种新的快速、准确的计算方法，并为考虑注浆加固作用的非圆形隧道数值计算和安全运行提供参考依据。
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  恒压群孔注浆浆液压力分布理论模型与现场试验

  王洪波, 张庆松, 刘人太, 刘亚南, 刘衍凯, 姜鹏

  中国公路学报. 2018, 31(10): 266-273.

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  隧道初期支护渗漏水严重威胁隧道全寿命周期运营安全，渗漏水处治过程中隧道拱底破坏、拱顶效果差的不均一性是其根本难题。针对目前隧道渗漏水处治过程中存在的设备浪费、工艺复杂等问题，提出基于多孔注浆的新型群孔注浆工艺，设计能保证一台注浆泵多个注浆孔同时注浆，并满足所有注浆孔孔口压力一致的恒压群孔注浆装置；考虑浆液重力因素影响，分析恒压群孔注浆浆液扩散规律，推导浆液压力变化方程，建立考虑浆液重力的浆液压力分布模型，获得浆液压力分布随隧道截面角度的变化规律；设计隧道初支壁后注浆现场试验，分析实际浆液压力与隧道截面角度的关系，并与理论计算结果进行对比，从隧道初支渗漏水注浆原理、工程特点及治理效果等方面，对其注浆设计提出相关建议。研究结果发现：基于恒压群孔注浆理论设计的群孔注浆装置可极大提高工程效率，治理区域注浆整体均匀；考虑浆液重力的浆液压力分布与现场试验结果基本吻合，恒压群孔注浆浆液压力呈现明显的椭圆形分布，拱底压力为拱顶压力的2.3倍，浆液压力分布随隧道截面角度呈对称分布，未考虑浆液重力的浆液压力分布与现场试验数据差别在-43%~33%不等，因此，注浆设计应充分考虑浆液的重力，研究结果对隧道初支渗漏水注浆理论与工艺有重要的借鉴意义。
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  砂性地层盾构隧道壁后注浆浆液扩散室内试验

  蔡德国, 叶飞, 曹凯, 杨鹏博, 熊伟

  中国公路学报. 2018, 31(10): 274-283.

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  为了探明盾构隧道壁后注浆浆液扩散机理，基于对壁后注浆过程的分析，设计由试验模型箱、注浆系统、浆液配制系统、测试及数据处理系统组成的模型试验系统，试验前首先对水泥浆液的特性进行测试，然后通过该模型试验系统分别对3种不同级配的砂样地层（对应不同分维数）进行牛顿流体、宾汉姆流体、幂律流体的壁后注浆室内试验。根据试验结果分析注浆过程中浆液流速、土体密度及含水率的变化规律，并结合理论计算分析浆液的充填率λ，超挖系数和浆液压缩系数λ₁+λ₂，浆液损耗系数λ₃，浆液在土体中的渗透系数及压密系数m的变化规律。结果表明：盾构隧道壁后注浆过程中，水灰比大小对浆液的流速、渗透扩散时间影响较大，砂样分维数对地层可注入时间的影响较为明显；浆液的充填率λ与水灰比大小有关，浆液损耗系数λ₃ 与水灰比呈正相关关系，不同砂样的超挖系数和浆液压缩系数λ₁+λ₂ 的数值变化不大；浆液在砂样中的渗透系数及压密系数m与砂样的分维数呈负相关关系；3种不同的流体注浆结束后，管片周围土体的密度与土体所处的深度成反比，随着深度的增加，土体密度的变化率减小且纵向上的离散性降低；周围土体的含水率与土体所处的深度成正比，随着深度的变化，含水率的变化率亦减小且在纵向分布上趋于某一确定值。
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  破碎岩体注浆加固后的力学特性研究（双语出版）

  刘人太, 郑卓, 李术才, 杨红鲁

  中国公路学报. 2018, 31(10): 284-291.

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  基于理论分析建立破碎岩体注浆加固体力学模型，通过室内试验制作加固体试样并开展单轴抗压试验，分析破碎岩体含量、破碎程度、界面粗糙程度以及注浆材料黏结性能等因素对加固体强度的影响。试验表明：注浆加固体试样在单轴压缩破坏过程中，其内部石块基本保持完整性，破坏主要产生在交界面以及注浆材料内部；当V_BP较大时，在碎石体的阻隔作用下，破裂面无法一次性产生，且多为剪切型破坏；当V_BP较小时，压缩破坏过程中直接形成了上下贯通的破裂面，且多为拉断型破坏；对于未加固的破碎岩体，其强度随V_BP增加而减小，且强度离散程度较大；加固后其强度随V_BP的增大而增大，整体强度大幅提高，同时呈现出明显的线性相关性；加固体强度随碎石数量的增加而减小，二者的线性相关性不显著；加固体强度随着注浆材料黏结强度的增加而增加，随交界面体密度的增加而减小；交界面体密度与黏结强度相互影响，总体强度是二者耦合作用的结果。基于加固体力学模型以及单轴抗压试验数据提出了加固体强度计算公式，该公式考虑了破碎岩体含量、破碎程度、界面粗糙程度以及注浆材料黏结性能等因素对加固体强度的影响。通过与实际试验数据比较，证明了该公式可以较好地对破碎岩体加固强度进行预测。
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  大断面隧道仰拱底鼓破坏模式

  杜明庆, 张顶立, 王旭春, 管晓明, 曾柯涵, 周秋爽

  中国公路学报. 2018, 31(10): 292-301,358.

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  仰拱作为隧道重要的组成部分，其底鼓变形是影响路面及轨道平顺性的关键因素，与车辆的安全运行息息相关，为确定大断面隧道仰拱底鼓的基本破坏模式，弄清仰拱底鼓产生机理，采用室内模型试验与扩展有限元数值模拟相结合的方法，对不同加载模式下仰拱底鼓的基本破坏模式进行研究，将试验结果与扩展有限元结果进行比较，验证试验中破坏模式的准确性。将围岩压力分为底部受力占优，侧面受力占优以及底部和侧面受力同时占优3种情况，以确保模型试验加载方式的可靠性，并对其破坏机理进行分析。研究结果表明：大断面隧道仰拱底鼓破坏的基本模式可以分为U-W形破坏、U-LJ形破坏以及U-H形破坏3种；U-W形底鼓时仰拱底部承受较大的顶升力，引起仰拱隆起变形，以仰拱中心受弯破坏为主，仰拱两侧拱腰处与上部衬砌相连，对其隆起有一定的阻碍作用，导致中心部位隆起速度明显高于两侧，最终形成W形的破坏形态；U-LJ形破坏时仰拱承受较大的水平轴力，导致仰拱出现剪切破坏，最终形成W形的破坏形态；U-H形破坏时仰拱在底部和侧面荷载的挤压下，仰拱与边墙的连接部位受剪破坏，无法有效传递轴力，最终导致仰拱与边墙脱开；仰拱中心以及仰拱与边墙连接部位为仰拱的易损薄弱位置；研究成果可为隧道仰拱结构的设计和施工提供理论依据，对保证隧道的安全运营具有重要意义。
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  富水砂层合理注浆终压室内试验

  姜鹏, 张庆松, 刘人太, 刘亚南, 张连震

  中国公路学报. 2018, 31(10): 302-310.

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  在富水砂层注浆加固工程中，浆脉对砂层的挤密作用对加固后的工作面稳定性和稳定时长具有控制性作用，注浆终压是形成挤密作用的关键参数，合理的注浆终压能够使注浆效果达到最佳，同时减少注浆量和地表抬升变形。选取青岛地区含黏性土砂层作为典型地层，采用一维排水固结压缩模拟浆脉挤密砂层过程，设计了一套测定渗透系数和稳定时长的试验装置，研究了渗透系数和稳定时长随固结压力的变化规律；并基于普氏自然平衡拱理论，验证了不同固结压力条件下砂层的稳定性。研究结果表明：当固结压力超过800 kPa时，固结压力的增加对砂层渗透系数及稳定时长的影响变得不显著；对于青岛地区标准单洞地铁隧道断面，当固结压力超过700 kPa时，可保证被挤密砂层的抗剪强度满足开挖自稳要求，因此，综合确定800 kPa为青岛地区该类富水砂层的合理注浆终压。研究成果应用于青岛地铁13号线灵-黄区间暗挖隧道富水砂层加固治理工程中，验证了理论成果的正确性，对浅埋暗挖隧道富水砂层灾害控制理论研究和工程实践具有一定指导意义。
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  预应力锚杆-围岩耦合模型时变效应分析

  王刚, 韩伟, 刘传正, 王珂, 栾恒杰

  中国公路学报. 2018, 31(10): 311-319.

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  为了揭示预应力锚杆-围岩耦合时变效应机理，利用分布力模型获取耦合模型的弹性解，结合材料性质和维度效应选用符合锚杆和围岩的流变模型（锚杆选用一维Kelvin模型，围岩选用三维Burgers模型），求解预应力锚杆-围岩耦合模型在Laplace空间的解析解，通过Laplace逆变化便得到耦合模型的黏弹性解。探究锚杆预应力和流变模型的黏性参数对围岩应力、位移场和锚杆轴力的影响，并基于理论模型和数值模拟软件FLAC^3D的二次开发，开展相应数值模拟，对比分析解析解和数值解，验证解析解的正确性。研究结果表明：解析解与数值解吻合程度良好，在隧道内壁处，锚杆支护力随着时间的增大逐渐减小，且锚杆预应力和围岩的黏性参数与支护效果密切相关，其中围岩的支护效果与锚杆预应力大小呈现明显的正相关关系；围岩的位移变化表现出明显的时间相关性，并且与锚杆预应力大小呈现负相关关系；当锚杆的预应力过大时，围岩位移不再随之显著减小，由此可见，施加于锚杆的预应力不应过大；围岩Burgers模型中第Ⅰ蠕变阶段黏性系数影响锚杆的初期支护效果，而后期支护效果主要受围岩Burgers模型中第Ⅱ蠕变阶段黏性系数影响，并且随着黏性系数的增大锚杆后期支护效果越好；锚杆的流变状态不受围岩黏性系数的影响。
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  大断面隧道装配式约束混凝土施工体系研究与应用

  孙会彬, 李术才, 王琦, 周磊生, 江贝, 张晓, 许硕, 张皓杰

  中国公路学报. 2018, 31(10): 320-327.

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  为解决大断面隧道软弱围岩控制难题及人力施工效率低、安全性差的问题，结合约束混凝土支护研究成果，研发拱架智能安装系列设备、装配式约束混凝土拱架（FCC拱架）及相应的配套装置，形成大断面隧道装配式约束混凝土施工体系。开展FCC拱架机械施工过程力学模拟试验，对拱架机械施工过程中的变形及受力进行实时监测，明确拱架机械施工过程力学特性，提出增设肩部节点区抗弯护板的加强措施，进行装配式约束混凝土支护机械化施工现场试验，分别对隧道围岩收敛变形、围岩与初支接触压力、加强后的拱架内力分布特征与规律进行了研究。结果表明：在FCC拱架自重及机械施工双重影响下，拱架肩部节点区变形产生突变，发生明显的应力集中，为受力变形关键部位；加强后的FCC拱架现场举升安装过程中未见有明显的变形；现场试验段围岩偏压现象明显；上台阶围岩变形及受力呈现三阶段波动增长，以拱顶及拱肩部位波动最为强烈；拱架受力整体呈现"上大下小"的特点，最大应力值出现在拱顶外侧，其次左拱肩部位；机械化施工能够有效提高施工效率及装配化水平，保障施工安全可靠，有效控制大断面隧道围岩变形，可为类似工程建设提供借鉴。
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  隧道泥质断层多序注浆动态劈裂扩散规律

  李鹏, 张庆松, 王倩, 董坤, 李术才, 张霄

  中国公路学报. 2018, 31(10): 328-338.

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  注浆方法是加固隧道泥质断层的有效手段，为解决多序注浆产生劈裂压力和劈裂路径宽度的计算问题，揭示多序注浆之间的动态影响规律，为注浆设计提供理论指导，采用理论推导和模型试验方法开展研究，旨在推动劈裂注浆工程设计向科学化和可控化发展。泥质断层劈裂注浆工程中，建立合理的土体应变ε-应力p曲线模型是进行注浆设计参数（压力、劈裂路径宽度）计算的基础，注浆具有多序次特点，先序注浆的加固作用使得土体ε-p曲线模型具有动态性，进而导致浆液劈裂扩散模型的动态性。在土体初始压缩的基础上，以先序固结压力p_c和再压缩土体特征压缩模量E'_s1-2为表征参数，提出了适用于后序注浆中被注土体再压缩变形的ε-p曲线模型及其参数求解方法，进而建立了再压缩土体浆液劈裂扩散模型，与采用初始压缩土体浆液劈裂扩散模型相比，所取工况下劈裂路径宽度计算值降低幅度最高可达26.59%，浆液驱动压力计算值提升幅度最高可达269%，证明了考虑先序注浆影响的必要性。开展了"三管四序次"可识别性劈裂注浆模型试验，分别对比第1，2序和第2，3序注浆，后序最大注浆压力提升96.4%和5.45%，平均注浆压力提升104.8%和20.16%。此外，后序注浆劈裂路径宽度相比先序降低了58.2%~69.3%，验证了理论推导结果的正确性，试验还监测了可反映浆液对于被注介质的"加固行为"的土压力变化规律以及浆液劈裂路径的三维分布形态。
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  洞口段浅埋偏压隧道新型防护结构及其简化计算方法

  董建华, 颉永斌, 李建军, 寇海军, 赵永达

  中国公路学报. 2018, 31(10): 339-349.

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  针对现有洞口段浅埋偏压隧道支护结构在施工时所存在的容易坍塌、整体位移过大等问题，在充分发挥抗滑桩、锚索和管棚优点的基础上，利用交叉施工和分时注浆方法，提出一种洞口段浅埋偏压隧道新型防护结构。建立地形偏压下防护结构的简化分析模型，并利用M法对防护结构在地形偏压下的内力和位移进行求解；然后利用变形协调条件对结构的内力和位移进行修正，最终得出该新型结构在地形和施工偏压联合作用下的受力和变形状况。结合算例，对新型防护结构的内力和位移分布规律进行分析，并将计算结果与ADINA模拟结果进行对比，验证了简化计算方法的可靠性，为该新型结构的分析与设计提供了理论基础和依据。
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  预应力锚索锚固效应动态模型试验

  贾晓云, 朱永全, 贾超

  中国公路学报. 2018, 31(10): 350-358.

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  为了解既有列车振动荷载对锚索预应力损失、地表沉降及桩体水平位移的影响，以京石高铁石家庄六线隧道明挖深大基坑桩、锚围护结构为工程背景，根据相似关系，试验确定了土体-桩锚系统模型试验材料；针对列车振动荷载特点，开展了基坑开挖完成后连续振动162 d（相似关系）的模型试验，分析了振动频率分别为8.282，13.801，20.704 Hz时锚索预应力的损失规律、地表沉降、桩体水平位移以及锚索预应力随锚固深度变化的特点。试验结果表明：随着振动频率（列车行车速度）的增加，锚索预应力损失率、最终地表沉降值和桩体水平位移均大幅增加； 8.282 Hz频率（行车速度120 km·h^-1） 下振动28 d，锚索预应力平均损失率为2%；13.801 Hz频率 （行车速度200 km·h^-1） 下振动53 d，锚索预应力平均损失率为8%；20.704 Hz频率（行车速度300 km·h^-1）下振动53 d，锚索预应力平均损失率高达23%；锚固段锚索应力沿锚索锚固深度呈喇叭状开口递减趋势，接近锚固段底部时，其应力几乎为0。通过动态模型试验，掌握了列车振动荷载作用下锚索预应力随时间的损失规律，对临近铁路深大基坑锚索设计与施工具有理论指导意义。