黄土公路隧道富水段支护结构的受力特性分析

为了解黄土公路隧道浅埋富水段围岩压力及衬砌受力的特性,对甘泉隧道富水段一次衬砌和仰拱围岩压力、钢拱架应力、一次衬砌和二次衬砌接触压力以及仰拱和二次衬砌混凝土的应力应变随时间变化规律进行施工检测.结果表明:围岩与一次衬砌接触压力分布不均匀,边墙底部表现出了较大压力,钢拱架受力分布不均,但总体上受力很大,最大应力已接近钢材...     

黄土隧道洞口段支护结构的力学特性分析

为了解浅埋偏压黄土隧道洞口段支护结构的受力状况,对刘家坪2^#隧道洞口段围岩压力、钢架应力、喷射混凝土应力、纵向连接筋应力、锚杆轴力及拱部下沉进行施工监测,并采用有限元法对隧道支护结构进行计算分析。结果表明：在浅埋偏压条件下,黄土隧道拱部发生了平面偏移,拱顶下沉量大于净空收敛量;围岩压力分布呈不对称猫耳状;钢拱架左侧轴力大于右侧轴力,总体受力很大,在支护体系中作用很明显;拱部和边墙喷射混凝土处于受压状态,而底部多为拉应力;拱部系统锚杆对结构的稳定性作用不大,而锁脚锚杆对结构的稳定性有一定的作用;纵向连接筋受力非常大,对隧道整体的稳定性很有利;应取消黄土隧道洞口段系统锚杆,采用由钢拱架、钢筋网、锁脚锚杆、喷射混凝土、纵向连接筋组合形成的初期支护结构。     

富水隧道施工期及运营期衬砌结构力学特性研究

以米亚罗3号隧道为依托工程,首先通过现场实测应力监测数据,对米亚罗3号隧道施工期支护结构应力的演变规律进行了分析研究;然后进一步借助数值分析软件,对不同初始水头高度下,米亚罗3号隧道运营期间围岩和衬砌结构的力学特征进行了研究。应力监测结果表明:隧道上台阶开挖后,拱顶和拱肩处的围岩-初支接触压力、钢拱架应力和外水压力迅速增大,约在30~40d后趋于稳定;下台阶开挖后,拱腰处的接触压力、钢拱架应力和外水压力快速增长,约在30~50d后趋于稳定;随着下台阶的开挖,拱肩处的围岩-初支接触压力再度缓慢增长,而钢拱架应力则明显下降;二衬施作后,其内力快速增长,并在20d后趋于稳定。数值模拟结果表明:当初始水头高度增加时,运营期间米亚罗3号隧道的洞周位移、二衬内力和外水压力均成一定比例的增加;隧道变形主要为竖直和水平方向的挤压变形,最大位移发生在拱底;相对于无地下水的情况,地下水的存在会影响衬砌弯矩分布,导致弯矩最大截面从拱顶转移至拱脚;衬砌所受外水压力在拱底处最小,其余部位分布较为均匀;随着初始水头的增大,拱腰和拱脚背后围岩的塑性区范围会明显增加。     

浅埋软弱围岩隧道微桩锁脚施工技术研究

针对浅埋软弱围岩隧道开挖施工的沉降变形问题，以翁多隧道为依托，结合现场监测数据研究了“三台阶+微桩锁脚”施工技术下隧道初期支护结构的受力及变形特征。结果表明：两种支护结构下随着施工开挖的不断推进，围岩和钢拱架应力变化规律相近，先急剧增加并达到峰值，然后呈缓慢下降趋势，并逐步趋于平缓；累计沉降量则呈缓慢增大趋势。隧道拱顶位置处应力最大，风险最高，常规锁脚锚杆支护拱顶处围岩压力、钢拱架应力分别为0.55、74.10 MPa，累计沉降量最大值为6.70 cm，微锁桩支护时围岩、钢拱架峰值应力分别增加0.55、23.50 MPa，累计沉降量减小了3.96 cm。可见，微型桩技术方案可有效改良浅埋软弱围岩隧道结构的变形与沉降值，控制隧道变形，避免隧道因大变形导致侵限换拱，降低了施工安全风险，具有一定的应用前景。     

深埋老黄土隧道围岩劣化对支护受力影响分析

为解决围岩劣化所导致的深埋老黄土隧道初期支护破裂问题，以蒙华铁路阳山隧道深埋老黄土围岩劣化初期支护破裂段为工程依托，通过补勘、数值分析、应力监测等手段对深埋老黄土及围岩劣化工况的支护受力特征作对比分析，得到如下结论： 1）在原围岩参数工况下，喷射混凝土全环受压，上台阶喷射混凝土受力较大，最大压应力位于拱顶，同时上台阶拱脚有较大剪切应力； 2）在围岩劣化但未形成连续滑移面的工况下，上台阶的弯曲压应力显著增大，最大压应力仍位于拱顶，且上台阶拱脚处易发生压剪破坏； 3）在围岩劣化且形成连续滑移面的工况下，最大剪切应力与最大压应力位于同一位置--滑移体与衬砌接触的上部边界，此处易发生压剪破坏且位置随着破裂滑移面的变化而变化，分布范围在上台阶拱腰至拱脚处。     

软弱围岩浅埋连拱隧道力学特征测试与分析

为研究软弱破碎围岩浅埋连拱隧道支护体系力学特性,以某连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器,对围岩压力、锚杆轴力、钢支撑内力、二衬受力及中墙内力等进行系统测试与分析。结果表明,拱部两侧拱腰位置围岩压力较大,呈"猫耳朵"分布。受地质和施工因素等的影响,拱部围岩压力实测值与公路隧道设计细则计算值相差较大。中墙底部及两侧边墙底部基底压力大。正洞锚杆轴力量值很小,建议取消正洞锚杆。侧导洞锚杆作用明显,根据围岩情况可以保留。钢拱架受力最大位置在拱腰处,拱顶处钢拱架承受拉应力,其他部位为压应力,部分拱架受力接近屈服,型钢拱架作用十分明显。中墙顶部钢筋计受拉,其余位置受压,中墙上部受力较下部敏感。左右线先后应力释放对中墙有一定的"纠偏效应",但中墙受力始终处于偏压状态。     

扩建连拱隧道初期支护及中墙受力研究

为验算扩建连拱隧道初期支护和中墙参数的合理性,采用荷载-结构法对初期支护内力、新中墙应力、基底应力等进行受力分析,计算结果表明:1)左、右洞均扩建完成后,除左右洞拱脚、初支与中墙连接处由于应力集中安全系数大于1小于1.53,其他危险截面的安全系数均大于1.53,满足规范要求;2)仅左洞扩建完成时将形成偏压非对称连拱隧道,除中墙底外,左洞初支其他危险截面的安全系数均大于最终状态的安全系数;3)中墙角隅处最大压应力和拉应力分别为8.17 MPa和0.61 MPa,不满足强度安全系数要求,应加强配筋和构造设计;4)中墙最薄截面处最大压应力和拉应力分别为3 MPa和0.5 MPa,满足强度安全系数要求;5)中墙底部和仰拱拱脚侧基底应力较大,应对其进一步注浆加固,使其满足地基承载力要求。     

水下浅埋公路隧道施作仰拱力学效应的现场试验研究

密切跟踪浏阳河隧道的仰拱施工状态,开展现场测试,基于大量的实测数据研究水下浅埋公路隧道施作仰拱产生的力学效应.研究结果表明:仰拱开挖使上拱部不同部位的围岩与初衬接触压力发生不同的变化,有的部位接触压力增大,而有的部位接触压力却减小;整个初衬层闭合能制约上拱部初衬拱顶沉降和水平收敛的发展;挖掉仰拱初衬上的临时填土会使型钢...     

藻溪隧道反压护拱施工和优化分析

为了研究反压护拱施工对浅埋偏压小净距隧道稳定性的影响,首先介绍了藻溪隧道反压护拱的施工过程,并以此为工程背景,利用FLAC3D有限差分软件模拟了在不同厚度反压护拱下的隧道开挖过程。通过分析围岩位移、应力和塑性区的变化情况,得到了反压护拱厚度对浅埋偏压小净距隧道稳定性的影响规律。结果表明:随着反压护拱厚度的增加,浅埋侧左洞拱顶向上隆起值减小,周边位移减小,仰拱隆起加剧;深埋侧右洞拱顶下沉减小,周边位移增加,仰拱隆起稍有增加;反压护拱厚度增加能显著缓解隧道浅埋侧左洞和中夹岩柱的偏压程度,而对缓解深埋侧右洞的偏压不明显。根据围岩塑性区体积随反压护拱厚度的变化情况,建议在地表注浆加固后,Ⅴ级围岩宜施作5m厚的反压护拱。     

下台阶含仰拱一次开挖工法仰拱早期受力研究

为明确下台阶含仰拱一次开挖工法仰拱早期的受力状态并制定相应的强度控制标准,以中条山隧道为依托工程,利用数值分析、位移-荷载反演等方法对仰拱早期在外荷载作用下的受力进行分析。下台阶含仰拱一次开挖工法中,仰拱随下台阶同步开挖,由于工法的特殊性,仰拱施作约2 h后会承受来自围岩变形、挖机及覆土自重产生的荷载。分析发现： 3个部分荷载中围岩变形压力对仰拱早期受力影响最大,围岩变形作用下最大压应力产生于仰拱拱脚位置,上填覆土及扒碴机械重力作用会减小拱脚压应力,增大拱底压应力。多种外荷载共同作用时,仰拱压应力分布形态为“W”型,最大压应力产生于拱底,为0.14 MPa。考虑预留一定安全储备的情况下,该工法仰拱施作2 h时的抗压强度控制标准可按0.2 MPa进行设计。与传统台阶法仰拱早期受力特性对比,结果证明了一次开挖工法仰拱施作采用早高强混凝土的必要性。     

波纹钢板在隧道明洞结构中的应用研究

为研究波纹钢拱圈式隧道明洞结构的力学性能,为该类型隧道明洞结构的应用提供理论依据,以某隧道窗孔式明洞为工程背景,采用有限元数值模拟方法进行受力分析。首先,分析明洞结构中基础底座、混凝土拱圈和波纹钢拱圈的应力分布特点;其次,从弯矩、轴力和位移3个方面研究波纹钢板的厚度对该明洞结构受力的影响;最后,从弯矩、轴力和位移3个方面研究钢拱圈不同矢跨比对该明洞结构受力的影响。研究结果表明： 1）基础底座的内外墙根部截面应力较大,为结构受力最不利位置,混凝土拱圈和波纹钢拱圈在拱脚和拱顶附近位置处受力较大; 2）随着波纹钢板厚度的增加,内外墙底部截面的弯矩均有所减小;外墙底部截面的轴力有所减小,而内墙底部截面的轴力有所增加;钢拱圈的横向和竖向位移均有所减小; 3）随着钢拱圈矢跨比的减小,内外墙底部截面的弯矩不断增加,且内墙底部截面弯矩增加更为明显;内外墙底部截面的轴力不断减小; 钢拱圈的横向位移不断减小,竖向位移出现先减小后增加的趋势。     

山岭隧道浅埋段盖挖支护设计方法研究

山岭隧道的进出口或穿越峡谷地区常存在浅埋段，如何在保证安全的前提下经济、高效地完成隧道开挖支护施工成为工程建设的关键问题，兼具明挖与暗挖优点的盖挖法已初步应用于山岭隧道浅埋段，但其支护设计方法尚需完善。为此，基于山岭隧道浅埋段盖挖施工特点及其盖拱几何模型，首先提出盖拱承载受力简化分析模型；其次，采用结构力学方法建立出盖拱支护结构内力简化计算方法，获得盖拱安全厚度确定方法，并考虑盖拱与拱脚过渡段的平滑缓和作用，构建出拱脚扩大基础的承载力与稳定性分析方法；然后，采用所建立的盖挖支护设计方法探讨隧道埋深、盖拱矢高、圆心角、半径与拱脚宽度等因素对盖拱支护结构承载特性的影响规律，提出了山岭隧道浅埋段盖挖优化设计原则；最后，采用所建立的盖挖支护设计方法对工程实例进行分析，验证了工程实例典型断面盖拱设计参数的合理性，同时探讨了山岭隧道浅埋段盖挖支护设计方法及其优化设计原则的合理性。研究结果表明：浅埋段盖拱宜与隧道支护结构完全接触，盖拱设计厚度不宜大于0.6 m、内侧圆心角不宜小于120°；盖拱与拱脚应设置平滑缓和的过渡段，提高拱脚地基承载力能有效减小拱脚扩大基础的宽度；隧道初衬钢拱架浇筑于盖拱内不仅能保证盖挖时隧道初期支护封闭成环，还能提高盖拱稳定性；地基注浆加固锚杆不仅能提高地基承载力，还能增强拱脚基础的水平抗滑移稳定性。     

软岩隧道初期支护沉降机理及其工程措施研究

为解决软岩隧道开挖过程中初期支护整体下沉普遍较大的工程难题,依托郑州至西安高速铁路大断面黄土隧道及成昆铁路第三系昔格达地层软弱围岩隧道工程,通过理论计算及现场实测,对软弱围岩隧道初期支护普遍沉降较大的原因以及采取的工程措施的可靠性进行分析,得到以下成果： 1）软弱围岩隧道下沉量往往超过20 cm,现场实测的拱脚承受最大荷载为897.4 kN,初期支护整体下沉大的主要原因是拱脚压力较承载力大一个数量级; 2）锁脚锚杆靠近钢架位置的轴力最大,为55 kN。大拱脚的承压特性显著,其压力极值达到0.9～1.7 MPa; 3）增设锁脚锚杆（管）、扩大拱脚和及时闭合仰拱是控制软岩隧道初期支护沉降的关键措施。     

大断面古土壤隧道围岩压力分布规律及支护结构受力特征分析——以银西高铁早胜3号隧道为例

银西高铁早胜3号隧道位于甘肃省宁县境内，为国内首条穿越古土壤地层的隧道。为研究隧道穿越古土壤地层时围岩压力分布情况及支护结构受力变形特征，通过在隧道相同里程布设压力盒、表面应变计和钢筋应力计等传感器，对围岩压力、初期支护受力变形情况进行长期现场监测，并将监测结果得到的频率值换算为力值或应变，最后对数据进行分析。结果表明： 1）对于三台阶七步开挖法，围岩压力大致经历了急剧变化-缓慢变化-平稳变化3个阶段，三台阶七步开挖的施工工法决定了相同里程先开挖一侧围岩压力明显大于后开挖一侧； 2）钢拱架呈现三维受力状态，相邻2榀拱架间轴力以受压为主，支护结构的完整程度以及与混凝土的协作关系直接影响轴力变化情况； 3）拱脚应变的最大值主要集中在上台阶和仰拱底部附近。     

甜永高速公路某黄土隧道仰拱开裂原因分析及处置措施

运营后的甜永高速公路某隧道，出现了仰拱开裂等现象，通过进行补充地质勘察、现场试验及监测后发现，引起仰拱开裂的主要原因为黄土在水的浸泡下地基承载力大幅度削弱，拱脚地基承载力不足，致使拱脚沉降导致仰拱起拱弯拉而产生裂缝，导致本隧道仰拱回填及调平层混凝土开裂。针对开裂原因，通过采取钢管桩地基加固+衬砌结构加强+增设盲沟排水系统工程处理措施，取得良好的治理效果。     

隧底与围岩接触面积对接触压力影响的有限元分析

隧底脱空将影响隧底围岩与仰拱之间的接触压力大小与分布，而列车轴重的增加将放大这种影响。为获得重载条件下隧底结构与围岩之间的接触压力受接触面积影响的因素与作用规律，运用数值模拟对隧底不同接触面积下的接触压力进行计算分析。结果表明:围岩级别、隧底和围岩接触面积的大小对隧底接触压力影响显著。表现为:围岩级别越高、列车轴重越大，隧底脱空对接触压力的影响越显著；接触压力与脱空率之间呈近似线性相关；在脱空率相同时，脱空位置离拱底越近，接触压力越大，其最大、最小值分别出现在拱底以及仰拱与拱脚连接处。     

高速铁路黄土隧道群修建技术与应用——张茅大断面黄土隧道修建技术成果总结

针对以张茅隧道为代表的郑西高铁大断面黄土隧道建设中的一系列技术难题,通过大规模现场试验和理论分析,对大断面黄土隧道修建成套技术进行了研究。研究结果表明： 系统锚杆轴力较小,不超过12 kN,且拱部受压,边墙受拉;型钢、格栅钢架拱部平均应力分别为132 MPa和86 MPa,格栅应力相对均匀;新老黄土预留变形量建议取值分别为25～28 cm和10～15 cm;深浅埋分界深度为40～60 m;竖向初期支护与围岩接触压力实测较理论计算值小;浅、深埋隧道二次衬砌平均荷载分担比例为50%和10%;激振试验表明激振230万次后仰拱填充面的沉降稳定值≤0.5 mm,隧底饱和黄土未发现软化、泥化现象;大断面黄土隧道一般地段宜采用三台阶法开挖;砂质黄土浅埋下穿高速公路采用双侧壁导坑法施工时,地表沉降可控制在5 cm以内;可采用水泥土挤密桩消除隧道基础黄土湿陷性;饱和黄土隧道以排为主的方案可行。     

特长公路隧道通风竖井施工阶段稳定性分析

结合某隧道2#通风竖井施工项目,采用数值模拟的方法,分析了竖井及风道的施工对围岩衬砌稳定性的影响。研究结果表明：竖井开挖初期,衬砌压应力、壁座拉应力和位移量均随着竖井的开挖逐步增大,最大值分别为8.1 MPa、1.03 MPa和2.62 mm。开挖到第五步和第六步时对衬砌的应力和位移影响最为不利,应采取相应的保护措施。风道开挖后拱底上抬、拱顶下沉,拱底衬砌最大位移量为3.2 mm,临近竖井部位衬砌拉应力值达到3.76 MPa,可能对初期衬砌造成局部破坏。竖井和风道连接部位衬砌和围岩均出现拉应力集中,最大拉应力值分别达到3.8 MPa和1.6 MPa,围岩最大上抬位移为2.66 mm,竖井和风道连接部位出现局部破损,在实际工程的施工中需予以加固。     

不同位置充水溶洞对隧道开挖临界拱圈影响的数值分析

为揭示不同空间位置溶洞对隧道开挖拱圈的受力情况及危险程度,采用数值模拟方法,建立了分布于隧道拱顶、拱腰、边墙、拱脚及拱底的5种充水溶洞模型,在渗流模式下进行耦合收敛计算。在每一种工况下,采用全断面法模拟隧道开挖,随着开挖步的推进,溶洞与隧道间围岩逐渐达到塑性区贯通,以此时的隧道开挖拱圈为临界拱圈,并在临界拱圈均匀设置孔隙水压力监测点,分别提取各监测点在模型渗流平衡状态与开挖至临界拱圈时的孔隙水压力,计算两者孔隙水压力相对变化率。根据风险等级,将孔隙水压力相对变化率划分为红、橙、黄三级范围,最终基于数值计算结果可确定各工况的临界拱圈危险分区。该研究成果可用以指导隧道在不同空间溶洞下的合理施工和安全措施布控。