运营公路隧道局部换拱效果及其工程影响

通过对运营公路隧道换拱工程试验段衬砌荷载和温度的现场监测,并将之与新建隧道衬砌荷载分布规律进行对比,评价换拱工程中新施作衬砌的承载性能。通过采用数值计算分析的手段,对换拱过程临近结构附加影响进行研究。结果表明:换拱工程与新建隧道工程衬砌荷载分别在荷载曲线形态和达到峰值的时间这2个方面存在明显差异;结合衬砌温度变化规律,揭示了换拱工程的新施作衬砌基本不发挥承载作用,现场监测所得荷载主要是由温度应力引起的;分析换拱过程中,邻近结构在卸荷作用下产生一定的附加沉降和附加应力。综合换拱工程衬砌承载效果及对临近结构的影响,提出了在运营隧道衬砌病害处理过程中,宜优先采用非破坏性防护措施,慎用局部换拱方案的工程建议。     

连拱隧道设计荷载的确定方法

为了给连拱隧道的设计计算提供理论依据,并为以后扩大修建连拱隧道提供支持,提高中国的连拱隧道设计水平,尽可能地减少连拱隧道中隔墙设计的随意性,基于双塌落拱的假定,即认为隧道松动压力的计算值应在半结构宽度与整个开挖宽度相应的松动压力之间取值,并结合现场监测数据,提出了一种新的连拱隧道的荷载确定方法,建立了深、浅埋连拱隧道荷载模式。最后将该方法应用于云南思小高速公路连拱隧道设计中,取得了良好的经济和社会效益。     

连拱隧道设计荷载及其计算模式研究

连拱隧道在线路平面、洞口位置选择等均较分幅修建隧道优越。在西部地区，特别是云南地区由于受地形条件的限制，连拱隧道成为中短高速公路隧道的主体。本文基于双塌落拱的假定，即认为隧道松动压力的计算值应在半结构宽度与整个开挖宽度相应的松动压力之间取值，提出了一种新的连拱隧道荷载确定方法。其中墙顶部荷载较拱顶荷载大，这与接触压力实测值是一致的。另外，在目前连拱隧道的设计计算中，一般把中墙与二衬当作梁杆单元来考虑，不能很好地模拟连拱隧道这种特殊结构，给计算带来较大误差。本文针对目前普遍采用的三层中墙连拱隧道，将广义结点有限元应用于连拱隧道设计计算中，建立广义梁单元计算方法。该方法能考虑结构的实际厚度和几何尺寸，又能给出工程所需的轴力、弯矩和剪力等结构内力，从而可以很好地模拟结构的实际受力情况。本文同时考虑了三层中墙连拱隧道二衬与中墙的相互作用问题，以期对连拱隧道的设计计算有指导作用。     

蒙华铁路三荆段深埋软弱围岩隧道荷载研究

《铁路隧道设计规范》中的深埋围岩压力公式没有考虑隧道拱部围岩本身的承载作用以及超前预支护作用,荷载计算结果偏大。为验证深埋隧道初期支护结构实际承受的围岩压力荷载,以蒙华铁路三门峡至荆门段现场监测数据为依托,通过分析围岩变形监测资料,探讨蒙华铁路隧道围岩及结构在隧道开挖过程中的变形行为,并采用拱顶沉降与水平收敛相结合的位移反分析法,建立荷载-结构法平面有限元模型,反演推导围岩压力荷载。分析结果表明:双线隧道反分析得出的围岩荷载为同级别按规范计算值的70.7%~76.5%;单线隧道反分析得出的围岩荷载为同级别按规范计算值的88.8%~93.1%。研究成果对蒙华铁路隧道现场施工和优化支护结构设计起到了很好的指导作用,希望能对以后类似隧道工程的设计和施工提供参考。     

浅埋隧道仰拱计算模型与动态设计

由于缺少仰拱设计的理论依据,目前许多隧道的仰拱设计不尽合理,在浅埋隧道的仰拱设计中问题尤为突出。通过分析软基与隧道结构稳定性的关系,提出了浅埋隧道仰拱荷载的确定方法,其中以仰拱荷载系数将拱顶地层对隧道结构的垂直压力与仰拱荷载联系起来。结合仰拱的施工工艺,建立了三铰拱仰拱力学模型,给出了合理拱轴线的方程和内力计算公式。提出了浅埋隧道仰拱的设计步骤,并结合工程算例做了进一步说明。考虑到隧道开挖揭露的地质条件可能与设计勘察的地质条件有出入,建议将动态设计的理念引入到仰拱设计,使设计依据可靠,设计方法合理。     

隧道拱顶大型溶洞回填厚度的研究

拱部溶洞落石会给隧道衬砌带来危害。在冲击荷载的基础上,对隧道拱部溶洞回填厚度进行了研究,通过计算分别得出了溶洞高度为10、15、20 m时护拱的回填厚度,对类似的工程有一定的借鉴意义。     

拱肋刚度的选取对钢管混凝土拱桥稳定计算的影响

首先介绍了钢管混凝土拱桥线性和非线性稳定计算理论,为了对比不同拱肋刚度计算方法对钢管混凝土拱桥稳定系数计算的影响,以章江大桥为例,分别采用3种钢管拱肋刚度计算方法,使用有限元程序ANSYS对成桥运营阶段第1类稳定和第2类极值点稳定进行了分析。结果表明,考虑几何非线性、材料非线性和初始缺陷的非线性稳定的失稳荷载比线性屈曲计算值要小很多;换算截面法和试验数据法计算结果中的弹性稳定系数和非线性稳定系数比较接近,而采用复合材料法计算结果与两者相差较大;采用试验数据法模拟钢管拱肋刚度计算结果中无论弹性稳定系数还是非线性稳定系数都较为安全。     

车辆荷载下多车道横向折减系数的计算和分析

根据近几年我国主要干道的车辆荷载实测数据,对不同测点的车辆总重进行了统计分析,建立了不同测点车辆荷载的总体概率模型及截尾概率模型。在此基础上,采用概率方法对车辆荷载服从非正态分布的多车道横向折减系数进行了计算和分析,给出多车道横向折减系数建议值,并与规范规定的数值进行对比。结果表明:不同测点车辆荷载的总体概率分布服从多峰分布,概率密度函数可用1个对数正态和3个正态概率密度的加权和表示;左截尾概率分布服从对数正态分布。设计基准期内最大值的概率分布服从对数正态分布。车辆荷载按多峰分布计算的三车道、四车道、五车道、六车道、七车道、八车道横向折减系数分别为0.95,0.85,0.78,0.74,0.73,0.69,车辆荷载按截尾分布计算的三车道、四车道、五车道、六车道、七车道、八车道横向折减系数分别为0.86,0.73,0.62,0.57,0.56,0.50,均不小于《公路桥涵设计通用规范》规定的数值。     

预应力钢索与索道孔壁接触压力的模拟研究

根据试验观察,提出了一种模拟预应力钢索与索道孔壁接触区域和接触压力的简单、实用的方法。通过对拱脚预应力钢索进行自平衡的计算,得到了接触压力荷载的公式。根据公式,将索力和接触压力分布荷载施加在物体的有限元模型上,通过将有限元计算结果与试验结果进行比较,可以看到二者吻合很好。在计算和试验过程中所得到的一些结论,对预应力结构的计算和设计,可以提供一些参考。     

大断面连拱隧道施工方案研究

针对青岛~兰州高速公路邯郸~涉县段台坡隧道的设计,运用有限元方法对三导洞法修建三车道连拱隧道进行了动态数值模拟,并且对三车道连拱隧道在施工过程中围岩的应力应变分布规律及位移的表现特点进行了分析,可为大断面连拱隧道的设计和施工提供依据。     

灰色聚类评估法在公路隧道围岩分级中的应用

隧道围岩分级是隧道设计和施工的主要依据。以郴宁高速公路羊角脑隧道为对象,结合目前使用的《公路隧道设计规范》（JTGD70-2004）围岩分级法进行分析,揭示了其在指导隧道施工过程中的不足,针对其中的计算公式存在数学逻辑上的缺陷、地质勘查资料的具体代表性不高、修正系数选取偏差大、修正值在两级边界处取值主观性大等问题,引用灰色聚类评估法进行研究。研究结果表明:灰色聚类评估法能够较好地弥补规范的不足之处,具有有效性、校正性、适用性的特征。     

列车荷载作用下立体交叉隧道的响应分析

以内昆铁路疏解线新梅花山隧道和六沾线乌蒙山隧道近距离立体交叉隧道为背景,研究列车运营期间,列车振动对隧道结构的影响。采用激振函数模拟列车竖向振动荷载,并通过对围岩-隧道体系进行模态分析,得到体系的振型和频率,以确定合理的阻尼系数和时间积分步长。最后运用Newmark隐式积分法,分别研究在各种列车荷载工况作用下,立体交叉隧道的动力响应,确定在列车振动荷载作用下衬砌结构的薄弱部位及相应的位移和应力。     

大断面铁路隧道塌方处理过程中初期支护结构安全评估

为评估隧道塌方处理过程中初期支护结构的安全稳定性,首先对某大断面铁路隧道Ⅳ级围岩塌方处理方案进行描述,通过涌入隧道内的塌方量预估隧道上方坍塌空腔高度,并初步探测出塌体位于隧道上方的高度,加上混凝土填充高度,同时考虑一定的安全系数,计算松散体岩土柱作用于隧道初期支护结构上的垂直荷载强度;然后采用荷载-结构模型,运用ANSYS软件对处理后的初期支护结构进行承载内力模拟,同时结合《铁路隧道设计规范》对其进行安全性评估,为施工方案的确定提供理论依据和决策支持;最后在安全评估的基础上,选择合理的初期支护结构,确保后续隧道施工安全及结构稳定,同时给出塌方段施工安全措施。     

公路隧道通风设计若干问题探讨

长大公路隧道的通风系统工程造价高、运营能耗大,通风系统设计合理与否,对长大隧道工程建设有重要影响。现行的《公路隧道通风照明设计规范》(JT J 026.1-1999)在隧道自然风阻力计算、根据稀释烟雾计算隧道需风量、竖井送排式通风系统中“不应有短道回流”等方面存在一定问题。在分析论证的基础上提出:(1)隧道自然风阻力应由自然风等效压差确定,在缺少工程实地观测资料的情况下,假定隧道自然风阻力为常量,并在10~30 Pa之间取值;(2)依据稀释烟雾计算隧道需风量时,在公式中应引入烟雾的质量浓度或烟雾的体积浓度,并用其替代公式中的一般烟雾浓度;(3)竖井送排式通风系统中宜变短道顺流为有控制的回流。     

公路隧道围岩分类模糊综合评判

根据现行的《公路隧道设计规范》和《公路工程地质勘察规范》的有关要求，对岩体质量系数进行分级，分级中选择了7个地质因素和6类围岩指标，并与稳定性相对应，构成了隧道围岩分类质量标准表。在此基础上，分析了围岩分类诸因素及各自特征，采用模糊综合评判的方法，建立了隧道围岩的数学模型，使围岩分类变得简单易行。     

独柱支撑匝道桥抗倾覆验算汽车荷载研究

为减免独柱支撑匝道桥倾覆事故的发生,对该类桥梁抗倾覆验算汽车荷载进行研究。通过对国内外相关规范汽车荷载的比较、已有该类桥梁倾覆事故的汽车荷载调查分析、重载交通汽车荷载模式下该类桥梁倾覆效应的研究,得出:对于重载交通线路,《公路桥涵设计通用规范》(JTGD60-2004)汽车荷载计算的桥梁倾覆效应小,安全度不足,且随着桥梁联长的增长,安全度降低。建议在计算该类桥梁倾覆效应时,汽车荷载以加载总量为主要控制指标(可采用控制单车道折算线荷载集度的方式),具体数值应根据实际条件,就当地发生重载交通的程度确定。     

沉管隧道接头在压-扭-剪组合条件下的力学性能分析

接头是沉管隧道中最薄弱并且非常关键的部位,其力学性能直接影响整条沉管隧道的安全性与水密性。目前研究仅限于沉管接头的压缩、压弯和压剪等简单荷载工况,未对组合工况如压-扭-剪工况进行过研究。以红谷隧道工程为背景,基于三维精细化建模技术,通过有限元软件ABAQUS建立了表征沉管隧道接头性能的力学模型,并考虑不同材料的非线性本构模型,开展了沉管隧道接头在压-扭-剪组合条件下的力学性能模拟研究,并与压-剪组合条件下的力学性能进行对比了分析。通过数值模拟计算揭示了沉管接头GINA橡胶止水带超弹性材料的特性及水密性,并得到了接头在压-扭-剪组合条件下的水平荷载-位移曲线,从而获得了接头的扭剪刚度和极限承载力,表明接头在压-扭-剪工况下的抗剪强度比压-剪工况下的抗剪强度小。同时,对混凝土及钢剪力键进行局部分析,得到其在压-扭-剪组合条件下的受力特性,并预测了剪力键可能的破坏模式。研究结果可为今后沉管隧道接头设计提供参考。     

公路隧道排送通风系统升压模式分析研究

基于动量定理及能量守恒定律,推导了公路隧道排、送风升压计算理论公式。并应用数值计算方法求得不同工况下公路隧道排、送风升压值,同时将数值计算结果与理论计算值和规范计算值进行了比较分析。对现行规范排、送风升压计算公式中相关系数进行了修正,并给出了理论合理、形式简单的新的排、送风升压计算公式。相关研究结论可供公路隧道通风设计计算参考。     

海底隧道盾构方案可行性研究

盾构法已经在国内外的地下工程中广泛运用,特别是国外著名的海底盾构隧道,如英吉利海峡隧道、日本东京湾海底公路隧道、荷兰W estersche lde隧道;国内先后用盾构技术建成大连路、复兴东路盾构过江隧道,还有在建的上海翔殷路越江公路隧道、上中路隧道和已经开工建设的上海长江桥隧工程。文中首先论述了国内外大直径、高水压、长距离推进等盾构施工关键技术,并结合珠江口海底隧道的建设条件与国内外的成功实例,对海底隧道盾构方案的可行性进行了初步研究。