不同进洞高程黄土隧道洞口段振动台模型试验研究

黄土地区的隧道开挖打破了边坡内部原有的平衡状态,在地震作用下隧道洞口段可能受到严重的破坏而反映出不同的动力特性和震害特征。以宝兰客运专线大断面黄土隧道为工程背景,基于坡脚进洞和1/2倍坡高程进洞2种工况,开展黄土隧道洞口段的大型振动台模型试验,重点研究边坡不同高程位置处进洞的隧道洞口段坡-隧系统所表现出的震害特征和加速度响应特征。结果表明:(1)模型Ⅰ(坡脚进洞)洞口边坡发生震陷型滑塌,表现出纯黄土边坡的破坏特点,坡-隧系统相互作用不明显;模型Ⅱ(1/2倍坡高进洞)洞口边坡发生失稳性滑塌,并由坡顶前缘横向拉裂缝逐步向洞口附近扩展,拉张裂缝逐步发展为剪张裂缝,表明隧道自坡腰进洞影响了洞口边坡的稳定性,坡-隧系统相互作用明显;(2)进洞高程对衬砌结构加速度响应的影响与激振幅值的大小密切相关,进洞高程对高烈度地震作用下隧道洞口段衬砌的加速度响应有显著的放大作用,在隧道洞口段的抗震设计中应加以适当考虑。(3)在2种工况下隧道仰拱压力在20 cm位置处均达到最大,距洞口20 cm距离的部位是坡-隧系统相互作用最强烈的部位。当地震波幅值较小时,进洞高程对仰拱的外表压力有影响,对拱顶影响不大,随着地震波幅值加大,进洞高程对拱顶的外表压力影响明显增大,而对仰拱的影响显著降低。     

隧道洞口段施工方案比选

洞口段是隧道的关键段,此段地形条件会对隧道施工产生很大影响。合理的施工方案对隧道进洞起决定性作用;隧道洞口段也是施工事故多发段,洞口段施工方案的优劣,在某种程度上决定隧道的成败。本文运用模糊层次分析法、建立洞口段施工评选方案,综合各因素建立评价模型,计算出各因子的相对重要次序的权重,并通过排序的结果得出各因子在实际施工中的重要性。     

隧道洞口段的抗震设防长度

运用Newmark隐式时间积分有限元法并采用粘-弹性人工边界,进行了隧道三维地震反应分析。在不同的围岩材料、衬砌类型情况下,分析了隧道洞口段衬砌应力和位移沿隧道轴线方向的变化规律以及采取注浆加固围岩方法的减震效果。计算结果表明:抗震设防长度主要与洞口段围岩性质有关,洞口段松软、破碎的围岩越长,隧道的设防长度就越长;隧道的断面形式以及洞口段临空面的存在与隧道的设防长度关系不大;在地震荷载作用下,洞口段隧道衬砌产生了很大的轴向应力;可采用注浆加固洞口段围岩的方法减小洞口段衬砌的应力和位移。     

浅埋偏压大断面隧道洞口段边坡稳定性分析

本文高速公路大断面隧道洞口段浅埋、偏压的特点,采用FLAC3D软件,计算不同工况下隧道开挖对洞口段边坡稳定性的影响,同时对隧道开挖工法的选择提出了合理意见。研究表明:边坡坡度是影响隧道洞口段边坡稳定性的一个重要因素,坡度越大,隧道开挖后围岩位移值也越大。隧道的开挖对边坡稳定性有较大影响,隧道开挖后边坡安全系数急剧减小,要避免在坡度大的边坡处开挖隧道。针对本隧道浅埋偏压大断面的特点,施工时不建议采用台阶法开挖,应采用双侧壁导坑法、CRD法与CD法这几种受力更为合理的工法,确保一次应力释放不会太大,保证施工安全。     

某隧道洞口段斜穿复合型滑坡体的综合治理及评价

为了探究隧道斜向(20°～80°)穿越滑坡体时隧道与滑坡体在隧道开挖过程中的相互影响机制,结合隧道施工的洞口段滑坡综合治理方案可行性,依托实际工程——郴州市某隧道洞口段滑坡抢险治理工程,提出针对斜交隧道洞口段滑坡的综合治理方案。采用稳定性分析法、数值分析和数值模拟方法,分析了依托工程的工程概况及防治特点。选取滑坡主滑断面,计算分析滑坡在暴雨工况下的稳定性和下滑力。结合实际工程全过程监测数据,以及三维数值模拟计算结果云图,分析了滑坡段隧道施工中滑坡体和隧道围岩的变形监测数据。分析治理后的滑坡和隧道的稳定性,评价治理方案可行性,同时为此后类似工程提出合理建议。结果表明:(1)针对滑坡-隧道斜交时隧道洞口段滑坡治理,提出的以"工字型"抗滑桩为主体并加强隧道洞门超前管棚加固和初期支护的综合治理方案可行,监测数据显示,滑坡在隧道穿越滑体后处于稳定状态;(2)由隧道开挖前后的模拟结果可知,在隧道穿过滑体后,隧道洞身支护结构与"工字型"抗滑桩形成组合抗滑结构体,进一步提高隧道洞口段坡体稳定性;(3)通过分析隧道拱顶沉降监测数据,可知滑坡段隧道收敛明显,且愈趋近滑带,隧道沉降变形愈大。     

大断面黄土隧道洞口段地震动力特性研究

黄土山岭地区的隧道开挖破坏了原有边坡内部的平衡状态。在地震动荷载作用下,隧道洞口段及边坡都可能受到严重破坏,也会反映出不同的动力特性和变形特征。首先通过大型振动台对边坡坡度为60°坡脚进洞工况进行试验,然后利用Midas-GTS有限元软件对边坡坡度为60°不同高程进洞的工况进行了数值模拟分析。结果表明:坡顶加速度随着进洞高程的增大而增大,同种波形和输入方向,输入峰值加速度增大,加速度放大效应减小,出现放大效应趋于饱和现象;隧道洞口段最大主应力先增大后减小,仰拱大于拱顶,一般在距洞口15 m达到峰值,50 m后趋于平稳;试验中坡顶出现拉剪破坏,隧道衬砌与上部土体自振频率不同导致的错动形成竖向裂缝,两侧坡脚处出现横向裂缝且发展速度较快,坡面整体发生破坏,震陷滑塌现象很明显且大块土体整体滑落,有隧道一侧滑塌破坏程度大于纯边坡一侧;应力最大值断面距洞口42 cm,是2.33倍的隧道最大跨径,最大加速度多出现在距洞口约3.89~4.06倍隧道跨径处;由于临空面的存在,洞口段具有明显的动力放大效应,各监测点位移都有一个略微增大再减小的过程,最大值出现在距洞口60 m处,因此大断面黄土隧道的抗震设防长度取5倍隧道洞径较为合适;相较于振动台试验,数值模拟数结果偏大,但是可以较好地反映出加速度和土压力的基本变化规律。     

瑞利波作用下隧道洞口段的抗震设防长度

隧道洞口段是隧道抗震设计的薄弱部位,从瑞利波动方程出发,推导了洞口段地层在瑞利波作用下的峰值位移、峰值加速度和地层曲率的计算公式,并探讨了洞口段抗震设防长度.分析结果表明在瑞利波作用下,地层位移、曲率和加速度随埋深的增大而迅速减小,因此,当洞口埋深达到一定程度后,地层对隧道的强加位移已很小,无需再设防;现行隧道设计规范...     

高速公路路基、桥梁与隧道衔接过渡方案探讨

针对高速公路建设项目中路基、桥梁和隧道因断面宽度不同而导致衔接处出现突变的问题,分析各种断面的结构组成及衔接处较易产生交通安全事故的原因。通过对现有规范、标准及有关研究的调研,分析了当前设计中存在的问题。在此基础上,提出了过渡段长度合理取值,探讨了不同工况下的合理过渡方式及隧道洞口标线及立面标记的标准化设计,期望能为后续相关规范的修订及该路段设计提供借鉴,提升隧道洞口过渡段的行车安全性。     

双侧壁导坑法下大跨度隧道洞口段围岩变形分析

为研究双侧壁导坑法下大跨度隧道洞口段围岩变形情况,依据石人子沟隧道数值计算及现场实测得到的围岩变形数据,从地表沉降、周边收敛等方面对隧道洞口段围岩变形情况进行分析。结果表明:石人子沟隧道先行导洞开挖过程中围岩变形比重较大,占总变形量的50%左右;各导洞开挖是围岩相应部位变形量增加的主因,凸显了过程控制的重要性。     

复杂地质条件下大断面隧道洞口段支护参数研究

隧道洞口段的施工被认为是隧道工程施工的重点、难点。现结合某超大断面隧道洞口段存在浅埋偏压等复杂地质条件的特点,通过采用FLAC3D软件模拟了在不同隧道埋深与不同支护措施加固下隧道洞口与边坡的稳定性,根据模拟结果,选择合适的支护参数以保证隧道洞口段施工的顺利进行。研究结果表明:隧道埋深对边坡稳定性及隧道结构有显著的影响,但对边坡的影响在埋深超过25m后就不再明显;支护措施强度的增加能显著控制隧道结构的变形,但对边坡稳定性的影响十分有限。若隧道埋深很浅,建议先对隧道洞口边坡偏压段采用反压护拱等手段进行优化处理。     

郑万高铁隧道口紧急救援站防灾通风方案及参数敏感性研究

为确定隧道口紧急救援站火灾工况下射流风机的最优布置方案，明确各参数对防灾通风设计方案的影响，依托郑万高铁隧道口紧急救援站工程，对火灾工况下风机的布置方案及影响因素进行研究。采用网络通风算法，研究将风机布置于正洞进口段、正洞进口段和平导进口段、正洞进口段和横通道内3种方案的优劣，以及隧道内自然风、火源位置、火灾规模及隧道纵坡等因素对正洞内及防护门处风速的影响程度及规律。研究结果表明： 1）对于隧道口紧急救援站，将风机同时布置于正洞进口段和平导进口段时需要的风机数量最少。2）隧道内自然风对隧道正洞进口段的风速影响最大，而火源位置的影响程度相对较小，火灾规模及隧道纵坡的影响规律相同；相比于隧道正洞，各因素对隧道防护门处的风速影响相对较小。3）同时考虑火灾规模、隧道纵坡、火源位置及隧道内自然风等因素时，满足防灾通风要求的风机总功率为不考虑上述因素时的2.5倍；火灾工况下，开启风机的总功率为不考虑上述因素时的3.0倍。     

岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算与分析——以云南麻昭高速公路赵家屋隧道为例

为了解决岩堆体隧道施工经验缺乏和开挖进尺选择随意性的问题,结合云南麻昭高速公路赵家屋岩堆体隧道工程实例,基于筒仓理论,提出了岩堆体隧道洞口浅埋段开挖进尺的计算公式,分析了核心土留设长度和不同岩堆体力学参数条件下的合理开挖进尺。结果表明:岩堆体隧道施工中,若不采取预支护或预加固措施,各开挖进尺下隧道掌子面安全系数均较小,掌子面存在失稳风险;留设核心土能明显提高隧道掌子面的稳定性;开挖进尺对围岩黏聚力敏感,这对岩堆体隧道稳定性不利。     

桥隧过渡结构对边坡稳定性影响分析

当隧道洞口处于边坡坡面上时,隧道开挖亦对边坡的稳定造成影响,而当隧道与桥梁相连时,其过渡结构对边坡的影响更加复杂。以某隧道桥梁连接工程为实例,利用有限差分法,建立了桥隧过渡结构处的二维与三维数值模型。在二维情况下,着重研究了边坡的整体稳定性问题,包括单个与多个滑动面下的边坡的安全系数,以及极限状态下边坡剪应变以及水平位移分布。而三维情况下,分析了隧道洞门施工对附近坡体表面位移的影响,以及边坡局部滑移面的变化规律。结果表明,在保证边坡整体稳定性的前提下,桥隧过渡结构对边坡表面位移及局部稳定性有重要影响。     

某强倾倒变形体内浅埋偏压洞口段的隧道变形分析及处治技术研究

以处于强倾倒变形体内并在施工过程中出现过2次变形的浅埋偏压隧道进口段为研究对象,针对实际工程地质条件及变形情况,应用新奥法原理及拱效应理论,以变形观察及监控量测为信息化施工手段,及时采用堆（填）碴反压、注浆加固、网喷补强支护等一系列有针对性的补救措施,在洞内成功地加固变形隧道,制止过大变形可能诱发隧道塌方及山体滑坡的险情; 并在后续施工中,通过调整支护参数和利用创新的“三台阶八步法”施工方法,安全、顺利地完成后续不良地质段的隧道施工任务。     

厚层堆积体偏压隧道洞口结构抗减震技术研究

为研究覆有厚层松散堆积体且穿越软硬交界面的隧道洞口段动力响应特点和抗减震措施，以飞仙关隧道洞口段为研究对象，采用有限差分软件分别建立隧道围岩渐进式注浆、设置减震缝和全环注浆3种工况，并和无措施情况下隧道衬砌的应力、变形对比，得出最佳抗减震措施。研究结果表明： 1）在强震作用下衬砌的纵向变形远远小于横向变形，且全环注浆对限制衬砌的横向变形效果最显著，单独设置减震缝对衬砌变形的限制效果较差； 2）隧道右拱脚和右拱腰是强震作用下结构破坏的最危险位置，需着重加强这2处的抗震加固； 3）全环注浆能够有效减小衬砌应力，同时还能使交界面附近应力变化连续而平稳。     

基于变分法原理的浅埋隧道围岩压力上限研究

浅埋段隧道上覆岩土厚度随埋深发生变化,且受地形条件影响,有必要考虑埋深对隧道支护结构设计的影响。为得到变化埋深条件下洞口浅埋段的围岩压力分布和影响长度,基于Hoek-Brown 破坏准则,采用极限分析上限理论,得到浅埋段隧道上方塌落体的构成曲线,并基于变分法原理获得浅埋段隧道极限支护力(反力为围岩压力)沿隧道轴向的变化规律曲线。通过分析,得到以下结论: 1)围岩压力随上覆土厚度增加而呈曲线增加; 2)依据围岩压力随距离(埋深)的变化关系可以得到浅埋段的有效影响范围,超过影响范围的围岩压力几乎不随埋深变化,可以视为深埋段; 3)围岩压力和浅埋段临界范围不仅与岩土材料参数有关,也受到隧道断面宽度和地表坡度的影响。     

寒区隧道洞口衬砌开裂和道床冰害原因分析及整治

为解决寒冷地区隧道内部产生的冰害问题,以东北地区某铁路隧道为例,采用综合分析的方法,对案例隧道洞口衬砌开裂、渗水以及道床冰害产生的原因进行研究,并提出相应的整治措施。研究结果表明:1)隧道洞口围岩衬砌开裂主要由围岩冻胀力引起,采用喷涂保温层+防火砂浆的保温措施以及锚杆补强和裂缝嵌补的结构措施可以有效避免衬砌的开裂;2)引起道床冰害的洞内水主要来源于洞口路堑的积雪融化水和仰拱局部渗水,采用双侧水沟布设电加热设施、洞口道床底部设置小型挡水坝并加设横向电加热设施和进口路堑位置及路堤零填段设置挡雪设施的措施可以有效解决道床冰害问题。     

浅埋土质软岩隧道洞口段施工技术

在洞口遇断层、地层为第四系坡积层、含有黄土夹碎石、较厚腐植土且含水量丰富、两边边坡高及边仰坡围岩自稳性极差的条件下,如何形成进洞条件来加快施工进度是困扰工程进度的关键,重点介绍了在此种浅埋土质软岩中的隧道如何快速进洞的施工技术。     

严重偏压地形下隧道半明半暗进洞技术探讨

山岭高速公路沿河、傍山展线时,部分隧道洞口往往存在地形偏压,从而导致隧道进洞困难,通过某高速公路1座隧道洞口的工程实例,探讨地形偏压严重时隧道半明半暗进洞的技术问题,提出隧道半明半暗进洞方案,并利用有限元数值模拟分析隧道进洞过程中围岩及支护的力学状态,总结半明半暗进洞方案的注意事项,为工程实施提供理论支撑。目前该隧道洞口已安全顺利进洞,未发生工程病害,可为同类工程参考。     

洞口段浅埋偏压隧道新型防护结构及其简化计算方法

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。