软弱围岩隧道抗震设防措施

隧道的抗震设防一直只注重结构的强度,而忽视了结构的变形能力和软弱围岩的抗震能力.对软弱围岩隧道震害机理和抗震设防措施的分析表明:锚杆(锚管)和围岩注浆加固措施能提高软弱围岩的抗震性;合理的结构刚度、高性能的建筑材料和高阻尼结构能改善衬砌结构适应地震位移的能力;减震层、抗震缝和预留错台能减轻震害影响.     

地下结构抗震减震措施与研究方法探讨

由于地下结构一直被认为有较好的抗震性能,所以对其抗震减震的理论研究较少,实际工程中采取的抗震减震措施仅仅停留在经验阶段。通过对地下结构抗震减震措施及其分析方法进行研究,对目前地下结构的震害特点、抗震减震措施和理论分析方法进行了归纳总结。分析表明,地下结构的破坏过程主要受地震位移场的控制,与加速度场的关系不明显,所以应尽快修订《铁路抗震设计规范》中有关隧道抗震部分的条文;高烈度地震区的隧道抗震减震措施的耦合技术、减震机理与随机响应分析及动力可靠度的关系、洞口结构抗减震技术以及不同地震烈度下的设防长度、基础处理技术和减震层参数之间的联系等方面需加强研究。这些成果将为高烈度地震区进行的隧道设计和施工提供理论依据。     

浅埋暗挖软岩隧道管棚预注浆加固效果分析

为研究浅埋破碎软岩隧道采用管棚预注浆超前支护后的加固效果,以某隧道工程为依托,采用MIDAS/GTS有限元软件,建立了管棚预注浆超前支护、仅采用管棚支护以及无任何超前支护作用下的三种开挖模型并进行了数值模拟分析。结果表明:管棚预注浆超前支护措施在隧道拱顶上部形成加固带,承受了隧道拟开挖区域大部分的围岩荷载,改善了地层成拱能力,有效控制了地表下沉、拱顶沉降和应力集中现象,使地表下沉减小52.7%,拱顶沉降减小58.9%,拱脚收敛减小61.4%,仰拱隆起减小63.8%,竖向应力减小79.2%。管棚支护显著支承隧道上覆围岩压力,有效减小衬砌弯矩,阻止喷射混凝土的开裂破坏,降低土层变形过程中锚杆所承受的拉力;且相比于管棚预注浆超前支护,仅采用管棚支护对控制隧道边墙收敛及隧道仰拱隆起的效果同样显著。对于该软弱破碎围岩浅埋暗挖隧道下穿既有重要管线的施工,采取管棚加预注浆超前支护手段,确保了工程安全顺利进行,研究结果可为类似工程提供一定参考。     

寒区隧道不同排水系统结构形式下保温层作用效果及适用性研究

以哈牡高速铁路鲜丰隧道为例,探究施作保温措施后洞内环境温度以及隧道围岩温度等变量综合影响下的隧道温度场。基于不同的围岩初始温度以及洞内温度,提出相应的寒区隧道排水系统结构形式选择建议,以保障寒区隧道排水系统的安全与稳定。研究表明,同一条件下,设置保温层后排水系统各测点的温度值均有不同程度的提高;设置保温层后,对衬砌背后水管保温效果较好,而对侧边水沟及纵向水管保温作用效果有限;排水系统结构形式的主要区别体现在中心（深埋）水沟内的温度;根据洞内环境温度以及隧道围岩温度,可将寒区隧道排水系统结构形式选择划分为3个区域,分别为A区（无保温）、B区（中心水沟-保温）以及C区（中心深埋水沟-保温）。     

九度地震区公路隧道二次衬砌结构抗震综合措施研究

为对九度地震区公路隧道二次衬砌结构抗震措施的研究提供参考和借鉴,文章基于Hilber-HughesTaylor时间积分法及等效粘弹性单元动力边界条件,以穿越九度区的公路隧道为研究对象,从实际工程设计受力的角度对公路隧道的四种抗震措施,即增加二次衬砌的配筋量,增大二次衬砌的厚度,将马蹄形断面优化为圆形断面,在初期支护与二次衬砌之间增设橡胶减震层,进行了具体抗震计算和分析,得到了四种抗震措施的实际抗震效果及其优缺点。为了将抗震措施的优点利用最大化,提出了通过适当增加配筋和在初期支护与二次衬砌之间设置适当厚度减震层的抗震综合措施。利用上述研究成果,根据九度区可能出现的不同峰值加速度(0.1g~0.9g)的地震波作用下二次衬砌的受力情况,分别提出了针对性的抗震措施,以达到既经济又显著的抗震效果。     

跨断层隧道振动台模型试验研究Ⅱ:试验成果分析

文章通过跨断层隧道振动台模型试验研究,分析了跨断层隧道的动力反应规律,了解了跨断层隧道衬砌开裂过程及破坏形态,探讨了跨断层隧道设置减震层的减震效果。研究结果表明:跨断层隧道的地震反应存在不对称性和上盘效应;而隧道设置减震层后整体抗震性能明显提高,并且衬砌沿隧道纵向和横向受力都趋于均匀,特别是仰拱拉应力状态得到了改善。试验成果可供跨断层隧道的抗震设计、灾后恢复重建和今后有关规范修订参考。     

公路隧道减震模型试验及数值模拟

文章以嘎隆拉隧道洞口段为原型,拟定了相似关系,选取了围岩和衬砌的相似材料,制作了公路隧道减震试验模型。在试验模型中设置了减震层,选择了振动台模型试验测点的布置位置,制定了加载制度,进行了振动台加载试验;分析了试验结果,并与有限元分析结果进行了对比,定义了减震率;从应力和应变两方面分析了减震层的动力特性及减震效果,得出减震层的设置对隧道减震能起到一定的作用。     

浅埋偏压富水隧道地表注浆加固效果分析

为研究破碎软岩隧道在浅埋偏压段地表预注浆后的加固效果,确保施工顺利安全进行,以采用袖阀管注浆的红石河隧道工程为依托,建立三维有限元模型,并通过现场试验、监控量测对比分析注浆的加固效果。结果表明:地表注浆处理后,围岩强度和完整性明显提升,降低了岩体透水性能,增强了地层成拱能力,隧道支护结构的整体受力特征得到极大改善。初期支护最大轴向压力值减少了近20%,最大轴向拉力值仅为原来的43%;初期支护最大正弯矩减少了58%,最大负弯矩减少了29%;隧道拱顶沉降和周边收敛的变化趋势基本相同,前10～15 d内累计变形达到总变形的70%,20～25 d时基本趋于稳定。且数值计算与现场实测结果相一致,注浆效果非常显著。     

季冻区隧道离壁式波纹钢板保温套衬及其保温效果研究北大核心CSCD

为防治季冻区隧道中频繁出现的冻害问题,提出一种新型离壁式波纹钢板保温套衬,该套衬具有施工简便、防水性能可靠、防止混凝土掉块、提高聚氨酯使用寿命等优势,采用数值仿真对季冻区施作离壁式波纹钢板保温套衬隧道的温度场及其保温效果进行研究。结果表明:季冻区隧道施作新型离壁式波纹钢板保温套衬后,阻隔了寒冷空气对衬砌结构的影响,围岩正温区范围增大,隧道冻结线由距衬砌0.48 m围岩处前移至保温套衬,有效防止了季冻区隧道冻害的发生;季冻区隧道贴壁式聚氨酯保温层的保温效果为89.90%~96.43%,新型离壁式波纹钢板保温套衬的保温效果为101.94%~107.14%,离壁式波纹钢板保温套衬的保温效果要优于贴壁式聚氨酯保温层。     

汶川8.0级大地震公路隧道震害调查与震害特征

研究强震作用下隧道结构的震害特征对于后续高烈度区隧道的抗震设防设计具有重要的借鉴意义。文章通过汶川地震公路隧道震害调查及分析,研究并总结了隧道结构各部分的震害特征。洞口结构的震害特征为:洞外结构受次生地质灾害影响严重,隧道洞口硬岩段支护结构震害极少,8度区隧道洞口软岩段出现二次衬砌开裂、渗水等轻微震害,11度区出现二次衬砌垮塌的严重震害;断层破碎带段隧道结构的震害特征为:跨非活动性断层隧道震害较轻,跨活动性断层隧道震害严重(二次衬砌垮塌、围岩垮塌等);普通段隧道结构的震害特征为:隧道硬岩普通段震害极少,8度区围岩软硬交接普通段和9度区软岩普通段衬砌出现开裂、渗水震害,10~11度区围岩软硬交接普通段出现衬砌错台震害,围岩缺陷普通段出现了二次衬砌垮塌的严重震害。     

强震区隧道洞口段振动台模型试验研究

为了研究强震区隧道洞口段的抗震性能,对隧道结构进行了振动台模型试验.文章首先介绍了试验方案设计;接着对试验中测得的隧道结构的加速度反应和应变反应进行了分析,得出洞口段在地震动作用下的横截面的应变分布规律,以及沿纵向的加速度反应特征;最后,对试验中的地震裂缝和衬砌结构的破坏等震害现象进行了描述.     

某隧道初期支护混凝土开裂处理及效果分析

文章结合某高速公路隧道工程初期支护开裂处理情况,分析了初期支护混凝土的开裂原因,以及采用的洞内小导管注浆加固裂缝区、加强开裂区监控量测等处理措施及效果。工程实践表明,经过处理后的隧道周边收敛和拱顶下沉量均在规范允许范围内,取得了良好的效果,为今后类似软弱围岩隧道施工积累了经验。     

富水区隧道环向盲管间距优化分析北大核心CSCD

富水区隧道涌水遵循“以堵为主、防排结合”的处置原则,其中排水体系构建的合理性是隧道安全施工与良好运营的关键因素。首先分析隧道排水体系,揭示其工作原理,然后利用FLAC 3D有限差分软件,对鸿图特长隧道富水断层区设置的不同环向盲管间距进行三维流固耦合模拟,通过分析渗水压力、锚杆受力及涌水量,揭示塑性区体积及分布区域特征。研究结果表明:沿隧道轴向,支护结构孔隙水压力大致呈周期性分布,其周期近似等于环向盲管纵向间距;加密环向盲管,在降低支护结构受力并减小塑性区体积的同时,会增加隧道排水量;随环向盲管间距的增大,注浆加固圈塑性区首先出现在围岩好的区域,断层区出现塑性区最晚;断层区锚杆加固效果较差,可通过减小钢拱架环向间距以提高结构刚度,使注浆加固圈沿轴向受力更合理。综合考虑各种因素,建议在建工程断层区环向盲管间距设置为3 m,断层附近区间距为4 m。     

散体围岩隧道开挖中超前小导管注浆的作用

散体围岩隧道开挖后,围岩稳定性差,易出现大变形沉降、掌子面挤出、拱顶坍塌等危害,必须进行超前支护。以吉怀高速公路杜夜隧道进口浅埋强风化岩层段为例,对超前小导管注浆在散体破碎围岩开挖中的加固机理进行探讨,采用FLAC~(3D)三维数值模拟方法,结合遍布节理模型描述岩层结构的特点对小导管注浆施做过程中的受力、位移变形及支护效果进行研究,定量分析超前小导管注浆的加固机理。研究表明:对于散体破碎围岩,采用遍布节理模型可同时考虑岩块和节理属性,更符合岩体状态和工程实际;超前小导管注浆技术能改善围岩的力学性质,提高岩体的刚度及强度,增强散体围岩自稳能力,显著抑制散体破碎围岩的变形,减少隧道支护结构的变形和受力,避免散体围岩隧道开挖中坍塌现象的发生。     

柔性比对隧道地震动力响应影响研究

地震作用下隧道与围岩动力相互作用的强弱与隧道和围岩的相对刚度关系密切,为分析地震作用下隧道衬砌与围岩相对刚度对结构内力的影响,文章引入柔性比的概念进行抗震数值计算分析。通过对地震波、边界条件进行处理,建立计算模型分析在不同围岩等级、衬砌厚度、混凝土强度等级、隧道直径情况下结构内力的变化情况,并给出了不同柔性比条件下隧道衬砌地震反应的基本规律。结果表明,柔性比越大,地震作用下隧道的内力越小;在进行隧道结构多道设防时,相邻结构的刚度应逐渐变化,且每一层的厚度不应过大。     

注浆加固法在隧道流砂层处理中的应用

双液注浆具有良好流动性、触变性以及扩散性等特点,同时能够很好地提高强度、降低隧道土体沉降稳定时间,因此在隧道流砂层的处理中应用广泛。结合具体的工程实例,针对该工程所穿越的围岩自稳性较差,在开挖掘进方向的上方和前方均存在透镜体夹层的实际情况,探讨双液注浆加固法在隧道流砂层处理中的应用,以期对类似工程起到借鉴作用。     

百丈隧道穿越流塑状富水破碎带施工措施及其安全性评价

百丈隧道左洞ZK152+433~ZK152+463段穿越流塑状富水破碎带施工时反复出现变形侵限、塌方等情况,给工程施工带来前所未有的挑战。文章详细阐述了施工过程中采取的各种处治措施,总结了不同处治方案和效果,并采用数值分析方法对隧道结构安全性进行了分析。结果表明:(1)对于流塑状富水破碎带,加密超前支护是防止开挖时围岩出现较大变形或者坍塌的最有效措施。百丈隧道流塑状富水破碎带最终采用了每榀钢架(钢架间距50 cm)都打设一环3.5 m长?51自进式锚杆的超前支护方式,即每个断面都有7层超前支护,最终有效控制了开挖后围岩变形,避免衬砌侵限与塌方;(2)对于流塑状富水破碎带,加固围岩尤其是边墙与基底处围岩非常重要,可有效减少开挖过程中衬砌的整体式下沉。采用抛石挤淤+注浆的方式进行边墙与基底围岩加固,其效果比采用单纯注浆方式好得多;(3)对于外部荷载较明确的隧道,采用计算分析结合工程经验的方式确定衬砌支护参数,既能保证隧道结构安全,又使其经济合理;(4)在双车道隧道施工中,采用三台阶法施工,应尽量缩短台阶长度,使初期支护及时封闭成环,从而可以较好地控制围岩变形。     

Ⅲ_1级围岩三车道公路隧道仰拱设置问题研究

《JTG D70-2004公路隧道设计规范》中规定Ⅲ级围岩三车道隧道需设置厚45 cm仰拱混凝土,而《JTG-T D70-2010公路隧道设计细则》中则规定可以取消仰拱。鉴于此,文章依托省界隧道工程实例,采用有限差分软件,对Ⅲ_1级围岩情况下平底和仰拱两种支护结构形式进行了模拟对比分析,结合现场监控量测结果表明:Ⅲ_1级围岩三车道平底隧道和仰拱隧道整体的竖向位移、竖向应力及塑性区体积均相差在5%以内,Ⅲ_1级围岩三车道隧道可以采用平底结构形式代替仰拱,平底结构支护形式可以满足工程结构稳定性要求。     

土岩软硬结合部隧道结构的震害机理分析及抗震研究

在土岩软硬结合部,土体与岩体由于刚度、质量密度等力学参数不同而产生不同的地震动响应,继而导致隧道结构发生严重破坏。文章结合青岛海底隧道相关资料,研究分析了地震灾害来临时隧道结构在土岩软硬结合部位的破坏机理及相关抗震措施。研究结果表明,在土岩软硬结合部,地震动作用下的围岩失稳、大的地震惯性力,以及大能量基岩面波产生的变形能都会导致隧道衬砌发生破坏,而大能量基岩面波产生的变形能是主要原因;当保持围岩稳定或使隧道结构的质量密度、刚度与围岩相差不大时都可以防止土岩软硬结合部隧道结构发生破坏,而后者是最有效的途径;轻质量延性隧道的抗震性能良好。本研究成果对于揭示土岩软硬结合部隧道结构的震害机理及优化抗震设计具有一定的借鉴意义。     

小间隔立交隧道开挖施工控制技术

在立交隧道施工过程中,如何有效地控制后行开挖隧道的施工影响,确保先行开挖成型隧道结构及两座隧道层间围岩的安全与稳定是施工的重点、难点.文章结合工程的施工经验与体会,介绍了南京地铁TA1标工程中上下间隔仅为2.46 m的两座斜向立交隧道在施工中所采用的弱震动爆破开挖、初期支护及监控量测等施工控制技术,颇值同类工程施工时借鉴.