合理确定公路隧道支护参数的设想

针对目前隧道设计中初期支护参数取值范围过大,设计者在设计过程中难以把握,所选择的支护参数有可能与围岩实际不匹配,致使隧道要么不经济,要么不安全,或耐久性不足而存在安全隐患,提出了对围岩再分级的处理,以便更合理地选择支护参数设想。即对规范给出的各级围岩再分成若干个分级,对各分级围岩给以相应支护参数,缩小初期支护参数取值范围,使设计者在选择支护参数时更容易把握,从而选择出更符合围岩实际的支护参数,使隧道既安全又经济合理。     

复合式衬砌初期支护刚度及影响因素分析

针对正在建设的宝兰客运专线出现的大量超大断面黄土隧道,介绍了客运专线中黄土隧道的初期支护结构设计研究情况,对于隧道初期支护弹性模量的取法问题,采用折算法和模拟法分别计算隧道初期支护的等效弹性模量,通过对2种计算结果进行对比,结合围岩压力监测资料,分析了初期支护弹性模量的取值及初期支护压力。研究结果表明:运用模拟法计算的初期支护等效弹性模量更贴切,对今后类似工程的设计与施工具有一定参考价值。     

高速铁路隧道支护参数的计算研究

为探索隧道初期支护安全系数的计算问题,并为高速铁路隧道支护参数优化提供理论依据,根据喷锚支护的性能与特点以及现代隧道力学的基本理论,建立初期支护荷载结构模型和对应的安全系数计算方法; 针对时速350 km高速铁路双线隧道提出的3种不同的初期支护方案（无系统锚杆支护、喷锚结合支护和以锚为主的支护方案）展开适应性研究,计算分析不同埋深（400 m和800 m）条件下初期支护的优化参数以及优化后的二次衬砌承载能力,在此基础上提出优化后的高铁隧道支护参数建议值,并对优化前后的安全系数进行计算与对比。主要结论如下： 1）提出了采用围岩压力代表值作为荷载结构模型设计荷载的方法,为解决设计中围岩压力不确定的问题提供了思路,且所推荐的围岩压力代表值计算方法具有安全性与经济性; 2）提出了3种初期支护计算模型,可以为初期支护构件的选择与量化设计提供一定的理论基础; 3）提出了时速350 km高速铁路双线隧道初期支护方案及优化后的复合式衬砌设计参数,并明确了不同围岩级别、不同埋深时的承载主体; 4）提出了按照不同埋深进行支护结构参数设计的建议。     

浅埋软弱围岩双连拱隧道合理复合衬砌研究

结合某隧道出口浅埋软弱段工程,采用荷载-结构-弹性抗力模式对隧道支护结构承载能力进行了计算与分析,在此基础上,采用数值分析方法,对隧道初期支护结构与围岩的刚度耦合关系进行了研究,给出了喷射混凝土层不同厚度下的应力变化取值和钢拱架采用不同钢型参数对支护效果的影响取值,并据此对隧道初期支护设计参数提出修正意见。此外,论文还对连拱隧道合理二衬参数进行了探讨。     

隧道稳定性分析与设计方法讲座之三：隧道设计理念与方法

本文作为一个讲座对以往研究成果作一综述。回顾了当前采用的3种隧道设计方法,提出了基于数值极限分析的地层－结构法,克服了地层－结构法缺点,可以求得设计所需的围岩稳定安全系数,解决了当前设计中的人为性问题。对隧道深浅埋分界线进行了探索,叙述了基于散体理论的隧洞深浅埋分界标准。提出了基于弹塑性理论的隧洞深浅埋分界标准,并对2种分解标准的优缺点进行了评述。阐述了隧道设计计算的5个基本理念： 1）隧道设计必须满足运行和施工中安全要求,提出初期支护后围岩安全系数必须保证施工安全; 2）隧道设计计算模型必须适应不同工程地质条件、围岩压力特征,符合隧道实际受力情况; 3）必须符合现代围岩压力理论与现代支护原理,充分发挥围岩自承作用; 4）隧道结构计算模型也应符合结构实际受力状态,树立初期支护作为围岩加固材料,按塑性理论计算的新理念; 5）采用合理的计算方法与计算参数,确保隧道设计计算的科学性。最后以一个地铁车站为例,采用本讲座提出的方法介绍了Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ级围岩中隧道的设计方法与成果。     

考虑超前支护作用效应的围岩-支护相互作用机制研究

隧道支护结构参数的合理性设计是隧道建设安全经济性的重要保证,而围岩-支护相互作用机制是隧道支护结构设计的核心问题。基于开挖面空间效应的等效力学模型,引入超前支护对开挖面空间效应的影响,建立超前支护、隧道支护-围岩耦合作用模型,得到支护结构与围岩动态相互作用的全过程解析。通过计算实例分析,主要得到如下结论:1)从控制隧道围岩变形角度分析,超前支护、隧道支护均可有效控制隧道围岩变形,说明控制隧道围岩变形不仅要重视隧道支护结构的作用,同时也要考虑超前支护结构的作用; 2)当隧道围岩变形量控制到一定程度时,可通过同时调节超前支护参数和隧道支护参数来达到预期的变形控制效果。     

大别山隧道围岩破碎带全断面开挖施工方案研究

以客运专线合武铁路大别山隧道工程大断面施工为背景，在通过隧道施工设计中存在的围岩破碎带时，应用TSP超前地质预报初步确定破碎带的距离和走向，并结合隧道施工现场开挖揭露出的围岩情况，应用离散单元法（UDEC）对围岩破碎带全断面施工开挖、支护方案参数进行数值模拟理论分析。现场实测结果表明，监控量测成果和离散元计算成果中隧道拱顶下沉规律基本一致，且变形量小于设计允许值，证明隧道围岩及初期支护结构处于完全稳定状态。     

高丽营隧道围岩压力有限元-上限法计算方法研究

为研究浅埋隧道围岩压力的计算方法，依托高丽营隧道工程，采用有限元软件建模分析，并基于剪切应变判定准则得到浅埋隧道的失稳破坏形态。然后构建塑性极限分析上限法破坏模式和速度场，建立浅埋隧道围岩压力计算方法，对岩土体非线性破坏准则对浅埋隧道围岩压力的影响规律进行探讨。研究结果表明： 1）无论是基于线性还是非线性破坏准则，侧压力系数的取值对计算结果均有很大影响，侧压力系数的增大，会引起竖向围岩压力的减小和水平围岩压力的增加； 2）围岩压力随非线性系数的增加而逐渐减小。     

浅埋偏压隧道围岩松动圈的影响因素分析

浅埋偏压隧道存在较为不利的非对称压力,易造成隧道发生塌方等事故,建设过程中采用合理的隧道支护力学参数显得尤为重要。围岩松动圈理论为隧道支护提供了可靠依据,但浅埋偏压隧道围岩松动圈的影响因素较多、原因复杂;通过对隧道现场充分的调查分析,遴选4个主要的影响因素:地下水、隧道岩层产状、隧道地形偏压情况以及隧道埋深;基于二次正交组合设计原理,采用4因素5水平试验方案,通过声波测试,按照对应设计水平进行了17次隧道现场围岩松动圈测试。经过计算分析得出显著性最大者为围岩含水情况,其次为隧道埋深和偏压率,岩层产状对围岩松动圈影响最小。     

华蓥山特长公路隧道通风竖井设计与施工

目前国内公路隧道竖井的设计和施工方面尚无较成熟的经验,仍需作进一步的研究与探讨。结合在建的南—大—梁高速公路华蓥山特长公路隧道通风竖井的设计及施工方案,阐述当前较为成熟的深竖井围岩压力秦氏计算理论,介绍采用的竖井围岩压力的计算方法,探讨公路隧道竖井施工方法的特点及适用条件,并对公路行业竖井设计与施工的规范与规程的迫切需要、秦氏竖井地压计算理论的参数取值问题及反井钻机设备的亟待研发等提出几点建议。     

基于现场实测的深埋风积沙隧道围岩压力计算方法研究

风积沙作为一种黏聚力低、自稳能力差的不稳定围岩,给隧道设计和施工带来很大困难。 为探究风积沙围岩压力大小和分 布规律,依托蒙华铁路王家湾隧道开展现场量测试验,根据实测的围岩压力分布特征,得到深埋风积沙隧道的围岩压力计算模式, 并通过数值计算分析与现场量测数据对比验证其合理性。 研究结果表明: 深埋风积沙地层围岩压力分布很不均匀,但普遍拱部较 小,初期支护大部分处于受压状态。 计算分析得深埋风积沙隧道围岩压力采用太沙基计算公式是较为合理的,进一步优化得深埋 风积沙隧道垂直方向围岩压力计算图示采用“双峰”形分布,水平方向围岩压力计算图示采用“阶梯”形分布,相比铁路隧道设计规 范的传统模式更安全,与实际衬砌受力状态更符合。     

复合式衬砌隧道总安全系数设计法修正与应用研究

为评价复合式衬砌这一整体结构的安全性，对以往所建立的复合式衬砌隧道总安全系数设计法的不合理之处进行修正，并再次分析不同铁路隧道的安全性，同时与挪威Q法支护参数进行对比，最后结合案例说明该方法在断面形式比选方面的应用。结果表明： 1）所建立的总安全系数设计法可以为初期支护和复合式衬砌的支护构件选择、量化设计和整体优化设计提供一定的理论基础。2）采用总安全系数设计法对不同铁路隧道安全系数计算的结果与现场实际施工情况、既有隧道病害情况基本相符。3）挪威Q法提出的支护参数如果用于我国时速350 km的高速铁路双线隧道，Ⅲ、Ⅳ级围岩总安全系数满足要求且较为经济，但Ⅴ级围岩安全系数偏低；采用耐久性锚杆有利于充分发挥锚杆-围岩承载拱的支护作用，从而可以减少喷层和二次衬砌的强度，提高经济性。4）总安全系数设计法可以用于隧道断面形式与支护参数的精细比选。     

分水界隧道偏压段衬砌受力分析

高速公路隧道洞口段常存在浅埋、偏压等不利因素，在进行隧道结构设计时需要特别考虑。文中针对分水界隧道洪江端V级围岩浅埋、偏压段隧道衬砌结构，选取典型断面，运用有限差分软件FLA^2D进行数值计算，分析了隧道支护结构的受力特征，进行了支护参数的检算与调整。计算结果表明，除隧道拱脚处受力最为不利外，其余截面受力较小，设计采用的支护参数满足安全性要求。     

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。     

浅埋小净距公路隧道围岩压力分布规律

为了给小净距隧道设计和施工提供科学依据,并为完善中夹岩墙的加固方法奠定理论基础,首先通过对41座小净距隧道的双洞内侧围岩压力进行统计分析,研究了小净距隧道围岩压力的演化特点,分析了垂直围岩压力与单洞开挖宽度、埋深和净距的关系,讨论了双洞内侧侧压力系数与各工程地质参数之间的关系,并基于隧道实际滑裂面,建立了小净距隧道荷载计算模型,提出了小净距隧道围岩压力的计算方法,通过与实测数据及既有研究成果的对比,验证了该方法的合理性及普适性,并基于以上研究成果提出了小净距隧道围岩稳定性控制方法。研究结果表明：小净距隧道垂直围岩压力与水平压力发展趋势基本一致,水平压力发展速率明显大于垂直压力,稳定时间也较短;水平压力受双洞间的相互影响比垂直压力要大,在施工过程中应重点关注水平方向的应力发展;侧压力系数随净距增加而增大,但随埋深、内摩擦角和黏聚力的增加而减小,并普遍小于规范值;所提出的围岩压力计算式对于复杂小净距隧道具有较好的适应性,并能对施工过程中小净距隧道的围岩压力进行估算;小净距隧道围岩稳定性控制应从合适的施工方法、合理的支护设计以及实时的监控量测3个层面考虑,具体的控制对策应结合围岩条件和工程特点进行实施。     

小孔径预应力锚索合理支护参数研究

为探讨软岩隧道小孔径预应力锚索合理支护参数，以甘肃渭源至武都高速公路木寨岭隧道为依托，在对不同围岩条件进行分类的基础上，通过现场试验研究了小孔径预应力锚索的变形控制效果，并结合现场试验与数值模拟分析结果，建议了不同围岩条件下小孔径预应力锚索的合理支护参数。结果表明：木寨岭隧道围岩可分为以炭质千枚岩为主、以炭质千枚岩和砂质板岩互层为主和以砂质板岩为主3种情况；围岩以炭质千枚岩为主时，隧道变形最大；以炭质千枚岩与砂质板岩互层为主时，隧道变形次之；以砂质板岩为主时，隧道变形最小；现有预应力锚索支护方案适用于以炭质千枚岩和砂质板岩互层为主的围岩，支护参数可维持不变；围岩以炭质千枚岩为主时，锚索锚固效果往往难以达到设计要求，建议采用5 m+12 m长短锚索组合，环向间距取0.8 m,排距取0.6 m,预紧力不宜超过200 kN;围岩以砂质板岩为主时，现有支护方案偏于保守，建议锚索长度全部采用5 m,环向间距取1.2～1.6 m,排距取0.8 m,预紧力可施加至300 kN以上。成果可为类似地层隧道小孔径预应力锚索支护参数选取提供参考。     

盾构隧道围岩压力的现场监测试验研究

介绍了某工程盾构隧道围岩压力的现场监测方法和测试结果,包括测量元件的选择及埋设、测试方法、测试结果及分析等.通过对试验数据的分析,得到了盾构隧道围岩压力随时间的变化规律,并对围岩压力监测值与理论值进行了对比.研究表明目前设计中常用的惯用设计法土压力计算模型是合理的,计算土压力与实测土压力基本接近.盾尾注浆压力比实测土压力大,是施工过程管片外表面受到的最大外部荷载,设计时外荷载取值应考虑盾尾注浆压力.     

复杂条件下浅埋矩形隧道围岩压力的极限分析

针对浅埋矩形隧道,在孔隙水、地表荷载作用等复杂条件下,采用极限分析法推导了围岩压力的上限解表达式,并利用序列二次优化算法得到了围岩压力的上限解;通过对比分析,该计算方法可行,但围岩压力计算结果用于结构设计时应适当增大边墙下部侧向压力值。分析了各参数对浅埋矩形隧道围岩压力的影响,结果表明侧压力系数、粘聚力、内摩擦角、埋深、地表荷载及孔隙水压力系数对拱顶、边墙的围岩压力都有很大的影响,特别是在侧压力系数与孔隙水压力系数的影响下围岩压力的变化幅度非常大,预防支护力不足会引发垮塌事故,建议施工过程中针对不利地段做好支护措施与防排水处理。     

非连续边界荷载影响下隧道围岩压力计算方法

浅埋隧道施工中经常面临堆载、孤石等工况，为了确定其形成的非连续边界荷载对围岩压力取值的影响，以隧道上覆岩体破坏迹线建立压力模型，将堆载、孤石按照作用范围、位置等效为均布或者集中边界荷载，以其随岩体深度变化及偏压情况为条件，按照太沙基理论建立轴对称边界荷载影响下围岩压力微分方程，以非连续边界荷载和为条件求解方程，将求解的压力值与附加弯矩在半无限空间体中产生的应力组合，形成非连续偏压边界荷载影响下围岩压力计算方法。通过与拉林铁路隧道群围岩压力监测值的对比，验证模型的可行性。得到以下结论： 1）非连续边界荷载在岩体分布的有效长度可作为围岩压力计算方法的选取依据。2）在非连续边界荷载影响下，围岩压力取值与隧道衬砌不同位置的角度呈线性关联。3）将孤石等效为集中或者均布边界荷载，2种围岩压力计算值存在一定的偏差，压力差值与隧道埋深有关；当埋深小于7 m时，将孤石作为非连续均布荷载的围岩压力计算值与监测值相近； 当埋深大于8 m时，将孤石作为非连续集中荷载的围岩压力计算值与监测值较为接近。     

山岭隧道浅埋盖挖段施工过程的数值模拟

为研究不同设计参数对山岭隧道浅埋盖挖段支护结构承载变形特性的影响规律,以宁波309省道改线工程中的杜鹃谷隧道浅埋盖挖段为依托,采用ANSYS分析软件进行隧道开挖支护数值模拟分析,探讨不同围岩特性、隧道埋深与盖拱拱脚底板尺寸等不同设计参数对盖拱内力、初衬与二衬内力以及拱脚底板沉降量的影响规律,揭示不同工况下隧道浅埋盖挖段支护结构的承载变形特性,获得各设计参数的建议取值范围,为今后类似工程设计提供借鉴。