隧道初期支护型钢格栅节点受力性能影响研究

初支二衬连拱隧道新型支护体系支护结构中钢架连接节点处为钢架的受力薄弱点,在隧道施工中应加强关注,但是,目前节点连接对于隧道初期支护钢架整体受力性能的影响仍不清楚,需要通过试验进行研究。基于此问题,按照初支二衬连拱隧道初期支护形式设置型钢、格栅分节及不分节四类构件,进行室内加载试验,研究设置节点对初期支护结构的力学性能影响,得到如下结论:设置节点会导致减小结构极限承载力,降低结构的强度、刚度,构件整体性下降;削弱型钢、格栅自身性能,降低型钢、格栅与混凝土间的协同作用,混凝土提前脱离工作;开裂提前,裂缝开裂、构件变形程度加重,构件出现斜拉破坏;对型钢混凝土类初期支护构件的影响要更显著,从结构内部来看,该影响体现在对钢架的影响。     

高地应力板状软岩隧道大变形控制试验研究

研究目的:针对板状高地应力软岩隧道开挖的大变形问题,采用单层初期支护+双层二衬的结构形式进行支护,并进行现场试验,对初期支护、钢拱架以及两层二衬的变形与受力进行了测量,分析该支护结构在控制高地应力软岩隧道大变形方面的效果及该方案的可行性是本文的主要研究目的。研究结论:(1)传统的初期支护方式在控制高地应力软岩隧道的大变形方面效果不佳;(2)板状岩层的走向和岩层的倾角对高地应力软岩隧道开挖后的变形及受力会产生影响,一般来说,在垂直于板状软岩岩层(倾斜线)方向上的挤压力最大;(3)采用双层二衬结构,使初支与围岩一起产生变形而消除围岩的部分压力,第一层二衬起到强而稳定的支护作用并承担绝大部分的围岩压力,使第二层二衬受力很小而起到装饰作用,因此从高地应力软岩长期流变性的角度考虑,双层二衬结构对高地应力软岩隧道建成后的长期稳定性和安全运营具有很好的保障作用;(4)本研究成果可为类似工程的施工提供参考依据。     

正断层错动作用下矿山法隧道受力变形机理的模型试验研究

为研究正断层错动作用下矿山法隧道的受力变形机理,以胶州湾第二海底隧道穿越沧口断裂为工程背景,采用自研的大比尺穿越断层隧道结构破坏加载试验装置,针对设置柔性连接变形缝和变形缝间距对隧道结构抗错断效果的影响,开展几何相似比为1∶40的矿山法隧道穿越倾角70°的正断层错动模型试验,对错动试验过程中的隧道变形、应变分布、围岩接触压力和破坏特性等关键指标进行监测,分析获得了正断层错动作用下隧道变形和力学响应规律。研究结果表明：(1)隧道在正断层错动作用下,呈现纵向拉弯+竖向挤压的受荷模式,在下盘邻近断层面处拱顶部位和上盘邻近断层面处仰拱部位出现脱空区;(2)隧道开裂主要以纵向贯通裂缝为主,近断层面处衬砌还出现了部分斜向裂缝和环向裂缝;(3)节段间的连接形式和节段长度不会根本上改变隧道在断层错动作用下的受荷模式和变形模式,但节段间刚度越小,节段长度越小,结构对于地层强制位错的适应性就更好;(4)相比于刚性连接,节段间的柔性连接吸收了大部分地层强制位错,有效降低衬砌节段的荷载和变形,使结构趋于安全。     

全风化花岗岩富水地层超大断面隧道设计技术

研究目的:在艰险困难山区,受铁路车站设置和联络线出岔影响,会出现多线车站隧道和变断面隧道,甚至形成超大断面隧道。当隧道位于软弱浅埋富水地层时,隧道建设存在以下安全风险:地形地质条件差,地下水发育,易坍塌破坏;初期支护受力大,变形控制难度大,存在变形侵限、失稳及塌方风险;隧道需采取多次开挖支护,受力转换困难,支撑拆换安全风险大。鉴于国内外软弱富水地层超大断面隧道实例不多、研究较少,本文结合实际工程,对此问题进行研究。研究结论:论文总结了国内外超大断面隧道修建技术现状,对隧道施工过程中的力学行为进行了分析,制定了隧道的超前支护措施、衬砌支护参数和施工方法,并得出如下主要结论:(1)软弱富水地层超大断面隧道修建难度大,安全风险高,造价高,需结合隧道工程的具体条件制定切实可行的支护措施和施工方法;(2)为控制软弱富水地层超大断面隧道初期支护变形和初期支护措施转换,采用大墙脚基础和多重支护措施是必要的;(3)为控制软弱富水地层变形,超大断面隧道变形及坍塌,应采取强有力的超前加固及掌子面加固措施;(4)该研究成果可为软弱地层超大断面隧道设计、施工提供借鉴。     

隧道穿越第三系粉质黏土支护结构受力研究

研究目的:第三系粉质黏土在不同含水量状态下的力学特性发生较大的变化,如何有效地运用数值模拟、现场监控量测相结合的方法,使得工程中采取合适的措施、合理的支护时机来确保顺利通过该类地层是本文研究的主要目的。研究结论:(1)通过数值模拟分析,隧道开挖后围岩应力发生重分布,渗水导致土体强度大大降低,变形加大,初期支护能有效地控制围岩的变形,因此在隧道施工中应合理安排工序,及时地施作初期支护;(2)通过试验分析,随着围岩含水量的增加,围岩弹性模量、黏聚力及内摩擦角都逐渐变小,支护结构变形增大,因此应根据不同的含水量采取相应的支护措施,并及时封闭掌子面以保证施工安全;(3)施工中应根据监控量测数据进行动态设计,合理确定衬砌施作时机,总体上20 d后围岩受力及变形趋于稳定,施作二次衬砌较为适宜;(4)该研究成果可为隧道穿越同类地层的工程设计与实践提供借鉴和参考。     

双层初期支护技术在软岩大变形隧道施工中的应用

初期支护沉降和收敛远远超过预留沉降量,先后采取了增加锁脚锚管、增加大拱脚、调整钢架间距、采用14轻型工字钢替代连接筋连接、增加预留变形量等措施均不能有效地控制隧道的异常变形。最后采取双层初期支护技术,有效地控制了隧道的异常变形。     

同寨隧道进口变形控制技术研究

研究目的:同寨隧道进口受高地应力、碳质板岩等地质因素作用,在以I18型钢为主的初期支护参数支护下,施工中出现大变形,拱架扭曲、喷混凝土脱落,严重影响施工安全和进度。本文意在寻找解决大变形的方法,为后续施工提供参考。研究结论:经研究分析得出以下变形控制技术措施:(1)在地应力大变形段采取以抗为主的支护措施,坚持"先强后优化"的原则,支护一次到位,从而达到控制变形的目的;(2)软弱围岩开挖后及时支护,尽早封闭成环,并且适时进行径向注浆,有效加固松动的围岩,改善围岩性能,减少作用于支护结构上的围岩压力,使支护与围岩共同形成受力体系,共同抑制隧道变形的发生;(3)减少开挖对围岩的扰动次数,尽早施作仰拱,严格控制初期支护闭合时间;(4)本文对隧道碳质板岩的控制变形措施,可为类似工程提供借鉴。     

深埋大断面隧道穿越大型隐伏溶洞施工工法比选

依托新建仁化—博罗公路李洞隧道工程,运用有限元软件对比分析了不同施工工法下溶洞位置对隧道洞周位移及初期支护结构受力的影响。研究结果表明:在上覆地层荷载和下部地基抗力的作用下,大断面隧道主要为上下压缩变形;不同工况下全断面法控制水平收敛的效果最好,CRD法控制拱顶沉降及仰拱隆起的效果最好;溶洞位置对隧道洞周位移及初期支护结构的受力均有一定的影响,溶洞会增大隧道靠近溶洞侧的位移和正弯矩,减小其负弯矩;采用全断面法开挖隧道初期支护结构内力较大,不利于稳定。综合考虑洞周位移及初期支护结构受力,对于洞门等较为危险位置采用CRD法施工,洞内采用安全性较高、施工速度较快的台阶法施工,并同时配合一些辅助性支护措施。     

雁门关隧道变形控制技术

研究目的:雁门关隧道处于恒山山脉,太古界变质岩地层,受多期构造运动影响,围岩稳定性差、大变形造成初期支护环纵向开裂,拱顶、拱脚喷混凝土剥落,钢架扭曲、折断,支护侵限甚至是二衬开裂等现象,给隧道建设带来极大的困难。通过隧道DK 121+203~DK 121+175段典型大变形处理案例,分析其大变形的原因,提出合理的控制变形技术。研究结论:(1)雁门关隧道变质岩地层虽属硬质岩,但复杂多变的地质条件加大了围岩变形破坏可能性;(2)根据现场施工及围岩量测情况采取信息化设计,对隧道各段采取针对性的措施,做到"岩变我变",确保施工安全,有效的控制了工程成本;(3)采用快封闭、快支护、设置临时横撑、长锚杆、大管棚、分层加强初期支护以及早施工并适当加强二次衬砌等措施可以有效的控制并稳定隧道大变形;(4)本研究成果在构造复杂变质岩地层隧道设计、施工中有较广泛的应用价值。     

砂卵石地层基坑开挖对侧方地铁交叉隧道和车站的影响分析

以成都某近邻运营地铁结构的基坑工程为背景,运用有限元法分析研究基坑大范围开挖卸载期间支护结构,尤其是斜撑加基底支挡桩支护形式的变形及受力特性,且重点分析基坑侧方地铁交叉隧道及车站的变形特性及受力变化。研究结果表明:(1)斜撑加基底支挡桩支护体系构造简单、受力明确;(2)基坑开挖卸荷使地铁隧道整体变形趋势表现为偏向基坑一侧,且变形分布形态呈"鸭蛋"状;(3)基坑开挖卸荷使侧方交叉隧道内力增大,且内力分布形态发生一定程度的偏转(偏向基坑侧),呈现出偏压状态,故实际工程中应加强动态监测;(4)基坑开挖期间近基坑侧车站端头发生整体上浮,而远离基坑侧发生下沉,即地铁车站发生一定程度的倾斜,因此基坑大范围开挖过程中应予以重点关注。     

K形、KT形圆钢管桁架节点试验及力学性能分析

在对750k V格构式变电构架K形、KT形圆钢管桁架节点足尺试验研究的基础上,采用ABAQUS软件对优化的钢管节点进行有限元数值分析,考察减小连接板厚度以后K形、KT形钢管节点的受力性能和承载力、连接板应力分布及变形等指标。结果表明:在设计荷载作用下节点没有明显变化,处于弹性状态;超加载阶段,试件局部进入塑性,但分布面积较小,区域不连通,节点整体受力稳定。有限元分析的连接板应力分布及变形趋势与试验结果吻合较好。     

客运专线双线隧道穿过软弱夹层力学效应研究

以贵广客专太阳庄隧道为背景,研究隧道穿越软弱夹层施工过程中围岩变形特性、塑性区及支护结构纵向、横向力学响应。洞周变形以竖向为主,软弱夹层洞周变形量远大于规范要求,应进行掌子面预加固,范围为前方10 m。支护结构沿纵向不均匀变形,拱顶纵向承受压应力,应加强地层变化处拱顶设计参数。支护仰拱沿纵向整体呈现拉应力,软弱夹层段沿纵向最大拉应力超过混凝土极限抗拉强度,且墙脚安全系数不满足规范要求,因此必须加强纵向、横向配筋率,对墙脚进行特殊处理。可预留充分的变形富裕值,实行"边让边抗",充分发挥围岩自承载能力,一次支护屈服后,再施作二次支护。研究成果对贵广客专太阳庄双线隧道施工具有重要指导意义,可为今后类似工程提供参考和借鉴。     

不对称双连拱偏压铁路隧道修建技术研究

研究目的:在我国30多年双连拱隧道工程实践史中,大多数都是在公路隧道中应用,隧道断面多为等跨对称结构,大跨不对称双连拱铁路隧道的工程实践在国内还几乎为空白,对此进行深入研究。本文以新建兰渝线新作坊隧道为工程背景,采用ANSYS有限元软件分别模拟了在V级围岩地形偏压条件下不对称双连拱隧道两种不同工序的施工过程,以获取不对称双连拱隧道的受力、变形特征、施工工法、支护体系。研究结论:通过对隧道结构体系关键部位在开挖过程中的受力和变形分析,得出:(1)开挖过程中左、右洞室及中隔墙顶部关键点的应力和变形随施工步变化的规律;(2)"中导洞+右洞+左洞"的三台阶施工工法更加适合该隧道施工;(3)大跨不对称双连拱隧道采用不均衡支护体系;(4)为有效解决中隔墙顶部渗漏水的问题,在其顶部V型区域设置小导管并进行注浆,对中隔墙顶部岩体进行加固提高其抗渗性能。计算结果为该隧道的设计提供了可靠的依据,同时为该类隧道的设计提供了参考。     

引水隧洞突涌段变形特征及控制关键技术研究

深埋引水隧洞突泥突水洞段注浆固结圈与初期支护结构作为协同承载结构,其荷载分担与变形控制对结构和施工安全有重要作用。为研究深埋引水隧洞突涌洞段围岩与支护体系稳定性,以滇中引水狮子山隧洞为工程依托,通过现场对围岩-支护监控量测与第二层型钢拱架受力监测,结合施工工况动态分析围岩-支护体系受力与变形,研究总结突涌段施工变形控制关键技术。研究结论:(1)深埋隧洞突涌洞段拱顶累计沉降17.4 mm,达预留值的17%左右;拱肩、拱腰累计收敛106.6 mm、98.1 mm,达预留值100%左右。(2)突涌洞段理论预测极限位移150 mm;现场监测评价设定阈值uo=100 mm,当达到2/3时,应采取加强措施。(3)最佳开挖方法为微台阶法。各级台阶长度控制在3 m左右,按“快挖、快支、快封闭”原则组织施工。(4)超前预支护管棚结构起到提高固结体刚度作用,较固结体提高约13倍。(5)双层支护结构强度、刚度增加,承载能力明显提高,施工安全性也得以提高。     

上下层小净距重叠隧道复合仰拱支护工法研究

采用常规施工方案修建小净距重叠隧道时,存在施工风险高、工期长、经济性差等诸多缺点。以重庆铁路枢纽东环线鸡公咀、芭蕉沟重叠隧道为背景,提出一种适用于小净距重叠隧道施工的新方法,并从基本原理和数值计算两个方面对其可行性进行初步探讨,研究结果表明:(1)该工法通过复合仰拱形成了有效的支护承载体系,既降低了下层隧道二衬特殊加强、保护措施的工程投入,也加快了工程进度;(2)上下层隧道支护结构的变形值能够满足规范要求,截面承载能力具有一定的安全储备,夹岩应力状态稳定,重叠隧道支护体系安全可靠。     

高地应力互层软岩隧道支护方案与支护时机优化

西部山区分布有大范围的层状地层,在地下洞室建设过程中大变形灾害问题突出,严重危及地下洞室的施工及运营安全.为探究高地应力作用下层状软岩隧道支护施工方案与合理支护时机,本文以甘肃尖山隧道为工程依托,设计了3种支护施工方案并考虑3种支护施作时机,运用FLAC3 D软件计算分析各工况下隧道变形和支护结构受力并与实际监测结果进...     

西安地铁隧道盾构开挖面支护力安全范围分析

研究目的:本文以西安地铁2号线某区间隧道工程为依托,根据具体的地质情况,运用FLAC3D数值仿真模拟软件以隧道开挖面上方地表点和洞顶点沉降为衡量标准,确定施工中开挖面支护力的安全范围,从而防止隧道穿过埋深变化较大的地点时地表出现过多的沉降和隆起。研究结论:(1)盾构隧道的开挖面存在最小支护力和最大支护力,即支护力具有合理的安全范围。当支护力超出范围时,隧道周围土体易发生破坏,或埋深较浅时地表出现较多沉降和隆起现象。(2)隧道埋深大于1.5倍洞径后,地表点已不能有效反映隧道周围土体变形,应该用隧道洞内测点来监测控制土体变形。(3)开挖面支护力的安全范围随埋深的增加而增加。当埋深较浅时,支护力的安全范围很小,可采用地面堆载的方式来等效达到增大隧道埋深的目的,扩大支护力安全范围,降低施工难度。     

中心轴式预切槽机械在大断面黄土隧道中的应用试验

黄土是一种特殊的第四纪陆相松散堆积物,具有强度低、变形大、自稳能力差的特点,我国大断面黄土隧道的建设通常采用三台阶七步开挖法、CD法、CRD法、双侧壁导坑法等,存在施工工序多、施工进度慢、变形量难以控制、临时支护用量大、对各小断面支护结构的连接工艺要求高等问题,研究适合软弱围岩隧道机械化施工的工法非常必要。预切槽法由于具有控制地层变形能力强、施工速度快的特点,受到国内隧道界的再次关注。2013年,中铁重工集团研制成功了国内第一代中心轴式预切槽机械。为了掌握预切槽机械切灌过程性能及预衬砌的受力变形特性,进行预切槽机械在黄土隧道中的工业化试验。研究认为:(1)研制的中心轴式预切槽机械在黄土地层切割成槽能力良好,但在切灌一体化方面尚需要深入研究;(2)由于限制了地层的变形,预衬砌承受的地层压力较大。(3)预切槽法对切槽脚部地基的承载力要求较高,预衬砌脚部是拉应力集中区域,实际施工中要进行合理加固。