超大断面通航隧洞软弱围岩及支护体系受力变形特性研究

文中以开挖面积为604 m²的超大断面清水江通航隧洞为研究对象,以数值分析手段模拟超大断面软弱围岩隧道施工过程中围岩及支护体系受力变形特性。研究表明,隧洞开挖过程中,拱顶围岩变形影响区域较边墙大,但边墙处围岩受剪应力较拱顶围岩更高;采用长锚杆加固拱顶围岩,可取得较好效果,但长锚杆对边墙围岩加固作用不明显,边墙处更适宜采用短锚杆;隧洞临时支撑拆除前,下导坑临时侧壁弯矩、轴力急剧增大,接近屈服破坏;临时支撑拆除后,主洞初期支护受力明显增大,拱部和仰拱以受弯为主,边墙以受压为主,受力最不利位置为拱脚。     

钢架岩墙组合支撑工法动态施工力学特性及其应用

京沪高速公路济南连接线浆水泉隧道全长3 101 m，最大开挖断面尺寸为19.5 m×13.1 m，是目前中国最长的双向八车道高速公路隧道。浆水泉隧道穿越地层主要以Ⅲ，Ⅳ级硬质灰岩为主，且施工工期紧，传统的双侧壁导坑法、CRD法等因施工工序繁琐，临时支撑多，施工效率低，无法满足工程工期需求。基于以上背景，提出钢架岩墙组合支撑分部施工工法，主要特点是中间岩墙和上台阶临时钢架组成临时支护体系，在减少临时支撑的同时，中部岩墙还能通行车辆，5个工作面可同时施工，从而实现快速施工；在此基础上，进一步运用数值计算与室内模型试验相结合的方法，对该工法的动态施工力学特性进行研究。结果表明：施工过程中，隧道上部围岩开挖的时间段是支护结构受力最不利时期，支护结构内力在此期间增长迅速，波动较大；中隔壁是支护结构中受力最不利处，其余部位结构受力对隧道施工反馈很小；影响拱顶沉降和仰拱隆起的主要因素是隧道上部围岩的开挖，影响拱脚处围岩水平收敛的主要因素是隧道下部围岩的开挖；支护结构承载和围岩变形均能够满足公路隧道施工安全需要；通过在浆水泉隧道中的实际运用表明该工法能有效提高施工效率，缩短施工工期，是一种可行的超大扁平断面隧道快速施工工法。     

小净距变截面隧道横向扩挖施工力学特性研究

以贵阳东站S1、S2线区间隧道为工程背景,对小净距变截面隧道横向扩挖施工过程进行三维数值模拟,研究隧道支护结构变形、受力特性和施工关键工序的稳定性,并就地质强度指标及支护参数进行影响分析。结果表明,横向扩挖关键步序为临时竖撑的拆除,初支受力最危险时期出现在分段拆除临时支撑的阶段,最不利受力点位于拱顶及左拱脚处;当围岩岩性较好时(GSI=45),仅施加临时门架便可控制扩挖阶段的围岩变形,当围岩较差时(GSI=10),需同时施加临时门架及侧墙锚杆;相比无支护方案,封堵墙及加锚能显著减小围岩变形,但随着系统锚杆长度(>4.5 m)及封堵墙厚度的增加,支护效果未能得到明显提升。     

跨航道系杆拱桥拆除及施工监控技术

根据旧桥拆除施工基本原则,结合桥梁拆除有限元仿真分析和桥梁施工监控技术,研究了跨航道系杆拱桥拆除施工关键技术。鉴于航道桥梁通航要求高、跨径大、结构形式复杂等特点,制定了合理的拆除方案和可靠的监控措施。结果表明:拆除施工过程中系杆及拱肋结构的应力和变形均处于安全范围内;临时支撑的沉降量对结构的安全性影响较为敏感;对主要构件拆除施工后应尽量减小施工间歇时间;桥面系及吊杆拆除对拱肋的变形影响不大。     

暗挖大断面隧道临时支撑拆除及衬砌施工方法

由于深圳地铁8号线一期工程的深外高中站采用明、暗挖结合的方式施工,其中暗挖大断面隧道采用双侧壁导坑法进行开挖支护,但是在施作仰拱和二衬时,拆除临时支撑的工序繁杂,体系频繁转换,使结构受力复杂多变,且施工效率极低,因此在保证施工质量和安全的前提下,优化临时支撑的拆除顺序及衬砌施工方法,形成了一套暗挖大断面隧道临时支撑拆除及衬砌施工工艺。     

超大跨度隧道上台阶CD法中隔壁力学计算模型及施工力学行为研究

为研究超大跨度隧道分部开挖法施工中隔壁结构的施工力学行为,以山东滨莱高速公路改扩建工程双向八车道乐疃隧道为依托,基于初期支护钢架与中隔壁钢架之间的内力传递、变形协调及拱脚变位,将支护体系等效为支座可移动的三次超静定无铰拱-梁固接结构,建立了上台阶先导初期支护钢架-中隔壁钢架共同承载变位力学计算模型,采用理论分析、现场测试和力学模型计算相结合的方法,对超大跨度隧道上台阶CD法施工时中隔壁的力学行为进行分析。研究结果表明:拱顶沉降和周边收敛主要经历急剧增长、缓慢变形和趋于稳定3个阶段,且各变形值均小于设计预留变形量150 mm;受施工工序和结构约束条件变化的影响,钢架内外侧应力整体呈现出先急剧变化后逐渐趋于稳定的规律,各测点应力小于型钢屈服强度235 MPa;力学模型计算结果和现场实测数据的平均相对误差为12.6%,且规律基本一致;钢架轴力在上台阶施工过程中始终为受压,且最大值均在钢架拱脚处,受后导开挖影响,中隔壁钢架轴力增大,初期支护钢架轴力减小;先导开挖时钢架弯矩大部分部位为正,拱顶部位为负,受后导开挖影响,中隔壁钢架正弯矩值及正弯矩区域减小,同时初期支护钢架正弯矩区域减小,钢架拱脚附近弯矩出现负值;钢架结构整体处于偏心受压状态,受后导开挖影响,中隔壁钢架和初期支护钢架小偏心受压区域均发生移动,且两者钢架小偏心受压长度占比增大。     

浅埋大断面土质隧道施工过程数值分析

为了解大断面土质隧道初期支护施工过程中的力学特征,本文以王城高速公路西河口大断面浅埋土质隧道实体工程为依托,开展了施工过程数值模拟分析工作。对初期支护的施工力学特征进行了研究,结果表明:在整个施工过程,格栅拱架、初期支护混凝土均满足相应材料的强度要求,该隧道的设计与施工方案均合理;格栅拱架左、右侧拱脚部位的弯矩值较大,应予以进一步平滑过渡;临时支撑与初期支护结构连接部应力集中,在设计施工过程中应与一定的重视。     

水平泥岩砂岩互层隧道支护体系力学特性试验研究

公路隧道穿越水平泥岩砂岩互层施工过程中支护体系力学特性较为复杂,通过开展大梁峁特长公路隧道水平泥岩砂岩互层段支护体系现场试验,研究水平泥砂岩互层段隧道初期支护中的锚杆轴力、围岩压力,钢架应力、混凝土应力及支护变形,二次衬砌中接触压力和混凝土受力特征。分析表明：拱部锚杆作用明显,边墙锚杆受力较小,建议锚杆由拱部160°减少至拱部120°,同时适当增加拱部锚杆;围岩压力在断面开挖后7d时间内已基本达到最大围岩压力的80％左右,说明在该种岩层中隧道开挖后围岩压力释放较快;水平泥岩砂岩互层关键控制点在拱部位置,边墙部位的支护结构无论从受力还是变形来说均较小;研究成果可为水平层状岩层隧道及类似工程的修建提供参考。     

斜靠式拱桥的主拱和斜靠拱及临时支架施工方案优化研究

广州增城大桥采用飞燕式,无横撑外加斜靠拱的设计方案,主跨设计为(30+100+30)m。全桥采用支架施工的方法,连接主拱和斜拱的横撑和支撑斜拱的临时支架有多种施工顺序。采用空间有限元模型详细计算分析了不同横撑的安装及斜拱临时支架拆除顺序对拱桥结构受力的影响,得到了较优的施工方法,对此类桥梁施工具有较大的参考价值。     

大连地铁兴工街站复合地层超大跨浅埋暗挖施工关键技术

大连地铁一期工程203标段兴工街站开挖断面为343.8 m2,洞顶埋深7.1~11.1 m,采用暗挖顺作法施工。为有效控制地表、地下管线及周边建筑物等变形或沉降,同时确保支护结构受力稳定,防止掌子面及隧道坍塌,采取在车站拱部全长范围设置超前大管棚+小导管,增加二次初期支护及纵梁,加强拱部支护结构刚度,形成拱盖,设置边墙锚索维护直墙稳定,并按照双侧壁导坑法分6部组织拱部开挖、台阶法分层分块组织中下部开挖,特别是中下部开挖采取竖向松动爆破拉中槽、边墙光面爆破跟进支护的方式,减小了对拱部支护体系稳定性的影响,全面确保了施工安全。     

内蒙古地区马兰黄土隧道围岩及支护特性研究

通过对窑沟隧道周边收敛、拱顶下沉、围岩压力、钢拱架内力、喷射混凝土应力和锚杆轴力进行监控量测,了解隧道开挖过程中马兰黄土隧道围岩变形特性及支护结构受力特性。结果表明:施工过程中拱部沉降的量值远大于净空收敛的量值;围岩压力分布不均匀;钢架支护在隧道支护体系中起着非常重大的作用;拱部系统锚杆对结构的稳定性作用不大;水对拱顶沉降的影响非常严重。     

隧道穿越倾斜煤层采空区段施工力学特征分析

为研究隧道穿越倾斜煤层采空区段时，采空区围岩的力学变化对隧道超前加固措施及支护结构的影响，采用Flac 3D软件模拟计算隧道穿越采空区的各施工阶段，分析采空区围岩施工力学特征的动态变化过程及隧道支护结构的受力特征。结果表明： 1）隧道在穿越上覆煤层采空区时，采用超前小导管注浆加固能有效阻止围岩的变形破坏； 2）中隔壁拆除后，初期支护结构承担了大部分围岩应力，拱腰及拱脚部位最小主应力值分别增加了13%、41.3%，改善了隧道结构的受力条件； 3）在采空区段锚杆轴力最大值为226 kN，发挥了很好的锚固作用； 4) 隧道穿越下伏煤层采空区时，采用填石注浆的加固改善比例为154.3%，治理措施较为合理。隧道二次衬砌结构的施作更是隧道安全的保障。     

浅埋暗挖隧道下穿既有高速公路数值分析

基于南翔西路隧道下穿既有全三高速公路工程,采用FLAC3D数值分析手段对隧道三导洞开挖法施工过程中围岩应力场和位移场、初期支护内力分布情况、地表沉降情况进行了分析研究,得到了隧道施工完毕后,初期支护大管棚起着良好的支护效果,围岩应力集中区局限在拱部一定范围内。隧道三导洞法施工对拱部影响较大,各个分部开挖后周边围岩均有应力集中现象,但应力变化梯度不大。隧道临时支护拆除前地表沉降最大值23mm,临时支护拆除后地表沉降最大值45mm。隧道仰拱向上隆起30mm。隧道开挖后,隧道周边围岩位移不显著,满足规范要求。地表沉降最大值位置为隧道中线,对应地表沉降槽宽度为50m,影响范围为隧道中线左右各25m。初期支护拱部素混凝土安全系数满足施工安全要求。相关结论对类似工程的设计、研究具有一定的指导作用。     

南广铁路西江特大桥钢箱拱肋吊装施工过程仿真分析

为研究南广铁路西江特大桥主桥拱肋吊装过程中结构受力状态,指导拱肋吊装施工,对拱肋吊装施工过程进行仿真分析。该桥主桥为主跨450m的钢箱提篮拱桥,拱肋采用斜拉扣挂悬拼法施工,利用MIDAS软件建立整个拱肋有限元计算模型,采用"合理位移内力法"确定扣锚索初拉索力,对不同拆除过程中结构内力及位移变化的过程进行计算并确定拆除顺序,根据确定的扣锚索初拉索力以及拆索顺序计算出整个吊装过程的主体结构及临时设施的内力及位移。计算及实践结果表明:拱肋悬臂拼装过程中扣塔塔偏和应力以及主拱内力均满足规范要求;从跨中对称向拱脚方向拆除扣锚索的顺序为最优顺序,拆除过程中结构内力及位移变化过程平缓,无突变现象。实践表明,仿真分析结果顺利地指导了现场施工,大桥钢箱拱肋高精度合龙,吊装过程中结构施工处于安全状态。     

客家大桥体系转换过程中悬臂端挠度变化的影响因素分析

为解释客家大桥在体系转换施工过程中结构悬臂端向下的挠度出现先增大后减小这一现象的根本原因,采用Midas-civil有限元软件建立了该桥梁结构模型用于计算,并利用因素分析法和叠加原理等方法进行了系统的分析。发现:连续梁桥在边跨合龙后,拆除悬臂使用临时支承结构的施工过程中,因先拆除的部分临时支承结构优先退出体系,不再参与受力;结构支座支反力重新分配,永久支座与另一半未拆除的临时支座受力大小发生改变;体系转换过程中的结构墩梁连接处实际支点的位置发生变化、永久支座开始受力后产生弹性压缩变形以及边跨和龙段区域内预应力作用产生的上拱效应等因素使得结构悬臂端的挠度发生变化,其单独作用的效果各不相同,而支点位置移动造成的悬臂长度先增大后减小是出现上述工程现象的根本原因。通过一组对比模型计算得出的理论数据,绘制了相应的曲线图。通过观察曲线图的变化趋势,总结出临时支墩与永久支座的距离对悬臂端挠度以及支座反力影响的规律,同时拟合出相关的数学函数。通过上述分析过程,总结研究成果,得出结论,并结合相关参考文献,提出对同类桥梁施工中选用临时支座方式、计算桥梁施工预拱度以及桥梁施工监控等具有一定的指导意义的建议。     

浅埋偏压隧道洞口段施工地质灾害分析及处治

以山西某浅埋偏压隧道为依托工程,全面分析了隧道洞口段地质灾害的基本特性及形成机理,采用大型有限元软件对其施工过程进行了数值模拟分析,得出隧道洞口段支护结构受力及变形特性,提出了综合处治措施。研究结果表明:浅埋偏压隧道洞口段地质灾害主要为冒顶事故、坡面崩塌、初期支护开裂、钢拱架严重弯曲变形;其形成机理主要有地形地质条件、受力状态、气象因素、施工设计因素;隧道洞口段初期支护结构受力极不均衡,水平应力较大,右侧初期支护承受较大的围岩压力;采用地表覆盖封闭、增设临时支撑、反压回填、CD法施工、小导管注浆加固等措施可有效控制避免其施工地质灾害。研究成果可为类似工程的设计、施工提供技术支撑。     

不对称连拱隧道施工工序优化数值模拟分析

为了研究不对称连拱隧道的施工与受力情况,以兰海高速孟家磨不对称连拱隧道为工程背景,通过对隧道施工过程进行数值模拟,以及对两种不同施工工序下围岩和支护结构的受力及变形情况进行对比分析,结果表明,先施工小断面隧道时的拱顶沉降、初期支护应力、中墙水平位移及应力、二次衬砌的应力基本都小于先施工大断面隧道时产生的位移及应力值,并且大断面隧道一侧的中隔墙与拱脚相接处的压应力比较大,先施工小断面隧道较为安全可靠,可为今后类似工程设计及施工提供参考和借鉴。     

全风化花岗岩地层特大断面隧道施工过程支护受力分析

地下工程的施工过程是一个几何形状逐步变化的不完整结构在时间和空间上承受不断变化的施工荷载的受力过程。本文以新考塘隧道出口扩大段特大跨度隧道工程为背景,通过数值模拟方法,对第1次初期支护、临时支护、第2次初期支护的受力随施工过程的变化规律进行了研究。研究结果表明： 支护受力体现施工过程相关性,并不一定终态是最不利状态,具体到本工程,④部作业相对最危险,⑤部作业反倒改善了支护结构受力; 从拆撑以后的双层初期支护受力来看,第2次初期支护是有效的,拆撑风险是可控的; 最小安全系数的量值分布呈现“第2次初期支护>第1次初期支护>临时支护”的规律。     

复式钢箱中承式拱桥施工过程分析

浏阳经开区长沙路捞刀河大桥是一座复式钢箱中承式拱桥(外倾蝴蝶拱为主拱、内倾提篮拱为副拱)。为做好施工控制,运用Midas/Civil以成桥状态为基准建立空间杆系有限元模型,进行施工受力分析和敏感性分析,研究结果表明:1成桥时刻,副拱应力最大,钢箱梁应力最小,施工控制重点在线形控制;2安装吊杆时,应精确计算其下料长度,且副拱短吊杆预紧力不宜过小以免拆除副拱支撑后短吊杆退出工作;3敏感性分析指出确保线形关键在于施工过程临时钢支撑顶面标高的确定,并应考虑均匀温度修正及非均匀温差影响;4复式钢箱中承式拱桥中副拱受力大、变形大,刚度小,安装难度大。     

大断面隧道装配式约束混凝土施工体系研究与应用

为解决大断面隧道软弱围岩控制难题及人力施工效率低、安全性差的问题,结合约束混凝土支护研究成果,研发拱架智能安装系列设备、装配式约束混凝土拱架（FCC拱架）及相应的配套装置,形成大断面隧道装配式约束混凝土施工体系。开展FCC拱架机械施工过程力学模拟试验,对拱架机械施工过程中的变形及受力进行实时监测,明确拱架机械施工过程力学特性,提出增设肩部节点区抗弯护板的加强措施,进行装配式约束混凝土支护机械化施工现场试验,分别对隧道围岩收敛变形、围岩与初支接触压力、加强后的拱架内力分布特征与规律进行了研究。结果表明：在FCC拱架自重及机械施工双重影响下,拱架肩部节点区变形产生突变,发生明显的应力集中,为受力变形关键部位;加强后的FCC拱架现场举升安装过程中未见有明显的变形;现场试验段围岩偏压现象明显;上台阶围岩变形及受力呈现三阶段波动增长,以拱顶及拱肩部位波动最为强烈;拱架受力整体呈现"上大下小"的特点,最大应力值出现在拱顶外侧,其次左拱肩部位;机械化施工能够有效提高施工效率及装配化水平,保障施工安全可靠,有效控制大断面隧道围岩变形,可为类似工程建设提供借鉴。