大跨扁平隧道中仰拱的研究

仰拱是隧道衬砌结构的重要组成部分,仰拱能提高隧道结构的承载能力。以往研究主要通过塑性区范围、应力、位移大小分析仰拱所起的作用;本文基于有限元强度折减法对比分析了各种工况下仰拱对大跨扁平隧道结构安全系数大小的影响,得到了一些有益的结论。     

基底状况对山岭隧道仰拱结构受力的影响研究

以云南地区某高速公路隧道为依托,针对隧道仰拱开裂状况,采用荷载-结构法建立隧道结构计算模型,分析外水压力、基底软化两种典型基底状况对隧道仰拱受力的影响,从而明确隧道仰拱病害成因。计算结果表明:外水压力和基底软化对仰拱结构受力的影响规律相一致,引起了衬砌结构内力重分布,改变了仰拱结构弯矩分布形态,仰拱弯矩由"驼峰状"分布向"鱼肚状"分布变化,弯矩最大值由两侧向仰拱中心转移;增大了仰拱结构偏心程度和应力集中情况,使仰拱结构受力条件恶化,易导致仰拱中心处发生拉裂破坏。比较而言,地下水的影响更为明显。外水压力和基底软化共同作用是引起本依托工程仰拱开裂的主要原因。     

浅埋隧道仰拱计算模型与动态设计

由于缺少仰拱设计的理论依据,目前许多隧道的仰拱设计不尽合理,在浅埋隧道的仰拱设计中问题尤为突出。通过分析软基与隧道结构稳定性的关系,提出了浅埋隧道仰拱荷载的确定方法,其中以仰拱荷载系数将拱顶地层对隧道结构的垂直压力与仰拱荷载联系起来。结合仰拱的施工工艺,建立了三铰拱仰拱力学模型,给出了合理拱轴线的方程和内力计算公式。提出了浅埋隧道仰拱的设计步骤,并结合工程算例做了进一步说明。考虑到隧道开挖揭露的地质条件可能与设计勘察的地质条件有出入,建议将动态设计的理念引入到仰拱设计,使设计依据可靠,设计方法合理。     

结合交通组织方案的营运隧道仰拱病害处治方案研究

仰拱隆起底鼓是高速公路隧道的常见病害,威胁到隧道的行车和衬砌结构安全,而针对车流量大的营运高速公路隧道,仰拱病害的处治会对交通带来较大影响。文中通过对某高速公路干线上的隧道仰拱病害进行分析,结合交通组织方案提出相应的处治措施,为营运高速公路隧道仰拱病害处治提供参考。     

仰拱型式对隧道结构的影响

结合工程需要，采用ANSYS5．7大型有限元分析软件，计算分析了拱形仰拱与梳形仰拱对隧道结构内力与围岩变形的影响，计算结果表明梳形仰拱对隧道结构受力是有利的，因此。梳形仰拱是可以采用的。     

富水炭质板岩地层隧道底部结构破损原因分析及防治措施探讨

云南香丽高速公路穿越富水炭质板岩地段,多座隧道出现隧底结构破损,破损主要特征为隧底填充混凝土沿隧道中线纵向开裂,裂缝上宽下窄,呈"V"字形,对于隧道施工以及后期运营带来极大的安全隐患。该文以香丽高速公路典型富水炭质板岩地层隧道为工程背景,通过现场调查和数值计算分析等方法,分析隧道底部结构破损原因,提出相应的防治措施。结果表明:隧道底部结构破损主要是由于仰拱积水,隧道基底围岩遇水软化,导致隧道底部结构所受拉应力过大,出现张拉裂缝;隧道仰拱现状也对于仰拱受力不利。对于基底围岩进行加固,以及适当调整仰拱曲率可以避免隧道底部结构破损的发生。     

隧道片式仰拱栈桥动载作用下强度及刚度校核

为提高隧道结构的耐久性,改善受力状态,仰拱超前、一次性全幅施工,已经成为隧道施工的基本要求。为此,自行设计制造成本低、结构简单、移动快捷、轻便的片式仰拱栈桥在隧道施工现场愈来愈普遍。通过对Ⅰ20型钢制造的6m长片式仰拱栈桥进行结构验算,对其在隧道无轨运输的最大动载作用下的强度及刚度进行校核,了解该类仰拱栈桥在装碴车辆通过时的动态响应及安全状态,对同类隧道简易片式仰拱栈桥的结构强度验算有一定的借鉴意义。     

既有运营公路隧道仰拱缺陷综合治理技术与经济分析

以我国西部省份某运营隧道仰拱厚度不足的处理为工程背景,通过对该隧道Ⅳ级、Ⅴ级围岩段的典型断面仰拱问题进行数值模拟分析,并对在两种围岩条件下因仰拱厚度不足对隧道围岩位移、塑性区分布以及支护结构受力的影响进行了对比分析,提出了针对仰拱厚度不足情况下的加固补强方案,作出了病害处理的经济分析,从而指导了该隧道的病害处理,并取得了良好的效果。     

大跨度软岩公路隧道仰拱承载性能及安全性研究

以陕西宝汉高速公路连城山隧道(双洞六车道)绿泥石片岩段为例,分析了大跨度软岩公路隧道仰拱病害原因,建立了隧道仰拱的弹性地基曲梁模型,推导了仰拱结构内力、仰拱地基反力等计算公式,分析了原设计仰拱二次衬砌极限承载力和受力规律,评价了原设计仰拱结构安全性;在此基础上,探讨了各仰拱参数对仰拱极限承载力的影响规律及敏感度,计算了参数变更后仰拱二次衬砌的极限承载力,并结合仰拱受力测试,进一步考察了参数变更后仰拱结构安全性。结果表明：隧道墙脚以沉降变形为主,导致仰拱两端承受很大的竖向荷载,而原设计仰拱本身承载力较弱,加上仰拱地基软弱并且受地下水的软化效应和高应力下的蠕变效应影响,是连城山隧道仰拱开裂破坏的主要原因;仰拱最危险截面距离仰拱端部约为半幅仰拱相应圆心角的1/5~1/4处,即位于墙脚附近,与现场观察到的墙脚附近仰拱回填开裂、仰拱与仰拱回填脱离等破坏现象一致;增大仰拱厚度、减小仰拱半径、增大仰拱钢筋直径和减小仰拱钢筋间距均能显著提高仰拱极限承载力,其中减小仰拱钢筋间距的效果相对最为显著;而由于仰拱最危险截面的受压区高度很小,提高混凝土强度等级对于改善仰拱整体安全性并不显著;参数变更后的仰拱二次衬砌采用C35钢筋混凝土,厚度为1 m,半径约为13.4 m,钢筋直径为28 mm,钢筋间距为20 cm,极限承载力可达原设计的3.6倍以上,结构安全性大幅提高;为提高材料利用率,建议仰拱混凝土强度等级采用C30。     

长仰拱栈桥在黄土隧道施工中的应用

为确保黄土隧道施工安全,初期支护结构尽快封闭成环,解决隧底仰拱及填充施工质量通病,利用黄土隧道开挖非爆破作业的特点,在黄土隧道施工中利用长大仰拱栈桥。通过在长仰拱栈桥上配置仰拱模板和混凝土捣固整平装置,有效减少了仰拱立模时间,提高了仰拱混凝土振捣质量。该工装能保证隧道开挖、初期支护、仰拱开挖及二次衬砌作业有序开展,极大地提高了施工工效,经济和社会效益明显提高。     

单洞双线铁路隧道仰拱施工质量控制技术研究

为有效解决和控制仰拱厚度不够、强度不足、施工缝翻浆冒泥及上拱等施工质量问题,保障隧道工程建设和运营安全,依托渝昆高铁昭通隧道工程,采用隧道扫描系统检测仰拱开挖断面,确保仰拱厚度满足设计要求;采用液压自行式整体仰拱栈桥,优化仰拱弧形模板,实现分段分层浇筑和振捣工艺,提高混凝土施工质量;采用分离式仰拱端头钢模板,预铺仰拱端头弧形带并安装橡胶背贴和中埋止水带,提高了施工缝质量,减少了施工缝翻浆冒泥现象;设置隧底纵向排水管及逆向导水管等优化隧底排水设计措施,解决了水害造成的仰拱上拱问题;制定并落实隧道仰拱施工质量管理措施。通过在渝昆高铁昭通隧道施工中采取以上措施,实现了仰拱零欠厚,仰拱混凝土强度满足设计要求,施工缝质量零缺陷。     

正交型立体交叉隧道的动力响应研究

随着更多复线工程的修建或者受地质条件、既有建筑物的限制以及城市地下空间综合开发的需求，不可避免的会出现许多近接或者交叉的隧道。为解决正交型立体交叉隧道结构地震动力响应特性及相互影响规律等问题，在单向El地震波作用下完成了3种地震烈度、5个工况的交叉隧道振动台试验，并分别对正交型立体交叉隧道中上跨和下穿隧道环向及轴向应变在不同加载工况下的应变峰值进行分析研究。试验结果表明: 1）地震烈度越高，隧道各特征点的地震环向应变越大，下穿隧道环向应变峰值整体大于上跨隧道；下穿隧道边墙部位向应变峰值最大，下穿隧道仰拱部分次之，其次是上跨隧道的仰拱与边墙部分应变峰值。2）当地震烈度较小时，两交叉隧道的环向应变峰值基本持平。3）当地震烈度较大时，下穿隧道的环向应变峰值远大于上跨穿隧道。下穿隧道轴向应变峰值整体大于上跨隧道，且上跨隧道仰拱轴向应变峰值最大，上跨隧道仰拱次之，上跨隧道与下穿隧道拱顶轴向应变峰值最小。最后对上跨隧道与下穿隧道的动力响应规律进行了对比分析。     

从当前铁路隧道衬砌典型病害谈设计施工改进措施

铁路隧道对运营安全性要求极高,特别是高速铁路隧道。通过系统研究分析隧道衬砌典型病害（仰拱上拱、涌水、拱顶掉块风险）的原因,提出设计施工需改进的工程技术措施建议： 1)仰拱上拱的主要原因是地下水、构造应力、膨胀力、施工质量、结构刚度不足等,建议采取加强隧底防排水、加大仰拱矢跨比、加强仰拱结构刚度和强度、确保仰拱施工质量等措施; 2)涌水的主要原因是岩溶等复杂的水文地质条件、排水设施未充分发挥作用、施工质量缺陷等,建议采取加强水文地质勘察及施工地质评估、优化排水设计、提高衬砌施工质量、加强运营维护管理等措施; 3)拱顶掉块风险的主要原因是拱部衬砌存在空洞、厚度不足、施工缝缺陷等,建议采取优化施工缝结构设计、加强开挖和防水板铺设质量控制、配备先进工装设备等措施。     

隧底与围岩接触面积对接触压力影响的有限元分析

隧底脱空将影响隧底围岩与仰拱之间的接触压力大小与分布，而列车轴重的增加将放大这种影响。为获得重载条件下隧底结构与围岩之间的接触压力受接触面积影响的因素与作用规律，运用数值模拟对隧底不同接触面积下的接触压力进行计算分析。结果表明:围岩级别、隧底和围岩接触面积的大小对隧底接触压力影响显著。表现为:围岩级别越高、列车轴重越大，隧底脱空对接触压力的影响越显著；接触压力与脱空率之间呈近似线性相关；在脱空率相同时，脱空位置离拱底越近，接触压力越大，其最大、最小值分别出现在拱底以及仰拱与拱脚连接处。     

蒙华铁路中条山隧道施工关键技术

针对蒙华铁路中条山隧道在施工过程中遇到的围岩软弱易风化、仰拱开挖后基底承载力不足、斜井砂砾层承压富水和隧道涌水量大等问题,介绍施工过程中所采用的软弱围岩微台阶带仰拱一次开挖快速封闭成环、铁路单线隧道二次衬砌仰拱及仰拱填充大区段、碎石换填基底加固并在基底埋设排水管以及分段截流、反坡排水等关键施工技术。主要研究结论如下:1)仰拱与下台阶一次爆破成型,减少了爆破围岩的二次扰动,能有效控制周边收敛和拱顶沉降;2)采用24 m单线隧道全液压履带式栈桥,有效减少了仰拱之间施工缝隙对接次数,提高了仰拱的整体性;3)对有水软岩地段采用碎石换填并注浆加固,起到了良好的堵水效果;4)采取分段截流,减少了反坡施工掌子面的排水量,加快了掌子面的施工进度。     

隧道仰拱施工质量检测方法探讨

简要阐述了隧道仰拱施工过程中存在的主要质量问题及现有的检测方法，着重讨论了地质雷达法和钻芯取样法的检测原理、注意事项及改进方法，并对隧道仰拱施工质量检测方法的选取提出了合理建议。     

甜永高速公路某黄土隧道仰拱开裂原因分析及处置措施

运营后的甜永高速公路某隧道,出现了仰拱开裂等现象,通过进行补充地质勘察、现场试验及监测后发现,引起仰拱开裂的主要原因为黄土在水的浸泡下地基承载力大幅度削弱,拱脚地基承载力不足,致使拱脚沉降导致仰拱起拱弯拉而产生裂缝,导致本隧道仰拱回填及调平层混凝土开裂。针对开裂原因,通过采取钢管桩地基加固+衬砌结构加强+增设盲沟排水系统工程处理措施,取得良好的治理效果。     

不同埋深铁路隧道仰拱受力特征研究

以董志塬区银西高铁黄土隧道为例,对不同埋深条件下隧道仰拱的基底接触压力和钢拱架应力随时间的变化规律、空间分布特征及其差异性进行了对比研究。研究结果表明,浅埋隧道基底接触压力变化时间较深埋隧道略长;不同埋深隧道仰拱处最小基底接触压力均出现在拱底中心处,最大基底接触压力均出现在拱脚处,且同一部位浅埋隧道基底接触压力明显大于深埋隧道基底接触压力;在仰拱的同一部位处,深埋隧道钢拱架应力明显大于浅埋隧道钢拱架应力;仰拱部位钢拱架承受压应力为主,浅埋黄土隧道仰拱部位的钢拱架最大压应力出现在拱底中心,可达约12MPa;而深埋隧道拱脚部位的钢拱架压应力最大,可达26~33MPa。研究结果可为黄土隧道仰拱设计优化与施工提供参考。     

不同土质围岩条件下隧底围岩脱空规律与结构受力特征研究

针对铁路隧道隧底围岩脱空病害问题,采用室内试验与数值模拟方法,探明不同土质围岩类型、隧底结构形式条件下隧底围 岩脱空演变规律,给出不同土质围岩类型条件下隧底围岩脱空类型;进而,明确不同脱空类型条件下隧底结构受力特征。研究结果 表明: 1)在相同隧底围岩类型条件下,底板结构形式比仰拱结构形式更易发生围岩脱空现象;相同隧底结构条件下,黏性土、卵石 土、砂质土3 种隧底围岩的脱空程度依次降低。2)隧底围岩脱空类型主要与围岩类型有关;卵石土、黏性土和砂质土围岩最终脱空 类型依次为多处小范围局部脱空、整体性脱空、隧底中心区域大范围脱空。3)在相同围岩脱空类型条件下,底板结构受力特征变化 比仰拱结构更为剧烈,应力集中现象更为明显,更易引发隧底结构损坏。4)随着脱空范围增大,隧底结构弯矩变化量、轴力减小量 均呈增大趋势,轴力分布逐渐呈“中间大,两端小”的不均匀分布形态。