浅埋隧道局部存水冻胀作用机制与安全性评价

为揭示寒区隧道局部存水冻胀作用机制并提出有效的衬砌结构安全评价方法, 设计了三维地质力学模型试验, 通过设置3种积水范围冻胀试验工况, 观测冻胀过程中裂缝开展和衬砌结构受力等情况; 改进了局部存水冻胀数值计算方法, 建立了基于岩体力学法并耦合冻胀力和围岩荷载的冻胀数值模型, 对比了不同存水位置、不同局部存水厚度和不同存水范围下隧道冻胀力和结构内力的变化规律, 进一步揭示了局部存水冻胀对隧道受力的影响机制, 评判了衬砌结构的安全性。分析结果表明: 局部存水冻胀具有显著的区域性特征, 衬砌冻胀开裂发生在局部存水与非存水交界处, 冻胀力大小取决于交界处冻胀产生的应力集中效应, 衬砌裂缝多为纵、斜向裂缝; 衬砌局部存水冻胀最不利位置由优到劣依次为拱脚、边墙、仰拱、拱腰和拱顶, 衬砌受力随局部存水厚度的增大而增大, 局部存水范围的增大有利于衬砌受力均匀化; 不同部位局部存水冻胀条件下衬砌结构容许压应力比均小于1, 满足抗压检算要求; 拱顶、拱腰和仰拱容许拉应力比均大于1, 不满足抗拉检算要求, 实际工程应针对上述部位采取适当的防冻胀措施予以处治; 揭示的隧道局部存水冻胀作用机制和建立的衬砌结构安全性评价方法为寒区隧道冻害防治提供了一定理论依据。      

基于T-S模糊故障树理论的公路隧道冻害分析方法

提出一种新的基于故障树理论的公路隧道冻害分析方法,以隧道冻害发生为初始事件,以隧道衬砌漏水结冰、路面溢水结冰、衬砌剥落掉块为后续事件,建立隧道冻害故障树,采用T-S模糊故障树计算方法对各底事件的重要度进行分析.结果表明：防水层破损、注浆堵水层失效、地下水侵入是导致隧道衬砌漏水结冰的关键问题;围岩中地下水丰富、排水设计施工不当、排水沟结冰冻胀是造成隧道路面溢水结冰的主要原因;衬砌施工质量不合格和衬砌原材料质量不合格是造成隧道衬砌剥落掉块的重要因素.因此,在寒区公路隧道设计和施工中一定要重视防排水工作,同时需要加强对衬砌材料劣化和材料耐久性的研究.     

冻胀力作用下土质隧道衬砌内力影响因素敏感度分析

运用有限元数值模拟,计算分析了隧道衬砌内力(弯矩、轴力、最大拉应力)对土体冻胀率、冻结圈厚度、衬砌厚度、围岩弹模的敏感度。研究表明:隧道衬砌弯矩、轴力及拉应力对围岩自由冻胀率均敏感;隧道衬砌轴力、拉应力对围岩弹模敏感,而隧道衬砌弯矩对围岩弹模的敏感度较小;隧道衬砌内力受冻结圈深度影响较为明显,而衬砌厚度对衬砌内力影响相对最弱。建议对于季节性冻土区隧道设置保温隔热层及在衬砌背后一定范围内的注浆。     

超高边坡开挖对既有隧道衬砌结构安全影响分析

以某临近既有隧道的道路改建高挖方边坡工程为研究对象，利用有限差分软件模拟分析了边坡逐级开挖过程中隧道衬砌结构变形与主应力的变化规律，计算了衬砌结构安全系数进而评价隧道结构稳定性，并结合现场测量数据分析验证仿真模拟的可靠度。结果表明：随着超高边坡逐级开挖，隧道衬砌结构各部位变形均增大，最大主应力从压应力变为拉应力而最小应力均表现为压应力；安全系数大幅度降低，Ⅲ阶段右拱腰存在局部破坏风险，Ⅳ阶段拱顶与左边墙易受拉破坏；模拟值高于实际值，减少边坡爆破施工可确保隧道运营阶段的安全性，可为相似工程提供一定参考价值。     

近接施工对通车运营隧道影响数值分析

通过对某隧道出现二次衬砌板缝间错台、局部开裂等病害的调查、分析,并应用Midas/GTS NX对隧道近接施工进行动态数值模拟,结果表明,隧道近接施工对二次衬砌的受力状态和整体稳定性影响显著,是导致隧道二次衬砌板缝错台和局部二衬开裂的主要原因。     

隧道过断层受力机理相似模型试验研究

为研究山岭隧道过断层衬砌结构的受力变形规律及破坏机制,以我国西南某地区山岭隧道过断层工程为例,基于相似模拟法进行隧道过断层的相似模型试验。研究结果表明:距离断层区域越近,隧道衬砌结构受到的影响越大;断层错动对隧道衬砌结构拱顶产生的应力集中在下盘区域,对隧道仰拱产生的应力集中在上盘区域,其破坏形式主要表现为张拉和剪切破坏。通过分析可知,该断层对隧道衬砌结构的影响范围在30 m以内,因此,须对该影响范围内的隧道衬砌结构进行加固。     

隧道富水区段衬砌渗漏水治理技术探讨

隧道工程施工建设由于其特殊性,需要在原有地质地层中挖空在施工作业,因此,形成了隧道衬砌地下水低压力区,这对地质底层原有的水平衡造成破坏,这部分区域施工质量在很大程度上决定着整个运营隧道的防渗能力。通过对某一隧道的地质状况及衬砌渗漏水的情况进行分析,对隧道富水区段衬砌渗漏水治理技术进行了研究。     

侵蚀性地下水对隧道支护体系的破坏及处置技术

某隧道穿越石膏盐地层,通车运营2a后,衬砌出现开裂且局部呈溃裂状态。通过对围岩、地下水、初期支护及二衬混凝土、相关腐蚀产物等进行试验检测,发现围岩地下水富含SO2-4,分析认为衬砌破坏的主要原因是初支混凝土遭受碳硫硅钙石型为主的外源性硫酸盐侵蚀,引发初期支护强度损失,导致围岩变形加剧及二衬混凝土破坏。并根据衬砌开裂的不同程度,提出了针对性处置措施。研究成果能为类似工程问题的分析及整治提供有益借鉴。     

高寒山区浅埋隧道冻胀特性及防寒措施分析

高海拔寒区隧道的建造经验相对较少,建成的隧道存在衬砌结冰、隧道开裂漏水、隧道墙体剥落酥碎等问题,隧道建设质量相对较低,功能大大削弱,且存在严重的安全隐患,导致养护工作十分困难。针对季节性寒区隧道工程,明确目前在寒区隧道研究中存在的不足,综合考虑寒区隧道中温度等因素对围岩冻胀率和衬砌约束强度的影响,有针对性地提出寒区隧道冻害防控措施。     

衬砌裂缝对隧道稳定性的影响分析

由于地质、设计、施工以及运营管理等方面的原因,运营中的隧道常常出现一系列的病害,其中最常见的就是隧道衬砌裂缝,严重影响了隧道的交通运营安全。以重庆八一、向阳隧道的病害治理工程为背景,运用有限元软件ANSYS对隧道衬砌裂缝受力性能进行数值模拟分析。结果表明:衬砌裂缝的存在导致衬砌应力集中,严重时甚至影响隧道结构的稳定性;裂缝深度越大,隧道结构位移、应力越大,裂缝尖端的应力集中现象越明显,最终应力达到材料的强度极限,从而导致隧道的失稳破坏。     

寒区隧道温度场变化规律及空气幕保温效果

隧道洞口段铺设保温层不能完全解决寒区隧道的冻害问题,为此提出一种新型寒区隧道空气幕保温系统,采用叠加原理、分离变量法和贝塞尔特征函数建立列车风影响下寒区隧道温度场计算模型,研究不同列车运行速度和运行间隔时寒区隧道温度场的分布规律,验证了新型寒区隧道空气幕保温系统保温效果. 研究结果表明:当外界气温为 ?30 ℃,围岩地温为5 ℃时,隧道洞口段铺设保温层已无法满足寒区隧道保温需求,应与主动保温措施联合;寒区长大隧道结构防寒不应仅在洞口段,若列车运行速度大（大于200 km/h）、列车运行频率高（间隔小于30 min）,寒区长大隧道需要全隧道防寒;50 m的保温空气幕联合1 050 m的保温层可以满足外界气温为 ?30 ℃、围岩地温为5 ℃、列车运行速度为300 km/h、列车运行间隔为10 min这种极端情况下寒区隧道的保温需求.      

Stresses and Shear Fracture Zone of Jinshazhou Tunnel Surrounding Rock in Rich Water Region

Field evidence has shown that large-scale and unstable discontinuous planes in the rock mass surrounding tunnels in rich water region are probably generated after excavation. The tunnel surrounding rock was divided into three zones, including elastic zone, plastic damage zone and shear fracture zone fof assessing the stability of the tunnel surrounding rock. By local hydrogeology, the stresses of surrounding rock of Jinshazhou circular tunnel was analyzed and the stress solutions on the elastic and plastic damage zones were obtained by applying the theories of fluid-solid coupling and elasto-plastic damage mechanics. The shear fracture zone generated by joints was studied and its range was determined by using Mohr-Coulomb strength criterion. Finally, the correctness of the theoretical results was validated by comparing the scopes of shear fracture zones calculated in this paper with those from literature.     

省道216线和田至布雅路基防水毁工程设计探讨

以省道216线和田至布雅段路基防水毁工程设计为例,分析了该段公路的水毁类型、产生原因,并结合该项目特有的地形、地貌、气候等特点采取了相应的工程措施,可为今后山区公路路基防水毁设计提供参考。     

小导管双液注浆技术在隧道涌水处理中的应用

结合某隧道工程涌水处治的施工实例,从地质条件和原隧道施工的具体情况出发,详细分析涌水产生的原因,对小导管双浆液注浆止水施工的关键技术和工序进行探讨,可为同类病害处治工程提供参考。     

海底隧道涌水量预测及应用研究

涌水量预测是海底隧道防排水设计和施工措施制定的依据.文中采用半无限空间的水文地质计算模型,结合某海底隧道具体水文地质和工程地质情况,选择9个典型剖面,分别采用经验解析法和数值模拟法计算隧道涌水量.对两种方法的适用性进行了评价比较,并阐述了适用条件.     

导热系数对寒区隧道温度场时空分布的影响

寒区隧道温度场对其抗防冻设计至关重要,围岩和支护结构的导热系数对温度场时空分布具有显著影响. 以寒区公路运营隧道为计算模型,采用理论推导、现场实测、数值仿真等方法对寒区隧道温度场的时空分布受导热系数的影响规律进行了研究. 研究结果表明:在任意时间点,变温圈内各点的温度均随支护结构导热系数的增大而降低,且支护导热系数越大,同位置处的温度降低速率越小;在任意时间点,支护温度随围岩导热系数的增大而升高,围岩温度随其导热系数的变化呈现分区性;可将围岩变温圈分为Ⅰ区和Ⅱ区:Ⅰ区内的各点温度随围岩导热系数的增大而升高;Ⅱ区内的各点温度随围岩导热系数的增大而降低;时间越长,Ⅰ区和Ⅱ区分界线的斜率和截距越大. 研究成果可为寒区隧道的抗防冻设计及选线提供借鉴和参考.      

隧道工程中的水文地质勘察与预测

在隧道建设和运营过程中会经常遇到水害,尤其是涌水、突水（突泥）危害性更大,会造成巨大的财产损失和人员伤亡。降低水害影响除了要合理设计、科学施工外,还应重视水文地质勘察工作,为设计提供准确的地质资料,尤其当隧道穿越高水位富水地段时,更应重视涌水灾害,加强科研攻关,广泛运用勘察新技术。以佛岭隧道为例,对隧道涌水量预测常用方法加以介绍,对于隧道工程的水害防治具有重要的参考价值。     

战时铁路隧道快速抢修技术初探

根据战时铁路隧道不同的破坏形式,重点分析了隧道的破坏机理。针对轻度破坏、中度破坏和严重破坏三种不同程度的破坏设想分别做出了相应的抢修技术初步探讨。其中,着重介绍了清方（改路堑）、加固边墙、补强拱圈、修建临时明洞（棚洞）、暗挖、洞门防护等技术措施,并提出快速抢修的一些其他思路,以期为战时铁路隧道抢修技术和平时病害整治提供参考借鉴。