基于现场实测的隧道初期支护受力模式分析

为研究隧道初期支护的受力模式,以蒙华铁路在建隧道为工程依托,开展隧道洞周位移和初期支护受力状态的现场测试。结果表明:1)初期支护普遍受压,结构处于小偏心受压状态;2)隧道洞周位移收敛值较小,且隧道整体向净空侧变形,与初期支护普遍受压的受力模式一致;3)洞周位移、锚杆轴力和初期支护的受力状态均不符合塌落拱式的受力模式,而符合围岩与支护相互作用而产生的形变压力特征;4)格栅钢架对结构的抗压-剪承载力贡献非常小,初期支护斜截面的抗剪强度主要由混凝土控制,格栅钢架的作用仅是在混凝土开裂后提供峰后韧性。     

长距离深槽大口径沉管运营期排水受力分析

整体沉管施工是城市长距离引水工程中一种较为常见的施工方法,运营阶段的排水过程会引起管线结构受力变形的变化,为维修人员和管线带来一定的安全隐患。本文以南宁市邕江引水工程为依托,采用有限元分析方法研究了管线在排水过程中受力变形的变化。研究结果表明,管内水头高于管顶标高时,管中心未产生竖向位移,当管内水头降低至管顶标高时,管线开始出现上浮趋势。在内外水压作用下沉管管壁呈受压状态,且随着管内水压的降低管壁压应力有明显增加,排水过程中管线的应力满足设计要求。     

循环荷载作用下埋地管道力学与变形性能研究

针对循环荷载作用下埋地管道力学与变形性能开展试验研究,综合分析管道埋深(H)、管壁厚(t)、荷载水平(P)、加载频率(f)和循环次数(n)等因素对管道性能的影响。试验结果表明:同等条件下增加管道埋深可有效减少地表循环荷载对管道径向变形和管周土压力影响,管顶土拱效应使管顶竖向土压力明显大于管顶,且管道水平径向距管中心2D～4D范围内水平土压力明显大于竖直土压力;管壁厚增加51. 4%时,管道垂直和水平径向变形比分别减少了43. 3%和35. 7%,且管道上腰部由受压过渡为受拉状态,且过渡区随管壁厚增加而向管顶附近移动;提高循环荷载水平或降低荷载循环频率,管道变形、加载板沉降、管周土压力以及管周应力都明显增加,表明相同循环次数时高水平或低频率循环荷载对埋地管道影响更为显著;随着循环次数增加,管道径向变形比和管周土压力初期迅速增长,加载后期逐渐趋于稳定或出现回落,加载板沉降持续增加,埋地管道向着加载板地基破坏的趋势发展。     

大管径大推力热力山岭隧道关键技术研究

为确保热力山岭隧道工程的安全快速施工和热力管道的安全运行维护,在隧道方案设计中,经过重难点技术问题归类、理论计算和多专业综合研究论证,得到如下结论:1)充分利用地形特点实现自然通风与机械通风的结合,可保障管道运行期间维护人员的安全; 2)通过隧道结构内增设整体道床和轨道运输系统,可确保管道的日常检修和后期更换需求; 3)通过隧道内设置通风设备监控、给排水设备监控及温湿度监测的隧道BAS监控系统,可确保管道的安全运营和日常维护; 4)除大推力固定支架采用现浇外,一般推力支架均采用预埋的方式,可确保隧道的安全施工和建设工期。     

黄土隧道洞口段支护结构的力学特性分析

为了解浅埋偏压黄土隧道洞口段支护结构的受力状况,对刘家坪2^#隧道洞口段围岩压力、钢架应力、喷射混凝土应力、纵向连接筋应力、锚杆轴力及拱部下沉进行施工监测,并采用有限元法对隧道支护结构进行计算分析。结果表明：在浅埋偏压条件下,黄土隧道拱部发生了平面偏移,拱顶下沉量大于净空收敛量;围岩压力分布呈不对称猫耳状;钢拱架左侧轴力大于右侧轴力,总体受力很大,在支护体系中作用很明显;拱部和边墙喷射混凝土处于受压状态,而底部多为拉应力;拱部系统锚杆对结构的稳定性作用不大,而锁脚锚杆对结构的稳定性有一定的作用;纵向连接筋受力非常大,对隧道整体的稳定性很有利;应取消黄土隧道洞口段系统锚杆,采用由钢拱架、钢筋网、锁脚锚杆、喷射混凝土、纵向连接筋组合形成的初期支护结构。     

高烈度地震区连拱隧道薄直中墙抗减震措施及破坏模式研究

依托宁巧隧道出口段薄直中墙连拱隧道工程,针对其地震烈度高、中隔墙薄(宽厚比仅为0.19)的特点,通过有限差分数值方法,研究了钢带加固、中墙上端和下端设置隔震橡胶支座3种措施的抗震性能。在Ⅷ度和Ⅸ度地震烈度情况下分别对比不同措施对中墙及隧道整体的抗震效果,最后通过振动台试验,研究了有无钢带加固连拱隧道结构在地震作用下的破坏特征。结果表明：连拱隧道薄直中墙抗震受力最不利位置在中墙底部;上述措施均使得直中墙内力减小,安全系数提高;仅从中墙受力来看,优先推荐中墙下端设隔震支座措施;从连拱隧道整体来看,应优先推荐钢带加固;振动台试验表明连拱隧道结构破坏模式主要为受弯破坏,且严重震害集中在与中墙连接的拱肩和拱脚部位,验证了钢带加固抗震措施对连拱隧道结构震害程度的减弱具有显著效果。     

类矩形盾构隧道结构整体安全性试验与分析

为研究类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的整体安全性,针对2环纵向接缝构造相同,管片配筋不同的衬砌结构进行整环足尺加载试验。试验通过30点集中荷载模拟类矩形盾构衬砌结构在意外堆载工况下的实际受力,利用位移计和电阻应变片等传感器得到类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的破坏过程、结构变形、接缝变形及螺栓应变等试验结果,对其进行分析得到了类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的破坏机理;并对比分析了2环试验结构试验结果,探究了不同管片配筋量对结构受力性能的影响。最后,从结构鲁棒性角度出发,分析了意外堆载工况下类矩形盾构隧道结构的鲁棒性指标,对类矩形盾构隧道结构整体安全性进行评价,并通过对比分析2环试验结构的鲁棒性指标,为提高类矩形盾构隧道结构整体安全性提出管片优化设计的建议。研究结果表明:类矩形盾构隧道衬砌结构的薄弱环节为管片间的纵向接缝及T块与中柱连接处;纵向接缝构造形式相同前提下,管片配筋量增加对纵向接缝受力影响不明显,不能使类矩形盾构隧道结构的鲁棒性明显提升;管片截面抗剪不足导致结构局部破坏而失去承载力不利于结构的鲁棒性,可通过优化管片本体截面的抗剪承载力提高类矩形盾构隧道结构的整体安全性。     

水环式真空泵在管内混凝土真空辅助泵送中的应用

合江长江一桥为主跨530 m的中承式钢管混凝土桁架拱桥,拱肋管内混凝土设计为C60高性能自密实微膨胀混凝土,采用真空辅助泵送法施工.经过工艺试验和实桥施工证明:拱肋钢管内抽真空时采用水环式真空泵,施工方便快捷、达到的真空度高、经济性好,非常适合应用于钢管混凝土拱桥管内混凝土真空辅助泵送工艺中.     

先导管盾构隧道——水下隧道构筑新方法的构想

为进一步提高隧道防水的可靠性,特别是针对超大水深和沿线地质条件变化较大情况下建设水下隧道的需要,对现有的沉管隧道和盾构隧道结构及施工技术进行对比分析,采取提炼基本技术元素加以创新组合的方法,提出全新的先导管盾构隧道构想及其施工方法和施工用水盾构。以在水底铺设的管道作为先导管和防水结构,在管道内推进盾构进行排水,创造干施工条件进行隧道管片拼装;然后压力注浆填充间隙,使先导管和隧道管片形成整体,构成隧道主体结构。这种隧道的构筑方法和专利技术对地质条件要求低,能适应较大的水头压力,且具有较好的防水可靠性,同时顺应建筑工程产业化的技术发展趋势,为提高建筑装配化率和构件标准化水平提供了空间,有望在不久的将来成为新的主流技术。经济指标对比分析结果表明:1)先导管盾构隧道防水结构费用占比增加; 2)相较盾构隧道,盾构推进挖土费用大幅减少; 3)相较沉管隧道,主体钢筋混凝土费用和主体结构总费用均大幅减少,具有一定的经济优势。     

基于自制试验平台的公路隧道破坏特征实例研究

为了探究和平公路隧道衬砌结构发生开裂的原因及特征,自行研制了适用于该研究的隧道结构性能测试平台。试验平台由控制系统、供压系统和加载系统组成,能够实现对隧道模型任意位置的精确加载,可研究隧道结构在多种形式外荷载作用下的力学性能。基于该试验平台,以和平公路隧道二次衬砌为原型,根据其现场测试结果进行了几何相似比为10的物理模型试验,详细分析了隧道结构在试验过程中的变形规律和破坏特征。将模型试验结果与现场裂缝分布特征进行对比以验证试验结果的可靠性,并根据试验结果对隧道原型的工作状态进行评估。研究结果表明:在依据现场实测确定的偏压加载工况下,隧道结构整体呈压扁趋势,最大径向位移位于拱顶右侧;结构的受力变形过程可分为3个阶段,分别以拱顶开裂和仰拱开裂为分界点;拱顶内表面和拱脚外表面被拉裂,边墙内表面由于局部压应力过大也产生开裂;拱顶最先开裂且开裂情况最为严重,偏压一侧边墙较另一侧边墙严重;随着外荷载的增加,拱部开裂状况加剧,最终形成主开裂区并引起结构整体的失稳破坏;模型试验结果与隧道现场裂缝分布特征基本吻合;隧道原型研究断面目前虽处于安全状态,但应及时采取有效的处治措施,防止衬砌裂缝的进一步发展和结构的失稳破坏。     

波纹钢板在隧道明洞结构中的应用研究

为研究波纹钢拱圈式隧道明洞结构的力学性能,为该类型隧道明洞结构的应用提供理论依据,以某隧道窗孔式明洞为工程背景,采用有限元数值模拟方法进行受力分析。首先,分析明洞结构中基础底座、混凝土拱圈和波纹钢拱圈的应力分布特点;其次,从弯矩、轴力和位移3个方面研究波纹钢板的厚度对该明洞结构受力的影响;最后,从弯矩、轴力和位移3个方面研究钢拱圈不同矢跨比对该明洞结构受力的影响。研究结果表明： 1）基础底座的内外墙根部截面应力较大,为结构受力最不利位置,混凝土拱圈和波纹钢拱圈在拱脚和拱顶附近位置处受力较大; 2）随着波纹钢板厚度的增加,内外墙底部截面的弯矩均有所减小;外墙底部截面的轴力有所减小,而内墙底部截面的轴力有所增加;钢拱圈的横向和竖向位移均有所减小; 3）随着钢拱圈矢跨比的减小,内外墙底部截面的弯矩不断增加,且内墙底部截面弯矩增加更为明显;内外墙底部截面的轴力不断减小; 钢拱圈的横向位移不断减小,竖向位移出现先减小后增加的趋势。     

连拱隧道衬砌厚度不足对结构安全性的影响研究

为解决因衬砌厚度不足而诱发的连拱隧道结构裂损及安全问题，针对整体式曲中墙连拱隧道，通过相似模型试验，重点研究衬砌厚度不足条件下连拱隧道围岩压力特征、衬砌内力分布以及裂损演化规律。研究结果表明： 1)连拱隧道中墙墙角部位的弯矩最大，中墙墙角外表面产生裂缝,内表面结构压溃，裂损程度最为严重，为最不利位置。 2)衬砌厚度不足部位的边缘是衬砌薄弱截面，左线左拱肩存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置右边缘的衬砌内侧开裂；左线左边墙存在衬砌厚度不足时，厚度不足位置上边缘的衬砌外侧开裂。 3)连拱隧道中墙顶部与拱腰接触部位出现较大的拉应力，衬砌厚度不足位置的改变对中墙顶部衬砌受力造成一定的影响，厚度不足位置对侧隧道中墙右上角部位的裂缝出现晚于拱顶裂缝，是连拱隧道结构破坏的重点区域。     

鹧鸪山特长公路隧道通风平导新型中隔墙技术可行性研究

特长公路隧道的通风平导采用混凝土中隔墙会导致施工进度缓慢且通风阻力增大,针对这一弊端,提出钢波纹板代替混凝土的新型中隔墙技术。通过数值模拟,从通风性能、力学性能、耐火性能等方面对新技术进行可行性分析,同时对其耐久性、密封性等其他性能进行研究。结果表明: 1)采用新型中隔墙会因风道断面面积增大而导致断面风速略有降低(约4%),但不影响通风效果; 2)平导拱顶沉降增至3. 783 mm,且固定柱轴力为124. 576 kN,未影响结构安全; 3)主洞发生火灾时平导内烟流未出现回流,且最高温度(168 ℃)未超过钢板正常使用范围; 4) 钢波纹板的耐久性、密封性等均满足要求; 5)新型中隔墙技术在保证施工进度的同时也满足特长公路隧道的通风防灾要求。     

深厚软土区基坑施工对临近地铁隧道影响分析

针对深厚淤泥质软土地区、高承压水等不利条件下的基坑开挖对临近运营地铁隧道结构影响问题，以临近武汉地铁2号线某综合管廊基坑施工为背景，构建了三维数值分析模型，系统分析了基坑施工对自身围护结构变形、地铁隧道结构位移及受力的影响。研究结果表明：基坑开挖引起的围护结构水平向、竖向最大位移值分别为11.5 mm、1.44 mm，地铁隧道结构最大水平向、竖向位移分别为0.42 mm、0.21 mm，盾构管片最大轴力、剪力及弯矩分别为1 479.65 k N/m、48.38 k N/m、109.77 k N·m/m，数值分析结果均在规范限值以内。研究成果可为类似基坑施工对临近建构筑物安全风险评估提供借鉴。     

新建公路近距离上跨既有铁路隧道力学效应影响分析

以西双版纳新建公路上跨既有玉磨铁路南联山隧道工程为依托,基于有限元软件ANSYS建立隧道结构三维力学模型,模拟公路路基施工前、施工中和运营期的各种工况,分析隧道结构位移、应力、内力和安全系数等变化规律;采用监控量测验证计算分析的准确性.结果 表明:新建公路路基施工引起隧道结构最大附加位移0.3mm,最大附加拉应力0.3...     

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。     

湛江湾跨海盾构隧道管片变形与受力分析

以湛江湾跨海盾构隧道工程为背景,应用数值分析方法,建立了单环衬砌结构的三维有限元精细模型,研究了在不同水头作用下单环管片结构以及接缝部位的变形情况。采用修正惯用法得出在最大水头作用下管片结构的内力分布,由此推算出管片内、外侧的环向钢筋应力,并与现场的应力监测数据进行对比。研究表明： 1）高水压作用下,单环管片衬砌的变形呈现“横鸭蛋形”,且管片结构变形和接缝张开量均与外水压力变化呈线性关系; 2）作用水头每增加10 m,衬砌结构中各接缝张开量绝对值约增加0.5 mm; 3）采用修正惯用法计算得到的钢筋应力与实测结果较为吻合,较好地反映了隧道管片的实际受力状态。     

富水含砂软土地层施工对临近桥梁影响分析

针对深厚软土地层、高承压水等不利条件下的基坑开挖及顶管施工对临近桥梁结构影响问题,以临近武汉常青路高架桥梁某电力通道工程施工为背景,构建了三维数值分析模型,系统分析了基坑开挖及顶管施工对高架桥梁结构位移及受力的影响。研究表明：基坑开挖及顶管施工引起的桥梁结构最大水平向、竖向位移分别为1.31mm、1.13mm,桥梁结构最大轴力、桥桩弯矩分别为6694.4 kN、263.3kN·m,施工前后轴力累计变化率为-1.79%,弯矩累计变化率为1.35%,桥梁结构受力变化较小,均在规范限值以内,表明本工程设计方案是可行的、合理的。设计方案和研究成果可为临近桥梁结构安全施工提供支撑。     

让压锚杆让压管长度的解析设计方法

为确保让压锚杆在高地应力软岩大变形隧道中起到良好的让压性能，保证围岩释放变形能的同时能有效保持围岩的稳定性，基于锚杆中性点理论，在分析围岩与锚杆的相互作用时考虑让压管的让压效应，假定由让压变形量引起的相对拉伸变形量沿隧道半径符合双曲线的变化规律， 通过建立锚杆中性点两侧轴向拉力的平衡方程，推导全长锚固让压锚杆的内力计算公式。结合昆宜高速万溪冲隧道工程，得到让压锚杆的轴力分布情况及其随让压管长度的变化规律： 锚杆最大轴力随让压管长度的增加而减小，而轴力的分布形式变化不大。在此基础上得出让压管合理长度范围的设计准则： 由锚杆抗拉极限轴力确定让压管长度的下限值，以保证让压锚杆不因拉断而破坏； 根据隧道洞壁处锚杆受到的黏结摩阻力确定让压管长度的上限值，以确保锚杆中性点理论假设始终成立。     

地铁盾构施工对上覆平行雨污管道影响的试验和数值分析

为研究隧道盾构施工条件下上覆大直径雨污管线的变形和内力特征,以北京市某典型地铁隧道盾构工程为例,采用模型试验方法和数值模拟计算方法对管隧平行条件下盾构施工引发上覆雨污管线变形与内力过程进行研究与验证,同时对管隧竖向净距l和管隧横向间距d的变化进行研究。研究表明： 1）盾构隧道施工引起的上覆雨污管线沉降基本呈现平缓分布,需在施工时对管节接口处加密布设监测点,提高监测频率。2）管线顶部与底部均出现受拉状态,需对各管节采取抗拉防护措施。3）隧道和管线都处于类似地层并采用盾构施工时,l在6D范围内（D为隧道直径）、d在4D范围内为管线变形敏感区,管线应力随l和d的增加而减小。