明挖超大跨度叠层隧道结构受力分析及断面优化设计

为探索明挖超大跨度叠层隧道合理断面形式及优化思路，依托望海路快速化改造工程，借助数值模拟手段，分析超大跨度叠层隧道结构受力特点，并对超大跨度叠层隧道断面形式选择、跨度优化及覆土影响进行了研究。结果表明：超大跨度叠层隧道存在顶底板弯矩过大、中板承受拉应力的问题，中板处于偏心受拉的原因为跨度过大及侧向土体对结构约束不足；大跨度明挖隧道微拱形断面受力性能最优，直墙平顶断面劣于直墙折板断面，综合考虑结构受力性能、断面利用率、经济性，对于明挖大跨度叠层隧道推荐采用直墙折板断面；对超大跨度叠层隧道结构而言，跨度的大小贡献了结构内力较大的比重，减小结构跨度对结构受力改善明显，尤其可大幅减轻中板轴力和弯矩，断面一在受力性能及工程用量方面综合优势最大；浅埋条件下，推荐顶板上覆土采用换填泡沫混凝土的方式减少上覆土容重，从而降低隧道结构顶板截面内力，改善顶板受力条件。     

城市大断面明挖隧道断面形式研究

断面形式对城市大断面明挖隧道结构内力、施工方案、工程造价等有较大影响,在统计分析我国已建成城市大断面明挖隧道断面形式特点的基础上,对郑州市渠南路隧道工程可能采取的断面形式进行研究,分析直墙平顶、直墙圆顶和直墙折板3种断面形式的受力和断面特点,并采用荷载-结构模型对影响直墙折板隧道断面内力的参数,如折板折起角度、斜板跨度和结构自重等进行研究。结果表明:渠南路隧道采用直墙折板断面可提高断面利用率,改善结构受力条件,且上述3个参数均会影响直墙折板断面内力计算结果。     

管幕冻结法浅埋大断面隧道开挖方案对衬砌性态及地层位移的影响

经验表明,在软土、浅埋大断面隧道开挖方案中,加固方式对衬砌结构受力、隧道收敛变形和地层位移影响显著。港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道具有隧道埋深浅、结构断面尺寸大、地质条件差、地理位置政治敏感性强等特点。以该隧道为背景,利用数值模拟方法,分析大直径钢管管幕冻结法施工和隧道开挖方案对衬砌结构受力和地层变形的影响。经分析发现:不同开挖方案对衬砌受力、变形和地层位移的影响显著;在分台阶开挖过程中,台阶越小,引起的衬砌受力、隧道收敛变形和地层位移越小;管幕冻结对改善衬砌受力和地层位移效果显著,根据管幕冻土受力特性对其关键受力部位提出建议。     

单洞四车道特大断面公路隧道设计与施工关键技术

针对单洞四车道公路隧道断面面积大、跨度大以及扁平率低等特点,依托广州东二环高速公路龙头山隧道工程,利用数值仿真手段对单洞四车道特大断面公路隧道的断面形式、支护参数和施工方法等关键因素进行系统的研究、分析,并对有代表性的断面进行现场实测.通过监控量测与反馈分析,评估大断面公路隧道支护结构的受力性态,完善和优化设计,合理控制工程造价,解决了特大隧道断面形状的选择、不同围岩类别条件下合理隧道支护形式及支护参数的确定等关键问题,保证了龙头山隧道的施工安全、运营安全,还可为今后类似的大跨度隧道及其他地下工程的设计、施工和造价控制提供定量依据.     

城际铁路与地下道路共构设计大断面方案比选

为合理确定城际铁路与地下道路共构设计时隧道匝道汇入主体结构的大断面方案,采用有限元计算软件Midas Civil分别对平顶顶板、折板形顶板及拱形顶板3种方案进行建模计算,分别对不同方案的位移、应力、弯矩等进行分析。结果表明,拱形顶板与折板形顶板的受力性能均优于平顶顶板,且刚度增大,应力分布合理,弯矩值大幅度减少。综合考虑施工难易程度、工程量等因素,结论是选用折板形式作为隧道与城际铁路合建段大断面的顶板施工方案,具有结构受力合理、施工技术成熟、工程造价可控三大优势。     

高速公路深覆土超大跨明挖隧道断面形式研究

为探索深覆土超大跨明挖隧道的合理断面形式及优化思路，以覆土厚5 m、单孔跨度31 m的广州新白云国际机场第二高速北段工程为依托，开展结构力学行为、技术经济、施工工艺等多方面分析。借助有限元法建模计算，明确直墙折板式断面总体最优，适用于高速公路深覆大跨隧道断面； 且通过探讨不同直墙折板尺寸对隧道结构内力的影响，得到折板最优尺寸(2 m×1.25 m)方案。同时设置不同断面高度与增设横隔梁等方式，提出在隧道顶覆土大于5 m区段断面抬高1.5 m的措施，并对超大跨的断面分析可知，难以通过加大隧道结构顶板厚度来满足深覆土承载要求，为此制定了在隧道顶设置空心板的结构设计方案。     

超浅埋大断面滨海软土隧道施工工法研究

拱北隧道为一座滨海软土隧道,开挖断面达340 m2,采用超前管幕预支护下的多台阶分部开挖方案。采用ANSYS软件对五台阶15分区方案和四台阶8分区方案的隧道结构受力规律及安全性进行了数值研究。研究结果表明:1)采用五台阶15分区方案和四台阶8分区方案都能够满足结构安全要求,但在临时支撑拆除过程中,2种方案的施工安全性差异较大;2)四台阶8分区方案在下半断面临时支撑拆除后、三次衬砌尚未施作时,下半断面边墙及仰拱处的初期支护和二次衬砌受力较大,施工安全性较低;3)各部开挖后应及时施作初期支护,并应尽快施作第2层衬砌结构,以减小拱顶下沉和地表沉降。     

扁平特大断面隧道修筑及研究概述

扁平特大断面隧道是近几年为适应多车道高速公路而发展起来的一种隧道形式。该类隧道的扁平率低,开挖方法、受力及应力重分布的情况复杂。但是,当前我国扁平特大断面公路隧道修建数量较少,施工实践经验缺乏,无设计规范或标准。为此,文章重点总结和综述了国内扁平特大断面隧道及相似工程的建设与修筑情况;对扁平特大断面隧道的施工方法、隧道力学问题及围岩稳定性、隧道断面形式等研究热点进行总结和分析。     

隧道断面检测技术及规程建议

通过隧道断面检测技术的原理和检测实践,提出了提高隧道断面检测质量的技巧,并提出了制定隧道断面检测规程的内容和形式。研制了可满足隧道施工各过程要求的断面检测的分析软件。     

大断面公路隧道二次衬砌受力特性模型试验

为研究大断面公路隧道运营期二次衬砌受力特征,开展室内相似模型试验,采用主动加载方式模拟隧道在运营过程中承受的围岩压力,对3车道和加宽带2种断面二次衬砌受力、变形及破坏规律进行研究。试验结果表明： 1）按规范设计的大断面隧道衬砌结构在设计荷载作用下内力和变形均较小,结构具有较高的安全储备; 2）衬砌各截面内力（弯矩、轴力）随围岩压力的增加呈现先慢后快的增加趋势,偏心距则呈现逐渐减小的变化趋势; 3）开挖断面越大,内力控制截面越多; 4）开挖断面大小对衬砌变形及破坏形态也有一定影响,断面越大,拱顶、边墙变形越大,衬砌各部位开裂荷载差异越明显,且衬砌开裂过程持续时间越长。     

非等大断面小净距地铁隧道施工方案分析及优化

为同时满足双线行车和右线停车线扩大断面的功能需要,西安地铁一号线枣园北路站—汉城路站区间采用非等大断面小净距黄土地铁隧道。针对断面不等大、盾构法与新奥法组合施工方案、小净距黄土地铁隧道的特点,进行了左线小断面盾构法、右线大断面双侧壁导坑法或CRD法双线依次先后贯通3种施工方案的数值模拟与比选分析。计算结果表明,与先贯通小洞、后开挖大洞的方案相比较,采用先新奥法贯通大断面隧道、后盾构法掘进小断面隧道的施工方案对围岩扰动较小,能更有利于控制地表变形;双侧壁导坑法较CRD法虽更能充分体现围岩的自承能力,有效发挥初期支护的承载能力,提高二次衬砌的安全储备,但若将先贯通的大断面隧道施工方案由双侧壁导坑法改为CRD法,可在确保工程安全的前提下降低施工成本,并加快施工进度,顺利地完成隧道建设。     

城市浅埋超大断面隧道的开挖方法探讨

重庆市轨道交通三号线红旗河沟车站位于繁华城区中心,周边环境复杂,隧道最大断面达730m2,覆盖岩层仅8.6m厚,覆跨比约为0.4,为典型的超浅埋超大断面隧道。根据工程类比,施工前对几种开挖方法进行了多次的对比分析与探讨,认为均有各自的优缺点,每种方法都得采取有效施工措施才能实现,几种开挖方法的探讨为大断面隧道的施工提供了借鉴。     

分岔隧道安全高效施工方法优化研究

为降低分岔隧道大跨、超小净距段施工安全风险,满足进度需求，结合某市政公路分岔隧道施工实例，针对隧道地质条件差、周边环境复杂和敏感度高等特点，采取将小净距段替换中间岩柱由双连拱形式优化为单侧隧道扩挖并喷混凝土回灌的方法；分岔大跨段将左右两侧导坑加大，与原有2车道断面相似，中间导坑依次减小，两侧导坑可连贯施工优化为一体化双侧壁导坑法施工，实现对大跨、超小净距段施工方法的优化，有效地控制了施工风险，并实现了快速施工。     

超大断面马蹄形盾构盾体系统研究设计及应用

为探索超大断面马蹄形盾构盾体载荷分布特性,解决超大马蹄形盾体设计关键技术问题,针对适用于单洞双线铁路隧道的超大马蹄形盾构护盾薄壳体轴向、周向载荷分布特性和传递规律展开研究,构建了盾体受载数学模型。基于上述载荷分析与功能需求详细探究了超大断面马蹄形盾构盾体的结构设计,明确了马蹄形盾体受力的薄弱环节,通过三维建模和有限元分析优化了盾体结构:壳体结构采用多半分体组合式结构,并通过法兰连接,满足了吊装和运输要求;壳体箱型环梁结构设计,在保证结构强度要求的同时节省了材料、减轻了质量;此外,进行了盾体的梭式结构、帽檐设计和超前注浆通道设计等针对性设计,有效提高了马蹄形盾构的适应能力。该马蹄形盾构的应用和盾体变形工业性监测试验表明,马蹄形盾构盾体结构满足整机平稳掘进、盾体微变形的要求,也印证了该数值模拟分析方法的正确性。     

软土地层大断面矩形隧道结构施工力学行为监测与分析

为确保软土地层大断面矩形下穿隧道施工时的安全,以昆明轨道交通3号线区间浅埋暗挖隧道为依托,采用中导洞法,将全断面分成6个导洞按照先中间后两侧、先上面后下面的顺序施工,并采用现场监测和理论分析的方法对隧道支护结构受力进行全过程监控与分析。监测分析结果表明:在矩形隧道顶部与侧面设置超长大管棚条件下,隧道初期支护内力变化较小,因受不同导洞开挖扰动影响,隧道结构底部出现受拉现象,导洞(2)(中下导洞)、导洞(4)(左下导洞)和导洞(5)(右上导洞)对整体结构安全起决定性作用,需要重点监控;最大围岩接触应力出现在导洞(4)(左下导洞)底部,隧道4个角的围岩应力明显大于其他部位,需要加强隧道底部基础注浆,以提高地基承载力;临时支护应力受不同导洞开挖影响出现明显的波动,很好地反映各导洞施工过程中围岩应力释放的特征。     

基于气动效应的特长隧道断面优化探讨

铁路隧道净空面积的确定，不仅应考虑隧道建筑限界和机车车辆限界，还要考虑列车通过隧道时诱发的空气动力学效应。基于一维、可压缩、非定常的流动假设，推导得到车内瞬变压力、洞口微气压波和空气阻力计算公式，并结合这3个指标对现有城际铁路、高速铁路隧道设计规范进行论证和优化。结果表明： 针对大于10 km的特长隧道，在一定长度范围内，且在提高列车密封水平、增加洞口微气压波缓冲结构的情况下，可对特长隧道净空断面进行优化。     

大断面铁路隧道塌方处理过程中初期支护结构安全评估

为评估隧道塌方处理过程中初期支护结构的安全稳定性,首先对某大断面铁路隧道Ⅳ级围岩塌方处理方案进行描述,通过涌入隧道内的塌方量预估隧道上方坍塌空腔高度,并初步探测出塌体位于隧道上方的高度,加上混凝土填充高度,同时考虑一定的安全系数,计算松散体岩土柱作用于隧道初期支护结构上的垂直荷载强度;然后采用荷载-结构模型,运用ANSYS软件对处理后的初期支护结构进行承载内力模拟,同时结合《铁路隧道设计规范》对其进行安全性评估,为施工方案的确定提供理论依据和决策支持;最后在安全评估的基础上,选择合理的初期支护结构,确保后续隧道施工安全及结构稳定,同时给出塌方段施工安全措施。     

大断面隧道浅埋段盖挖法施工实例

介绍云桂铁路石林隧道、老笑一号隧道浅埋段有边桩盖挖法和无边桩盖挖法2个施工实例,总结铁路双线大断面隧道浅埋段采用盖挖法施工的关键技术,对大断面隧道浅埋段采用盖挖法施工的适用条件进行探讨,提出采用盖挖法替代浅埋暗挖法施工的条件,即当交通、水电等外部施工条件较好时,在一般地层隧道覆跨比为0.4～0.6的超浅埋段,岩溶洼地覆跨比为0.6～1.0的浅埋段可考虑采用盖挖法替代浅埋暗挖法施工。