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。     

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。     

义乌市机场路超大跨度地下通道断面型式分析

以义乌市机场路地下通道工程为例,对可能采取的断面型式进行分析比选,同时对影响结构受力的参数,如折板拱高,折板拱宽及顶板自重等进行分析。结果表明:对于跨度在25 m左右的超大跨度地下通道工程,当折板拱高2.5 m,拱宽5.0 m,顶板厚1.2 m时,整个结构受力较合理,经济性较高。所得结果可为类似工程设计提供参考。     

不同断面形状的装配式波纹钢管隧道受力特性对比

为了明确装配式波纹钢管隧道(FCSPT)在不同断面情况下的受力特性，设计了3种断面形状(圆形、管拱形、半圆形)的跨度均为10.4 m的波纹钢管(明挖)隧道，并借助ABAQUS有限元软件建立二维平面应变模型，对不同断面形状的装配式波纹钢管隧道在覆土荷载作用下的变形、内力、应力以及管周土压力分布情况展开研究。研究结果表明：相同覆土情况下，半圆形波纹钢管隧道变形远远小于圆形及管拱形；3种断面隧道内力最大处有所不同，圆形隧道在仰拱及起拱线位置，管拱形隧道在拱腋及其下方曲率变化较大处，而半圆形隧道集中在拱脚位置；3种断面形状的波纹钢管隧道起拱线以上区域管周土压力分布非常接近，而圆形与管拱形隧道之间管周土压力的差别主要出现在起拱线以下的拱腋及仰拱区域。     

接线方案对小净距隧道群的结构选型影响研究

以改扩建工程荷坳隧道为研究对象，在对双洞双向八车道叠层盾构隧道与洞外分离式八车道路基之间的隧道接线方案研究的基础上，对YK2+720～YK3+180段460 m范围内隧道结构断面型式、变形及内力分布变化规律等进行了三维有限元数值仿真分析。综合接线方案、制约性边界条件、路线间距、地形地质等因素，对小净距隧道群分段选用了明挖顺做法的错位叠层分离式隧道和错位叠层整体式隧道，暗挖钻爆法的分离式隧道和整体式中墙连拱隧道等组合方案进行了研究，确保了工程建设的安全性和经济性，有效减少了环境影响，研究成果可供类似工程借鉴参考。     

超大断面装配式明挖隧道结构及其施工方法研究

为提高隧道工程建设质量，针对国内明挖隧道装配式结构发展不成熟问题，以新森大道隧道为依托对超大断面明挖隧道装配式结构体系及施工方法展开研究，同时建立适用于公路、市政超大断面隧道装配式明挖结构体系，即“全预制”“仰拱现浇+上部预制”，并提出结构构造厚度建议值及多道防水构造方案。通过分析总结和数值模拟得出： 1）“仰拱现浇+上部预制”4分割方案在回填工序下的结构力学响应动态分析结果表明，该分割方案在施工过程中，结构应力、位移以及连接部位接头的张开角等均满足规范要求，且具备一定安全储备； 2）结合依托工程，提出一种适应于超大断面明挖隧道装配式结构的“边墙安装—仰拱现浇—拱顶拼装—细部作业—覆土回填”的施工方法及步骤。     

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。     

大跨度深埋城市隧道横断面结构形式及应用——以苏州市春申湖隧道为例

以苏州市春申湖快速路工程为研究对象，分析城市快速路系统越来越多采用地下敷设形式的根本原因。结合春申湖隧道工程的工程实践，针对大跨度深埋隧道的具体应用场景，通过对比各种隧道横断面的结构型式、受力特点和适用范围，推荐具有跨越能力大、结构合理、施工方便的折板拱结构，为其他城市大跨度深埋隧道的建设提供参考。     

基于大质量法的太湖隧道三维地震动响应分析

以太湖隧道为工程背景,运用大质量法建立类矩形隧道结构的三维地震动分析模型,研究在水平地震作用下隧道结构的内力变化规律及位移响应规律。研究表明:1)类矩形断面结构在水平向地震作用下的结构内力在侧墙底部最大,且弯矩是主要控制内力;2)过渡段1和过渡段2是隧道结构在地震作用下受力的薄弱点,且过渡段1产生的内力最大;3)从浅埋段至深埋段,隧道结构顶底板层间位移角逐渐增大,最大层间位移角均小于规范限值。研究成果可为太湖隧道的抗震设计提供参考。     

基于传递矩阵的平顶直墙地铁车站横向管棚受力变形计算方法研究

平顶直墙地铁车站PBA工法施工可以采用管棚先行支护。针对PBA法暗挖平顶直墙地铁车站密布横向管棚结构，通过总结管棚“荷载－梁模型”中弹性地基梁、简支梁、固支梁3种简化方法及其计算原理，以北京地铁19号线平安里站工程为背景，采用上述3种模型计算管棚受力变形，并与实测值进行比较分析，然后针对不同工程参数和地质参数进行受力变形影响分析。结果表明： 1）弹性地基梁模型计算弯矩和跨中挠度处于固支梁模型和简支梁模型计算结果之间，其中弹性地基梁模型和简支梁模型计算结果较符合实测数据；但简支梁模型和固支梁模型无法体现导洞侧壁处挠度，且无法体现地层参数的影响以及钢管壁厚对受力的影响。2）最大弯矩值出现在简支梁的跨中，建议在设计时以简支梁模型计算跨中弯矩进行包络，以保证施工安全。3）开挖跨度和覆土厚度（荷载）对弯矩和挠度影响较大，其中跨度影响最大。4）基床系数和钢管壁厚对管棚弯矩影响较小，但对减小挠度有一定作用。     

桩-半隧道复杂结构体系力学状态及安全性评价

近年来,公路隧道采用大跨半隧道结构逐渐增多。该类结构施工工序多,结构内力分布变化较大,设计和施工过程中难以把握控制指标。为此,提出半隧道结构安全系数分析法。以广东省江罗路棚洞工程为依托,模拟整个施工过程,并结合各工况下的结构内力,对半隧道结构各部件断面安全系数进行分析,以确定半隧道结构各构件的最不利工况及其安全系数分布。研究结果表明:半隧道结构底板结构除与斜柱相交处应力较大外,其余部位安全系数较大,且底板结构可进行优化处理;斜柱两端受力最大,且受施工过程的影响较大;曲墙及顶板结构安全系数较大,结构断面可进一步优化。     

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。     

斜拉桥拉压弹性支座研发及应用

针对大跨度钢混组合斜拉桥中辅助墩处主梁负弯矩区桥面板易受拉开裂问题，研发了一种拉压弹性支座，采用竖向弹性支撑体系改善主梁负弯矩区受力状况。介绍了拉压弹性支座结构形式、功能原理及恢复力模型，并通过拟静力试验验证了支座竖向压缩性能、拉伸性能及水平滞回性能。最后，结合一实际工程案例，分析了拉压弹性支座竖向刚度对辅助墩处主梁负弯矩区弯矩响应的影响规律。结果表明，采用合适刚度的弹性支撑体系可以有效改善主梁负弯矩区受力状况。     

明挖隧道基坑变形与结构内力的数值分析

软土地区明挖隧道在城市市政交通隧道十分常见,其中主要两个问题是基坑开挖和隧道结构施工期间的基坑变形问题和隧道结构受力问题。本文以杭州市某软土明挖市政隧道断面为算例,对基坑开挖和隧道结构施工全过程中基坑变形规律和结构受力两方面进行数值分析研究,同时对比了现场的监测数据。得到了一些有益结论,为今后类似的工程提供参考。     

地铁车站与立交桥施工顺序对车站主体结构的影响研究

针对太原地铁西涧河车站和立交桥实际工程案列，为了探明二者施工顺序对车站主体结构楼板、车站框架柱的受力与变形的影响。运用大型有限元软件MIDAS/GTS建立精细化的三维模型，模拟“先桥后站”与“先站后桥”施工全过程，分析主体结构楼板及格构柱的力学特性。结果表明:底板竖向位移对站桥的施工顺序较中板和顶板更为敏感，“先桥后站”底板位移显著小于“先站后桥”施工的底板位移，两种方案施工下中板、顶板变形均表现为格构柱处隆起，柱点周围下沉；两种施工顺序下车站底板弯矩差别最大，顶板次之，中板变化最小，施工顺序对底板横向弯矩、纵向弯矩差异百分比分别为88.41%，89.73%；“先桥后站”格构柱的受力及变形均小于“先站后桥”施工工序，其中变形更加敏感，格构柱最大水平位移的差异百分比达到53.02%。     

基于矿山法铁路隧道复合式衬砌断面尺寸的施工问题分析及解决对策探讨

矿山法铁路隧道复合式衬砌有开挖成形、超欠挖、衬砌厚度控制难等诸多隧道断面尺寸问题及质量“顽疾”。基于高铁双线单洞隧道复合式衬砌设计和施工实践，分析隧道断面尺寸的预设、施工误差、断面测量、欠挖处理、二次衬砌混凝土厚度和方量等方面的问题，按照保证衬砌不欠挖同时严格控制超挖的理念，在隧道断面的尺寸预设和调整、断面测量方法、欠挖处理和初期支护基面修整、拱墙衬砌台车二次衬砌浇筑混凝土方量计算、断面尺寸质量控制等方面提出施工解决对策和建议。     

明暗挖结合地铁车站暗挖隧道断面优化研究

明暗挖结合地铁车站暗挖隧道部分随着断面尺寸的增大，结构风险成数量级增加。为达到在功能合理前提下，尽量减小暗挖断面尺寸以降低结构风险的目的，通过将暗挖隧道结构高风险性纳入设计评价体系，提出建筑设计标准回归规范要求、梳理机电设计标准盲点、调整机电系统方案、优化建筑形体的建筑设计优化理念。经与实际工程结合，总结出3项具体措施： 1)简化暗挖隧道部分功能，将功能精简或转移至明挖空间； 2)重整暗挖隧道群体内功能之间几何关系，有效规划，减小尺度； 3)尊重暗挖隧道圆形、马蹄形断面有利受力特征，规整断面功能形体尽量与隧道无缝贴合。所述优化措施经南宁地铁3号线青秀山站运用实践，可有效减少暗挖隧道数量，减小暗挖隧道断面，扩大暗挖隧道间距，综合优化断面面积约30%，较好地降低了暗挖结构风险。     

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。     

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。     

基于参数化建模思想的四心圆公路隧道洞形优化

合理的四心圆公路隧道断面形式有助于改善衬砌结构的受力状态,减少复合式衬砌的开裂病害,提高隧道结构的耐久性。该文通过Ansys软件APDL参数化编程平台,基于“曲率连续”的设计思想,构建了拱脚区局部洞形几何尺寸参数化建模方程,建立了锚杆加固区等效力学参数计算方法及数值模拟模型,揭示了四心圆公路隧道拱脚区域局部洞形参数设计对衬砌结构内力的影响规律,结合实际工程研究显示：隧道拱脚弧与中墙弧的半径和长度对于隧道复合式衬砌结构内力的影响较明显,增大拱脚弧半径对于抑制衬砌结构内塑性区发展的效果最为明显;为了减小衬砌结构的开裂风险,提出采用衬砌拉应力为控制目标进行局部形状优化思想,通过中墙弧圆心角θ₂、拱脚弧圆心角θ₃及中墙弧半径R₂对衬砌结构内力极值的敏感性及影响规律分析为皮家岭隧道洞形优化提供了理论依据。