隧道初期支护钢拱架早期承载性能试验研究

为系统分析隧道格栅钢架和型钢钢架支护初期的力学性能, 针对三肢格栅钢架、四肢格栅钢架和14 号工字型钢钢架开展室内加载试验研究; 同时, 引入钢材性能系数以直观比较不同类型钢架的综合性能。研究表明: 1)在支护初期, 格栅钢架与混凝土的结合性能比型钢钢架好, 并且在受到集中力影响时, 型钢钢架的安全隐患大于格栅钢架; 2) 钢拱架在实际使用中会受到偏心荷载的不利影响, 其中四肢格栅钢架受到的影响最显著, 设计时应增加四肢格栅钢架跨中抗扭钢筋布置。     

隧道快速承力初期支护空间钢网构结构设计

目前暗挖隧道初期支护以锚喷联合格栅钢架或型钢钢架组成,格栅钢架在喷射混凝土之前承受围岩荷载的能力较弱,必须喷射混凝土后方能进行下道工序。对一种新型的空间钢网构结构进行研究,相较于传统隧道初期支护中的格栅钢架或型钢钢架,该结构可在喷射混凝土之前提供较大的承载能力,可延缓喷射混凝土的时间,减少施工重复工序,同时可简化施工方法,适合采用大型机械进行施工,进而提高施工效率,改善施工作业环境。从围岩压力、荷载计算、模型简化、模型计算、结构检算、控制标准等方面对设计方法进行了详细介绍,使该钢网构结构能满足其设计理念。根据钢网构结构在喷射混凝土之前与喷射混凝土之后需承担不同大小的荷载,将结构计算分为喷射混凝土前的受力阶段、喷射混凝土后的受力阶段分别进行计算,且根据两阶段受力特点,采用不同的安全评判标准。     

粉质黏土隧道支护体系力学特性试验研究

隧道穿越稳定性较差且构造节理发育的粉质黏土的施工过程中支护体系力学特性较为复杂,通过开展杨家岭1#隧道粉质黏土段支护体系现场试验,研究粉质黏土段隧道初期支护中的围岩压力、钢架应力、喷混凝土应力及支护变形规律。结果表明：由于隧道左右两侧地质条件的不同（即粉质黏土的不均匀性）,初支上的围岩压力存在一定偏压情况,且围岩压力较大;喷混凝土应力及钢架应力值均较大,说明该段粉质黏土隧道围岩的稳定性较差,若初支仅考虑对围岩的封闭作用采用较小的喷混凝土厚度且不施作钢架,隧道的施工和结构安全存在较大风险;对于本工程,虽然偏压会对衬砌受力形成一定的不利因素,但是变更后的初期支护能够保证施工期间的安全。     

隧道型钢钢架初期支护安全性评价

针对施工期隧道型钢钢架喷混凝土支护,建立了以位移为基础的安全性评价方法.介绍了根据喷混凝土徐变试验得到的修正的GL2000徐变模型,给出了徐变引起的支护轴向伸缩变形和曲率改变的计算公式.导出了基于测量位移并考虑徐变影响的支护内力的计算公式,给出了支护结构截面失效的功能函数.最后,对武广铁路某隧道工程进行了实例分析.计算结果表明:评价结果能够正确反映隧道的实际安全状态,可靠指标的数值与我国现行规范的规定一致;徐变使喷层产生松弛,可靠指标增大,但其增大幅度比素喷混凝土和格栅钢架喷混凝土时小.      

火灾工况带平导单洞特长隧道通风方案研究

钢筋格栅钢架和工字形型钢钢架是隧道初期支护常用的两种钢架类型。 为了系统分析两类钢架的力学性能， 针对三肢格栅钢架、 四肢格栅钢架和工字钢钢架开展了室内加载试验研究， 并引入了钢材利用系数比较不同类型钢架力学性能。 研究表明： 三肢格栅在选取较优的主筋腹筋直径组合下， 所能达到的钢筋利用系数最优， 其综合承载性能最优， 且随着腹筋直径的提升， 三肢格栅的钢筋利用系数提升明显。 研究结果有望为隧道工程初期支护钢架选型、 设计与施工提供参考。     

隧道初期支护钢架结构力学性能试验研究

钢筋格栅钢架和工字形型钢钢架是隧道初期支护常用的两种钢架类型。 为了系统分析两类钢架的力学性能， 针对三肢格栅钢架、 四肢格栅钢架和工字钢钢架开展了室内加载试验研究， 并引入了钢材利用系数比较不同类型钢架力学性能。 研究表明： 三肢格栅在选取较优的主筋腹筋直径组合下， 所能达到的钢筋利用系数最优， 其综合承载性能最优， 且随着腹筋直径的提升， 三肢格栅的钢筋利用系数提升明显。 研究结果有望为隧道工程初期支护钢架选型、 设计与施工提供参考。     

公路隧道二次衬砌厚度的优化

应用工程类比法对榆树沟隧道二次衬砌厚度进行了优化设计,选取了Ⅱ类围岩浅埋、Ⅲ类围岩及Ⅳ类围岩三种不同的复合式衬砌结构类型,对隧道开挖后围岩和初期支护的力学状态采用FLAC软件进行了模拟计算,对二次衬砌的力学状态采用ANSYS软件进行了分析。结果表明三种衬砌结构类型的二次衬砌内力都较小,最大轴力为165 kN,最大弯矩为-15.97 kN.m,且都发生在Ⅱ类浅埋断面,二次衬砌的安全系数较大;衬砌周边位移最大的是Ⅱ类围岩浅埋,其洞周位移最大值(18 mm)发生在拱脚处,边墙围岩收敛较小,且围岩越好,周边位移越小;现场监控量测的净空收敛数值均远小于允许收敛值,二次衬砌接触压力的量测值均远小于规范计算值。可见,二次衬砌工作状态良好,安全储备较大,减薄二次衬砌厚度的隧道结构是安全的。     

软弱围岩下铁路隧道支护结构受力监测与分析

以宝兰客专朱家山隧道为工程背景,通过现场监测,研究了围岩压力、钢架应力、初支混凝土应力、初支与二衬接触压力和二衬混凝土应力等参数随时间变化的规律及空间分布特征。研究结果表明:Vb级围岩压力大于IVb级,但压力分布均性要比IVb级好,IVb级断面左侧围岩压力大于右侧;钢架整体处于受压状态,Vb级断面分布不均性比IVb级更明显,Vb级拱顶、左拱脚处应力超过200 MPa;两类围岩初支混凝土应力分布不均,部分位置施工过程中均表现为拉应力,仰拱处初支混凝土应力较其他位置大很多,超过了容许值;初支与二衬接触压力在二衬施做后迅速增大后减小并趋于稳定,断层破碎带承载能力降低的问题得到改善;二衬混凝土应力分布不均;拱顶、右拱腰及右墙中出应力较大,尤其是拱顶处应力最大,已超过容许值;综合量测结果,部分位置钢架和混凝土受力过大,甚至超过了容许值,故需采取适合的施工控制措施。     

富水全风化花岗岩隧道变形规律与力学特性

用地质钻机在隧道中心线上方钻取原状土进行土工试验,采用电子水准仪量测地表和拱顶沉降,采用JSS30A数显收敛仪进行隧道水平收敛监测,采用JTM-V2000D型振弦式土压计量测围岩与初期支护间压力、初期支护与二次衬砌间压力,通过对寨子岗隧道围岩变形及压力进行量测,得到了富水全风化花岗岩地区隧道围岩变形规律与力学特性.分析结果表明:深浅埋隧道的划分界限为2倍洞径;隧道洞口段洞顶土体同时存在竖向位移和水平位移;围岩的水平收敛稳定时间及拱顶沉降的稳定时间和隧道埋深关系不大;浅埋隧道的埋深越大,水平收敛值及拱顶沉降值越大,深埋隧道的水平收敛值及拱顶沉降值和隧道埋深关系不大;围岩与初期支护间压力分布比较均匀,浅埋隧道各量测点压力值差异较小,压力随着隧道埋深的增加逐渐增加;深埋隧道各点压力分布的不均匀程度有所增加,各点压力值随着隧道埋深的增加变化很小;围岩与初期支护间压力均大于初期支护与二次衬砌间压力,初期支护与二次衬砌间的最大压力均不大于100 kPa.     

王家湾隧道围岩变形监测与分析实例研究

阐述了隧道施工中监控量测工作的目的、方法及测点布设原则,结合王家湾隧道工程的建设实践,对监控量测数据进行处理,并对监控量测成果进行分析与应用.得出王家湾隧道围岩变形监测量较大,拱顶变形在仰拱初支封闭后,变形得到有效抑制,周边收敛使用格栅钢架初支能保证释放围岩的应力,允许围岩有一定变形,拱顶在加固圈形成后还可以优化隧道截...     

不同滑带角度滑坡作用下隧道衬砌结构受力特征

随着越来越多的隧道工程穿越滑坡区，滑坡与隧道相互作用过程的研究尤为重要. 为研究不同滑带角度滑坡对隧道衬砌结构受力的影响，以大（同）准（格尔）铁路南坪隧道为例，采用室内模型试验、数值模拟的方法，对0°、10°、20°、30°、40°、50°不同滑带角度条件下滑坡推力作用下隧道衬砌结构受力的影响特征及变化规律进行研究. 研究结果表明:滑带角度越小，隧道变形越大，作用在隧道衬砌结构上的弯矩、剪力及土压力越大，并在拱脚处出现最大值，形成隧道拱结构左右受力不对称特征，呈现偏压现象；通过计算隧道拱结构左右两侧的竖向偏压应力比显示，在拱肩位置且滑带为0时，偏压应力比为1.17，随着滑带角度的增大，隧道衬砌拱结构左右应力差越来越小，趋于平衡拱；在拱脚位置，偏压应力比随滑带角度的增大而逐渐增大，隧道衬砌拱结构左右两侧所受应力差越来越大，趋向于偏压隧道，最小偏压比和最大偏压比分别为1.08、1.87.      

大断面高速公路隧道复合式衬砌结构受力监测分析

以云南昆石高速公路某3车道大断面隧道为实例,对其典型断面洞室复合式衬砌结构各施工阶段的受力特性进行跟踪监测,详细分析了锚杆轴力、围岩压力、钢拱架内力、二次衬砌混凝土结构的受力状况,研究结果表明:受围岩体结构不均匀性的影响,其Ⅴ级围岩复合式衬砌结构的总体受力状况较为复杂,存在着一定的偏压现象,实测围岩压力远小于理论计算值,原施工图预设计的部分支护结构参数可以再作适当的优化调整。     

挤压性围岩隧道变形特征分析

乌鞘岭隧道是兰新线重点控制工程，是国内最长的单线铁路隧道。该隧道岭脊地段穿越四条区域性大断层，地应力高，围岩软弱、破碎，属挤压性围岩大变形隧道。隧道施工过程中，出现较为严重的支护变形、支护开裂、钢架扭曲，甚至变形侵限及坍塌事故。针对该隧道特点，开展以变形为主的施工监控量测，进行了变形分布规律、累计变形与最大变形速率的关系、变形与围岩条件的关系以及变形与施工方法的关系等综合分析。提出挤压性围岩隧道具有变形量大、变形速率高、变形持续时间长的变形特征。     

变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析法

目前浅埋偏压隧道围岩压力主要采用隧规计算方法，而对于左右洞隧道洞门不在同一里程，一侧需要开挖路基边坡，使隧道从自然放坡状态转为邻路基变坡状态的工况，隧规不适用于计算其围岩压力. 依托安徽某高速公路，运用极限平衡原理推导了邻路基变坡条件下浅埋偏压隧道围岩压力解析解. 计算结果表明:由于变坡的存在，深埋侧修正算法计算竖向围岩压力小于规范法，相对误差为15.98%，水平围岩压力保持不变；浅埋侧修正算法计算竖向围岩压力及水平压力均小于规范法，其竖向压力相对误差为24.93%，水平压力相对误差为5.50%，变坡的存在对浅埋侧影响较大；对比围岩竖向及水平偏压率，有变坡围岩偏压率更大；围岩位移、应力及等效应力，有变坡约为无变坡的1～5倍，围岩及结构更加偏于不安全.      

复合套拱在某隧道洞口段的应用及力学性能分析

为全面掌握偏压隧道洞口段复合式套拱的力学性能,通过对林屋隧道进口洞口段的复合套拱的桩底应力、桩身应力、钢架应力及拱顶下沉等进行了监控量测,并对监测结果进行分析。结果表明:在偏压地形情况下,复合套拱桩基底应力分布不均匀,极易造成基底不均匀沉降;偏压隧道洞口段复合套拱受力情况复杂,桩身底部易产生拉应力,拱肩、拱顶部位易产生较大压应力,不利于整体稳定性;复合套拱的两侧边桩对于提高隧道洞口整体稳定性有极大作用。     

水域沉管隧道地震响应的影响因素分析

为分析隧道接头和上覆水对沉管隧道地震响应的影响，采用沉管隧道振动台试验和ADINA有限元软件模拟两种方法进行相关研究. 沉管隧道试验模型材料主要为微粒混凝土，模型缩尺比为1∶30，采用层叠剪切箱装填砂土构成场地，采用黏弹性人工边界和等效荷载输入方法对模型进行仿真分析. 研究结果表明:在同一深度土层，柔性接头沉管隧道的土层加速度放大系数小于刚性接头沉管隧道；当土层发生液化时，其加速度放大系数小于1；当沉管隧道接头剪切刚度（G）减小为0.10G和0.01G时，隧道截面剪应力减小20%和33%，截面轴应力峰值最大值减小16%和30%，截面剪应变峰值分别增加了60%和140%；上覆水使场地加速度放大系数变小，是由于水的存在加大了土层表面的阻尼；在P波作用下，上覆水水深从10 m增长到40 m时，沉管隧道截面剪应力峰值、轴向应力峰值和应变峰值最大值分别以3%～5%、30%～40%和12%～17%的幅度增加.      

预应力钢混连续梁桥钢混结合段局部应力分析

预应力钢砼混合连续梁桥作为一种新型组合结构,它要求把钢梁和混凝土梁连接成共同受力的连续的结构体系,以便顺畅地传递各种荷载。以某钢-预应力混凝土组合连续梁桥为背景,针对钢混结合部受力复杂的特点,采用空间有限元的分析方法,建立此桥的钢混结合段的局部有限元模型,并在相关荷载工况下进行分析计算。根据计算结果,分析该桥的应力分布情况,结果表明钢混结合部分存在少数应力超过允许值,但是高应力集中于极小的区域,而结构整体上则处于较小较平均的应力状态下,对整个桥梁以及钢混结合段的整体使用性能安全影响很小。     

花岗质侵入岩地层隧址区的初始地应力场反演分析

火山隧道隧址区地层主要以花岗闪长岩侵入砂、泥岩分布,隧道轴线穿越花岗质侵入岩附近,岩性变化剧烈,地应力分布复杂.利用地应力实测数据反分析侵入岩体区域初始地应力场分布规律以对设计、施工提供理论指导.根据火山隧道地勘资料建立三维数值模型,基于现场水压致裂法实测原位地应力数据,采用多元线性回归法反演得到工程区域初始地应力场,...     

寒区隧道冻胀效应测试与分析

为研究寒区隧道冻胀力随时间和空间的分布规律, 基于温度场变化定义了测试冻胀力, 通过衬砌压力和钢架应力间接反映真实冻胀力的变化规律; 提出了冻胀力简化测试方法, 研发了温度场-冻胀力同步测试系统; 以四川省省道215线鸡丑山隧道为例, 布置5个测试断面开展大规模现场测试, 并选取典型断面K117+700 (简称700断面) 和K117+600 (简称600断面) 分析了隧道环境温度、围岩温度、衬砌压力与钢架应力; 以围岩冻结(12~次年2月) 和未冻(7~9月) 时对应的衬砌压力和钢架应力差值为测试冻胀力, 结合温度场分析了隧道周边各测点测试冻胀力; 采用现有冻胀模型计算理论冻胀力, 并与测试冻胀力进行了对比, 研究了寒区隧道冻胀规律。分析结果表明: 隧道环境温度随时间呈季节性正弦函数变化, 受环境温度影响, 围岩温度呈季节性正负温变化, 并出现季节性冻融现象; 当围岩为负温时处于冻结状态, 支护系统受到围岩压力和冻胀力的共同作用, 且温度越低冻胀效应越明显, 各断面测点应力峰值均出现在1月, 700断面衬砌和钢架最大应力分别为149kPa、31MPa; 当围岩为正温时处于未冻结状态, 支护系统仅受到围岩压力作用; 同一断面不同测点的测试冻胀力差值可达5.23MPa, 说明冻胀力除与围岩温度有关外, 还与富水条件和围岩级别有关; 最大冻胀力实测值比理论计算值小1.25MPa, 因此, 寒区隧道支护设计时建议考虑89.17%的冻胀力折减系数。      

爆破施工对邻近隧道安全的影响

城市交通工程新建隧道爆破施工会对近邻既有工程的衬砌结构产生影响,严重时会影响既有工程结构的安全.本文基于数值模拟方法,计算分析了4种最危险施工条件下,新建崂山隧道爆破对既有仰口公路隧道的影响.结果表明：崂山隧道的进、出口及中间段,爆破施工对既有仰口隧道的左线影响有限,对较远处右线的影响较小.在崂山隧道进口、出口和垂直距离最近处,计算结果都远低于我国《爆破安全规程》（GB 6722-86）规定的交通隧道安全振动速度标准值15 cm/s.但在崂山隧道断层破碎带（F5）爆破施工最危险条件下,计算速度最大值达到15.26 cm/s,该值已达到安全振动速度规定的临界值下限,建议施工过程中需要采取必要的工程安全措施.