钢带支护系统在隧道衬砌加固工程中的应用效果分析

以某隧道工程为研究对象,重点分析了隧道拱顶、拱腰和边墙存在空洞时,采用W钢带加固隧道所产生的作用和效果,得到以下结论:隧道衬砌背后不存在空洞时,采用W钢带加固之后拱顶沉降减小了45. 7%,说明W钢带具有良好的加固作用;隧道衬砌在拱顶、拱腰和边墙后侧存在空洞时,采用W钢带加固可以有效提高衬砌的承载能力,并可以改善隧道背后存在空洞带来的问题;采用W钢带加固之后,相比于未加固时,隧道衬砌竖向位移均减小,对于隧道衬砌在拱顶、拱腰和边墙后侧存在空洞时,加固后拱顶沉降依次减小了69. 9%、41. 9%和45.4%,即W钢带对提升拱顶位置处衬砌承载能力的效果最为显著。     

衬砌纵向开裂隧道地震响应振动台的试验研究

为了研究高速铁路双线隧道衬砌纵向裂缝对结构抗震安全性的影响,针对《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016）IV级围岩开展大型振动台模型试验,试验采用改进的静动耦合剪切模型箱,考虑隧道埋深、衬砌开裂位置和开裂形式3个影响因素,分析隧道衬砌的地震动应变和结构内力响应规律. 试验结果表明:在地震剪切波作用下,浅埋隧道和深埋隧道衬砌结构的破坏形式分别为受拉破坏和受压破坏,破坏位置均首先出现在拱腰,对应的无裂缝衬砌破坏时振动台台面输入波峰值加速度分别为0.8g和0.9g;拱顶和边墙处裂缝对隧道衬砌结构抗震安全性影响较小,而拱腰处裂缝影响显著;浅埋和深埋条件下,拱腰处有裂缝的衬砌破坏时振动台台面输入波峰值加速度分别为0.5g和0.6g;纵向裂缝的开裂形式不同,衬砌破坏时对应的峰值加速度基本相同;在深埋条件下,相比于正截面裂缝,拱腰处斜截面裂缝导致衬砌结构破坏后变形速度加剧.      

地震作用下隧道衬砌背后不同位置空洞影响分析

以高烈度地震区的敦煌至格尔木铁路阔克萨隧道为工程背景,采用地震动力仿真模拟的方法,研究隧道衬砌背后空洞位置对隧道结构的地震动力响应规律及影响机制,为已运营隧道病害处理提出合理建议,确保地震作用下隧道运营安全。计算结果表明:空洞的存在改变了支护结构的受力状态,当空洞位于拱顶时,拱顶和拱肩为薄弱部位;当空洞位于左拱肩时,左拱肩、拱顶和左拱腰为薄弱部位;当空洞位于左拱腰时,左拱肩、左拱脚和左拱腰为薄弱部位。由计算结果可知,当空洞位于拱顶时对隧道衬砌结构影响最大。所以在实际工程中,拱顶部位更应避免产生空洞并应及时加固治理。     

复工隧道初衬病害缺陷对其安全性的影响分析

在对停工时间长达5年的某高速公路隧道初衬进行病害检测的基础上,建立了合适的隧道初衬病害缺陷数值分析模型,对隧道V级围岩段初衬结构中4种缺陷病害(钢拱架锈蚀、喷射混凝土厚度不足、初衬背后存在空洞及喷射混凝土开裂)的安全影响进行了模拟。分析结果表明:1隧道初衬结构在病害缺陷部位出现应力集中现象,4种缺陷病害发展都会引起初衬结构最大主应力的增大;2初衬结构拱顶部位的钢拱架锈蚀、喷射混凝土厚度不足及喷射混凝土开裂病害缺陷的发展会引起拱顶沉降变形增加,初衬拱顶背后存在空洞会引起拱顶沉降量减小;3不同程度的隧道初衬结构病害缺陷对初衬结构安全系数的影响是非线性的,喷射混凝土厚度不足和喷射混凝土开裂病害缺陷程度严重时,会造成初衬结构的安全系数低于规范值。     

隧道衬砌结构裂损机理及定量评估

隧道衬砌裂损影响衬砌结构的整体稳定性,并易引起渗漏水病害、基床病害和复合型病害等隧道病害,降低衬砌结构的耐久性和安全性.基于衬砌裂损的力学机理分析,将隧道衬砌混凝土裂缝发展过程分为6个阶段,给出每个阶段的状态描述,并针对引起衬砌裂损的隧道衬砌厚度不足及衬砌背后空洞两个影响因素进行深入研究,分别利用隧道衬砌的拉、剪应力集中系数进行计算,明确不同围岩条件下隧道衬砌厚度不足或衬砌背后空洞等因素与衬砌内部应力集中程度之间的内在联系,为进一步建立依据隧道衬砌检测结果进行隧道衬砌状态评估的评估体系提供了量化基础.     

公路隧道衬砌病害力学模拟研究

基于荷载-结构法隧道计算理论,建立了公路隧道衬砌的裂缝、材料劣化、空洞、附加荷载等病害的力学评价模型,研制了公路隧道衬砌病害力学模拟分析软件,以便量化评价衬砌病害对结构承载力的影响。工程算例分析表明:衬砌裂缝和空洞的存在均会降低结构的安全系数,且空洞区域内的结构安全系数影响比较平稳,随着与病害位置距离的增加,其影响能力亦逐渐减弱。     

浅埋富水地层防水型铁路隧道衬砌结构力学特性分析

运用荷载-结构法,计算分析了不同地下水位线对浅埋富水地层铁路隧道衬砌结构轴力、弯矩峰值大小及位置的影响。计算分析结果表明:随着地下水位的降低,衬砌结构轴力峰值不断减小;衬砌结构弯矩峰值呈现出不同程度的波浪形增大;轴力在衬砌横断面上呈“鸡蛋”式分布。当地下水高于拱顶时,隧道衬砌结构轴力和弯矩值都比较大,设计时应将水荷载作为浅埋富水地层隧道结构受力的主要荷载之一。     

纱帽山隧道衬砌脱空及欠厚处治技术

以辽中环线高速公路纱帽山隧道为工程背景,针对该隧道存在的拱顶处二次衬砌背后严重脱空、欠厚等病害,根据隧道实际状态及病害程度,通过方案比选,确定了衬砌背后填注自密实混凝土及针对隧道拱顶的局部换拱方案。该方案对类似工程有一定的指导和借鉴意义。     

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。     

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。      

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。     

简述公路隧道混凝土衬砌施工

介绍了修建隧道的作用及意义 ,并且阐述了隧道混凝土衬砌施工的形式 ,主要介绍二次支护的模筑衬砌施工方法     

大跨无仰拱隧道二次衬砌墙脚结构受力分析

对于普通大跨度隧道,一般采用仰拱设计,更好地进行受力支撑。若超大跨断面处采用无仰拱衬砌类型,结构受力很不利,但当满足某些特定条件时可采纳无仰拱设计。通过对某隧道大断面无仰拱情况拟定不同高程的墙脚进行数值模拟,分析二衬结构受力,并总结拱顶下沉随着墙脚厚度变化的规律,找到最优墙脚高度,确定设计施工方案。     

外圆内椭管片结构内力计算模型

为了使地铁隧道适应地层荷载的不均匀性,参考异形管片结构形式,同时兼顾制作与施工等因素,提出外圆内椭管片结构,以保证管片结构最不利位置的刚度满足安全要求,并适当降低管片其他位置的刚度,充分利用材料特性;采用刚度阶梯折算法求解外圆内椭管片的柔度系数与自由项,建立外圆内椭管片的计算模型;参照实际工程地质条件,研究外圆内椭管片的内力分布特点;利用《铁路隧道设计规范》(TB 1003—2016)对外圆内椭管片的安全性进行评价。计算结果表明:相比于等刚度管片,在相同的荷载条件下,外圆内椭管片减小了管片结构拱顶与拱底的弯矩,将最大弯矩与最大轴力转移至拱腰,在验算时重点分析管片结构拱腰处的内力能否满足安全条件即可,简化了安全验算内容;在稳定性方面,等刚度管片在拱顶、拱肩与拱腰处的安全系数分别为3.07、18.05和2.45,外圆内椭管片在拱顶、拱肩与拱腰处的安全系数分别为2.79、14.86和2.21,虽然较之等刚度管片略有降低,但仍然大于安全验算要求规定的最小值2.0,可充分发挥混凝土的材料特性;在内部空间方面,外圆内椭管片在外径与等刚度管片一致的情况下,等刚度管片的内部空间面积为22.9m2,而外圆内椭管片的内部空间面积为23.76 m2,明显大于等刚度管片面积,因此,可在不扩大外径的条件下,增加了内部空间面积,提高了内部空间利用率。      

既有隧道扩建工程及衬砌稳定性研究

以当风凹隧道为工程研究背景,采用二维弹塑性有限差分分析方法,研究既有隧道扩建过程中的力学特征及其支护强度;分析并得出既有隧道扩挖与假设新建一座隧道在力学上的主要差异：采用同种施工方法时,因为已有衬砌的作用,在旧洞基础上扩挖将避免对围岩的大面积扰动,且能充分发挥围岩承载力;结合公路隧道设计规范给定的极限状态方程,计算出隧道衬砌的强度安全系数;从位移、应力和安全系数等方面分析并证明了隧道的稳定性,研究成果为类似的隧道设计施工提供参考．     

爆破振动下双洞隧道衬砌动力响应分析

以浙江省金华市里岩垄坑2号隧道为工程背景,研究Ⅲ级围岩隧道爆破时衬砌动力响应.本文采用MinimateProTM振动监测仪对开挖洞与邻洞进行了爆破振动测量,并利用Midas GTS NX对双洞隧道进行数值模拟分析.研究结果表明:本洞初衬振动速度和位移的最大值发生在拱顶处,横向上的大小远小于纵向和竖向.对于纵向,拱顶及拱肩处的质点振动峰值速度远大于其他关键位置的,各关键位置的竖向位移和速度变化趋势相同,但仍是拱顶处最大;本洞初衬应力最大值位于拱腰处,先行洞应力最大值在左拱腰处;其速度与位移的最大值位于左拱肩;先行洞二衬与后行洞掌子面的纵向间距应为15～20 m.本文研究结果可为双洞隧道的爆破施工提供指导.     

爆破振动下双洞隧道衬砌动力响应分析

以浙江省金华市里岩垄坑2号隧道为工程背景,研究Ⅲ级围岩隧道爆破时衬砌动力响应.本文采用MinimateProTM振动监测仪对开挖洞与邻洞进行了爆破振动测量,并利用Midas GTS NX对双洞隧道进行数值模拟分析.研究结果表明:本洞初衬振动速度和位移的最大值发生在拱顶处,横向上的大小远小于纵向和竖向.对于纵向,拱顶及拱肩处的质点振动峰值速度远大于其他关键位置的,各关键位置的竖向位移和速度变化趋势相同,但仍是拱顶处最大;本洞初衬应力最大值位于拱腰处,先行洞应力最大值在左拱腰处;其速度与位移的最大值位于左拱肩;先行洞二衬与后行洞掌子面的纵向间距应为15～20 m.本文研究结果可为双洞隧道的爆破施工提供指导.     

考虑隧道围岩蠕变的复合式衬砌受力规律

将锚杆作用力视为体力作用于围岩内, 将初期支护与锚杆锚固范围内的围岩视为围岩加固体, 建立了围岩力学模型, 基于统一强度理论分析了隧道蠕变条件下的围岩应力与变形规律, 推导了复合衬砌应力与变形表达式, 分析了隧道围岩蠕变过程中支护结构受力特点及不同初期支护强度下二次衬砌受力变化规律。分析结果表明: 当初期支护按照“初期支护应与围岩共同受力且能保证施工阶段安全”的原则进行设计时, 在围岩蠕变作用下, 锚杆与喷射混凝土最大受力分别为48、286kPa, 与开挖阶段相比分别增大了57.5%、13.7%, 且超过支护结构最大承载力, 说明在进行初期支护设计时, 仅满足隧道开挖过程中围岩稳定而不考虑蠕变产生的附加应力影响, 可能造成隧道运营过程中初期支护结构破坏, 不利于隧道稳定; 当二次衬砌厚度由300mm增大至500mm时, 二次衬砌最大受力增大了40.5%, 荷载分担比由25.2%增大至36.2%, 而增大初期支护强度后, 二次衬砌受力减小了14.5%, 荷载分担比由25.2%减小至22.3%, 说明二次衬砌荷载随初期支护强度增大而减小, 而随自身强度增大而增大, 应重视初期支护与二次衬砌支护强度的协调配置, 实现围岩压力的合理分配; 在软岩地质条件下, 应保证隧道施工过程中围岩稳定并避免围岩蠕变过程中发生结构破坏, 以实现初期支护与二次衬砌共同承担蠕变引起的附加应力。      

运营隧道衬砌结构技术状况的评定方法研究

运营隧道衬砌结构技术状况的优劣直接关系到隧道内行车和行人安全,如何对运营隧道衬砌结构技术状况进行合理评定成为人们所关注的重点.针对目前隧道工程界已有的隧道衬砌结构技术状况评定方法存在的不足,首先提出了＂隧道健康度＂和＂隧道健康度函数＂的基本概念,将检测隧道划分为若干评定单元,然后将检测数据分配于各评定单元之上,并通过隧道健康度函数,建立了隧道现场检测数据和评定结果之间的一一对应关系,建立了一种基于现场检测数据的隧道衬砌结构技术状况分段式量化评定方法,并通过工程实例验证了该评定方法的有效性.     

柳州市南二环路双连拱隧道群二次衬砌渗漏水治理方法

在双连拱隧道施工中,二次衬砌完成后表面往往会出现渗漏水现象,对双连拱隧道施工质量及营运造成影响.笔者结合广西柳州市南二环路桐油山隧道、银仔山1#隧道、银仔山2#隧道等双连拱隧道群施工中,按照"堵排结合,刚柔相济,多道设防,适应变形"的综合治理原则,对出现渗漏水的部位及原因进行分析,采取了不同的治理方法,取得了较好的效果.