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。     

公路隧道衬砌厚度不足对衬砌安全性影响

针对Ⅲ级和Ⅳ级围岩两种不同的支护形式,建立衬砌厚度不足计算模型.在有无病害条件下,比较隧道衬砌各位置的内力和安全系数,并根据衬砌厚度不足病害程度和宽度,采用数值计算的方法,分析公路隧道衬砌厚度不足对衬砌安全性的影响.分析结果表明:隧道衬砌边墙、拱腰和拱顶的弯矩、剪力和轴力都比较大,属于病害发生的敏感部位;隧道衬砌出现厚度不足病害时,安全系数显著减小;衬砌安全系数随着病害程度的加剧,左边墙呈线性减小,而拱腰和拱顶呈曲线形减小;衬砌安全系数随着病害宽度的增加,先是显著减小,最后又有小幅增长,但整体呈减小趋势;随着病害区域从边墙向拱顶转移,衬砌受影响的范围逐渐增大.     

隧道衬砌背后空洞对其支护结构力学性能的影响性研究

为深入研究隧道衬砌背后空洞对其支护结构力学性能的影响,依托某高速公路隧道,利用室内模型试验、数值模拟手段分别对其支护结构应力进行分析,并对两种手段的研究结果进行了对比分析。研究结果表明,当隧道拱顶、右侧拱腰部位衬砌背后存在空洞时,对应部位的支护结构最先出现裂缝,且产生较大的弯矩值及衬砌应力;隧道衬砌背后空洞将减弱其支护结构与围岩的相互作用,严重影响其力学特性。     

衬砌背后空洞对隧道结构安全影响的模型试验研究

隧道衬砌背后空洞现象是隧道建设与运营中主要病害之一,这会改变隧道衬砌与围岩的相互作用关系,引起隧道结构应力集中而破坏。采用物理模型试验方法,模拟了隧道衬砌背后无空洞、单空洞、多空洞等3种工况。通过对比分析这3种工况在上覆荷载的作用下围岩压力、衬砌轴力及弯矩变化规律,获得了以下主要结论:①隧道无空洞时,衬砌与围岩接触良好,围岩压力、衬砌轴力及弯矩均随上覆荷载的增加而增大;②隧道衬砌背后存在空洞时,空洞范围内围岩压力无法传递到衬砌结构上,导致围岩压力、衬砌轴力及弯矩均随上覆荷载增加而减小,但衬砌结构因偏心距增大容易发生开裂破坏;③衬砌背后空洞对衬砌拱顶安全系数的影响最大,空洞数量越多安全系数降低越明显,但未改变安全系数在隧道横断面内的分布规律。     

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.      

软土盾构隧道基底加固对长期沉降的影响分析

在富水软弱地层中,如何预测及控制地层扰动引起的长期固结沉降一直是盾构隧道施工面临的重要问题之一。基于FEM-FDM水土完全耦合理论,利用同济曙光三维有限元软件,分析了珠海某隧道软土区段局部加固对盾构施工引起的土体工后长期固结沉降的影响规律。数值计算结果表明:地层及隧道拱顶长期沉降槽随埋深增大逐渐变深变窄;盾构隧道基底加固分别使地表及隧道拱顶的最大沉降量减小34.2%和27%,且使二者更快趋于稳定,但对隧道结构变形的影响并不明显;加固会使隧道竖向应力有所增大,但不会改变其沿隧道轴向的分布规律;有基底加固时隧道拱腰处的超孔隙水压力消散更快,使得固结沉降更快趋于稳定。     

流固耦合作用下隧道开挖模拟研究

根据渗流力学、弹塑性力学以及多场耦合理论,构建隧道开挖流固耦合模型。以湖南省湘西州古丈县张吉怀铁路毛坪村隧道施工为例,选取典型断面,采用COMSOL 模拟耦合作用下隧道开挖引起的围岩渗流场及塑性区变化规律,并将拱顶沉降值与现场实际观测结果进行对比。结果表明:隧道开挖扰动原岩发生应力重分布,使拱腰和拱底附近塑性区范围发生显著变化;对比不考虑流固耦合作用和考虑流固耦合作用下的模拟结果可知,流固耦合作用下隧道拱腰和拱底处围岩的应力值相对较高,高出的应力值最大可达0． 2 MPa,且流固耦合作用下隧道围岩变形稳定后,拱顶沉降值可达55 mm。采取喷砼支护措施后,隧道拱腰和拱底处的应力集中区范围显著减小,隧道拱顶沉降值可降低至26 mm。由此可见,流固耦合作用增加了围岩的应力和位移,支护措施减小了拱腰和拱脚处应力集中区范围和拱顶沉降值。     

锚网喷及W钢带支护在隧道衬砌加固中的应用

结合浙赣铁路周里冲隧道衬砌开裂加固实例,介绍了针对电气化大断面双线隧道衬砌开裂加固,通过采用注浆锚杆和W钢带以及喷射钢纤维混凝土等新材料和新技术,取得了良好的整治效果。     

隧道衬砌背后空洞健康判据试验研究

从研究衬砌背后空洞单项指标判据出发,结合实例采用室内大比例尺模型试验,分析了衬砌背后存在不同尺寸空洞时结构的承载力大小变化、病害产生形式和变化规律等.得到了隧道衬砌背后空洞的单项指标健康判据:隧道健康状态时背后无空洞,处于亚健康时背后空洞小于100 mm,病害阶段时背后空洞介于100～550 mm之间,病危阶段时背后空...     

近距离下穿大直径隧道扰动效应分析

为研究隧道近距离下穿施工对既有隧道沉降、衬砌应力和地表沉降扰动机理,以某下穿隧道工程为例,基于FLAC 3D有限差分软件建立隧道施工下穿既有隧道三维数值模型,分析隧道施工过程引起既有线沉降及衬砌应力变化规律。分析结果表明,隧道开挖过程中,地表最大沉降为3.8 mm,既有线隧道最大沉降为7.75 mm,位于靠近施工线路一侧拱腰处,且拱顶最大沉降为5.38 mm;未开挖前既有线衬砌最大应力7.798×105Pa,隧道贯通后,衬砌最大应力为1.124×106Pa,增幅达44%。研究结果为保证施工安全及优化施工控制措施具有重要作用。     

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。     

隧道衬砌背后空洞健康判据试验研究

从研究衬砌背后空洞单项指标判据出发,结合实例采用室内大比例尺模型试验,分析了衬砌背后存在不同尺寸空洞时结构的承载力大小变化、病害产生形式和变化规律等。得到了隧道衬砌背后空洞的单项指标健康判据:隧道健康状态时背后无空洞,处于亚健康时背后空洞小于100 mm,病害阶段时背后空洞介于100~550 mm之间,病危阶段时背后空洞大于550 mm。     

复合式套拱加固衬砌抗弯性能的足尺试验分析

隧道裂损衬砌采用复合式套拱加固后,补强结构的抗弯性能及新旧结构分担荷载如何确定还没有定论。以中等破损(裂缝深度达1/3衬砌厚度)的拱顶局部衬砌为研究对象,采用足尺试验和原衬砌预制裂缝的方案,开展裂损衬砌经复合式套拱加固后的抗弯性能试验,分析补强结构变形、截面抗弯刚度随荷载的变化规律及其破坏模式,并结合试验数据对加固结构荷载的分配原则、受弯承载力计算方法进行探讨。试验表明:中等破损衬砌采用复合式套拱加固时,①原衬砌既有裂缝贯通前新旧结构共同分担荷载、协同变形,贯通后荷载主要由新增套拱承担;②新增套拱裂缝分布较均匀,且未扩展至原衬砌,有效改善了隧道防水性能;③加固结构短期刚度可取原衬砌、新增套拱各自短期刚度之和,外荷载变化不大时可按刚度分配原则计算内力、设计加固参数;④加固结构受弯破坏荷载与新增套拱单独受力的破坏荷载一致,外荷载变化较大时,宜按新增套拱单独受力设计加固参数。试验成果一定程度验证了复合式套拱的加固效果,荷载分配及承载力计算结论可供加固设计参照。     

隧道衬砌粘贴W钢带加固方案设计及施工技术要点

为了保证高速公路隧道的结构安全,延长隧道的使用寿命,结合工程实例,拟采用W钢带进行隧道加固衬砌处理,主要从隧道病害原因分析、加固方案设计、施工工艺和施工质量控制等方面进行研究分析,以期为隧道衬砌加固相关问题起到一定借鉴作用和参考价值。     

高速公路隧道二次衬砌裂损机理及安全分析

隧道衬砌裂损影响衬砌结构的整体稳定性,使隧道衬砌承载能力减弱,严重威胁隧道内行车安全,缩短了隧道的维护周期和使用寿命。基于衬砌裂损机理分析,文章对围岩变形机制与衬砌受力及变形机制进行了研究。结合重庆已竣工验收的5个高速公路隧道项目,采用荷载结构法建立计算模型,对拱部衬砌欠厚及脱空缺陷、边墙衬砌欠厚及脱空缺陷、不同部位衬砌欠厚及脱空缺陷分别进行了安全分析。该研究为衬砌裂损产生原因分析提供了借鉴,也为后续隧道衬砌裂损的防治与加固修复打下了基础。     

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。     

大断面软岩隧道变形监测与分析研究

以某隧道作为研究对象,对隧道施工过程中的相关参数进行监测,同时根据已知参数对隧道施工进行模拟,得到以下结论:隧道上、下台阶位移收敛曲线可分为三段,在初期位移呈现快速增长,之后增长速度逐渐缓慢,最终趋于稳定,隧道上、下台阶位移稳定值分别在10.2mm和10.1mm左右。拱顶沉降变化曲线可以分为两段,即初期快速增长,之后趋于稳定,稳定值在11.1mm左右。地面沉降图基本呈现出高斯分布趋势,随着时间的推移沉降曲线基本趋于不变,在第八次测量时可以看到最大沉降量为9.8mm。隧道开挖后拱顶和拱底周围出现应力释放,两侧拱腰有些位置出现集中,拱顶和拱底位置应力大小分别为0.36MPa和0.48MPa,左右侧拱腰附近最大应力分别为0.98MPa和1.02MPa。     

高铁隧道复合衬砌脱空统计分析与防治

隧道施工中衬砌脱空缺陷广泛存在,若处理不及时将极大的影响衬砌结构承载力和耐久性。现有研究多局限于分析拱顶脱空的成因、影响和整治方法,缺乏探究衬砌脱空的分布规律、空洞特性及其与围岩条件的关系。通过统计方法分析某隧道整治前后无损检测结果,可得衬砌脱空为主要施工缺陷,拱顶脱空占总脱空37%;脱空长度分布服从λ为4.76 m的泊松函数,深度分布服从N(9.3,3.62)的正态分布;围岩条件越好,脱空长度越大,深度越小;注浆整治效果在拱顶好而在边墙部分较差。研究结果对脱空缺陷无损检测、脱空处理及施工预防具有重要意义。     

浅埋软弱围岩隧道变形与受力现场监测研究

通过对韶山一号工程尖卜洞隧道进行研究发现:尖卜洞隧道围岩总体处于稳定状态,但在上下台阶的开挖施工中,由于受到施工振动的影响,地表会出现一定程度的沉降问题,但在二次衬砌,混凝土强度达到设计要求之后,其沉降会逐渐趋于稳定。而钢支撑的应力值随时间变化曲线经历急剧增大~缓慢增大~趋于平缓这三个阶段,在拱部承受较大的土压力,为钢支撑的最不利部位;拱顶的压力比拱腰两测点的压力值明显偏大,在浅埋情况下拱顶部位为最不利位置。     

隧道开挖引起的围岩变形特征数值分析

以乐雅高速公路光华山隧道三台阶法开挖工程为例,利用有限元软件ABAQUS研究隧道开挖对围岩变形和关键点位移的变化规律,并将现场实测结果与数值结果进行对比分析。结果表明,隧道开挖过程中围岩水平位移小于竖向位移,且变化较小;与拱顶沉降相比,隧道开挖过程使拱腰水平收敛所需稳定时间更长;隧道开挖会导致拱顶发生沉降且仰拱出现隆起;左右侧拱脚和拱腰均向隧道中心移动,且与拱脚相比,隧道开挖对拱腰的水平位移影响更大。实测结果证明数值模拟规律的正确性,可为隧道支护设计及开挖方法选定提供依据。