隧道洞口段二衬病害评价分析及处治技术

为治理隧道洞口段二衬病害,以某隧道进洞口段二衬开裂病害实例,从二衬裂缝分布、衬砌厚度、钢筋间距、仰拱回填等方面分析衬砌病害特征,采用荷载结构法通过数值计算获得典型病害断面的弯矩、轴力、剪力和安全系数,评估隧道结构安全状态.研究表明:S0型和S5型衬砌最小安全系数均低于规范要求,运营安全风险较高.针对二衬病害提出了围岩注...     

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。     

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。     

矿山法地铁隧道二衬结构安全系数及可靠度计算方法研究

以北京地铁四号线某大断面矿山法隧道为背景,分别应用“初期支护与二次衬砌共同承受全部荷载的计算模式”与“不考虑初期支护承载而由二次衬砌单独承受全部荷载的计算模式”进行隧道截面安全系数和可靠度指标的计算,结果表明：两种承载模式得到的结构最不利截面安全系数均能满足要求,但“二衬结构单独承载模式”得到的最不利截面结构可靠度指标偏低．为确保根据不同承载模式得到的计算结果基本相同,在应用响应面法分析隧道衬砌结构荷载效应的基础上,采用了等效地层弹性抗力系数来表征初期支护对结构承载的贡献,为解决地铁隧道结构设计中由于结构承栽模式不同而造成的计算结果差异提供了一个途径．     

大跨度傍山棚洞衬砌结构安全性分析

运用荷载结构法,计算棚洞三维衬砌结构各单元的内力值,并根据其衬砌结构的配筋情况进行安全性计算。数值模拟表明:棚洞衬砌结构的最大轴力出现在靠山侧边墙墙脚位置,最大负弯矩出现在曲墙中央区域,最大正弯矩出现在左顶板中央区域;跨中处断面衬砌结构的安全系数较柱顶支座处断面衬砌结构的安全系数略高,整个衬砌结构的安全系数满足相关JTGD70—2004《公路隧道设计规范》要求。     

用新奥法理论解析隧道施工中的几种错误看法

结合隧道工程建设管理中发现的问题,应用新奥法和围岩-支护结构特性曲线解析了隧道工程建设中的几种错误看法,包括隧道二次衬砌的作用、二衬施作时机和衬背空洞的回填处治等,指出了这些错误认识的危害性,可用于指导工程管理。     

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.     

隧道衬砌结构可靠指标计算方法的研究

本文采用有限元－响应面法及Ｍｏｎｔｅ－Ｃａｒｌｏ模拟获得衬砌结构内力的特征参数，并以此为基础，利用五种结构可靠度分析法计算明洞与隧道衬砌结构可靠指标，经对比得出Ｔｒｙｍ法求出的隧道衬砌结构可靠指标最小，为今后进一步寻求隧道结构设计安全系数与可靠指标之间的对应关系奠定基础。     

连拱隧道二衬结构受力优化设计

连拱隧道由于其中墙结构型式的不同,其二衬结构型式也各不相同。为了准确反映不同中墙型式的二衬结构受力特性,建立平面有限元"荷载-结构"模型,对不同中墙连拱隧道的二衬结构受力特性进行了分析,明确了整体式中墙与二衬开裂的原因,并提出了连拱隧道合理的衬砌结构型式及不同二衬结构的设计要点。     

隧道质量通病原因及对策分析

在隧道检测的实践中,发现隧道普遍存在以下问题:衬砌渗水、衬砌开裂、衬砌空洞、二衬混凝土强度不足,给隧道的运营带来了安全隐患。本文对以上质量通病的原因进行了分析,并研究了治理质量通病的技术措施。     

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。      

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.     

武汉过江隧道地震响应因素影响分析

运用ANSYS软件,以武汉过江隧道衬砌结构典型地质剖面为例,研究地基土压缩模量、衬砌模量、外径、顶板土层厚度及水深等因素对地震响应的影响,相关参数均来自工程实际,地震荷载考虑EI-centro双向地震作用,得出如下结论：（1）随着地基土压缩模量增大,衬砌同一节点竖向位移和应力最大值逐渐减小;在同一时刻,最大节点位移分布在衬砌顶部,最小节点位移分布在衬砌底部;最大节点应力主要分布在衬砌左右侧壁位置,最小节点应力则分布在左上侧壁位置区域。当土压缩模量大于20MPa后,无论是位移还是应力,其变化幅度减小。（2） 衬砌模量越大,其节点位移减小,而节点应力增大;外径越大,其节点位移较小,而节点应力除拱顶、拱底外逐渐增大,拱顶拱底应力先略微减小然后增大。（3）地基土厚度越大,其节点位移逐渐减小;节点应力则逐渐增大。（4）衬砌上部水深越大,无论是节点位移还是应力均逐渐增大。当水深在10m内时,变化幅度较小;超过10m后,变化幅度增长较快。     

岩石蠕变对隧道二衬结构影响的研究

岩石蠕变是岩石的重要力学特征之一。在隧道开挖完之后的很长时间内,围岩会因为蠕变而进行应力调整,蠕变产生的荷载由隧道的初衬和二衬联合承担。而当今隧道的使用寿命规定为100a,隧道设计中往往将二衬作为安全储备,没有通过分析围岩蠕变荷载对二次衬砌的影响对二衬进行设计。如不对此进行准确分析并采取有效的控制措施,长时间的蠕变将会对隧道二衬结构产生严重影响。因此,分析隧道二衬受力以及健康程度随时间的变化是十分有必要的。结合铜锣山隧道工程,利用大型有限差分软件FLAC3D的Bur-gers蠕变模型,分析了不同时间蠕变对围岩应力重分布以及对二衬的力学性能的影响,得出一些有价值的结论:岩石蠕变造成隧道断面围岩应力、作用弯矩的大小及位置发生变化,对衬砌的安全造成影响。     

软弱围岩浅埋隧道二衬结构设计探讨

在软弱围岩浅埋地段（特别是洞口段）,为了确保隧道施工安全,通常采用较强的超前支护措施,比如超前大管棚支护、超前小导管注浆等,这些超前工法极大地提高了地层围岩参数,改善了隧道稳定性。但设计中这些地段的二次衬砌结构配筋偏多,材料性能得不到有效利用。结合工程实际,借助数值模拟手段,分析了某隧道衬砌的受力特点并对内力进行检算,发现二次衬砌各截面均有较高的安全储备,墙脚是二衬配筋的控制部位。因此提出降低钢筋直径、增加钢筋间距,适当加长仰拱与边墙部位搭接钢筋的长度等措施,最终可以既减小全断面配筋面积、又充分发挥钢筋的作用效果,数值模拟验证了这一措施具有可行性。     

南崖山隧道塌方段钢架变形应急处理技术

在隧道施工中,拱架置换是处理隧道严重病害的一种有效防止措施,但其施工难度较大,无理论实践经验,技术流程也较复杂。针对兰渝铁路南崖山隧道出口DK490＋100~DK490＋082段边墙初期支护从切除至更换的施工全过程,介绍了软弱围岩侵限拱架置换施工的关键技术,分析了拱架置换施工的主要质量控制方法,为今后类似工程的施工提供了实践参考。     

地质雷达检测隧道衬砌常见病害模型实验研究

建立了由素混凝土、单层钢筋网及双层钢筋网3个区段组成的隧道衬砌试验模型,模型中布设了常见病害（空洞、空洞积水和混凝土析水）。模型自然养护28天,运用地质雷达对衬砌模型进行检测。对比隧道衬砌模型的地质雷达剖面图与实际的衬砌布设情况,可得结论：地质雷达检测对钢筋的存在反应敏感;双层钢筋网检测存在一定程度的缺陷;病害复杂（叠加）处检测图像辨识准确度较差;钢筋网的存在对其上下方病害的检测存在一定的影响;空洞积水的反射特征明显,易于识别;地质雷达（配800 MHz天线）的检测精度约在50 mm范围内,不能完成小尺寸空洞的检测。这为隧道衬砌常见病害的检测识别提供了一定的经验依据,并对隧道衬砌中双层钢筋网内病害和小尺度病害的检测做了初步探讨和研究。     

大跨度连拱隧道支护体系的现场监测及数值模拟

文章对某大跨度连拱隧道施工全过程进行现场监测,在监测结果的基础上,结合数值模拟进行分析与研究,得出大跨度连拱隧道在开挖过程中的力学特征.结果表明：（1）上台阶开挖对钢支撑受力的空间效应明显,是隧道支护监测的控制点;（2）钢支撑和二衬前期内力增加较快,随后逐渐趋于稳定,二衬内力大约1年内趋于稳定;（3）中墙侧衬砌最易受到临洞施工影响,衬砌受力也最复杂;（4）对大跨度连拱隧道进行数值模拟一定程度上能得到开挖过程中的力学特征,但是由于隧道跨度大,地质条件复杂,开挖步骤多,数值模拟结果与实际有较多不同.     

砂卵石地层下伏膨胀岩土盾构隧道结构内力特征

成都地铁二号线区间盾构隧道局部穿过砂卵石下伏膨胀岩土地层,为获得下伏地层膨胀荷载对盾构隧道衬砌结构内力的影响规律,采用数值方法分析了下伏地层在不同范围发生局部膨胀时对衬砌结构外侧压力的影响.通过现场测试得到了盾尾注浆时和隧道贯通后衬砌结构荷载及内力的分布规律,并与不同膨胀荷载下结构内力的计算结果进行了比较.研究表明:膨胀圈厚度及范围对膨胀后压力增量的影响较小,膨胀力对压力增量的影响较大;局部膨胀荷载的存在将增大管片结构弯矩,对结构受力不利,负弯矩是下伏膨胀岩土地层盾构隧道结构设计的控制因素.计算砂卵石下伏膨胀岩土地层中盾构隧道结构内力时,应考虑膨胀荷载的影响,膨胀荷载可采用数值分析等手段确定.      

连拱隧道的中隔墙受力分析

中隔墙是连拱隧道的中枢结构,也是重要的承载构件,其受力情况直接影响着隧道的稳定性和安全性。通过对中隔墙的断面形式及其受力情况进行分析,提出在连拱隧道中隔墙设计与施工过程中,应该全面考虑中隔墙的受力情况,采取科学的方法进行有效的改进,以保证隧道工程的经济性、实用性、安全性及稳定性。