黄土连拱隧道中导洞临时支护的比选分析

黄土连拱隧道采用台阶法开挖时,中导洞的临时支护一般为钢支撑支护和回填土支护。为了选择合理的临时支护,文章结合太佳高速公路清凉寺连拱隧道的工程实例,对两种支护进行全过程弹塑性数值仿真对比分析。结果表明,钢支撑支护与回填土支护对隧道的地表位移、拱顶沉降、锚杆轴力的支护效果相同,均能满足隧道变形要求;对围岩应力、初期支护应力和锚杆轴力等方面的支护效果,钢支撑支护优于回填土支护。     

黄土连拱隧道中墙力学特征现场测试与分析

连拱隧道中墙是受力复杂部位和重要承载构件,直接影响到隧道的安全性与经济性。为研究黄土连拱隧道中墙受力规律,文章以陕北某黄土连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器对隧道中墙顶部和底部接触压力、中导洞锚杆轴力、中墙钢筋计轴力及中墙内力进行了系统测试与分析。结果表明:中墙基底压力两边大中间小,呈"马鞍形"分布,基底压力比中导洞顶部接触压力大;锚杆轴力较小,峰值在围岩浅部,深部轴力约为峰值的10%,中导洞锚杆支护作用不明显,可以取消;中墙钢筋计轴力向底部增大,中墙受力上部较下部敏感;中墙受力最大位置在中部偏左下侧,左右线应力先后释放对中墙受力有一定的"纠偏"作用,但中墙始终受到偏压作用;按组合变形构件推算的中墙最大轴力值约为583 kN,最大弯矩值约为45 kN·m,中墙处于稳定状态,其纵向承受扭矩作用、最大值约为79 kN·m,内力十分复杂。     

某大跨度隧道支护破坏原因分析

文章针对某采用双侧壁导洞法施工的大跨隧道在导洞施工过程中的临时支护破坏现象,结合实际的净空收敛监控数据对支护内力进行了反分析,重点就支护破坏形成原因进行了分析。分析结果表明:当导洞下台阶开挖时,导洞内壁会产生较大的水平变形,且后续导洞开挖对先开挖侧导洞临时支护变形影响较大;下台阶位置处临时支护以承受弯曲应力为主,受力状态较为不利,易因弯曲应力过大而导致拉裂破坏;先行开挖侧导洞临时支护在后开挖侧导洞施工的反复影响下,无论是轴向应变还是弯曲应变均明显高于后开挖侧导洞,破坏程度因此也更为严重。     

卸载工况下盾构隧道结构承载性能数值模拟分析

周边卸载导致的隧道横向大变形对地铁的正常运营与安全使用产生严重影响,对于隧道结构从周边卸载开始直至破坏的全过程,需要发展一种高效并能保证精度的数值模拟方法。文章首先进行不同接头刚度下衬砌环的内力及变形数值分析,表明管片接头刚度值对衬砌环轴力分布及大小影响很小,可以先使用相对简单的等刚度圆环法计算得到管片接缝处的轴力值,再将此预分析轴力值作为确定接头抗弯弹簧弯曲刚度曲线的轴力值,用三维直梁实体单元进行精细分析得到不同轴力下的管片接头抗弯刚度模型。最后将接头抗弯刚度模型参数赋给二维梁-弹簧模型中的弹簧参数,运用二维梁-弹簧法计算得到衬砌结构各级荷载下的内力和变形。该方法得到的数值模拟结果与试验结果一致,全过程数值分析表明:在侧向压力卸载过程中,接头截面处弯矩不断增大、轴力不断减小,各接头处抗弯刚度快速下降,最终结构达到破坏状态。     

不同因素对立体交叉隧道施工的影响规律分析

针对围岩级别、交叉角度和岩柱高度3个影响因素,设计100个试验工况进行数值建模计算,分别从新建隧道施工引起的既有隧道拱顶沉降和初期支护内力变化两方面探讨了该3种因素对立体交叉隧道施工的影响规律。研究结果表明:受新建隧道下穿施工的影响,既有隧道拱顶沉降和喷混凝土轴力均有增大的趋势,且随交叉角度的增大,增幅更为显著;当立体交叉隧道岩柱高度增加、围岩变差时,引起的既有隧道拱顶沉降变化加大,而喷混凝土轴力的增大比率反而逐渐减小。可见对于立体交叉隧道而言,既有隧道结构变形为较敏感的物理量,可作为施工设计的重点考察指标。     

隧道型钢拱架打孔对其刚度影响分析

在软弱围岩隧道施工中常采用型钢拱架进行支护,但当拱架间距小于1 m时,施作超前小导管的外张角难以控制。为减小超前小导管外张角,现场施工中采用了型钢拱架腹板打孔的方法。文章通过建立拱架三维模型,计算了不同打孔范围、不同打孔密度情况下拱架的变形情况,研究了型钢拱架腹板打孔对拱架和支护体系的刚度影响。结合现场对比试验,根据初期支护变形、围岩压力和拱架内力的实测情况,提出打孔间距是影响拱架刚度的主要因素。在本工程条件下拱架腹板打孔的安全间距为40 cm及以上,其对拱架刚度的削弱程度小于4%,对整个初期支护体系的刚度几乎没有影响。     

大断面浅埋偏压隧道CRD法施工工序研究

文章以良村隧道CRD法施工为工程背景,布设了变形监测点及内力测试元件,分析了CRD法施工隧道围岩变形情况及结构内力特征,并对CRD法施工隧道在不同开挖顺序下的开挖过程进行了数值模拟,分析比较了不同开挖顺序时的围岩位移、应力变化情况。结果表明:CRD法对各分部施工工序影响较大,且各分部对拱顶下沉的影响程度从大至小依次为1部、2部、3部和4部;隧道内侧围岩压力大于外侧,钢支撑内力均为压应力,且拱腰位置轴力大于其它部位。比较隧道开挖变形的差异以及结构的受力特点,结合数值分析结果,得出了山体外侧先开挖方案无论在围岩变形还是隧道结构受力方面相比于山体外侧后开挖都较小,安全系数相对较高。因此,合理的施工工序应该是先进行山体外侧开挖并施作初期支护,然后再在山体内侧开挖施工。     

浅埋膨胀土隧道围岩抗剪强度与支护结构受力特征关系研究

膨胀土吸水后产生的膨胀问题,导致隧道支护结构承受复杂的膨压应力。为研究浅埋膨胀土强度衰减和膨胀效应对隧道支护结构的影响,文章以呈贡隧道工程为背景,首先利用室内直剪试验方法,探明膨胀土的抗剪强度与初始含水量的变化关系;然后基于室内试验结果,采用ABAQUS三维有限元分析模拟软件,研究膨胀土吸水膨胀对隧道支护结构的影响,揭示不同埋深下膨胀土膨胀效应对围岩变形和支护结构内力影响规律。研究结果表明:(1)摩擦角和粘聚力均随含水量的增大而下降,粘聚力受到的影响较大,膨胀土抗剪强度与含水量的关系可采用二次抛物线表征;(2)膨胀土围岩吸水后受到支护结构约束,产生较大的膨胀压力,导致围岩出现破坏,造成隧道仰拱隆起量和边墙水平收敛增大;(3)围岩膨胀后,初期支护结构轴力均匀增加,拱腰处弯矩增加较小,墙脚处弯矩增加较大,使支护结构处于不安全状态;(4)埋深对膨胀变形产生很大的影响,但达到某一极限埋深后将不发生膨胀变形。     

侧面溶洞对双连拱隧道初期支护的影响研究

在石人山岩溶双连拱隧道施工期间,曾预报并揭露侧面溶洞,隧道修建存在一定的困难。本文利用FLAC3D设计并实施二维数值试验,模拟双连拱隧道在侧面溶洞的影响下的开挖过程,对初期支护的结构内力(弯矩、轴力)进行了分析,结果表明:侧面溶洞的存在使得初期支护的弯矩和轴力普遍减小,对于双连拱隧道的右洞拱顶、拱脚、左洞内拱腰、拱脚处初支的弯矩产生较大的增幅,这4个位置应当注意监测、谨慎设计。     

小规模下伏薄煤层采空区倾角对隧道开挖稳定性的影响研究

公路隧道近接下伏采空区施工必定会打破采空区的原始平衡状态,出现应力重分布现象。为研究不同倾角下伏采空区对隧道施工稳定性的影响规律,文章采用有限元软件构建采空区地层隧道计算模型并进行了数值计算,研究了下伏采空区倾角对隧道洞周位移、初期支护内力和塑性区的影响规律。计算结果表明:(1)下伏采空区的存在加大了隧道洞周位移,倾角越小,增幅越大;(2)下伏采空区的存在增强了初期支护内力分布离散性,尤其是对拱顶内力影响幅度较大,主要体现在隧道拱顶轴力降低,倾角越小,降低值越大;(3)下伏采空区的存在增大了围岩塑性区,甚至贯穿到采空区冒落带,倾角越大,塑性区越小。因此,下伏采空区倾角越小,隧道施工风险越高,围岩稳定性越差,结构受力越不利,应采取有效措施提高下伏采空区的处治强度。     

超大断面隧道在双层初期支护下的拆撑安全性研究

目前多线隧道及超大断面隧道的修建呈发展趋势。但在施作二次衬砌时,临时支撑的拆除将是整个结构受力转换的薄弱点,故保证拆撑过程中的结构安全具有重要意义。鉴于目前国内外关于超大断面隧道双层初期支护下的拆撑安全性分析仍缺乏系统的研究,文章结合实际工程,采用以数值分析为主,现场实测印证为辅的方式,对新考塘隧道拆撑时两层初期支护的内力演变以及各自的安全性进行了分析,初步证明了双层初期支护对于拆撑过程安全性的控制效果。研究结果表明:(1)在支护厚度和纵向一次性拆撑长度保持不变时,拆撑前后的安全系数表现为:双层初期支护下的二次初期支护双层初期支护下的一次初期支护单层初期支护。安全系数的变化幅度表现为:双层初期支护下的一次初期支护单层初期支护双层初期支护下的二次初期支护;(2)在支护形式相同时,随着一次性拆撑长度的增加,其安全系数呈现先增大后减小的趋势。根据各工况计算结果,该工程合理的一次性拆撑长度为9 m左右。     

不同净距双洞隧道上下台阶法同时开挖数值模拟分析

为研究不同净距双洞隧道在上下台阶法同时开挖下的围岩变形、受力及支护受力情况,文章基于Midas/GTS软件平台对10m、14m、18m、22m净距双洞隧道进行了数值模拟分析。结果表明:(1)隧道中岩墙一侧拱腰水平位移相比左侧拱腰大,拱顶处、仰拱处水平位移较小,且随着净距变化其值基本保持不变;(2)隧道拱顶及仰拱位置处围岩竖向位移较大,拱腰处较小,随着隧道净距增大各部位竖向位移均减小;(3)随着隧道净距的增大拱顶及仰拱处的水平应力及竖向应力逐渐减小,但减小幅度较小,同时拱腰处水平应力及竖向应力变化较大,且减小幅度不断扩大;(4)随着净距的增大,锚杆轴力最大值及喷混结构最大拉应力发生了减小,减小幅度逐渐扩大。     

马蹄形隧道初期支护结构力学及变形性能足尺试验研究

针对马蹄形隧道初期支护结构，采用足尺试验，通过埋设传感器对结构内力、结构表面应变及变形进行监测，分析了钢拱架与喷射混凝土初期支护结构的承载能力和变形性能。研究结果表明：（1）在弹性阶段，支护结构各截面所受弯矩和轴力关于结构中性轴左右对称，对应的径向位移幅值较小。（2）在塑性阶段，随着外加荷载的增加，支护结构的弯矩和轴力快速增大；支护结构呈现“拱底外凸，拱腰内凹”的变形状态，且近似关于中性轴左右对称。（3）支护结构最终在右拱肩型钢连接处失效破坏，破坏位置处混凝土与型钢呈大范围剥离状态，裸露的型钢外凸发生弯折破坏，结构极限承载力约为设计荷载的1.32倍。     

马蹄形隧道初期支护内力反演分析的理论研究

隧道开挖过程中,混凝土支护结构的内力分布表现出特有的动态变化特征,对施工环境下隧道支护结构的内力分布特征进行研究并对其薄弱部位进行预判是保障隧道施工安全的重要手段之一。文章将隧道弧段和边墙段初期支护分别视为弹性地基曲梁和直梁,基于初参数法和围岩压力量测,从理论上推导了马蹄形断面隧道初期支护内力计算的反演表达式;结合某隧道围岩压力的实测数据,反演了初期支护的内力分布。初期支护内力实测数据和反演分析结果对比分析表明,所提出的马蹄形隧道初期支护内力的理论反分析方法切实可行,可为隧道初期支护设计和施工工艺的优化提供理论依据。     

拱盖法隧道围岩稳定性模型试验研究

文章利用大尺寸模型试验,研究了拱盖法隧道开挖过程中地表的发展模式和围岩受力情况。结果表明:隧道开挖过程中地表沉降先后经历了缓慢沉降、快速沉降和缓慢沉降三个阶段,其中中导洞开挖、竖向支撑拆除是沉降快速发展的阶段,拱部二次衬砌完成后开挖下部围岩对地表变形贡献不大;在掌子面推进过程中,监测断面各部位围岩荷载的释放过程具有较大差异性,拱部围岩荷载相比于拱脚和边墙释放更快,且幅度更大;拱部围岩中导洞开挖和临时支撑拆除会导致已稳定的围岩压力二次释放;由于支护的及时跟进,围岩自承能力得以发挥,围岩径向收敛变形得到较好的控制;拱部围岩中导洞开挖和临时支撑拆除会导致已稳定的围岩压力二次释放,建议工程中应将拱顶沉降作为拱盖法围岩稳定判别的主要依据。     

城市大断面浅埋隧道中导洞法施工安全性评价——厦门国际旅游码头隧道

厦门国际旅游码头隧道虽然全长仅110 m,但存在隧道埋深浅、围岩条件差、开挖跨度大等不利条件。隧道采用中导洞法施工,施工中进行了位移、初期支护应力、初期支护与围岩接触压力、锚杆轴力等现场监测,监测结果及分析表明:该工法安全、可靠,施工方便。文章介绍了该隧道的工程概况、施工方法、施工监测结果及分析,可供类似工程借鉴。     

苏家湾隧道初期支护变形侵限处理措施及施工工艺的研究

文章针对苏家湾隧道发生的初期支护变形侵限的病害,通过对隧道洞身地质条件的分析,并利用有限元软件MIDAS-GTS对隧道初期支护结构及二次衬砌进行了验算,确定出控制隧道初期支护变形的支护参数;并提出施工前加强对隧道中线顶部地表的地形地貌调查,完善排水系统、隧道内加强支护系统、适当加大预留变形量,并加强监控量测等施工工艺和处理措施。     

通用环错缝拼装盾构隧道结构设计计算参数研究

为了探明错缝拼装条件下盾构隧道结构的内力和使用修正惯用法进行设计计算的关键参数——弯矩传递系数、抗弯刚度有效率,文章根据地铁盾构隧道实际运营条件设计和实施了不同工况下通用环错缝拼装盾构隧道结构的足尺试验,分析了埋深、侧压力系数、纵向力、侧向抗力等对于结构内力和修正惯用法相关设计参数的影响。研究结果表明,弯矩传递系数对结构埋深和纵向力较为敏感,抗弯刚度有效率则受到侧压力系数、结构埋深、纵向力和侧向抗力的影响。     

超大跨度浅埋隧道双侧壁导坑施工临时支撑拆除方案研究

双侧壁导坑法因其具有控制地表沉降等优势,在超大跨度浅埋隧道施工中得到广泛应用.该工法中的临时支撑拆除方案与隧道施工工期、安全密切相关,但现有研究成果缺乏对其系统性的研究.为此,本文以超大跨度浅埋隧道为工程实例,开展临时支撑拆除时机、顺序、方法和安全措施等的相关研究工作,系统性阐述了隧道双侧壁导坑法施工临时支撑拆除的时机、顺序、方法及安全措施.     

常规和广义反应位移法在浅埋双圆盾构隧道中的应用比较

文章阐述了常规反应位移法的基本原理、分析方法及其存在的问题,给出了常规反应位移法地层结构滑移和不滑移两种假定下的地层弹簧刚度取值公式,并提出了基于地层-结构模型的有限元广义反应位移法。该法的地震强制位移施加在地层左右两侧边界上,两侧边界受到水平滑移支座约束,底部基岩边界受到固定支座约束,并在结构地层界面之间引入摩擦接触单元模拟界面滑移效应。不同界面条件下,双圆盾构隧道采用常规反应位移法和有限元广义位移法的对比表明:考虑界面滑移的有限元广义位移法能更加真实地反映双圆盾构隧道的地震效应;在地震强制位移作用下,双圆盾构隧道两洞管片衬砌附加弯矩为倾斜的8字形分布,中柱附加弯矩为线性分布,反弯点出现在中柱中点附近;管片上附加轴力基本为压力,中柱附加轴力为拉力且沿高度基本不变;管片上附加剪力为正8字形分布,中柱附加剪力沿高度基本不变。