Ⅲ级围岩下大断面市政隧道最优扁平率的确定

随着城市化进程加快,交通量的快速增加,高等级公路和市政工程中的两车道公路隧道已不能适应交通量的发展需求,单洞三车道、四车道等扁平大断面隧道日益增多。合理的扁平率,将有效提高大断面隧道的空间利用率、节省工程造价。该文依托坪盐通道马峦山隧道,工程全长约7.89km,属特长市政隧道,开挖跨度达16m。利用数值模拟方法,对比分析了10组不同扁平率下隧道的围岩位移特征、围岩受力特征、支护结构受力特征、围岩塑性区分布特征,以此确定了合理的隧道扁平率。     

钻爆法双层隧道的衬砌结构设计与分析

以某钻爆法双层隧道项目为例,采用同济曙光、midas Civil结构设计软件对隧道二次衬砌进行建模分析。通过研究车道板、车辆荷载及围岩级别对衬砌结构的影响,得到主要结论:车道板及车辆荷载作用对双层隧道衬砌结构的影响不可忽略;对于围岩级别较差或浅埋隧道,车道板可有效控制衬砌边墙的变形,并大幅减小衬砌结构内力峰值;对于围岩级别较好或深埋隧道,车道板无法改善衬砌结构内力,甚至导致内力水平增加。     

浅埋偏压公路隧道衬砌裂损病害统计及成因反演分析

基于广东地区某三车道高速公路隧道浅埋偏压段衬砌裂损病害检测数据,采用数理统计方法对衬砌裂损病害进行统计分析。结合隧道施工及检测情况,对浅埋偏压段隧道结构受力情况分别采用荷载-结构法和地层-结构法进行了数值反演计算。计算结果表明:对于隧道的浅埋偏压段,地层-结构法得到的衬砌受力情况更加吻合隧道衬砌裂损状态,受隧道施工及地形偏压的影响,浅埋侧隧道拱部围岩塑性应变和围岩压力大于深埋侧,因衬砌钢筋保护层较厚,导致钢筋无法有效约束裂缝发展,进而造成浅埋侧衬砌大面积开裂。     

大型地下互通隧道射流风机升压特性数值模拟研究

根据流体力学的计算原理,采用CFD计算软件FLUENT,对深圳东部过境地下互通的两车道矩形直线隧道、两车道和三车道拱形小半径曲线隧道、四车道拱形直线隧道的射流通风流场和升压力情况进行了数值模拟。通过模拟射流风机升压力与理论计算升压力的比较,得到了两车道矩形直线隧道和拱形曲线隧道的升压力折减系数、三车道曲线隧道和四车道直线隧道的横向安装间距及升压力折减系数。模拟结果还表明,设计提出150m的纵向安装间距是满足要求的,在风机安装数量较多的情况下,可适当减小间距。该研究成果为依托工程的设计提供了指导,也可为类似工程提供参考。     

铁路隧道结构计算荷载问题分析讨论

铁路隧道复合式衬砌结构的计算荷载,按有关资料建议取值存在主观操作差异,设计失之指导与规范。通过进一步分析隧道工程状态,认为应规范化区别各级围岩及其级内差异和支护强度,以体现不同围岩衬砌的受力差异和平衡同级衬砌受力水平,为合理确定结构荷载提供条件;综合新奥法和传统矿山法分析,衬砌结构“远期”都承受相当的围岩压力,经结构验算和实测压力分析比较,并参考公路隧道设计细则,确定铁路深埋隧道坍方荷载按现行公式计算,Ⅱ、Ⅲ级衬砌荷载为坍方荷载的40%; Ⅳ、Ⅴ级衬砌分别为50%和70%; Ⅱ、Ⅲ级单线衬砌可视为安全储备,当跨度增加时,应全面满足构造、工程类比和结构检算要求;各级围岩侧压力系数按规范沿用,可以此统筹当前设计。建议通过系统性实测统计分析和试验研究,为进一步完善结构设计方法提供条件。     

黄土隧道两种衬砌结构受力特性对比分析

以甘肃省某高速公路黄土隧道为工程背景,通过数值模拟,采用荷载一结构法对直墙式和曲墙式(针对一次衬砌)两种衬砌结构断面形式分别进行计算,并对比分析,综合比较,得出曲墙式衬砌结构整体受力特性优于直墙式衬砌.研究方法和结论为黄土隧道衬砌结构设计提供一定的理论支撑,对分析黄土隧道衬砌结构的受力特性,建立更加科学合理的隧道结构形式具有一定的参考价值.     

某隧道衬砌开裂的安全性分析及治理

结合某隧道衬砌出现裂缝的情况,根据施工单位的现场量测资料,对隧道衬砌的开裂原因进行了分析。通过分析裂缝在隧道纵向的分布及裂缝的发展,认为该隧道非断层带内的衬砌开裂多为受温度应力及施工因素影响而产生的非受力开裂,而断层带内的衬砌开裂多为受挤入性围岩压力影响而产生的受力开裂。考虑到受力开裂对隧道衬砌的不利影响,采用有限元数值方法对不良地质情况下的受力开裂衬砌进行了计算。因该隧道在规范荷载作用下衬砌是安全的,但是由于衬砌已经开裂,故参考现场实测接触压力,通过荷载组合试算确定衬砌荷载。然后根据此荷载进一步评价开裂衬砌的安全性。     

大断面公路隧道二次衬砌受力特性模型试验

为研究大断面公路隧道运营期二次衬砌受力特征,开展室内相似模型试验,采用主动加载方式模拟隧道在运营过程中承受的围岩压力,对3车道和加宽带2种断面二次衬砌受力、变形及破坏规律进行研究。试验结果表明： 1）按规范设计的大断面隧道衬砌结构在设计荷载作用下内力和变形均较小,结构具有较高的安全储备; 2）衬砌各截面内力（弯矩、轴力）随围岩压力的增加呈现先慢后快的增加趋势,偏心距则呈现逐渐减小的变化趋势; 3）开挖断面越大,内力控制截面越多; 4）开挖断面大小对衬砌变形及破坏形态也有一定影响,断面越大,拱顶、边墙变形越大,衬砌各部位开裂荷载差异越明显,且衬砌开裂过程持续时间越长。     

浅埋软弱地层中超大断面隧道支护方案研究

通过对某二级公路隧道洞口段单洞四车道超大断面支护形式的研究,提出了一种新型支护方案。对传统方案与新型方案的计算分析与对比表明:新的支护方案可以有效减小结构内力,降低支护强度,改善边墙及仰拱的受力条件,技术效果显著,为超大断面隧道在复杂地质条件下的工程应用,提供了较好的解决方案。     

某湿陷性黄土隧道施工过程力学特性及塌陷区施工控制

通过对某穿越湿陷性黄土地层隧道某塌方段地层-结构法和荷载-结构法的数值对比计算分析,表明虽然隧道上方塌陷后原状土体结构遭到破坏,但在围岩与衬砌支护结构变形协凋的共同作用过程中,塌陷区黄土围岩的承载潜力仍要考虑到计算中,单纯的荷载结构法计算不能充分反映衬砌支护结构受力、变形的实质,采用地层结构法计算更符合实际情况;同时,根据塌陷段地质情况,采取了地表深孔注浆加固地层的处治方案,通过现场试验分析、论证,表明该处治方案合理、有效,较好地实现了地层加固的目的.     

公路隧道衬砌裂缝处治技术研究

通过对某公路隧道衬砌裂缝现场调查,结合《公路隧道养护技术规范》进行隧道技术状况类别评定,并基于荷载-结构法对规范推荐的几种典型裂缝处治方法进行分析研究,得到了处治前后的衬砌内力及安全系数。研究表明:衬砌裂缝处治措施均有效的改善了衬砌结构的受力状况,提高了衬砌结构的安全系数,达到了裂缝处治的预期效果。该研究为公路隧道衬砌裂缝病害处治提供了参考和思路。     

软土地基大直径地铁盾构隧道运营期衬砌结构受力特性现场测试研究

为了解大直径地铁盾构隧道衬砌结构的受力性能,基于广州轨道交通4号线南延段大直径地铁盾构隧道工程,采用水土压力计和钢筋应力计传感器对衬砌结构运营期间的外荷载和钢筋应力进行现场测试,得到衬砌结构外荷载和内力的响应规律。通过衬砌结构计算模型理论值与现场测试结果的比较,说明衬砌结构计算模型的合理性。研究结果表明:1)衬砌结构顶部的水土总压力实测值和上覆土柱的重力基本一致;2)衬砌结构底部的水土总压力呈现中间小、两边大的分布形态,计算模型中可在衬砌结构下部半圆周范围内布置土弹簧模拟衬砌结构的实际受力情况。     

矩形盾构隧道管片衬砌施工期结构性能的现场试验研究： 结合上海虹桥临空11-3地块地下连接通道工程

本文以国内首条矩形盾构隧道工程为背景,对矩形盾构衬砌结构在整个施工期的荷载及结构响应进行现场追踪测试,探索衬砌结构在施工期的主要受力阶段、结构外荷载及其响应随时间的变化规律,以全面掌握矩形盾构隧道衬砌结构在施工期的受力行为。研究结果表明： 1）衬砌结构在施工期的受力可划分为自重阶段、脱出盾尾阶段、同步注浆阶段和稳定荷载阶段; 2）脱出盾尾阶段和同步注浆阶段的结构外荷载分别为稳定荷载阶段的1.5~3.0倍和1.5~2.5倍,为衬砌结构在施工期的2个不利受力阶段; 3）稳定荷载阶段的结构外荷载及其分布与理论计算较为吻合; 4）衬砌结构在施工期的内力基本满足左右对称,内力分布特征与运营阶段基本一致。     

单洞三车道公路隧道扩挖成四车道的开挖方案的探讨及思考

目前对单洞2车道的公路隧道扩建成4车道的工程实例和相关研究已有不少,但对单洞3车道隧道扩建成4车道隧道的相关案例及研究鲜有报道。以某公路隧道扩建项目为例,基于对既有3车道隧道受力状态的不同认识和技术措施所起的不同作用,提出3种扩挖方案,并对扩挖方案中遇到的问题提出思考,供类似工程参考。     

公路隧道衬砌结构的相互作用分析

以特长隧道为研究对象,采用二维平面有限元方法研究了隧道衬砌结构的受力情况,建模中考虑了隧道坡度的影响.通过分析表明,衬砌中的初期支护和二次衬砌一般要共同承担荷载,二次衬砌的受力往往大于初期支护的受力,而且在初期支护与二次衬砌间存在不均匀压力,由此可对衬砌的合理设计与施工提供一定的参考价值.     

公路隧道衬砌防裂钢筋网效用研究

为分析防裂钢筋网提高隧道衬砌结构抗裂性能的机理和幅度,以双车道隧道III级和V级围岩衬砌结构为研究对象,采用荷载结构法和杆系有限元数值模拟,获得素混凝土结构开裂的临界荷载、进而获得配置钢筋网的衬砌结构达到0.2mm裂缝宽度时的临界荷载。分析表明,配置防裂钢筋网后,III级和V级围岩衬砌结构的抗裂性能分别提高22.4%和15.2%,抗裂效果明显。     

高水压公路隧道的结构受力特征及对围岩稳定性的影响

以四川省某公路的高水压隧道为对象,采用有限元软件ANSYS11.0,对其结构的受力特征和围岩的稳定性进行了研究。结果表明,水压力对隧道所受的轴力、弯矩、剪力影响最大,受水压力的影响,轴力增加69%以上、弯矩增加97%以上、剪力增加203%以上。在水压力作用系数相同时,在衬砌背后排水系统排出的地下水时,衬砌内力、塑性应变、隧道位移最大值要大于从衬砌渗出的数值,但增幅很小。无论是蛋形断面还是圆形断面,隧道轴力、位移矢量、竖向位移的最大值均有一定程度的减小,两种断面的减小幅度非常相近,圆形断面对隧道结构受力与围岩稳定性要比蛋形断面好。水压力分布不均匀的衬砌内力、塑性应变、隧道位移最大值比分布均匀的要大,其中弯矩、塑性应变最大值增加非常明显,分别增加了100%、443%,水压力分布不均匀对隧道结构受力、围岩稳定性影响较大。     

复合地层条件下水下盾构隧道衬砌结构受力特征研究

针对工程中常用的无衬垫接头抗弯刚度非线性的特点,采用描述接头轴力、弯矩及转角关系的解析公式,提出盾构隧道衬砌结构受力计算的迭代计算方法。基于南京市纬三路过江通道的工程背景,分析了接头抗弯刚度的取值对盾构隧道衬砌结构受力及变形的影响,对工程中遇到的典型土岩复合地层中衬砌结构的受力进行了计算。计算表明,所提出的迭代计算方法简便易行,收敛较快,复合地层中衬砌结构的受力分布与均一地层中相差较大。复合地层的作用使得衬砌结构内力分布更不均匀,可能使得某一部分管片内力显著增大,设计时需要针对实际地层分布形式进行计算。     

隧道喷膜防水衬砌结构力学性能影响因素研究

为研究隧道喷膜防水衬砌初期支护、二次衬砌间的协同受力机制及其影响因素,提供合理的衬砌结构设计参数,结合防水膜的单轴拉伸、黏结拉伸及剪切试验,建立荷载-结构隧道计算模型,对喷膜防水衬砌结构力学性能的影响因素及其作用规律进行研究。在数值计算模型中,依据试验测得的数据,采用不同厚度的防水膜、不同的界面参数及二次衬砌厚度,对隧道衬砌结构进行建模计算。结果表明:1)防水膜厚度的变化不会对衬砌结构的力学性能产生显著影响;2)不同的界面参数会显著影响衬砌结构的应力和位移,随着界面参数的增大,初期支护应力减小,二次衬砌应力增大,两者的应力差减小,衬砌结构协同受力的能力增加;3)二次衬砌厚度的减小会降低其安全系数,但均符合规范,因此可以进一步优化隧道二次衬砌的结构设计。     

基于施工全过程的矩形盾构隧道结构受力分析方法及应用

为探索如何在衬砌结构设计中充分考虑施工过程对结构受力的影响,在现场监测结果的基础上,采用理论分析和数值模拟的方法,建立基于施工全过程的衬砌结构受力分析方法,即考虑衬砌结构在施工过程中各主要受力阶段之间的非线性时变效应,采用增量法进行结构内力和变形的计算,分析结构在施工过程中各受力阶段的荷载模型以及结构刚度随内力变化的折线模型。将该方法应用到实际隧道工程中,并与传统设计方法进行对比分析。实践表明,建立的基于施工全过程的衬砌结构受力分析方法是合理可行的,其可以较全面地反映出衬砌结构在施工阶段的真实受力状态; 脱出盾尾阶段和同步注浆阶段为结构在施工期的不利受力阶段。