石膏质岩隧道新置换衬砌结构受力特征研究

为分析石膏质岩隧道衬砌结构置换施工后的受力特征,依托杜公岭隧道病害处治工程实例,在隧道病害处治施工阶段和运营阶段对6个不同病害现象的典型断面新置换衬砌结构的初期支护变形、初期支护钢架应力、初期支护-围岩接触压力、初期支护-二次衬砌接触压力等进行为期2.5年的现场测试。测试结果表明:在新置换初期支护单独承载的3~5个月时间内,初期支护的变形速率和变形量均较小,其中5个测试断面的拱顶沉降和周边收敛量最大,其分别为6.8,6.4mm;新置换初期支护钢架应力较小并且在二衬浇筑后较短时间就达到稳定状态,其中64处测点(总计72处)应力小于100 MPa;边墙芯样发现石膏、硬石膏成分的断面在二次衬砌浇筑后的26个月内,其边墙或拱顶测点的初期支护-围岩接触压力和初期支护-二次衬砌接触压力仍有明显变化,其中个别测点经过10~20个月才能达到峰值,另有个别测点在3~8个月到达峰值后受干湿交替环境影响会出现变化;综合分析认为,杜公岭隧道衬砌结构主要受到围岩中硬石膏的膨胀作用,石膏的吸水软化作用不明显,其围岩压力具有缓慢发展的特点,新置换二次衬砌承担了主要的围岩压力,新置换初期支护安全性较高;建议石膏质岩地层隧道二次衬砌不宜过早施作或者初期支护与二次衬砌间设置缓冲变形层,以充分发挥初期支护的承载力、减小二次衬砌承担的围岩压力。     

山西某既有高速公路隧道病害综合治理技术研究

杜公岭隧道的病害特点是衬砌裂缝发展范围广、边沟电缆沟变异严重及路面拱起开裂等。结合杜公岭隧道病害段的设计资料、施工记录及变异检测结果,分析了病害发生情况下衬砌结构的安全性,探讨了该隧道病害发生的原因,提出了疏通隧道排水系统+二次刻槽植入钢格栅的套衬加固+置换仰拱并扩大边墙墙脚基础的综合处治技术方案,为我国今后类似条件下公路隧道病害的治理积累了宝贵的经验。     

某高速公路隧道底鼓原因分析及处治措施研究

以福建省某高速公路隧道底鼓为例,通过地质雷达扫描和钻孔取芯方式,在分析底鼓原因的基础上提出相应的工程处治措施,并采用荷载—结构法对变更后二次衬砌强度进行了验算。分析结果表明,仰拱施工不到位是导致隧道底鼓最主要的原因;宜采取小导管注浆加固仰拱基础和墙角锚固后拆除既有仰拱、跳槽换仰拱并加强仰拱支护参数、加强施工监控量测等综合工程处治措施;加固前二衬拱顶、右拱脚和仰拱等位置最不利节点的安全系数均不满足规范要求;仰拱拆除且换拱后,二衬内力产生重分布,最不利节点安全系数均大于2,满足结构安全性要求。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

考虑时间效应的深埋小净距隧道围岩压力分析

囿于地形地貌、地质条件、选线要求等条件的限制,公路工程中常采用小净距形式的隧道,小净距隧道围岩压力是其复合式衬砌结构设计中的关键问题,但目前关于小净距隧道初支与二衬围岩压力分布及其随时间变化规律的相关研究仍较为稀缺。以龙兴岭隧道为背景,在FLAC3D平台上对4洞小净距隧道的开挖支护过程展开了细致的数值模拟,重点关注了作用在初支与二衬上的围岩压力分布。进一步考虑围岩蠕变效应,探讨了小净距隧道复合式衬砌支护结构的围岩压力及其初支/二衬荷载分担比随时间的变化规律,并与现场监测结果相互验证。结果表明:复合式衬砌支护结构围岩压力总体上关于设计中线近似呈对称分布,小净距隧道主洞(后行洞)开挖扰动引起辅洞(先行洞)二衬上围岩压力略微增大;围岩蠕变作用下,初支围岩压力随时间呈下降趋势,二衬围岩压力随时间呈上升趋势,但二者之和基本保持不变;蠕变稳定后,主洞上台阶部分(拱顶至拱腰)的二衬荷载分担比约为25%～45%,主洞下台阶部分(仰拱至边墙)的二衬荷载分担比约为20%～35%。研究成果可为小净距隧道复合式衬砌结构的设计施工及后期运维提供参考依据。     

偏压、浅埋连拱隧道病害分析及处治探讨

介绍了湖南省某高速公路偏压、浅埋连拱隧道在施工过程中出现的初期支护破坏、二次衬砌开裂等病害,分析了病害产生的原因,并介绍了病害处治采用的回填反压、围岩注浆加固、结构抽换、裂缝嵌补等病害综合处治措施,为隧道病害处治提供一种思路和借鉴.     

偏压、浅埋连拱隧道病害分析及处治探讨

介绍了湖南省某高速公路偏压、浅埋连拱隧道在施工过程中出现的初期支护破坏、二次衬砌开裂等病害,分析了病害产生的原因,并介绍了病害处治采用的回填反压、围岩注浆加固、结构抽换、裂缝嵌补等病害综合处治措施,为隧道病害处治提供一种思路和借鉴。     

膨胀土隧道信息化施工技术研究

文章结合新建山西中南部铁路通道上庄1号隧道项目的工程实际,采用室内试验、数值模拟和现场测试等方法对膨胀土隧道信息化施工技术进行研究,研究结果：各工序中,中台阶施工阶段拱脚处安全系数最小,抗压系数为3.3,抗裂系数为1.5;拱顶下沉、水平收敛、围岩压力和初期支护内力均受后续施工的影响较明显,也均在二次衬砌完成后1周左右收敛;围岩压力是拱部较小、边墙和仰拱较大,初期支护结构内力则相反;左侧围岩压力和初期支护内力均大于相应测点右侧,应调整锚杆位置、设置不等厚初期支护等措施减小其影响。     

奉溪高速喜口池隧道病害分析及处治方案研究

喜口池隧道运营4年后出现路面及电缆沟严重变形开裂、衬砌渗漏水及开裂等病害现象,引起行车不适。为保障隧道结构安全和路面行车舒适度,确保隧道运营安全,需对隧道结构和路面病害进行检测和处治维修。为查清隧道病害现状,通过查阅隧道设计图纸、竣工文件等资料以及开展现场专项检测,结果表明,该隧道存在初支与二衬间脱空、二衬欠厚、仰拱填充不规范等未按设计图施作等行为,据此制定了隧道病害维修加固的工程措施,并已应用于隧道病害处治施工现场,取得了较好处治效果,供类似工程参考。     

特大跨度连拱隧道仰拱设置研究

福州长乐国际机场高速二期金鸡山隧道、罗汉山隧道均设计为双向8车道连拱隧道,在国内几乎没有可借鉴的工程。本文针对拱部位于Ⅳ级围岩而边墙以下为坚硬整体岩石的情况,对仰拱设置进行了计算分析。计算结果表明,这种情况下是否设置仰拱对围岩稳定、初支及二衬受力影响不大。     

基于安全度的大断面黄土隧道施工方法对比分析

为研究大断面黄土隧道围岩和支护结构的安全与稳定,采用有限元软件ANSYS对弧形导坑法(AHM)和核心土加临时仰拱法(CSTIM)的施工过程进行了数值模拟,对比分析了2种施工方法引起的隧道周边围岩位移场、应变场以及初支和二衬的安全性。结果表明:1)采用CSTIM法施工可减小拱顶沉降40%左右,且沉降区域仅在隧道开挖跨度范围内;2)临时仰拱左右两侧安全系数最小仅为0.12,拱顶和左右拱腰安全系数均大于4.0,永久仰拱安全系数处于0.5~2.5之间;3)二次衬砌受力普遍较小,具有足够的安全储备;4)采用AHM法施工围岩竖向位移较大、支护安全系数分布不均、衬砌局部处于受拉状态。因此,从对围岩扰动大小、支护和衬砌安全性以及施工工序等方面综合考虑,CSTIM法均优于AHM法。研究成果可供黄土地区大断面隧道变形控制和施工方法的选择参考。     

堆积体隧道围岩及支衬体系空间力学特性

为研究堆积体隧道围岩和支衬体系受力空间变化规律,采用三维弹塑性有限元法模拟隧道施工过程,得到了洞室周边围岩和支护结构应力随掌子面开挖的变化过程。结果表明,隧道开挖对不同部位围岩扰动大小存在较大差异,扰动后拱部围岩应力强度较小,拱脚和边墙围岩应力强度最大,仰拱围岩应力波动较大但量值总体偏小;管棚在隧道开挖前后受力状态发生明显改变,支护和衬砌过程中有微小波动;拱部系统锚杆对于维持围岩临时稳定发挥了一定作用,但其作为永久支护对围岩长期稳定作用不大,锁脚锚杆在下台阶开挖以及隧道长期稳定方面均发挥了重要作用;初支拱部受拉、边墙和拱脚受压显著,其中拱腰、拱脚分别为拉、压控制性截面;与钢筋混凝土强度相比,二衬受力较小,具有较大的强度储备。     

硫酸盐侵蚀环境下公路隧道加固改造技术研究

公路隧道受到地下水中硫酸盐矿物质的侵蚀作用，混凝土会逐渐发生结晶疏松、强度降低、成层剥离等病害，严重影响隧道的使用功能和运营安全。对硫酸盐侵蚀环境下公路隧道进行加固改造的关键在于“治水”,且最大限度利用原结构的剩余承载能力，提高衬砌结构的安全系数，达到安全、环保、经济的目标。依托工程实践，对复合式高抗硫酸盐混凝土套拱为主的综合加固改造技术进行分析研究，结果显示：该技术可显著改善隧道的抗硫酸盐侵蚀能力，提高原衬砌支护结构的强度、刚度及稳定性，确保隧道运营安全。     

重庆礼让石膏岩隧道衬砌结构设计与施工稳定性分析

膨胀性石膏岩遇水极易发生复杂化学反应且体积发生持续性膨胀,从而引发岩石力学性能的不可逆性变化。为系统研究高速公路隧道在石膏围岩环境中的衬砌结构特性,将数值计算与《公路隧道设计规范》结合,分析衬砌结构强度安全系数,并对现场的初支、二衬间接触压力等方面进行了综合分析。结果表明,实测荷载作用下结构的最不利位置为拱腰和拱脚处,二衬的安全性要远高于规范荷载下的情况,因此隧道石膏岩支护设计以及必要的辅助工法施作可以实现隧道长期稳定。现该隧道已顺利竣工进入运营期,更说明衬砌设计的合理及施工安全性。     

软岩隧道初支大变形采用内撑环拱加固施工技术

高速公路隧道软弱围岩地段时常出现初支变形过大、坍塌等问题,常规的加固围岩,注浆、换拱等处理措施时间长,投入大而且处治效果不明显。为解决上述问题,提出了一种利用临时内撑环拱架与初期支护共同受力抵抗隧道初支变形过大的施工方法,有效地控制了软弱段隧道初支变形过大的问题,同时采用环拱内撑,操作简单、施工速度快,相对加固围岩有较好的经济效益。     

半成岩隧道斜井结构受力分析及参数优化研究

结合某隧道斜井穿越半成岩的建设背景,采用数值模拟手段对隧道斜井支护结构初支钢构件受力、初支混凝土受力及二衬结构受力进行系统分析,进而提出相关参数优化的建议,结果表明,受施工工艺影响,初期支护在钢构件接头位置存在相对明显的应力集中现象,为结构的相对软弱薄弱点,宜采用锁脚管棚进行加强;受结构拐角影响,初支混凝土在拱脚位置可能出现外表面局部拉裂现象,施工过程中宜采取加劲肋等形式加强该部位的拱架连接质量;隧道斜井初支钢构件未屈服、初支喷射混凝土未产生横向贯缝、二次衬砌的安全系数在规范允许范围内,隧道支护结构的整体可靠性有所保障。     

复合式衬砌隧道总安全系数设计法修正与应用研究

为评价复合式衬砌这一整体结构的安全性，对以往所建立的复合式衬砌隧道总安全系数设计法的不合理之处进行修正，并再次分析不同铁路隧道的安全性，同时与挪威Q法支护参数进行对比，最后结合案例说明该方法在断面形式比选方面的应用。结果表明： 1）所建立的总安全系数设计法可以为初期支护和复合式衬砌的支护构件选择、量化设计和整体优化设计提供一定的理论基础。2）采用总安全系数设计法对不同铁路隧道安全系数计算的结果与现场实际施工情况、既有隧道病害情况基本相符。3）挪威Q法提出的支护参数如果用于我国时速350 km的高速铁路双线隧道，Ⅲ、Ⅳ级围岩总安全系数满足要求且较为经济，但Ⅴ级围岩安全系数偏低；采用耐久性锚杆有利于充分发挥锚杆-围岩承载拱的支护作用，从而可以减少喷层和二次衬砌的强度，提高经济性。4）总安全系数设计法可以用于隧道断面形式与支护参数的精细比选。     

软岩偏压隧道塌方整治施工技术

通过对吉林省图们侧长安隧道病害原因分析，确定了整治软岩偏压隧道塌方的原则，采用注浆加固围岩，网构钢拱架喷锚混凝土初期支护作为主要受力结构，待围岩相对稳定后，进行二次衬砌治理塌方取得成功。     

基于地层结构法的喷膜防水衬砌结构力学性能分析

为了研究防水膜的黏结作用对喷膜防水衬砌结构力学性能的影响和防水膜与初支及二衬间界面在围岩压力作用下的损伤情况，结合试验测得的界面法向、切向及防水膜的本构参数，建立隧道二维地层—结构模型，在Ⅳ级围岩条件下，对喷膜防水衬砌结构和复合式衬砌结构的力学性能和界面特性进行对比分析。与复合式衬砌结构相比，喷膜防水衬砌结构的协同受力作用能使二衬的轴力和弯矩减小，增大二衬的安全系数，同时使初支的安全系数减小。研究结果表明，防水膜的黏结作用会增加二衬的安全储备但基本不会影响隧道的位移，并且在受力过程中衬砌结构间的界面不会发生损伤。因此，可以对二衬的设计进一步优化，提高隧道的经济性。     

连拱隧道下穿既有高速公路管幕法施工技术研究

新建隧道下穿城市既有道路，当埋深较浅时上部道路很容易因沉降过大而导致路面结构开裂，甚至破坏等问题，因此研究隧道的施工技术是非常必要的。以西安市开元路至建元路下穿通道项目为依托，在连拱隧道施工过程中采用有限元软件模拟管幕法支护对隧道结构、围岩稳定性及上部道路路面沉降的影响。主要结论如下：（1）新建连拱隧道围岩竖向最大位移为7.4mm，满足规范要求，隧道结构安全可靠；（2）采用管幕法施工时，路面沉降最大值仅为4.39mm，说明管幕法开挖连拱隧道下穿既有城市道路是可行的；（3）采用管幕法施工隧道二衬最小安全系数为2.05，大于规范最小安全系数，衬砌结构安全可靠。综上可见，采用管幕法作为超前支护措施，连拱隧道下穿既有城市道路对上部路面影响较小，施工安全风险较低。