明挖超大跨度叠层隧道结构受力分析及断面优化设计

为探索明挖超大跨度叠层隧道合理断面形式及优化思路，依托望海路快速化改造工程，借助数值模拟手段，分析超大跨度叠层隧道结构受力特点，并对超大跨度叠层隧道断面形式选择、跨度优化及覆土影响进行了研究。结果表明：超大跨度叠层隧道存在顶底板弯矩过大、中板承受拉应力的问题，中板处于偏心受拉的原因为跨度过大及侧向土体对结构约束不足；大跨度明挖隧道微拱形断面受力性能最优，直墙平顶断面劣于直墙折板断面，综合考虑结构受力性能、断面利用率、经济性，对于明挖大跨度叠层隧道推荐采用直墙折板断面；对超大跨度叠层隧道结构而言，跨度的大小贡献了结构内力较大的比重，减小结构跨度对结构受力改善明显，尤其可大幅减轻中板轴力和弯矩，断面一在受力性能及工程用量方面综合优势最大；浅埋条件下，推荐顶板上覆土采用换填泡沫混凝土的方式减少上覆土容重，从而降低隧道结构顶板截面内力，改善顶板受力条件。     

高速公路深覆土超大跨明挖隧道断面形式研究

为探索深覆土超大跨明挖隧道的合理断面形式及优化思路，以覆土厚5 m、单孔跨度31 m的广州新白云国际机场第二高速北段工程为依托，开展结构力学行为、技术经济、施工工艺等多方面分析。借助有限元法建模计算，明确直墙折板式断面总体最优，适用于高速公路深覆大跨隧道断面； 且通过探讨不同直墙折板尺寸对隧道结构内力的影响，得到折板最优尺寸(2 m×1.25 m)方案。同时设置不同断面高度与增设横隔梁等方式，提出在隧道顶覆土大于5 m区段断面抬高1.5 m的措施，并对超大跨的断面分析可知，难以通过加大隧道结构顶板厚度来满足深覆土承载要求，为此制定了在隧道顶设置空心板的结构设计方案。     

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。     

单洞四车道特大断面公路隧道设计与施工关键技术

针对单洞四车道公路隧道断面面积大、跨度大以及扁平率低等特点,依托广州东二环高速公路龙头山隧道工程,利用数值仿真手段对单洞四车道特大断面公路隧道的断面形式、支护参数和施工方法等关键因素进行系统的研究、分析,并对有代表性的断面进行现场实测.通过监控量测与反馈分析,评估大断面公路隧道支护结构的受力性态,完善和优化设计,合理控制工程造价,解决了特大隧道断面形状的选择、不同围岩类别条件下合理隧道支护形式及支护参数的确定等关键问题,保证了龙头山隧道的施工安全、运营安全,还可为今后类似的大跨度隧道及其他地下工程的设计、施工和造价控制提供定量依据.     

不同断面形状的装配式波纹钢管隧道受力特性对比

为了明确装配式波纹钢管隧道(FCSPT)在不同断面情况下的受力特性，设计了3种断面形状(圆形、管拱形、半圆形)的跨度均为10.4 m的波纹钢管(明挖)隧道，并借助ABAQUS有限元软件建立二维平面应变模型，对不同断面形状的装配式波纹钢管隧道在覆土荷载作用下的变形、内力、应力以及管周土压力分布情况展开研究。研究结果表明：相同覆土情况下，半圆形波纹钢管隧道变形远远小于圆形及管拱形；3种断面隧道内力最大处有所不同，圆形隧道在仰拱及起拱线位置，管拱形隧道在拱腋及其下方曲率变化较大处，而半圆形隧道集中在拱脚位置；3种断面形状的波纹钢管隧道起拱线以上区域管周土压力分布非常接近，而圆形与管拱形隧道之间管周土压力的差别主要出现在起拱线以下的拱腋及仰拱区域。     

软土地层大断面矩形隧道结构施工力学行为监测与分析

为确保软土地层大断面矩形下穿隧道施工时的安全,以昆明轨道交通3号线区间浅埋暗挖隧道为依托,采用中导洞法,将全断面分成6个导洞按照先中间后两侧、先上面后下面的顺序施工,并采用现场监测和理论分析的方法对隧道支护结构受力进行全过程监控与分析。监测分析结果表明:在矩形隧道顶部与侧面设置超长大管棚条件下,隧道初期支护内力变化较小,因受不同导洞开挖扰动影响,隧道结构底部出现受拉现象,导洞(2)(中下导洞)、导洞(4)(左下导洞)和导洞(5)(右上导洞)对整体结构安全起决定性作用,需要重点监控;最大围岩接触应力出现在导洞(4)(左下导洞)底部,隧道4个角的围岩应力明显大于其他部位,需要加强隧道底部基础注浆,以提高地基承载力;临时支护应力受不同导洞开挖影响出现明显的波动,很好地反映各导洞施工过程中围岩应力释放的特征。     

城市地下立交设计施工关键技术

以大连南部滨海大道东端桥隧工程为例,主要介绍了大型城市地下立交的结构型式、平面分岔结构,以及隧道的整体设计及施工关键技术。该隧道特有的超大断面、大断面与明挖箱涵连接,明挖箱涵与双连拱隧道等特殊结构型式在我国隧道建设中均属罕见,可为我国其他地区同类工程提供参考。     

超大断面隧道扁平率优化分析

对于超大断面隧道而言,合理的扁平率设计既能降低工程造价又能确保隧道支护结构受力最合理。因此,优化超大断面隧道的扁平率是隧道设计面临的首要问题。以大连光明路超大断面隧道为工程背景,通过对不同扁平率下隧道围岩位移、应力分布,以及支护结构内力对比分析,得到超大断面隧道扁平率的合理取值范围。研究结果对超大断面隧道断面优化设计有一定的参考作用。     

超大断面装配式明挖隧道结构及其施工方法研究

为提高隧道工程建设质量，针对国内明挖隧道装配式结构发展不成熟问题，以新森大道隧道为依托对超大断面明挖隧道装配式结构体系及施工方法展开研究，同时建立适用于公路、市政超大断面隧道装配式明挖结构体系，即“全预制”“仰拱现浇+上部预制”，并提出结构构造厚度建议值及多道防水构造方案。通过分析总结和数值模拟得出： 1）“仰拱现浇+上部预制”4分割方案在回填工序下的结构力学响应动态分析结果表明，该分割方案在施工过程中，结构应力、位移以及连接部位接头的张开角等均满足规范要求，且具备一定安全储备； 2）结合依托工程，提出一种适应于超大断面明挖隧道装配式结构的“边墙安装—仰拱现浇—拱顶拼装—细部作业—覆土回填”的施工方法及步骤。     

明暗挖结合地铁车站暗挖隧道断面优化研究

明暗挖结合地铁车站暗挖隧道部分随着断面尺寸的增大，结构风险成数量级增加。为达到在功能合理前提下，尽量减小暗挖断面尺寸以降低结构风险的目的，通过将暗挖隧道结构高风险性纳入设计评价体系，提出建筑设计标准回归规范要求、梳理机电设计标准盲点、调整机电系统方案、优化建筑形体的建筑设计优化理念。经与实际工程结合，总结出3项具体措施： 1)简化暗挖隧道部分功能，将功能精简或转移至明挖空间； 2)重整暗挖隧道群体内功能之间几何关系，有效规划，减小尺度； 3)尊重暗挖隧道圆形、马蹄形断面有利受力特征，规整断面功能形体尽量与隧道无缝贴合。所述优化措施经南宁地铁3号线青秀山站运用实践，可有效减少暗挖隧道数量，减小暗挖隧道断面，扩大暗挖隧道间距，综合优化断面面积约30%，较好地降低了暗挖结构风险。     

义乌市机场路超大跨度地下通道断面型式分析

以义乌市机场路地下通道工程为例,对可能采取的断面型式进行分析比选,同时对影响结构受力的参数,如折板拱高,折板拱宽及顶板自重等进行分析。结果表明:对于跨度在25 m左右的超大跨度地下通道工程,当折板拱高2.5 m,拱宽5.0 m,顶板厚1.2 m时,整个结构受力较合理,经济性较高。所得结果可为类似工程设计提供参考。     

管幕冻结法浅埋大断面隧道开挖方案对衬砌性态及地层位移的影响

经验表明,在软土、浅埋大断面隧道开挖方案中,加固方式对衬砌结构受力、隧道收敛变形和地层位移影响显著。港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道具有隧道埋深浅、结构断面尺寸大、地质条件差、地理位置政治敏感性强等特点。以该隧道为背景,利用数值模拟方法,分析大直径钢管管幕冻结法施工和隧道开挖方案对衬砌结构受力和地层变形的影响。经分析发现:不同开挖方案对衬砌受力、变形和地层位移的影响显著;在分台阶开挖过程中,台阶越小,引起的衬砌受力、隧道收敛变形和地层位移越小;管幕冻结对改善衬砌受力和地层位移效果显著,根据管幕冻土受力特性对其关键受力部位提出建议。     

明挖隧道基坑变形与结构内力的数值分析

软土地区明挖隧道在城市市政交通隧道十分常见,其中主要两个问题是基坑开挖和隧道结构施工期间的基坑变形问题和隧道结构受力问题。本文以杭州市某软土明挖市政隧道断面为算例,对基坑开挖和隧道结构施工全过程中基坑变形规律和结构受力两方面进行数值分析研究,同时对比了现场的监测数据。得到了一些有益结论,为今后类似的工程提供参考。     

双连拱隧道地震动力响应影响因素分析

采用FLAC3D动力数值模拟,分析中墙厚度、衬砌刚度这两个结构自身要素的变化对双连拱隧道地震动力响应的影响规律;同时对地震动力作用下双连拱隧道断面位移、内力的变化规律进行分析研究,找出了地震动力作用下双连拱隧道的变形和受力薄弱部位。     

扁平特大断面隧道修筑及研究概述

扁平特大断面隧道是近几年为适应多车道高速公路而发展起来的一种隧道形式。该类隧道的扁平率低,开挖方法、受力及应力重分布的情况复杂。但是,当前我国扁平特大断面公路隧道修建数量较少,施工实践经验缺乏,无设计规范或标准。为此,文章重点总结和综述了国内扁平特大断面隧道及相似工程的建设与修筑情况;对扁平特大断面隧道的施工方法、隧道力学问题及围岩稳定性、隧道断面形式等研究热点进行总结和分析。     

超大断面隧道设计计算方法研究

针对深圳市过境高速公路连接线工程分岔超大断面隧道关键节点,采用数值模拟的手段,分析了隧道的围岩开挖后应力应变关系,提出了荷载计算的新的方法.根据工程的地质,对隧道结构形式的设计方法、要点及设计中应注意的问题进行了探讨.计算表明,采用应变指标判断松散拱荷载的方法是较为可靠的计算大断面荷载的计算方法.隧道采用多导洞开挖施工工法是较为安全的,围岩变形也是可控的.该设计方法可为此类结构的设计提供参考和借鉴.     

断面形状对隧洞围岩位移和应力的影响分析

采用FLAC3D软件分析了圆形断面、矩形断面、直墙式断面和曲墙式断面形状隧道开挖在III级围岩中的位移和应力集中分布规律。圆形断面隧洞围岩位移最小,应力集中系数最小,塑性区厚度最小,应力集中系数最大点距洞面的距离最大,即支护结构受到的围岩压力最小;与圆形断面隧洞相比,曲墙式隧洞围岩位移、应力集中程度和塑性区仅次于圆形隧洞,曲墙式断面是合理的隧洞断面形式;矩形隧洞围岩位移、应力集中程度和塑性区最大;直墙式隧洞围岩位移、应力集中程度和塑性区仅比矩形隧道略小,与矩形一样,直墙式断面是不利的隧洞断面形式。     

全风化花岗岩浅埋地层超大断面隧道施工工法研究

为了解决全风化花岗岩浅埋地层超大断面隧道的施工技术问题,以赣(州)龙(岩)铁路新考塘隧道为工程依托,采用数值计算方法对超大断面隧道施工工法进行研究,对比分析了3种施工工法引起的围岩及结构应力特征、隧道支护体系的变形以及施工的可控性,得到"靴型大边墙+加劲拱双侧壁临时横撑开挖法"更适用于新考塘隧道超大断面段施工,并付诸实施,工程实践证明该法可行,可为类似工程施工提供参考。     

富春江通航隧道建筑限界及内轮廓设计研究

基于目前国内外对大断面通航隧道的设计和施工尚无可参照的标准规范,以富春江七里泷航道通航隧道工程项目为依托,分析满足隧道水下断面形状要求、水上部分建筑界限要求以及通航隧道安全保障的措施要求,并结合围岩及隧道结构的受力特点,应用最优化方法及相关分析计算,对隧道内轮廓进行优化设计,提出了满足Ⅳ级单线航道的大断面通航隧道断面,综合经济性及结构受力角度合理性考虑推荐采用曲墙式断面。     

郑万高铁隧道大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性研究

为研究郑万高铁大型机械化配套全断面法施工围岩-支护结构相互作用力学特性,依托郑万高铁隧道现场实测数据,确定台阶法和大型机械化配套全断面法2种工法施工的围岩压力分布特征,并采用数值模拟的方法建立围岩-支护结构有限元模型,分析2种工法对围岩压力和结构内力的影响规律。研究结果表明： 1)台阶法多次施工扰动易导致支护结构和围岩之间产生空隙而发生脱空,大型机械化配套全断面法施工对围岩扰动次数少,初期支护快速封闭成环,可保证初期支护及围岩之间良好的密贴性; 2)在软弱围岩中,采用大型机械化配套全断面法施工比台阶法更有利于改善结构受力,减缓结构内部偏心受压的程度,能有效发挥拱形隧道结构承载力; 3)大型机械化配套全断面法在软弱围岩快速施工、控制支护结构变形、保证支护结构受力安全等方面具有综合优势。