新近回填土地层隧道方案研究与分析

为解决新近回填土地层修建隧道及山区沟谷地形厚层回填土明洞基底处理的难题,依托巫山县早阳隧道开展研究工作。首先,对回填土地层隧道暗挖方案和明洞方案进行详细介绍和综合比选; 然后,将旋挖钻孔灌注端承桩与钢筋混凝土底板组成的桩板结构用于山区沟谷地形明洞基底回填土处理; 最后,针对明洞衬砌顶部承受的厚层回填土荷载及上方交叉市政道路荷载,对明洞衬砌结构进行设计计算,并对明洞回填材料及回填工艺提出要求。结果表明: 1)新近回填土地层隧道明洞方案具有工程难度低、施工安全风险小、工程造价低、工期可控的优势。2)旋挖钻孔灌注端承桩与钢筋混凝土底板形成的桩板结构对于山区沟谷地形厚层新近回填土具有良好的适应性,安全高效,能够较好地解决明洞基底承载力不足及沉降问题。3)合适的回填材料及合理的回填工艺对厚层回填土明洞衬砌结构有重要的保护作用。     

某铁路明洞拱部裂缝成因分析

某双线铁路明洞结构拱部产生纵向裂缝,为分析该明洞拱部裂缝产生的原因,对裂缝分布情况及裂缝形态进行分析,拱部裂缝宽度与回填土石厚度存在正相关性,裂缝宽度随回填土石厚度增加而增大;当回填土石厚度为15 m时,裂缝宽度为0.55~1.00 mm。通过对明洞施工数值计算分析认为： 当回填土石厚度小于5 m时,随着拱顶回填土石厚度的减小,拱顶拉应力增大,此时施工动载对明洞结构受力影响较大;边墙回填密实度对拱顶拉应力影响显著,密实度为60%时,拱顶拉应力值为完全密实时的1.44倍,且已超出结构极限强度。综合分析认为,回填土石施工时机不当及边墙回填不密实是导致该明洞拱部产生裂缝的主因; 提出明洞结构设计计算应纳入施工动载,施工应严格掌控回填土石施作的时机,同时应加强建设管理等。     

偏压荷载对箱型明洞受力影响及设计要点

为研究偏压荷载对箱型明洞结构受力影响，为该类明洞结构的设计提供理论依据，以某道路开孔箱型明洞工程为例，采用ANSYS有限元数值模拟方法进行计算分析,综合研究结果表明： 1）偏压回填箱型明洞靠山侧墙底部和外侧墙顶部受力较大，设计配筋时需要加强； 2）靠山侧墙背回填土侧压力对明洞结构受力影响较大，改善回填材料内摩擦角大小可以有效降低明洞结构内力，当内摩擦角增大到47°时最为经济； 3）可以通过在明洞洞顶回填EPE的方式减轻洞顶冲击荷载，降低明洞内力，最优回填厚度为0.9 m。     

波纹钢板在隧道明洞结构中的应用研究

为研究波纹钢拱圈式隧道明洞结构的力学性能,为该类型隧道明洞结构的应用提供理论依据,以某隧道窗孔式明洞为工程背景,采用有限元数值模拟方法进行受力分析。首先,分析明洞结构中基础底座、混凝土拱圈和波纹钢拱圈的应力分布特点;其次,从弯矩、轴力和位移3个方面研究波纹钢板的厚度对该明洞结构受力的影响;最后,从弯矩、轴力和位移3个方面研究钢拱圈不同矢跨比对该明洞结构受力的影响。研究结果表明： 1）基础底座的内外墙根部截面应力较大,为结构受力最不利位置,混凝土拱圈和波纹钢拱圈在拱脚和拱顶附近位置处受力较大; 2）随着波纹钢板厚度的增加,内外墙底部截面的弯矩均有所减小;外墙底部截面的轴力有所减小,而内墙底部截面的轴力有所增加;钢拱圈的横向和竖向位移均有所减小; 3）随着钢拱圈矢跨比的减小,内外墙底部截面的弯矩不断增加,且内墙底部截面弯矩增加更为明显;内外墙底部截面的轴力不断减小; 钢拱圈的横向位移不断减小,竖向位移出现先减小后增加的趋势。     

隧道偏压明洞错台成因及工程对策

明洞衬砌结构对隧道工程安全运营起到至关重要的作用,衬砌发生错台会对隧道洞口结构安全产生严重影响。针对华东地区某公路隧道偏压明洞段衬砌错台等病害,采用现场调研和数值模拟相结合的方法分析其产生原因,并提出相应的对策。研究成果表明： 隧道错台主要与边坡坡体浅层土体的侧压力有关,建议对边坡进行位移监测和对边坡坡脚位置及抗偏压墙处采用反压回填法进行处治,实施效果较好,可为类似隧道病害的整治提供参考。     

温州浃底隧道明洞段基础分析

浃底隧道出口明洞段洞顶回填厚度较大,而基础土体软弱。因此,采用了桩筏基础的形式以避免过大沉降带来的不利影响。对明洞及下部结构建立了三维有限元模型,并考虑了土体与结构的共同作用。计算结果表明,在软弱地基条件下采用桩筏基础能有效地控制不对称恒载作用下结构产生的不均匀沉降。     

洞口仰坡下波纹钢连拱明洞受力特性数值分析

针对波纹钢结构在方向上存在的性能缺陷,基于隧道洞口段仰坡荷载条件复杂工况,探究波纹钢混凝土结构的受力及变形情况。以连拱明洞隧道为例,采用有限元软件建模分析洞口仰坡处波纹钢混凝土结构的力学性能及混凝土、波纹钢拱圈的应力分布特点和位移特点,总结在不同仰坡坡角条件下,代表性拱顶单元轴力、弯矩与位移的变化规律。结果表明:1)洞口仰坡带来的应力与隧道中段应力区别在拱顶附近最大,拱脚处变化不大; 2)随着仰坡坡角的减小,截面弯矩有明显增加,截面轴力有明显减小; 3)随着仰坡坡角的减小,X方向(水平向)位移负向变化,Y方向(竖直向)位移负向变化,Z方向(隧道纵向)位移正向变化。     

浃底隧道明洞段基础土体共同作用分析

浃底隧道出口明洞段回填厚度较大而基础土体软弱，因此采用了桩一筏基础的形式以避免过大沉降带来的不利影响。本文对明洞及下部结构建立了三维有限元模型，并考虑了土体与结构的共同作用。计算结果表明在软弱地基条件下采用桩—筏基础能有效地控制不对称恒载作用下结构产生的不均匀沉降。     

基于大管棚支护的大断面黄土隧道穿越冲沟地貌控制效果分析

黄土隧道浅埋段遇冲沟等不良地貌,开挖时对隧道的稳定性不利,为探究管棚预支护和反压回填对黄土隧道的作用,以陕西省境内某黄土隧道为工程依托,对其进行有限元分析。分析结果表明:随掌子面的开挖,隧道地表山坡沉降加大,至开挖完毕,最大沉降稳定在54.4mm左右,隧道开挖仅对距隧道中轴线两侧35m范围内的地表产生影响,并在距隧道中轴线为15m范围内时地表位移急剧增加;掌子面开挖里程在10～30m范围内,塑性区只向上延伸至坡脚,说明管棚可以抑制围岩塑性区的向上发展;回填土两侧塑性区呈对称分布,说明回填土可以消除冲沟造成的偏压,但回填土会受到隧道开挖的影响;现场测试数据与计算结果有相似的分布规律,但由于支护结构对提高围岩稳定的滞后性导致计算值略大。     

京张高铁东花园隧道喷涂式防水设计施工技术

为提高隧道防排水技术的水平，实现喷涂式防水的定量化设计，以京张高铁东花园隧道工程为背景，研究隧道喷涂式防水喷层厚度的影响因素，主要包括工程防水等级、设计使用年限、地下水状况、隧道纵坡方向、隧道所处环境及喷涂施工方式等；提出了喷涂式防水的定量化设计方法，基于隧道不同部位喷层厚度基本值与建议值，进行加权修正最终确定防水层厚度；提出适用于明洞隧道的全封闭喷涂速凝橡胶沥青防水体系，并成功应用于东花园明洞隧道防水设计中。研发隧道自动化喷涂防水设备，通过电脑控制走行装置和喷涂机械手实现了喷涂防水施工自动化，替代传统人工喷涂方式。经实践证明，机械喷涂效率为人工喷涂的4倍，检验防水合格率达到100%。     

广(州)梧(州)高速公路河口至平台段隧道洞口设计

广梧高速公路隧道洞口设计始终贯彻"零开挖"的环保理念。以广梧高速公路64个隧道洞口为依托,根据不同的地形、地质条件,主要从进洞方法、洞口辅助进洞措施、洞门形式三个方面对全线隧道洞口设计施工情况进行了分析总结。进洞方法采用了正交进洞、斜交进洞和单向进洞;洞口辅助进洞措施采用了明洞、护拱法、地表反压护拱加固土体法、反压回填明洞暗做法、超前小导管、短管棚、长管棚等辅助进洞措施或者是这些措施的组合;洞门形式采用了端墙式和明洞式。     

寒区隧道冻胀力影响因素相关程度分析

采用弹性力学的方法，根据冻融圈整体冻胀力学模型，推导了寒区隧道冻胀力的解析式。以回头沟隧道工程实例，计算了隧道在不同冻胀率、不同冻胀深度及不同衬砌厚度影响下的冻胀力，采用控制变量法得出:冻胀力随着冻胀率、冻胀深度、衬砌厚度的增大而有不同程度的增大，其中冻胀率对冻胀力的影响最大，冻胀深度其次，衬砌厚度最小。     

基于应力释放率的大跨径回填土隧道的围岩稳定性研究

以重庆轨道交通环线单洞双线区间隧道某标段为例,采用有限元软件Midas/GTS进行数值分析,研究回填土隧道围岩应力应变随施工过程的变化规律,并探讨了应力释放率以及注浆不同尺寸对围岩稳定性的影响。研究表明:大跨径回填土隧道开挖完毕,拱顶沉降最大值出现在隧道开挖起始端,水平净空收敛最大值出现在开挖末端;隧道应力释放率增大,拱顶沉降和水平净空收敛增幅剧烈;管棚注浆起始厚度为0.4m时,隧道拱顶沉降、水平净空收敛值、路面沉降分别减少36.5%、47.0%和18.6%,注浆厚度由0.4m增加到1.6m,隧道拱顶沉降和水平净空收敛值分别减少14.2%和14%。     

波纹钢拼装式连拱明洞结构受力数值分析

为了验证波纹钢拼装式连拱明洞结构的可行性,以高山寨隧道为工程背景,采用ABAQUS开展了波纹钢-混凝土结构明洞受力的数值分析。结果表明,明洞结构左右洞均是拱顶靠近中墙侧沉降值最大,右洞拱顶偏左处竖向沉降值最大,靠近边坡侧水平位移最大;明洞波纹钢结构在靠近中墙处和两侧拱脚的弯矩值最大,在两侧拱肩处波纹钢应力值最大;混凝土结构在两侧拱腰处应力最大;明洞结构受力状态处于安全范围内。     

隧道拱顶大型溶洞回填厚度的研究

拱部溶洞落石会给隧道衬砌带来危害。在冲击荷载的基础上,对隧道拱部溶洞回填厚度进行了研究,通过计算分别得出了溶洞高度为10、15、20 m时护拱的回填厚度,对类似的工程有一定的借鉴意义。     

超厚回填土大跨明洞衬砌结构成拱效应分析

随着山区城市化进程的加速,高填方明洞作用荷载的确定成为明洞结构设计中的关键技术问题。目前,高填方作用荷载的确定及其计算方法尚不明确。为了探明超厚回填土明洞作用荷载的一般规律,通过某超厚回填土大跨明洞多断面现场试验,获得了大跨明洞作用荷载的大小和分布特征,揭示其存在"土拱效应"。在此基础上,建立了基于"落雨法"分析明洞回填的颗粒离散元细观力学模型,获得了大跨明洞竖向荷载随分层填土高度的动态变化规律。研究成果可为进一步研究超厚回填土明洞作用荷载的计算方法奠定基础。     

放坡疏浚对海陆交接段隧道稳定性的影响研究

为了研究航道疏浚对水下隧道结构的影响,选取海陆交接处的隧道段作为分析对象,考虑隧道围岩为基于Drucker-Prager屈服准则的连续介质,利用ANSYS有限元软件分析了航道疏浚对结构变形、受力的影响,重点对航道放坡疏浚条件下放坡坡度、回淤厚度及疏浚工序等因素的影响程度进行了研究。数值计算结果表明： 航道疏浚清淤增加了沿隧道纵向的差异变形,且影响较大的水域段最大竖向位移发生在隧道顶部,而最大等效应力则出现在隧道两侧;航道疏浚放坡坡度大小除了与坡体本身的稳定性相关外,在水深一定条件下,坡度的改变对结构水域段和陆域段的影响甚微,主要影响到放坡段的结构变形和内力变化速率,实际工程中应综合经济性评价与效果分析确定疏浚坡度的取值;此外,回淤、再清淤厚度对结构变形和内力的影响也是航道规划、设计中需要考虑的主要问题。     

公路隧道棚洞模型试验分析

以洪酉路6号棚洞为研究对象,建立模型进行试验.通过模拟不同边坡坡率和不同回填体材料的相互组合情况来监测棚洞结构的内力变化及其对边坡的支撑作用,用量测仪器监控棚洞结构主要受力部位的变化.模拟分析公路隧道中棚洞结构、边坡围岩和回填体3者之间的影响关系,从而指出在由棚洞结构、边坡围岩和回填体组成的系统中,并非所有坡率相同和回...     

山区高墩大跨桥梁静力三分力系数参数影响研究

以某山区高墩大跨桥梁为工程背景,采用专业CFD软件Fluent对其主梁不同截面、不同风工况下的风场特征进行了数值仿真分析,分析梁高、风攻角、桥梁横坡等参数对桥梁主梁截面静力三分力系数的影响,对各参数的影响规律进行总结。利用Fluent软件后处理图形显示功能,分析了典型工况下箱梁截面周围的气动流场特征。分析结果表明:梁高、风攻角、截面横坡均为主梁截面三分力系数的影响因素,高墩大跨桥梁主梁为钝体结构,梁高越高,在风场中的钝性特征越明显。     

基于扩展有限元的隧道偏载致裂机理及对策措施研究

偏压是导致隧道衬砌裂缝的原因之一,为了研究隧道衬砌在偏压作用的开裂机理,采用扩展有限元方法,模拟了偏压地形情况下的破坏模式,在局部偏压下的衬砌裂缝分布、位移收敛、内表面裂缝扩展以及界面偏心距特征。最后提出了针对性措施,即针对偏压地形的偏压挡墙明洞、反压护拱以及针对局部偏压的加大截面厚度和不对称配筋措施。