让压(组合)锚杆在挤压大变形隧道中的力学特性试验

全长黏结型长锚杆作为一种被广泛应用于治理挤压大变形隧道的支护措施,常因围岩变形过大,发生杆体断裂和垫板屈服等现象。为此,提出一种可自进式让压(组合)锚杆,通过在部分杆体上外套光滑套管形成无黏结段,使该无黏结段先于锚固系统破坏前“屈服”伸长,实现了长锚杆在全长灌浆条件下的“让压”,提升了锚固系统的整体稳定性。以新建木寨岭公路隧道为工程依托,采用自进式施工工艺,开展了全长灌浆下的10 m全长黏结锚杆和10 m让压(组合)锚杆的对比试验。试验结果显示：全长黏结锚杆轴力200 kN,超过杆体屈服荷载,且垫板在支护初期(4～5 d,围岩位移75 mm)即出现明显屈服,锚固系统整体稳定性差、可靠性低;让压(组合)锚杆因存在无黏结段,杆体轴力和垫板应力均出现下降,最终保持在一个较低的量值(130 kN和190 MPa),实现了全长灌浆型长锚杆的大尺度支护。研究成果可为大变形隧道中长锚杆的选型提供借鉴。     

一种大尺度让压锚杆特性分析及其应用研究

随着众多深、大、长隧道的建设,软岩挤压性大变形问题日益突出。让压锚杆是一种治理大变形问题的有效手段。介绍大尺度让压锚杆的结构及支护过程,并采用ANSYS软件验证大尺度让压锚杆弹性变形、滑动让压、杆体受拉3阶段的工作特性。采用基于Hoek隧洞挤压预测经验公式的概率分析方法和ABAQUS软件分别对让压锚杆的让压力和让压量研究,结果表明:1)锚杆让压力存在下限值,岩体抗压强度越高,下限值越低;2)让压量增大到一定程度后,再增加相同的让压量,二次衬砌压力降幅减小。利用大尺度让压锚杆的受拉阶段,实现"边支边让,先柔后刚",可有效控制围岩大变形,提高隧洞的长期稳定性。     

粘结式岩石锚杆设计中的解析模型

本推出了一个解析模型，用来表征静水应力场中圆形地下洞室附近被加固围岩的特性。该模型采用了弹塑性理论，并考虑了地层和粘结式(或摩擦式)锚杆间适当的相互作用机理。它着重探讨了锚杆布置型式对塑性区范围和隧道变形的影响，并引入一个无量纲参数来作为设计工具，它将隧道收敛和给定锚杆长度的锚杆间距联系起来。本介绍该模型的推求过程，并解释锚杆对洞室周围应力场和位移场的影响．扼要探讨了该模型在隧道设计中的应用。在随后的论中将详细给出用实验室模拟和现场测试结果检验该模型的情况。     

地表锚杆预加固技术用于公路隧道的设计方法

根据已有的设计和现场施工经验以及试验研究成果，在探讨采用砂浆锚杆对浅埋公路隧道地表进行预加固的分析方法基础上，系统地提出了该项技术的设计内容和具体设计方法，并给出了几个工程应用实例。     

让压预应力锚索在软岩隧道大变形控制中的作用机制研究

为解决高地压、高流变条件下软岩隧道围岩及支护结构大变形控制难题，通过理论和数值分析，研究让压预应力锚索在隧道大变形控制中的作用机制。研究内容包括2个方面，一是研究新型让压锚垫板在低预紧力及低围压下的力学性能，满足支护结构先柔让压的要求； 二是让压结束后，预应力锚索在高预紧力条件下改善支护结构受力性能，实现后刚强支的作用。结果表明： 1）预应力锚索通过施加预紧力，增大洞壁径向阻力，提高围岩稳定性； 2）预应力锚索在让压结束后对支护结构的主要作用是减跨，由此提高支护结构刚度和承载能力； 3）围岩、支护结构和让压预应力锚索变形协调，力学上相互耦合，构成“先柔后刚”的支护体系。     

拱北隧道曲线管幕钢管节长度优化研究

管节长度是拱北隧道曲线管幕设计和施工的关键参数,为了优化计算曲线管幕管节长度,通过分析顶进力和土体反力作用下的管节静力平衡条件,得出传统式和预调式2种曲线顶管土体反力分布模型。选取管幕顶部、中部、底部以及淤泥质层的顶管作为研究对象,分析不同管节长度和土体参数对管节土体反力的影响规律。结果表明:传统式曲线顶管土体反力在首节管处最大,且随管节长度增加而减小;相反,预调式曲线顶管土体反力在首节管处最小,且随管节长度增加而增大。初步分析确定管节长度为4~5 m,为减少超挖量、便于纠偏以及考虑到工作井尺寸等问题,工程最终采用管节长度为4 m的传统式曲线顶管法顺利完成。     

墩顶为弹性支承的桥墩压杆的计算长度

在桥梁下部结构的截面验算及稳定性计算时,桥墩作为压弯构件计算,其中一项重要的工作就是确定压杆的计算长度。着重介绍墩顶为弹性支承桥墩压杆计算长度的计算公式推导,并列出了计算长度系数的查算表,在实际设计工作中对这种类型的桥墩可以通过查表快速确定压杆计算长度,可以用于提高桥墩计算压杆的精确性和计算速度。     

隧道超前支护管棚工法设计与计算研究

上世纪80年代以来,随着新奥法在我国的推广应用,在不少隧道和地下工程中采用了管棚支护。但是有关管棚支护受力情况和设计参数,国内普遍以经验为主,缺乏系统的理论探讨,故对管棚做适当简化进行计算来检验根据经验所选参数是否合理是很有必要的。结合坨家山隧道塌方处理方案,总结了超前支护管棚工法应用时的围岩荷载确定方法,给出了管棚结构的简化计算模型和管棚参数的选定方法。     

拱北隧道管幕-暗挖法工作井设计关键技术

港珠澳大桥拱北隧道需下穿拱北口岸,由于工程建设不能影响口岸正常通关,隧道口岸段采用了管幕-暗挖法,冻结管幕间土体进行止水的方案实施。隧道施工最大影响宽度22.24 m,高度23.84 m,与工法配套的类似规模工作井未有先例。从如何设计合适的工作井着手,研究工作井设计的关键技术问题。通过综合分析工程建设条件、隧道施工工艺、运营管理需求等,找出工作井设计的关键点。采用多因素交叉耦合法选址、改进群管工作井限界计算公式、明挖顶管工作井实施方案、全寿命周期结构设计等方法对问题逐一解决。工作井在投入使用后达到了预期效果,工程实践证明,此类工作井设计的关键点是工程选址、限界拟定、实施方案选择、结构设计。     

管幕冻结特殊布管形式稳态温度场解析解

为了给管幕冻结这一新型地下工程施工方法的设计与施工提供参考,针对港珠澳大桥拱北隧道口岸暗挖段的管幕冻结工法,考虑积极冻结过程中所使用的"圆形主力冻结管"和"异形加强冻结管"2种类型冻结管的特殊布置形式,通过对实际问题进行适当简化,提出单圈冻结管错位布置的冻结模型。在此基础上,首先利用保角变换将单圈管不等距模型转化为单排管不等距模型,然后结合Laplace方程边界条件可分离的特性,利用2个单排管等间距模型叠加求解单排管不等距模型,最后得到管幕冻结法单圈管错位布置的温度场解析解。结合该解析解,选取管幕冻结法布管形式1个周期单元上3个特征位置的截面进行温度分析,并利用ANSYS数值软件对特征面上的理论温度分布进行对比验证,最后根据拱北隧道实际施工参数对其管幕冻结效果进行求解分析和直观的温度场云图展示。研究结果表明：在管幕冻结法冻结管单圈错位布置形式下,各特征面的温度均能降至较低的负温,远低于土体冻结温度,"管间封水"的效果能够得到保证;对比而言主面上温度最低,较近两冻结管之间的界面1温度略低于主面温度,在冻结管布置圈径上,各组参数下界面1的温度均能达到-15℃以下,且温度随着冻结管错位角度减小而降低;各特征面上,温差最大位置出现在冻结管布置轴面上,温度差异随着冻结过程的进行逐渐减小,冻土帷幕内的温度分布趋于稳定。     

预应力锚杆-围岩耦合模型时变效应分析

为了揭示预应力锚杆-围岩耦合时变效应机理,利用分布力模型获取耦合模型的弹性解,结合材料性质和维度效应选用符合锚杆和围岩的流变模型（锚杆选用一维Kelvin模型,围岩选用三维Burgers模型）,求解预应力锚杆-围岩耦合模型在Laplace空间的解析解,通过Laplace逆变化便得到耦合模型的黏弹性解。探究锚杆预应力和流变模型的黏性参数对围岩应力、位移场和锚杆轴力的影响,并基于理论模型和数值模拟软件FLAC^3D的二次开发,开展相应数值模拟,对比分析解析解和数值解,验证解析解的正确性。研究结果表明：解析解与数值解吻合程度良好,在隧道内壁处,锚杆支护力随着时间的增大逐渐减小,且锚杆预应力和围岩的黏性参数与支护效果密切相关,其中围岩的支护效果与锚杆预应力大小呈现明显的正相关关系;围岩的位移变化表现出明显的时间相关性,并且与锚杆预应力大小呈现负相关关系;当锚杆的预应力过大时,围岩位移不再随之显著减小,由此可见,施加于锚杆的预应力不应过大;围岩Burgers模型中第Ⅰ蠕变阶段黏性系数影响锚杆的初期支护效果,而后期支护效果主要受围岩Burgers模型中第Ⅱ蠕变阶段黏性系数影响,并且随着黏性系数的增大锚杆后期支护效果越好;锚杆的流变状态不受围岩黏性系数的影响。     

基于卷积神经网络的锚杆锚固质量评估方法

锚杆的锚固质量通常使用声波反射法进行检测,然后使用人工方式对其进行分析和分类,但人工方式不仅具有较强的主观性,而且还费时费力。为解决上述问题,提出一种基于Alexnet卷积神经网络的锚杆锚固质量评估方法。首先,对已经经过人工分类的声波反射信号进行预处理,得到原始样本数据,并将其按一定比例划分为训练集和测试集;然后,用该样本数据训练卷积神经网络模型并进行分类测试。试验结果表明： 1）该预处理方法极大地提高了最后分类的准确性,样本数据集达到了约90%的准确率; 2）在实际工程应用中,与人工分类结果相比,采用该方法得到的分类结果认可度达到95%。     

桥梁用高强锚杆组件的设计与试验

对桥梁用高强锚杆组件进行设计研究,提供了一种高强锚杆组件的结构设计思路及锚固方案,完成了高强锚杆、球面螺母、球面垫片、止退螺母的结构设计与强度校核;结合工程应用需求,完成了设计载荷为1 500 kN、1 200 kN、800 kN高强锚杆组件的设计计算,形成了 M85、M76、M64等高强锚杆尺寸系列.经分级张拉锚固工...     

箱涵顶进对下方管幕的力学作用分析

采用管幕-箱涵法施工的超浅埋连接通道跨越运营地铁时,施工前对场地的土堆清理及基坑开挖工作已使地铁隧道产生较大变形,为确保地铁的安全运营,对后续管幕、箱涵的施工进行严格控制。利用解析计算的方法,根据箱涵相对原状土等效重力大小的不同,建立2种力学模型,分别按照弹性地基梁和普通梁2种模型对管幕的受力进行研究; 推导出2种计算模型下的力学公式,分析在箱涵顶进的过程中,箱涵下方管幕受力和变形的变化规律,为进一步研究管幕下方地铁隧道的受力情况提供参考。     

盾构隧道结构纵向优化设计方法研究

目前的纵向设计方法均假定盾构隧道结构纵向刚度不变。在此基础上进行的盾构隧道纵向结构设计,无法达到结构纵向的变形受力协调,也无法实现结构纵向优化设计。在传统的纵向等效连续化模型的基础上,提出纵向刚度非均匀等效连续模型。模型最大的优点是可以实现盾构隧道纵向刚度分配的非均匀性,从而为纵向设计优化以及隧道结构纵向变形和受力协调的实现打下基础。在该等效纵向模型的基础上,建立2种优化设计模型,其一是以变形为目标、受力为约束的优化模型,其二是以受力为目标、变形为约束的优化模型。利用2种模型对盾构隧道穿过软弱夹层等工况进行分析,验证了模型的正确性。另外,利用优化的结果可以得到较为合理的隧道结构纵向刚度分布方式,以及纵向受力和变形协调的刚度取值范围,从而最终实现变形和受力协调。     

顶管穿越高速公路的设计与施工注意事项

该文结合工程实例简要介绍了顶管的设计、顶管的施工注意事项及顶管作业施工测量控制、顶管施工的优点及其发展潜力。