马蹄形隧道初期支护内力反演分析的理论研究

隧道开挖过程中,混凝土支护结构的内力分布表现出特有的动态变化特征,对施工环境下隧道支护结构的内力分布特征进行研究并对其薄弱部位进行预判是保障隧道施工安全的重要手段之一。文章将隧道弧段和边墙段初期支护分别视为弹性地基曲梁和直梁,基于初参数法和围岩压力量测,从理论上推导了马蹄形断面隧道初期支护内力计算的反演表达式;结合某隧道围岩压力的实测数据,反演了初期支护的内力分布。初期支护内力实测数据和反演分析结果对比分析表明,所提出的马蹄形隧道初期支护内力的理论反分析方法切实可行,可为隧道初期支护设计和施工工艺的优化提供理论依据。     

大跨度隧道Ⅳ级围岩取消仰拱施工实例分析

仰拱是隧道衬砌结构的重要组成部分,能提高隧道结构的承载能力。文章以马鞍山隧道为依托,通过现场对Ⅳ级围岩隧道底板进行应力、围岩变形、初期支护和二次衬砌间的接触受力、底板岩体受到的垂直压力、关键部位的二次衬砌钢筋受力、混凝土内力及锁脚锚杆内力的全断面监测分析,确定取消部分Ⅳ级围岩的仰拱是可行的,并介绍了Ⅳ级围岩隧道取消部分仰拱的实施方法。     

黄土连拱隧道支护结构力学特性现场试验

为研究黄土连拱隧道支护体系力学特性,文章以某黄土连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器,对围岩压力、锚杆轴力、钢支撑内力以及二次衬砌受力等进行系统测试与分析。结果表明:(1)在中墙墙顶与拱部的结合处以及在墙底与仰拱的结合处,围岩压力的波动比较大,最大压力值分别为195 kPa、115 kPa。位于围岩级别过渡段的隧道仰拱中心处的压力值较大,最大值为267 kPa,隧底出现较大底鼓趋势。围岩压力整体呈"双马鞍形"分布;(2)深埋段竖向围岩压力实测值与《公路隧规》中按连拱隧道半跨计算的结果比较接近。浅埋段按不同围岩压力计算公式得到的压力值均大于实测值,采用太沙基公式得到的压力值与实测值相对接近;(3)该黄土连拱隧道的初期支护与二次衬砌的荷载分担比例为47.66%和52.34%,二次衬砌处于明显的承载状态;(4)锚杆轴力较小,呈"鱼肚形"分布。钢拱架承受的荷载较大,在钢拱架强支护的作用下,锚杆发挥的作用有限;(5)中墙扭矩的存在,验证了黄土隧道中纵向效应的存在,在设计与施工的过程中应该加以重视。     

乌鞘岭隧道志留系板岩夹千枚岩地段结构验证试验研究

对乌鞘岭隧道志留系板岩夹千枚岩地段支护结构的受力特性,采用数值分析方法进行计算,开展现场结构试验并进行对比分析。试验揭示了隧道开挖后围岩应力释放引起的结构变形与支护压力变化规律,支护结构的稳定性和安全性在不同测试地段受各种影响因素的作用而不同。数值计算与现场试验结果表明,隧道衬砌的结构安全系数均满足规范要求,但应以按实测衬砌应力进行结构内力计算,并对结构安全性进行评价为宜。     

乔庄隧道穿越软弱围岩施工力学行为分析

文章以济邵高速公路乔庄隧道为例,应用有限元程序对软弱围岩段隧道实体建模,采用二维弹塑性地层-结构模型模拟隧道施工全过程,得到了初期支护和二次衬砌等支护构件的受力和围岩位移收敛状况;同时,通过比较表明,拱顶下沉和拱腰水平收敛以及支护受力现场实测值与理论计算数据两者变化规律基本吻合。由此说明,采用现场动态监控量测与有限元仿真模拟相结合的方法可为隧道衬砌设计和安全施工提供可靠的科学依据和技术指导。     

特大断面隧道爆破开挖方法对比分析研究

文章以兰渝线关子岭隧道为依托,针对特大断面隧道V级围岩段采取光面爆破与预裂爆破两种爆破方案进行对比分析。结果表明：大断面隧道爆破开挖施工中最大位移出现在拱项部位,施工中应加强对拱顶部位及其他关键点的监测;最大主应力出现在仰拱中点和拱腰部位,施工中须加强对仰拱中点和拱腰部位的支护。     

基于两种拱盖法修建的青岛地区上软下硬岩质地层大跨隧道结构稳定性研究

拱盖法是基于纵深刚度差异较大的“上软下硬”地层条件,在充分吸取盖挖法、双侧壁导坑法等工法的成功经验或者不足之处的基础上发展起来的一种暗挖大跨隧道修建技术,拱盖法主要有双层初期支护拱盖法和二次衬砌拱盖法。文章以青岛地铁某暗挖大跨车站为例,结合站址范围内上软下硬复合地层的特征,通过数值方法对两种拱盖法修筑的隧道结构稳定性进行分析研究。结果表明:1)二次衬砌拱盖法采用纵向9 m拆撑安全步距施工时,外层初期支护棚护作用的“空间刚度效应”不足以弥补其拱盖的“拱”效应,双层初期支护拱盖法修筑技术更有利于隧道变形控制;2)隧道下部岩体开挖时拱盖结构的承载、保护作用显著,但在相同等地质环境条件下,二次衬砌拱盖法施工对拱脚岩体的塑性破坏作用更明显,换言之即二次衬砌拱脚对岩基的强度和刚度要求更高;3)初期支护拱盖法结构受力控制部位为拱肩及拱脚,二次衬砌拱盖法结构受力控制部位为拱脚,后者拱脚控制内力约为前者的1.56倍,前者的“梁”效应比较明显,后者的“脚”效应比较明显;4)为地铁百年服务工程安全计,建议优先考虑采用双层初期支护拱盖法施工。     

大断面浅埋偏压隧道CRD法施工工序研究

文章以良村隧道CRD法施工为工程背景,布设了变形监测点及内力测试元件,分析了CRD法施工隧道围岩变形情况及结构内力特征,并对CRD法施工隧道在不同开挖顺序下的开挖过程进行了数值模拟,分析比较了不同开挖顺序时的围岩位移、应力变化情况。结果表明:CRD法对各分部施工工序影响较大,且各分部对拱顶下沉的影响程度从大至小依次为1部、2部、3部和4部;隧道内侧围岩压力大于外侧,钢支撑内力均为压应力,且拱腰位置轴力大于其它部位。比较隧道开挖变形的差异以及结构的受力特点,结合数值分析结果,得出了山体外侧先开挖方案无论在围岩变形还是隧道结构受力方面相比于山体外侧后开挖都较小,安全系数相对较高。因此,合理的施工工序应该是先进行山体外侧开挖并施作初期支护,然后再在山体内侧开挖施工。     

隧道型钢拱架打孔对其刚度影响分析

在软弱围岩隧道施工中常采用型钢拱架进行支护,但当拱架间距小于1 m时,施作超前小导管的外张角难以控制。为减小超前小导管外张角,现场施工中采用了型钢拱架腹板打孔的方法。文章通过建立拱架三维模型,计算了不同打孔范围、不同打孔密度情况下拱架的变形情况,研究了型钢拱架腹板打孔对拱架和支护体系的刚度影响。结合现场对比试验,根据初期支护变形、围岩压力和拱架内力的实测情况,提出打孔间距是影响拱架刚度的主要因素。在本工程条件下拱架腹板打孔的安全间距为40 cm及以上,其对拱架刚度的削弱程度小于4%,对整个初期支护体系的刚度几乎没有影响。     

通海隧道围岩与支护结构内力的监控量测

文章以通海隧道为依托,对隧道围岩与支护结构的内力进行监控量测,详细介绍了压力盒和应变计的埋设方法,对监控数据进行了分析,并给出通海隧道的施工建议。实践表明,监控结果能反应出隧道围岩与支护结构的稳定性情况,可有效指导隧道施工。     

黄土公路隧道结构设计与施工中的若干问题

针对黄土公路隧道结构设计和施工中的理论研究滞后于工程实践的现实情况,结合白虎山隧道、新庄岭隧道、土家湾隧道三座黄土公路隧道衬砌结构力学性状研究成果,提出了以黄土公路隧道拱顶中心线侧压力系数为判据的深、浅埋界定的新方法,指出应结合黄土特性及埋置深度进行隧道衬砌设计,不宜按计算摩擦角或围岩类别确定隧道的围岩压力;设计时除进行荷载计算外,还应根据工程地质条件,经工程类比及综合研究后确定衬砌结构。应根据不同的地质条件确定设计原则和施工方法,例如,地质条件较差地段应采用微台阶或分区微台阶法施工,而不采用侧壁导洞法或双侧壁导洞法;在取得同等支护效果的条件下应加强初期支护;在湿陷性黄土地区应特别注意水的处理。     

上坪格隧道塌方原因分析及处治措施研究

针对福建省漳永高速公路上坪格隧道塌方案例,文章在分析其塌方机理的基础上提出了相应的工程处治措施,并采用荷载-结构法对变更后塌方段初期支护和二次衬砌强度进行了验算。分析结果表明:不良地质、较差施工质量和不合理开挖工法是导致隧道塌方的主要原因;在塌方荷载作用下,初期支护和二次衬砌弯矩较大值发生在拱顶、左右拱腰、左右拱脚和仰拱部位,这些部位在施工中应给予足够的重视;初期支护危险截面的最小安全系数为1.93。二次衬砌危险截面的最小安全系数为2.43。均大于国家隧道规范规定值,满足工程安全性要求。     

富水煤系地层隧道仰拱隆起原因分析及控制研究

贵州某隧道穿越高水压煤系地层时,多处出现仰拱隆起问题。通过现场观察和衬砌结构变形监测,并采用数值模拟方法对隧道仰拱隆起的原因进行分析。结果表明,基底围岩软化和高水压力是隧道仰拱隆起的两大因素,且围岩软化对仰拱结构安全的影响更大。结合工程特点和病害成因,现场采用增设边墙卸水孔、横纵向排水管加强排水系统来减小水压,在拱脚施作注浆钢花管来加固基底围岩以及换拱等联合整治措施,取得了良好的整治效果。     

护拱回填暗挖法隧道支护结构安全性评价

文章依托九景衢铁路荆生坞隧道工程,介绍了护拱回填暗挖法的施工步序,利用弹性理论推导了护拱与初期支护拱部的围岩荷载分担比例计算公式,采用极限平衡理论建立了边墙处围岩受力模型,推导了初期支护边墙附加围岩压力计算公式,最后通过建立荷载-结构模型,计算了护拱和初期支护的内力、安全系数,评价了护拱和初期支护安全性。结果表明:初期支护围岩荷载分担比例与护拱和初期支护的弹性模量、厚度有关,荆生坞隧道初期支护围岩荷载分担系数约为30%;护拱拱脚竖向压力导致边墙上部围岩沿破裂面滑动,对初期支护边墙上部产生一个水平向的附加围岩压力;九景衢铁路荆生坞隧道护拱回填暗挖段护拱和初期支护均处于安全状态,初期支护安全性随围岩荷载分担系数的增大而略有降低。     

深埋连拱隧道两种中墙的施工力学行为分析

采用数值方法,对深埋连拱隧道在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下整体式直中墙、分离式直中墙的施工受力进行分析,得出了中墙的基本受力规律及中墙施工的关键工序和薄弱部位。结果表明,对于Ⅱ级围岩深埋连拱隧道,两种中墙结构只需构造配筋即可满足要求;而对于Ⅲ、Ⅳ级围岩深埋连拱隧道,则需根据内力配置钢筋。     

鹧鸪山隧道二次衬砌开裂机理及支护时机探讨

隧道二次衬砌开裂成因复杂,只有分清隧道二次衬砌开裂原因,才能对其提出合理的处治对策,以保证隧道施工、运营安全。文章以某高速公路(炭质)千枚岩隧道为例,基于隧道出口段二次衬砌开裂特征,结合现场监控量测以及工程地质条件,分析该隧道二次衬砌开裂主要原因是围岩地质条件差、围岩级别低且二次衬砌施作过早。然后进一步采用数值计算分析不同二次衬砌施作时机下的应力特征,结果表明:二次衬砌施作过早导致边墙和拱腰附近二次衬砌内侧产生较大的拉应力,且二次衬砌施作越早,拉应力越大,这将导致二次衬砌张拉开裂;在初期支护变形量为隧道最终变形收敛值的65%~70%之后施作二次衬砌较适宜。建议在类似隧道施工中加强监控量测,严格控制二次衬砌支护时机。     

围岩支护作用关系中的温度影响因素研究

隧道围岩支护作用关系是隧道研究领域的关键问题之一,衬砌混凝土的温度变化会影响隧道围岩与支护的相互作用。当衬砌混凝土的温度升高或降低时,衬砌结构会膨胀或收缩,由于受到围岩的约束会产生围岩温度被动反力。文章通过建立简化的圆形隧道分析模型,得出了围岩温度被动反力随衬砌温度变化的计算公式,分析了影响围岩温度被动反力的因素,并采用既有隧道衬砌置换工程的现场监测数据进行了验证。研究结果表明:围岩温度被动反力是衬砌温度变化量、材料参数和几何参数以及围岩材料参数的函数,可以进行量化计算;在衬砌施作初期,由于水化热的影响,温度被动反力增长较快,峰值达到0.4 MPa左右。随着水化热的消散,温度被动反力逐渐减小。研究成果可为衬砌围岩松动压力现场监测提供一种温度修正方法。     

附加荷载引起大跨扁平隧道变形破坏的模型试验研究

文章以深圳大跨扁平马峦山隧道为工程背景,采用模型试验法研究了Ⅳ级、Ⅴ级围岩条件下隧道结构在附加荷载作用下的破坏过程,分析了围岩压力、衬砌变形和结构内力的变化规律。研究结果表明:(1)拱顶围岩压力先增大后减小,当附加荷载达到至某一值时,拱顶围岩压力最大,且衬砌变形较小;(2)随着附加荷载的增加,衬砌变形均经历弹性阶段、塑性阶段、破坏阶段三个阶段,且Ⅴ级围岩衬砌变形较大;(3)随着附加荷载的增加,衬砌结构内力增大,衬砌弯矩分布形状近似呈"蝴蝶型",轴力分布形状近似呈"菱形",且分布不均匀性增大。     

白山隧道塌方处治技术及其监测结果分析

白山左线隧道施工中,针对塌方发展过程和塌方机理,实施了一套基于"地表排水、围岩注浆、衬砌增强、基底防降"的塌方综合治理方案。文章分析了方案实施后的地表沉降、拱顶下沉、拱腰和边墙水平收敛的位移变化规律,以及初期支护背后水压力、初期支护与围岩的接触应力、锚杆轴力、型钢拱架应力及二次衬砌混凝土应力的发展趋势。结果表明:在软弱围岩地段,拱墙二次衬砌的施作显著改善了初期支护与围岩的接触应力,有效地减小了地表沉降及隧洞周边位移;同时,拱墙二次衬砌能有效地分担锚杆和型钢拱架的的部分荷载,改善仰拱二次衬砌的受力状况;塌方综合治理方案效果较好,保障了该隧道剩余塌方段的安全施工。     

寒冷地区隧道衬砌壁后冻融及其影响分析

文章在考虑围岩冻结渐进性和围岩渗水开放性的基础上,研究分析了冻胀过程以及伴随的融冻过程对隧道衬砌结构、初期支护喷混凝土和围岩自身强度等的影响.分析结果表明,对于按现行规范修建的隧道,发生在衬砌壁后的积水冻胀和围岩冻胀对衬砌结构施加的压力不大,设计时可不予考虑;发生在混凝土内部的反复冻融对初期支护的喷混凝土损伤显著、设计施工应予注意;寒区隧道宜重视对常见的因渗漏水引起的冻害的设防.