衬砌厚度不足对隧道结构安全性的影响分析

衬砌厚度不足缺陷的存在将显著改变隧道结构的力学状态,并对隧道结构的安全造成威胁。文章以Ⅳ级围岩双车道公路隧道为工程背景,采用数值模拟研究衬砌整体或局部厚度不足条件下隧道结构的安全状态。结果表明:衬砌厚度不足使缺陷处结构的轴力与弯矩减小,同时降低了结构的极限承载力,从而导致缺陷处隧道结构的安全系数显著降低;衬砌局部厚度不足对缺陷处隧道结构截面内力、承载力和安全系数具有显著影响,而对远离缺陷处隧道结构截面的影响相对较小;衬砌厚度整体或局部厚度不足时,衬砌厚度值与结构安全系数基本呈线性关系,经回归分析确定了满足结构安全要求的临界衬砌厚度值。研究成果可为存在衬砌厚度不足缺陷隧道的结构安全性分析及评价提供参考。     

地铁暗挖隧道二次衬砌水头控制值及影响因素研究

文章结合广州某地铁暗挖隧道二次衬砌结构特点,通过三维数值模拟,研究了外水压力作用下二次衬砌的渐进性破坏过程。获得了二次衬砌各受力阶段对应的水头控制值,并针对影响二次衬砌水头控制值的相关因素进行了参数敏感性分析。根据现场检测结果,分析论证了某暗挖地铁隧道二次衬砌结构出现局部垮塌事故的主要原因。研究结果表明:广州地铁常规单线暗挖隧道二次衬砌的起裂开裂水头为30 m,水头大于47 m后裂缝深度将超过保护层厚度,大于74 m后混凝土压碎,大于90 m后钢筋屈服,大于95 m后裂缝贯通截面;为保证二次衬砌的耐久性,水头控制值应设定为47 m;对二次衬砌进行合理配筋并确保二次衬砌厚度,可有效提高二次衬砌的水头控制值;某隧道二次衬砌出现局部垮塌事故的主要原因为较高外水压力作用下二次衬砌厚度严重不足所致。     

高烈度地震区公路双连拱隧道地震动力响应研究

针对目前尚未对高烈度地震区双连拱隧道这种特殊的结构形式进行具体深入的动力响应研究的现状,从土-结构相互作用模型出发,运用数值分析方法对连拱隧道进行了三维弹塑性分析,主要研究水平方向上传播的剪切波所引起的双连拱公路隧道的地震动力响应。从计算结果看出,随着埋深的增加,双连拱隧道衬砌的水平位移逐渐减小,衬砌内力逐渐增大,而变化趋势逐渐平缓;随着中墙厚度的增加,隧道衬砌水平方向的位移峰值逐渐增大,因此建议采用2.2 m厚中墙。研究结果表明,连拱隧道衬砌的仰拱、墙脚及拱肩为抗震的薄弱环节。     

局部水压作用下单线铁路隧道衬砌设计参数研究

隧道运营后衬砌开裂的主要原因之一是由于衬砌受到了较大的局部水压作用。为解决局部水压显现明显地层中衬砌设计依据不足的问题,文章采用现场试验和数值模拟手段,研究局部水压作用下铁路单线隧道标准设计图的Ⅱ级围岩曲墙带底板衬砌形式和Ⅲ级围岩曲墙带仰拱衬砌形式的受力特征和安全性,并对衬砌安全系数提高措施的作用效果进行分析,提出了局部水压作用下衬砌的设计参数。研究结果表明:衬砌各部位的安全系数分布较离散,衬砌受局部水压作用的部位是薄弱部位;采用增大衬砌厚度和增加钢筋量的措施可明显提高钢筋混凝土衬砌的安全性,提高混凝土等级措施不能提高衬砌安全性;曲墙带仰拱衬砌的安全性明显优于曲墙带底板衬砌,通过增大衬砌厚度和增加钢筋量的措施,曲墙带底板衬砌最大能承受0.2 MPa水压,曲墙带仰拱衬砌最大能承受0.5 MPa水压力,在较大水压力作用下建议优先采用增大曲墙曲率的方法提高衬砌的安全性。     

基于损伤理论的高速铁路隧道结构振动响应分析

基于Mazars损伤模型和Loland损伤模型,文章将损伤变量引入到Drucker-Prager本构模型中,构建了混凝土材料的弹塑性损伤本构关系,并在FLAC5.0二次开发平台上实现了该损伤模型的计算程序化。利用开发的损伤本构模型,对武广客运专线上某典型高速铁路隧道结构的振动响应进行了计算分析,量化了衬砌结构的动力损伤量,为高速铁路隧道结构寿命预测及结构耐久性评定奠定了基础。计算结果表明,由列车振动荷载引起的隧底沉降和洞周变形很小,均在4 mm以内;列车振动荷载对衬砌结构的不利影响主要表现为结构拉应力增加;衬砌结构的最大损伤主要集中于仰拱迎土侧;振动产生的应力波在衬砌结构内部衰减非常快,列车振动荷载只对隧道底部局部产生一定的影响。     

衬砌开裂对隧道结构安全性的影响分析

文章基于高速公路运营隧道衬砌结构安全性的分析,对隧道衬砌开裂情况进行了调查,结合规范进行了隧道结构安全等级评定和衬砌刚度验算,对衬砌开裂后稳定性和安全性不足的测段进行加固设计,并进行了设计验算,验证了该加固方案可行。     

高地震烈度下超大直径海底盾构隧道地震响应分析

文章运用FLAC3D软件,采用动力有限元法,对高地震烈度下超大直径海底隧道地震响应进行了分析。分析结果表明:与单纯自重应力场作用下相比,地震作用会造成结构内力的增大,拱顶及拱腰为其受力薄弱部位;在重力及地震共同作用下,衬砌结构的拉应力主要出现在拱顶附近,最大拉应力超过C60混凝土的抗拉强度设计值,拱顶的衬砌管片可能出现局部脱落;衬砌结构的最大受力和位移一般发生在地震2~6 s的时间段;各关键点位置的位移、弯矩、剪力、轴力时程曲线具有相似的变化规律;隧道衬砌最大水平位移为3.6 cm,最大竖向位移为3.7 cm。     

外水压力作用下深埋公路隧道衬砌受力特性与安全性研究北大核心CSCD

随着环保要求的日益提高,针对富水隧道工程提出了"以堵为主、限量排放"的治水理念,因此在设计时应充分考虑山岭富水地段隧道衬砌结构的抗水压能力。文章以春天门隧道为工程实例,采用"荷载-结构"模型对全断面承压情况下的抗水压衬砌结构进行了分析,得到了隧道抗水压衬砌结构的受力特征。结果表明,采用近圆形衬砌结构形式,能够较好地承受外水压荷载;衬砌结构全截面受压,拱脚小半径连接处隧道衬砌结构轴力和弯矩最大,相应的安全系数较小,为结构的最薄弱处。     

多圆型盾构隧道衬砌结构力学性能分析

对多圆型盾构隧道衬砌进行了有限元分析,并对三圆和双圆形衬砌结构的内力及位移进行了对比分析。     

既有城市隧道衬砌结构的损伤评价计算方法探究

既有城市隧道衬砌结构的损伤严重影响城市公共交通运营安全,并减少既有隧道的使用寿命,因此快速准确地对隧道衬砌结构进行损伤评价具有重要意义。文章通过调研分析既有城市隧道衬砌结构的损伤评价方法,拟将对既有损伤城市隧道的宏观评价与衬砌结构材料的损伤机理相联系,其中,宏观评价方面选取规范评定法对衬砌结构进行损伤评价,并对隧道健康等级F的划分进行优化;损伤机理方面选取基于弹性模量的损伤变量,并引入弹性模量折减率η的概念,进而提出并建立既有城市隧道健康度与损伤度的函数假定关系,为既有城市隧道衬砌结构的损伤评价与计算提供了一条新思路。     

开挖工况对偏压连拱隧道结构及上覆山体稳定性的影响

文章采用弹塑性有限元数值模拟,对不同开挖工况下地形偏压连拱隧道围岩及主体结构的应力场、位移场、破坏区分布进行了分析,研究了开挖工况对隧道上覆山体稳定性的影响。分析表明,当先开挖浅埋侧隧道时,围岩、结构及上覆山体稳定性都要优于先开挖深埋侧隧道的方式,其计算结果可为同类隧道的设计、施工提供有益的参考。     

岩石蠕变对隧道二次衬砌结构影响的研究

岩石蠕变是岩石的重要力学特征之一.在隧道开挖完之后的很长时间内,围岩会因为蠕变而进行应力调整,蠕变产生的荷载由隧道的初期支护和二次衬砌联合承担.在隧道设计中往往将二次衬砌作为安全储备,而没有分析围岩蠕变荷载对二次衬砌的影响,因此分析隧道二次衬砌受力以及健康程度随时间的变化是十分有必要的.文章结合泥巴山隧道工程,利用大型有限差分软件FLAC3d的Burgers蠕变模型,分析了不同时间蠕变对围岩应力重分布以及对二次衬砌的力学性能的影响,得出了一些有价值的结论.     

双连拱隧道施工阶段衬砌裂损状态成因的研究

文章针对双连拱隧道施工期间衬砌裂损出现的过程、状态、分布特点及现场处置,综合现场勘查、施工过程分析、地形地质等因素,定性研究了衬砌致裂成因,建立了隧道进口衬砌裂损区段施工过程数值分析模型;考虑隧道所处位置实际地形条件、围岩构造参数、实际施工工序等,重点研究了衬砌结构内主应力的分布规律.研究结果表明,衬砌裂损的主要成因是偏压荷载作用造成局部应力大于正常设计承载力;由于地质构造复杂,施工中考虑不周、对塌方区处理固结不充分,加之施工中多次扰动、左右线相互影响等,使围岩松动软化.文章从理论上解释了该隧道衬砌裂损产生的机理,其结果与现场实际相吻合.     

浅析地下水对公路隧道建设的不利影响

地下水可以通过对岩石溶蚀、软化以及与岩石、岩体构造的共同作用等方式,影响隧道围岩和初支稳定、破坏隧道衬砌结构受力安全及增加隧道运营养护难度。文章总结归纳了地下水对公路隧道施工和运营产生不利影响的作用方式,为工程技术人员进行隧道设计、施工提供参考。     

Study on Mechanical Properties of Tunnel Lining Structure with Spray-applied Waterproofing Membrane北大核心CSCD

In order to study the influence of spray-applied waterproofing membrane layer on the mechanical properties of tunnel lining structure, a numerical calculation model of composite lining, spray-applied waterproofing lining and single-shell lining is established according to the mechanical parameters and interface parameters of waterproofing membrane measured by tests, and comparative analysis is made on the mechanical properties of the three types of lining structures. The research results show that: (1) compared with the composite lining, the stress of the secondary lining in the spray-applied waterproofing lining structure is significantly reduced, and the stress of the initial support has little change, but the displacement of both the initial support and the secondary lining increases; (2) in the spray-applied waterproofing lining structure, the whole section of the secondary lining is in the state of small eccentric compression, and the safety factor is greatly improved; (3) spray-applied waterproofing membrane layer can improve the cooperative force-bearing capacity of initial support and secondary lining, and improve the stress state of secondary lining, which is beneficial to improve the safety of secondary lining; and (4) with the increase of the cooperative force-bearing capacity of spray-applied waterproofing lining structure, the internal force of spray-applied waterproofing lining structure will be infinitely close to that of single-shell lining structure. © 2022, Editorial Office of "Modern Tunnelling Technology". All right reserved.     

基于物元理论的公路隧道衬砌结构技术状况评估模型

为了评估施工期高速公路隧道衬砌结构技术状况,文章运用层次分析法建立由目标层、因素层和指标层构成的递阶层次结构模型,分析影响隧道衬砌结构的各种不确定性因素;采用物元理论、模糊集合论和信息熵理论,构建熵权模糊物元评估模型.工程实例应用结果表明,交工前隧道结构技术状况为IA,衬砌破损程度等级为一般;衬砌裂缝和衬砌背后空洞是影响评估结果的最主要因素.研究认为:该评估方法考虑了指标因子的不确定性,将主观权重与客观权重相结合,避免了传统评判方法中的主观随意性,所得结果更加符合客观实际.     

地表建筑对下穿隧道的安全性影响分析研究

采用ANSYS有限元软件对新宝塔山隧道的浅埋段地表建筑施工对下穿隧道的影响进行模拟分析,得到不同间距及不同埋深情况下地表建筑对下穿隧道的应力及衬砌安全性的分析结果。分析得出:住宅楼桩基外缘距离既有隧道边墙为4 m时,铁路隧道受到影响较大;当间距调整为8 m时,楼房施工后引起隧道衬砌结构位移较小,隧道结构安全度均满足规范要求。由此,建议按照间距为8 m的方案实施,覆土回填3 m时,计算结果显示隧道仍然是安全的,其覆土回填厚度可以按照规划设计的地面高程1 009 m考虑(最大覆土回填3m、埋深10.7 m)。     

高烈度地震区隧道洞口段纤维混凝土衬砌抗震效果分析北大核心CSCD

为提高隧道洞口段衬砌结构的震时安全性,以某公路隧道洞口段为研究背景,利用有限元分析软件ABAQUS,对使用钢纤维混凝土(SFRC)、钢-玄武岩混杂纤维混凝土(SBHFRC)与素混凝土作为二次衬砌结构材料时的抗震效果进行对比分析。结果表明:在同体积纤维掺量的条件下,与素混凝土二次衬砌相比,SFRC二次衬砌的最大、最小主应力峰值分别增加34.27%、23.56%,剪应力峰值增加23.54%,SBHFRC二次衬砌的最大、最小主应力峰值分别增加3.90%、3.37%,剪应力峰值增加3.32%;SFRC、SBHFRC二次衬砌结构的等效位移分别减少了8.08%、2.36%;SFRC、SBHFRC二次衬砌结构监测面各监测点平均安全系数分别提高了38.73%、50.04%。     

回波检测法振激测点距离的回波信号影响分析探究

本研究以有缺陷预埋的隧道曲面砌衬管片作为目标结构试件,以室内实验分析的方式,对隧道砌衬激振回波检测中的振激部位和测点距离,给激振回波信号带来的影响课题开展专题分析探究,以为同类激振回波检测法工程应用提供研究和技术参考,助力实现有效适用的隧道砌衬激振回波检测。     

公路隧道软弱围岩施工开挖受力特性研究

软弱围岩公路隧道开挖工程中经常遇到事故,因此研究隧道施工开挖围岩受力及变形特性对工程建设具有积极的指导意义。本文通过MIDAS有限元分析软件,构建了软弱围岩-隧道-岩土体相互耦合作用下的力学模型,研究分析了隧道开挖过程中围岩应力场分布、锚杆轴力、二次衬砌内力、拱顶下沉及隧道净空收敛规律。对进一步研究隧道开挖施工围岩受力特性研究提供了借鉴意义。