活断层错动位移下衬砌断面型式对隧道结构的影响

以棋盘石隧道为工程背景,采用有限元方法,设置五种不同仰拱半径的三心圆断面,对比研究了活动断层错动下不同衬砌断面型式对链式结构隧道受力及塑性变形的影响。结果表明:断层错动引起隧道二次衬砌受到拉张、剪切、挤压组合作用;断层错动引起的高应力带主要在断层带内的节段拱脚位置,且峰值位于上盘,剪切缝能有效地吸收断层错动产生的拉应力;在隧道断面不断趋向正圆的过程中,二次衬砌最大主应力、最小主应力、剪应力均呈减小趋势,等效塑性应变呈增大趋势。     

汶川8.0级大地震公路隧道震害调查与震害特征

研究强震作用下隧道结构的震害特征对于后续高烈度区隧道的抗震设防设计具有重要的借鉴意义。文章通过汶川地震公路隧道震害调查及分析,研究并总结了隧道结构各部分的震害特征。洞口结构的震害特征为:洞外结构受次生地质灾害影响严重,隧道洞口硬岩段支护结构震害极少,8度区隧道洞口软岩段出现二次衬砌开裂、渗水等轻微震害,11度区出现二次衬砌垮塌的严重震害;断层破碎带段隧道结构的震害特征为:跨非活动性断层隧道震害较轻,跨活动性断层隧道震害严重(二次衬砌垮塌、围岩垮塌等);普通段隧道结构的震害特征为:隧道硬岩普通段震害极少,8度区围岩软硬交接普通段和9度区软岩普通段衬砌出现开裂、渗水震害,10~11度区围岩软硬交接普通段出现衬砌错台震害,围岩缺陷普通段出现了二次衬砌垮塌的严重震害。     

公路隧道洞口段支护结构加强设计优化研究

结合目前公路隧道洞口段支护结构加强设计存在的问题,文章从洞口段与洞身浅埋段的围岩特性、荷载作用特点入手,基于超前管棚、初期支护、二次衬砌的作用机理,分析了支护结构在不同围岩条件下的作用特点,给出了洞口加强段和洞身浅埋段衬砌设计的合理化建议。主要得到以下结论:(1)洞口段围岩破碎,自稳能力差,超前支护为围岩早期稳定提供条件,初期支护为主要承载结构,二次衬砌承担部分荷载并提供一定的安全储备;由于洞口段衬砌上覆荷载较洞身浅埋段小得多,不宜加强二次衬砌,因此洞口加强段衬砌设计应以加强超前支护与初期支护为主。(2)洞身浅埋段围岩较完整,有一定的自稳能力,二次衬砌为主要承载结构,初期支护主要发挥与围岩粘附的协同作用;洞身浅埋段衬砌设计应以加强二次衬砌为主,并要控制施作时机。     

考虑围岩冻融损伤劣化效应的隧道长期稳定性研究

寒区隧道围岩受到冻融损伤劣化作用会对隧道长期稳定性造成不利影响。文章以鄂西北十房高速公路通省隧道片岩为例,通过室内冻融循环及压缩试验,得到单轴抗压强度与冻融循环次数之间的关系。根据掌子面围岩现场工程地质调查结果,并基于Hoek-Brown准则,估算出考虑冻融损伤劣化效应的岩体力学参数。然后采用FLAC3D对冻融循环条件下隧道的长期稳定性进行数值分析,分别得到0次、4次、8次、12次、16次、20次冻融循环条件下隧道衬砌位移场及应力场变化特征。结果表明,冻融循环作用下,隧道衬砌的变形及主应力均出现了不同程度的增大。与不考虑冻融损伤劣化作用相比,经过20次冻融循环作用后,衬砌的变形、最大主应力、最小主应力分别增大了1.3%、5.3%、1.5%。在支护方案选择及支护结构设计时,有必要考虑长期冻融循环作用下围岩力学特性损伤劣化对隧道稳定性的影响。     

高水压单线铁路隧道二次衬砌水压设计限值研究

随着我国高速铁路建设的快速发展,深埋长大山岭隧道的修建数量明显增加,隧道遭遇高水压的问题也更为突出。如何合理地进行高水压隧道的衬砌设计,是目前隧道工程界重点关注的问题之一,其中二次衬砌水压预测及设防等级的确定是制约设计的关键环节。文章通过对已建典型高水压隧道的分析及理论计算,研究了高水压隧道二次衬砌水压设计的限值。研究表明:(1)高水压隧道衬砌的设防等级应有一个上限;(2)二次衬砌厚度取值以不超过1 m为宜,继续增大厚度对提高结构安全性效果不明显;(3)单纯通过提高混凝土强度来达到提高二次衬砌结构承载力的目的并不是很理想,高水压隧道二次衬砌合理强度等级以取C40~C50为宜;(4)从衬砌安全性综合考虑,高水压隧道抗水压的最大限值以取1.2 MPa为宜,不宜过大。当实际预测水压超过此值时,应采取综合措施将衬砌水压调整在合理范围内。     

双线铁路隧道Ⅳ级围岩深埋地段二次衬砌采用素混凝土结构的方案论证

兰渝铁路隧道Ⅳ级围岩深埋地段采用复合式衬砌,其二次衬砌在初步设计时为钢筋混凝土结构,后经对设计参数的工程类比及隧道力学分析,将二次衬砌改为C35素混凝土结构.经过兰渝线三年的施工实践证明,二次衬砌取消钢筋后,初期支护及围岩变形在容许范围内,衬砌结构安全度达到要求,取得了预期的技术经济效益.     

衬砌空洞对隧道结构安全性的影响规律研究

为了研究衬砌空洞对隧道结构安全性的影响,文章基于FLAC 3D有限差分软件,建立六种不同工况下的隧道衬砌空洞数值模型(无空洞和衬砌空洞位置分别为拱顶、拱肩、边墙、拱脚和底板),并通过对比不同位置衬砌空洞下隧道模型的变形位移、应力分布特征、最大主应力和最小主应力数值特点,得到了空洞位置对隧道衬砌结构变形和受力的影响规律。     

高烈度地震区公路隧道洞口段地震响应分析

根据隧道地震安全性评价报告和地勘资料,建立了三维数值计算模型并采用一致粘弹性人工边界模拟动力边界,对高烈度地震区公路隧道洞口段进行了瞬态动力计算。计算结果表明:在三向地震荷载激励下,洞口段衬砌的地震响应具有明显滞后性,衬砌以水平横向振动为主、轴向振动次之、竖向振动最弱;洞口段衬砌的拱腰部位将承受极大拉应力和剪应力,可设减震层吸收地震能量。通过对衬砌相对位移的分析得出,衬砌横向和轴向变形都很小,衬砌稳定性尚好。     

流变荷载作用下隧道二次衬砌损伤行为研究

软弱围岩的流变效应容易导致隧道二次衬砌开裂,影响结构的安全性和耐久性.因此,文章以广甘高速杜家山隧道为例,建立考虑Weibull损伤分布的混凝土数值计算模型,对流变荷载作用下二次衬砌的损伤演化行为进行了研究.结果表明:(1)若二次衬砌与围岩接触良好,衬砌损伤区域在侧压力系数λ为0.5,1,2时,分别分布在拱腰、拱脚以及...     

片岩隧道群衬砌开裂特征与机理分析

在对湖北省谷竹高速公路隧道二次衬砌完整性的调查过程中,发现片岩隧道普遍存在二次衬砌开裂现象。为了合理科学地治理开裂问题,文章通过对沿线48座隧道的调查分析,归纳和总结出该区段隧道二次衬砌开裂的6大特征:片岩隧道二次衬砌开裂现象普遍;开裂位置主要位于进、出口浅埋段;先行洞裂缝数量多于后行洞,开裂形式主要为斜向开裂;在发生大变形、塌方等地段二次衬砌容易开裂;开裂的时间一般在二次衬砌施作5个月后。在此基础上,通过室内试验与现场调查共同分析二次衬砌开裂的成因机理,并得出原因:片岩的强度低,遇水易软化;洞口处的浅埋段成拱性差;偏压现象普遍;仰拱不均匀沉降;岩石受地下水的影响及岩体的蠕变效应。最后,根据开裂原因提出相应的增加围岩级别、加强洞口施工及重视小净距中夹岩稳定设计等建议措施,为类似工程提供相关参考依据。     

下伏溶洞对运营隧道衬砌结构稳定性的影响研究

文章依托工程实践,通过运营隧道病害检测过程中发现的典型岩溶发育特征,借助Midas GTS NX有限元数值分析软件,研究不同埋深条件的下伏溶洞对既有运营隧道衬砌结构的稳定性影响.研究结果表明:随着下伏溶洞埋深逐渐增大,隧道二次衬砌最大剪应力和最大竖向位移逐渐减小;当溶洞埋深＞7 m时,对V级围岩有仰拱区段的后期运营结构...     

聚丙烯网状纤维混凝土在隧道衬砌中的应用试验研究

在隧道衬砌混凝土中掺入聚丙烯纤维,能显著增加混凝土的抗渗能力,对提高衬砌混凝土防水性能非常有利,并且能够增加混凝土的抗压、抗冲击、抗磨损和抗疲劳等特性.但掺入聚丙烯纤维后,混凝土工作性能和外观质量稍有降低,对自流无振捣混凝土衬砌施工有一定影响.文章介绍了在隧道衬砌中采用聚丙烯网状纤维混凝土的试验结果,并对聚丙烯纤维混凝土与钢纤维混凝土作了对比分析.     

大断面暗挖区间隧道二次衬砌快速施工工艺

隧道工程二次衬砌结构不允许渗水,表面无湿渍且二次衬砌混凝土必须具有高强度、耐久性等。结合锦江路站台建设项目,对大断面隧道暗挖施工过程中的二次衬砌快速施工展开研究分析,超大断面隧道采用整体移动式模板台车进行隧道二次衬砌施工,介绍混凝土浇筑及振捣施工中衬砌台车结构设计及施工技术。     

汶川地震各地震烈度区公路隧道震害特征研究

文章结合汶川地震震区大量公路隧道震害资料,对各地震烈度区公路隧道震害特征进行了研究。结果表明:6度区隧道均未破坏;7度区出现落石灾害,砸坏洞门、边仰坡结构;8~11度区硬岩隧道洞身衬砌基本无震害,8度区软岩隧道洞身衬砌出现轻微开裂、渗水;9度区软岩隧道洞身衬砌开裂严重,出现网状开裂、大面积渗水,出现混凝土剥落、掉块以及二次衬砌垮塌等,洞口边仰坡出现滑塌、崩塌,堵塞洞门;10度区软岩隧道洞身二次衬砌垮塌增多;11度区软岩隧道洞身出现围岩垮塌。研究成果对进一步研究高烈度地震区公路隧道震害机理及抗震对策有着重要的意义。     

大直径盾构隧道双层衬砌管片结构计算

目前,大直径盾构隧道的运用日益增多,常用的盾构隧道多为单层衬砌结构。鉴于单层衬砌管片结构存在一些缺点,双层衬砌管片结构的设计与使用逐渐引起人们的注意。文章针对大连地铁5号线跨海段盾构隧道双层衬砌结构,运用Abaqus软件并考虑围岩压力、地震荷载作用、溶洞以及施作方式对于结构的影响,计算分析不同工况下盾构隧道双层衬砌管片结构的变形以及受力特征。研究结果表明:基本荷载下结构受力的主体为初衬,二次衬砌的作用应更多考虑为耐久性和安全储备。地震荷载作用下二次衬砌结构内力显著增大,相对于基本荷载,初衬内力增幅为8.57%～44.1%,二次衬砌内力增幅为123.6%～332.4%,二次衬砌结构将在抵抗地震等偶然荷载作用时发挥较大作用。地震荷载作用下溶洞对双层衬砌结构内力及变形影响很大,相对基本荷载工况,初衬内力增幅为11.0%～216.5%,二次衬砌内力增幅为192.4%～353.1%,轴向变形增幅为58.9%～81.34%,水平向变形增幅约为143.6%。因此,建议对溶洞进行合理加固,以保证隧道安全。     

飞机降落冲击荷载作用下高铁隧道动力响应及疲劳损伤研究北大核心CSCD

针对运营期高铁隧道衬砌结构在飞机降落冲击荷载作用下的动力响应规律及疲劳损伤问题,以成自高铁下穿天府机场东二跑道区间隧道为工程背景,采用有限元分析的方法研究隧道动力响应及疲劳损伤规律。结果表明:B747-400型飞机在粗暴着陆后0.05 s时刻动力载荷达到最大值,约为500 kN;在单次粗暴着陆工况下,拱顶位移和受力最大,位移最大峰值为1.58 mm,拉应力最大峰值为437.79 kPa,压应力最大峰值为556.24 kPa,衬砌结构未出现塑性损伤;飞机荷载长期作用下,随着循环次数的增加,结构损伤部位和程度也随之增加,拱顶损伤最突出,其次为边墙,隧道衬砌在上方飞机长期粗暴着陆作用下的疲劳寿命大致为25 a。     

软弱围岩通风竖井开挖稳定性研究

软弱围岩中修建竖井会面临围岩变形量大、初支受力过大从而被破坏的风险。本文依托白马隧道通风竖井工程,借助有限差分软件FLAC3D对竖井进行开挖-支护全过程模拟,通过分析竖井钻爆开挖后围岩的变形特征以及初支结构的受力特点,验证竖井开挖方案的合理性。研究结果表明,竖井采用复合式衬砌加短段掘砌混合作业后,围岩位移量随竖井开挖深度呈近线性递增,竖井井底围岩位移最大,为0.72 mm。围岩最大主应力也随着竖井开挖深度逐渐增大,围岩最大主应力大小约为7.89 MPa,位于井底;竖井衬砌范围受爆破开挖影响,围岩主应力较低,为确保施工安全,施工时需及时支护,以形成有效承载结构。竖井支护结构受力随着竖井开挖深度逐渐增大,支护结构最大主应力位于竖井底部,初支最大主应力为8.96 MPa,二衬最大主应力为6.94 Mpa,均满足设计要求。研究成果对类似工程具有一定参考价值。     

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。     

九度地震区公路隧道二次衬砌结构抗震综合措施研究

为对九度地震区公路隧道二次衬砌结构抗震措施的研究提供参考和借鉴,文章基于Hilber-HughesTaylor时间积分法及等效粘弹性单元动力边界条件,以穿越九度区的公路隧道为研究对象,从实际工程设计受力的角度对公路隧道的四种抗震措施,即增加二次衬砌的配筋量,增大二次衬砌的厚度,将马蹄形断面优化为圆形断面,在初期支护与二次衬砌之间增设橡胶减震层,进行了具体抗震计算和分析,得到了四种抗震措施的实际抗震效果及其优缺点。为了将抗震措施的优点利用最大化,提出了通过适当增加配筋和在初期支护与二次衬砌之间设置适当厚度减震层的抗震综合措施。利用上述研究成果,根据九度区可能出现的不同峰值加速度(0.1g~0.9g)的地震波作用下二次衬砌的受力情况,分别提出了针对性的抗震措施,以达到既经济又显著的抗震效果。     

汶川地震公路隧道洞口段震害机理及抗震对策研究

汶川地震中震区公路隧道洞口段破坏严重,严重影响了震区生命线工程的畅通.为提高震区公路隧道洞口段的抗震能力,结合公路隧道洞口段震害情况对其震害机理进行了研究.研究结果表明,洞门、边仰坡及明洞震害主要是地震惯性力作用造成的:软岩隧道洞口段衬砌震害主要是地震惯性力和强制位移造成的.文章根据隧道洞口段的震害机理,提出了相应的抗震对策.研究结果对于进一步研究高烈度地震区公路隧道震害机理及抗震对策都有着重要的意义.