隧道洞口沉降分析与变形预测

山岭隧道进洞是隧道施工的开始,也是关键环节,由于施工扰动造成地应力的重分布,成为洞口边坡滑动或者洞口浅埋段塌方的诱导因素。因此,合理的施工方案与施工计划对控制洞口边坡以及浅埋段的稳定性至关重要。文章结合江西省景婺黄(常)高速公路新建隧道洞口施工过程中的沉降问题进行了探讨,并结合施工监控与反分析预测技术提出了一些针对性的工程技术措施,为工程的顺利进行提供了技术保障。     

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%。     

采空区地层变形产生的隧道附加荷载及变形容许值计算与分析

文章分别计算了采空区上方地层弯曲时对隧道产生的附加荷载q1、q2及地层水平应变时对隧道产生的附加荷载qH,并推导出了采空区地层容许弯曲变形和水平应变数值.结果表明,现行交通部《采空区公路设计与施工技术细则》规定的采空区地基容许变形值较为笼统且偏大,结构偏于不安全.最后,文章根据计算结果对比,对不同围岩级别提出了更严格、更安全、更有针对性和可操作性的隧道对采空区地层变形限制要求,以供广大隧道工作者参考使用.     

深埋隧道结构型围岩变形机理及控制研究北大核心CSCD

新建兰渝铁路多座长大深埋隧道开挖过程中遇到层片状围岩,产生强烈的挤压变形,主要表现为初期变形强烈迅速,变形持续时间长,变形破坏的空间分布具有强烈的各向异性。常规的控制手段不能很好地解决这种强烈各向异性的变形方式,导致现场频繁采取补强支护措施,给工程建设带来了很大的影响。文章针对研究区特殊的非线性大变形破坏现象,综合应用现场工程地质调查、室内试验、现场测试以及3DEC离散元数值模拟等手段,深入分析研究区层片状围岩的结构大变形的破坏机制。研究表明,高地应力诱发低强度围岩开挖后发生迅速而强烈的挤出变形,层片状围岩结构强度的各向异性控制了开挖后应力重分布及隧道断面变形的不对称分布。基于对围岩非对称变形机制的认识,从围岩控制的角度,提出了一种针对层片状岩体扰动各向异性的定向支护措施,对围岩进行主动加固。     

某隧道-滑坡体系中隧道变形侵限段换拱加固效果研究

某隧道在施工过程中遭遇滑坡侵害导致隧道结构变形,形成隧道-滑坡体系,拟在未排除滑坡变形工况下,对该隧道病害段进行换拱处理,提高隧道结构强度,控制滑面变形。文章基于该隧道换拱前后滑坡体、隧道结构的变形监测数据,研究处治措施对隧道-滑坡体系中隧道变形、滑坡变形的控制效果。结果表明：在隧道-滑坡体系中,当隧道穿越滑坡体时,对隧道病害段进行换拱加固,可有效减缓滑坡变形;引起隧道变形的根本原因是滑坡,如未对滑坡采取设防排险措施,在强降雨等不利工况下,坡体仍可能会出现变形;后期建议考虑对滑坡采取适当刷方减重、设置排水沟等措施增加坡体稳定性,确保隧道后期运营安全。     

大直径盾构隧道穿越建筑物群变形分析与控制措施北大核心CSCD

大直径盾构隧道掘进施工对土体造成扰动,导致地表产生沉降或隆起,继而严重威胁上部建筑物群的结构安全。文章依托某大直径盾构隧道穿越老旧小区密集建筑物群工程,首先利用二维有限元软件计算关键断面房屋的沉降变形,再对比三维有限元软件的计算结果,分析两种计算方法的适用范围;然后基于三维模型探究了不同初期荷载释放率对盾构穿越引起的地表和房屋变形的影响,最后利用Peck公式计算的理论地表沉降数据,梳理初期荷载释放率、地表沉降、地层损失率三者的内部联系并提出了控制变形的相关措施。研究结果表明,初期荷载释放率越小,地表及房屋沉降也越小,对应的地层损失也越小;对于控制地表变形,减小荷载释放率等同于减小地层损失率;初期荷载释放率、地表沉降、地层损失率这三者减小的量值呈线性关系。     

盾构隧道整体道床剥离病害规律研究北大核心CSCD

盾构隧道整体道床的剥离病害已严重影响地铁的安全运营。为研究整体道床剥离病害的规律,文章以国内某运营地铁线路为工程背景,建立整体道床-管片-注浆层数值模型进行分析研究。结果表明:列车轮组作用在道床一侧靠近伸缩缝位置时会引起较大的道床剥离变形,是最不利位置;列车荷载在振动作用下引起的剥离量远大于静载作用时的,且两者间存在函数关系;伸缩缝位置是最易发生剥离的区域,剥离首先发生在伸缩缝两侧边缘,随列车动载作用时间增加,剥离区域扩展至伸缩缝1.5 m范围内;注浆层刚度与接触面黏结强度均是影响剥离量的重要因素,提升注浆层刚度和道床-管片接触面的黏结强度可有效减少剥离量。     

运营盾构隧道不同椭圆度变形情况下受力性能分析北大核心CSCD

地下结构施工不当会对邻近既有地铁盾构隧道结构产生巨大影响。文章以广州市某地铁线路下穿施工导致既有运营地铁盾构隧道产生较大变形的工程实例为背景,分析了既有隧道结构因地层损失产生不同椭圆度变形情况下管片结构的受力情况。基于工程实测数据,运用三维有限元分析软件,考虑了管片接头处的螺栓孔等细部构造,研究了管片椭圆度与结构应力状态之间的量化关系,并分析了结构的塑性变形情况及其发展趋势。结果表明:随着盾构隧道管片椭圆度的增大,结构最大主应力值与最大剪应力值均增大,且盾构隧道结构最大剪应力与椭圆度呈线性相关关系;盾构隧道结构最大主应力随椭圆度变化更加明显,与椭圆度呈非线性相关关系。     

大变形隧道初期支护受力特征及对策研究

由于隧址区岩体具有大变形效应,渝利铁路大梁隧道在初期支护施作后拱腰、拱脚等部位相继出现喷混凝土开裂、剥落、掉块等现象。为了保证隧道结构安全,采用现场测试(解除应力测试和松动圈测试)、数值模拟(试算/正演计算)等方法对该段支护结构的受力特征进行了研究,并提出了相应的对策措施。结果表明:在此地质条件下,初期支护配筋为6.36 cm~2时,结构将产生破坏(最大弯矩处安全系数为1.0),而实际配筋只有5.07 cm~2,所以初期支护内的配筋(格栅钢架)不能满足工程实际需要,必须调整类似地质条件的支护参数才能保证隧道整体稳定性;同时研究获得的松动圈范围为2.29 m,与地质雷达的松动圈测试结果相吻合,验证了该方法的可行性及结果的准确性。     

考虑地基刚度不均匀影响的沉管隧道接头变形分析北大核心CSCD

沉管隧道接头是整个结构中最薄弱的环节,其刚度及变形特征对结构安全至关重要。当隧道下卧地层刚度不均匀时,接头变形将更加复杂,因此有必要对沉管隧道在不均匀地层条件下的接头特性进行深入分析。文章基于某沉管隧道工程,建立了三维精细化有限元模型,进行沉管隧道接头部件分析计算,对钢剪切键及混凝土剪切键的力学特性进行了深入研究,得到其剪切刚度取值。之后利用上述研究成果,建立三维壳-弹簧沉管管节模型,对隧道整体变形情况进行分析。考虑地基的不均匀性,进行多工况计算,分析沉管隧道接缝变形情况,验证接头结构的可靠性。     

荷坳隧道四洞小净距段支护结构设计研究北大核心CSCD

多洞空间小净距隧道支护结构参数量化设计与安全性分析是当前设计中的一大难题。文章针对深圳机荷高速公路荷坳隧道四洞小净距段的设计,采用总安全系数法对四洞的开挖与支护模式、各洞的开挖顺序及支护参数进行了研究比较,并采用隧规荷载-结构法、增量法、地层-结构法对支护结构的安全系数进行了对比计算,得出以下结论:(1)提出了基于总安全系数法原理的多洞空间小净距隧道设计方法;(2)根据总安全系数法得出了荷坳隧道四洞小净距段应采用“先行洞二次衬砌完成后再开挖下一孔隧道”的开挖与支护模式,且应按洞1→洞2→洞3→洞4的开挖顺序施工;(3)隧规荷载-结构法、增量法、地层-结构法虽无法得出结构的总承载安全系数,但在一定程度上可以反应部分支护结构的安全性。     

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。     

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。     

高海拔隧道施工劳动强度与供氧浓度关系研究北大核心CSCD

为研究高海拔隧道施工人员供氧浓度问题,文章通过骑行试验得到了不同人员在海拔高度为590~4000 m,氧气浓度为20.9%~29%,骑行功率为0、50 W、75 W、100 W工况下的生理指标,得到测试对象的劳动强度指数,分析研究得到以下结论:(1)在同一海拔高度、相同劳动强度工况下,提升环境氧气浓度,可以显著降低人员劳动强度指数;(2)劳动强度指数的减少与氧气浓度的增加并不是线性关系,当环境氧气浓度超过25%时,劳动强度指数的降低程度有限;(3)拟合得到了劳动负荷为100 W且氧气浓度为20.9%~25%时施工人员的劳动强度指数与海拔高度及供氧浓度的关系式。     

岩溶隧道排水管结晶堵塞试验与数值模拟研究北大核心CSCD

为实现岩溶区隧道排水系统堵塞过程的精准刻画和预警防控,开展了与现场1∶1等比例的排水系统堵管室内试验,探讨了仿真现场水动力、水化学和干湿循环条件下管道结晶沉淀量的变化规律,构建了考虑水动力和碳酸盐岩组分溶解-沉淀化学反应耦合驱动过程的数值模型,结合室内试验数据,对所建立的隧道排水管结晶堵塞模型进行验证。模拟结果表明,随着时间的推移,模拟值与试验观测值之间的误差逐渐减小,至15 d左右,二者拟合决定系数R2为0.67,证明在相对较长时间尺度下,所构建的数值模型在一定程度上能够较好地预测隧道排水管道内的结晶生成过程,模型能为隧道排水系统堵塞问题的防治提供理论指导,进而为岩溶隧道地质灾害的早期识别与安全评价提供保障。     

水平小净距隧道中夹岩安全系数法研究与应用北大核心CSCD

中夹岩柱是小净距隧道围岩稳定控制的关键部位,判别中夹岩的安全性是工程设计和施工过程中的重难点。文章通过分析不同围岩级别、埋深情况下中夹岩的破坏模式,建立Ⅳ级围岩条件下水平小净距隧道中夹岩力学分析模型,并确定中夹岩破裂面位置。根据中夹岩上部滑块体形状的不同分为两种情况,通过边坡稳定性原理、极限平衡假设及普氏压力拱理论推导中夹岩上部滑块体的抗滑力、下滑力以及安全系数的计算公式,从而建立起评判中夹岩安全性的安全系数法,并结合数值模拟对其进行验证。将经验证后的安全系数法应用于某实际隧道工程,判断其中夹岩安全性,得出该隧道中夹岩破坏临界厚度为6 m,进而对6 m以下的中夹岩使用锚杆进行加固。     

富水弱胶结地层大断面隧道施工方案优化与工程应用研究北大核心CSCD

在富水弱胶结地层中,隧道施工极易诱发围岩坍塌或支护结构大变形。以兰渝客运专线桃树坪隧道3#斜井工区正洞段为研究背景,提出了一种适用于富水砂岩地层的“底部双导洞超前”施工工法。同时采用真空轻型井点+集水井的联合降水方案进行隧道内超前降水,以降低施工难度;采用数值分析和现场监测的方法对方案的合理性和有效性进行分析与评价。结果表明,隧道在采用“底部双导洞超前”施工工法时,拱顶沉降和净空收敛值分别为50 mm、32 mm;其支护结构上的最大接触压力为135.3 kPa;支护结构的变形和受力均在允许范围之内,隧道结构安全、稳定。“底部双导洞超前”的施工工法已成功应用于桃树坪隧道,可为后续富水弱胶结地层或软弱岩层中的超大断面隧道施工提供参考和借鉴。