隧道岩溶填充物松散围岩压力计算方法

文章基于普氏平衡拱理论、经验统计公式以及公路行业对浅埋松散围岩压力的处理方法,结合广西岩溶地区公路隧道建设经验,提出了公路隧道岩溶填充物段松散围岩压力的计算方法,并在此基础上推导了隧道两侧为岩体、拱部为岩溶填充物时的深埋、浅埋松散围岩压力计算公式,便于分析处治岩溶不良地质,以供同行参考。     

大断面隧道深浅埋划分方法研究

在中国现行的铁路和公路隧道设计规范中,隧道深、浅埋的划分是以松弛荷载概念作为基础的,并具有统计上的意义,但这种划分方法线条较粗,并没有充分考虑围岩的自承能力.文章以隧道围岩能否形成安全有效的压力拱为基本原则进行了隧道深、浅埋的划分.对于地表水平或近似水平情况,按平面应变假定,认为面内最大主应力的最大值出现在压力拱的内边界处,而将面内最大主应力方向发生偏转(拱体内最大主应力方向为水平方向,拱体外部最大主应力将恢复为开挖前的竖直方向)的点作为压力拱的外边界;当地表有较大坡度时,由于地形对自重应力场分布产生的影响,这里以等效埋深代替实际埋深,用以修正按地表水平情况计算的深、浅埋分界值.根据上述思路,对目前在建的某四线大断面车站隧道,通过数值模拟,建议取30m埋深作为隧道深、浅埋分界值.     

明暗挖施工地铁车站下部暗挖隧道围岩压力计算方法研究

南宁轨道3号线青秀山地铁车站受地形限制采用上明挖下暗挖法施工。下部暗挖隧道根据埋深介于深浅埋之间,进行结构设计时,先施工的上部明挖站厅结构等效处理恰当与否,对于保证暗挖隧道结构安全至关重要。通过理论推导表明,当上部站厅结构等效为土体时,其下部暗挖隧道竖向围岩压力为150.69 kN/m,水平围岩压力为95.28 kN/m;当等效为附加荷载时,其下部暗挖隧道竖向围岩压力为439.83 kN/m,水平围岩压力为103.28 kN/m。通过数值计算表明,当上部站厅结构等效为土体时,最大安全系数为60.29,其部位在拱腰处,最小安全系数为7.39,其部位在拱底处;当等效为附加荷载时,最大安全系数为21.558,其部位在拱脚处,最小安全系数为2.529,其部位在拱底处。因此,建议暗挖隧道围岩压力计算时,上部站厅结构按照附加荷载处理较为合适。     

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。     

管棚预支护下隧道掌子面稳定性理论分析

为了探究管棚预支护下隧道掌子面稳定情况,文章结合管棚受力特点,首先建立管棚Winkler地基模型,然后将地基反力作用于模型掌子面上部;并基于刚体极限平衡理论,推导了掌子面稳定安全系数计算公式,最后以巴东隧道三号横洞某里程段为工程背景,分析有无管棚下掌子面的稳定性,并讨论各参数对管棚挠度以及掌子面稳定性的作用规律。结果表明:随着管棚直径增大、管棚支座位移减小、开挖进尺与开挖台阶高度降低、围岩内摩擦角与粘聚力增大,管棚最大挠度减小,掌子面稳定安全系数提高;较好围岩条件、较小开挖高度和较小管棚支座位移下,短进尺开挖对提高掌子面稳定的作用更明显;随着隧道埋深增大,掌子面稳定安全系数先减小,后增大,然后保持不变。这与选用的规范中围岩压力计算公式有关,隧道在浅埋条件下,围岩压力随着埋深的增大而增大;隧道在深埋与浅埋之间时,由于存在两侧岩体的夹制作用,围岩压力随着埋深增大而减小;而隧道在深埋条件下,存在塌落拱效应,围岩压力趋于稳定。     

浅埋暗挖软岩隧道管棚预注浆加固效果分析

为研究浅埋破碎软岩隧道采用管棚预注浆超前支护后的加固效果,以某隧道工程为依托,采用MIDAS/GTS有限元软件,建立了管棚预注浆超前支护、仅采用管棚支护以及无任何超前支护作用下的三种开挖模型并进行了数值模拟分析。结果表明:管棚预注浆超前支护措施在隧道拱顶上部形成加固带,承受了隧道拟开挖区域大部分的围岩荷载,改善了地层成拱能力,有效控制了地表下沉、拱顶沉降和应力集中现象,使地表下沉减小52.7%,拱顶沉降减小58.9%,拱脚收敛减小61.4%,仰拱隆起减小63.8%,竖向应力减小79.2%。管棚支护显著支承隧道上覆围岩压力,有效减小衬砌弯矩,阻止喷射混凝土的开裂破坏,降低土层变形过程中锚杆所承受的拉力;且相比于管棚预注浆超前支护,仅采用管棚支护对控制隧道边墙收敛及隧道仰拱隆起的效果同样显著。对于该软弱破碎围岩浅埋暗挖隧道下穿既有重要管线的施工,采取管棚加预注浆超前支护手段,确保了工程安全顺利进行,研究结果可为类似工程提供一定参考。     

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。     

基于改进动力强度折减法的隧道地震破坏机理探讨

文章分析了影响隧道在地震作用下破坏的因素,研究了不同围岩级别、不同跨度、不同结构形式和不同埋深等条件下隧道结构在地震中的破坏机理,分别针对各个影响因素进行了对比分析;通过静动力转换边界将静力场施加到动力计算中作为初始应力条件,对动力强度折减法进行了改进,通过计算应用证明了其可行性;使用改进的动力强度折减法对深、浅埋隧道在地震作用下的破坏机理进行了计算分析。结果表明,不同埋深隧道在地震中的破坏过程不同,浅埋隧道是从隧道上方两侧开始破坏的,逐渐形成贯通到地面的破裂面;深埋隧道最先在4个边角的应力集中处出现塑性应变,顶部和底部的塑性应变较小,随后从两侧开始逐渐形成贯通的塑性应变区,直至破坏。     

浅埋偏压隧道地表沉降规律及其预测方法

隧道地表沉降是围岩稳定性判断的重要依据,也是隧道施工监控量测的重要环节。浅埋偏压隧道地表沉降规律相对于非偏压隧道更为复杂,也更容易诱发安全事故,因此有必要进行深入研究。首先,文章基于最大主应力偏转理论,对偏压隧道偏压程度进行量化分析,提出了隧道偏压系数的概念及其计算方法。其次,建立等效分析计算模型,将浅埋偏压隧道地表沉降视为偏压地形和偏压荷载共同作用的叠加,并给出了分析计算方法和步骤。最后,通过现场实测资料进一步对浅埋偏压隧道地表沉降规律进行分析,并对预测结果进行验证。结果表明:偏压系数与地表偏压角、隧道埋深和地层侧压力系数有关;地表沉降曲线在偏压作用下会发生扭曲,最大沉降区域和影响范围都向深埋侧偏移;当偏压程度较大时,偏压作用易导致深埋侧地表出现开裂,浅埋侧地表出现错台。     

隧道围岩压力和锚杆轴力的特性分析

结合江西武吉高速公路隧道15个典型断面的监测信息.分析围岩压力和锚杆轴力的稳定值和稳定时间变化规律.结果表明,锚杆未能充分发挥支护作用,应加强锚杆锚固力;隧道位置、施工方法及围岩级别对围岩压力和锚杆轴力的稳定时间有影响.利用围岩压力经验公式计算值与实际监测值进行比较,分析了经验公式对实际隧道工程的适用性.结果表明,深浅埋法计算值比实测值大;系数法和普氏法计算值与实测值相近,但计算结果有赖于参数的选取;泰沙基法计算深埋隧道的围岩压力误差较大.考虑隧道埋深和围岩级别的影响,获得围岩压力与隧道埋深的乘幂关系,以及围岩压力与围岩级别的指数拟合公式.通过监测数据获得的一些规律性结论,可为隧道结构设计和结构计算提供参考.     

偏压连拱隧道施工方法研究

文章采川三维有限元数值模拟研究了偏压连拱隧道不同施工顺序下拱顶下沉、中墙稳定性及初期支护受力特征.研究结果表明,先开挖浅埋侧时,拱顶沉降较小,中墙在施工中的稳定安全系数较大、弯矩较小,初期支护受力较大;对于浅埋偏压连拱隧道,围岩变形及中墙在施工中的稳定性控制更为重要.所以,从有利于围岩变形、中墙稳定性控制以及中墙受力的角度出发,宜采用先开挖浅埋侧的施工方法.     

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。     

水平小净距隧道中夹岩安全系数法研究与应用

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...     

于木匠沟双连拱隧道施工方法和施工监控量测

双连拱隧道因地质条件差、浅埋、高跨比小等特点.在开挖过程中存在洞室围岩失稳变形破坏的隐患.因此,双连拱隧道施工方法和施工过程的监控最测尤为重要.长春一延吉高速公路于木匠沟双连拱隧道采用侧壁导洞先贯通的施工方法.先贯通的侧壁导洞既可以作为运输通道又可以对围岩进行超前探测.施工过程中进行了围岩收敛、围岩内位移、地表下沉等监控量测.及时指导设计变更和支护,确保了隧道的安全、顺利施工.     

超大断面黄土公路隧道围岩压力计算方法分析

文章基于唐家塬超大断面黄土隧道工程实例,采用常用的五种围岩压力计算方法分别计算了围岩压力,并与实测值进行了对比分析,得出了现场实测垂直压力与太沙基理论计算结果基本吻合的结论。在此基础上提出了太沙基理论侧压力系数修正方法,并推荐采用修正后的太沙基理论作为唐家塬隧道的围岩压力计算方法。针对现有隧道深、浅埋界定标准的问题,提出了以中心线土体侧压力系数变化规律为依据的深、浅埋界定数值模拟方法。由此认为,唐家塬隧道为浅埋隧道,隧道深浅埋界限为90 m。     

不同坡度偏压黄土隧道预留变形量的研究

由于黄土独特的物理力学性质以及偏压隧道特殊的不对称受力形式,使得浅埋偏压黄土隧道的预留变形量不同于一般隧道情况。文章以山西省孙家沟隧道为依托工程。通过对现场监测数据进行整理,利用最小二乘法进行回归分析,并使用有限元软件ANsYs进行数值模拟验证,得出了浅埋偏压黄土隧道围岩变形随偏压坡度变化的规律。研究表明,对于偏压坡度为15°~45°的V级围岩浅埋双洞黄土隧道,浅埋侧隧道的预留变形量可取为10-15 cm;而对于深埋侧隧道。当偏压坡度分别约为15°,30°和45°时,可分别预留约20~25 cm,25~30 cm和28~33 cm的变形量。     

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。     

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。     

倾斜软硬互层隧道破坏过程的围岩应力研究

文章结合重庆南涪高速公路鸭江隧道工程,进行了倾斜软硬互层隧道破坏过程的模型试验。试验结果表明,隧道的破坏从左侧边墙周围的软弱岩层开始。根据破坏特征可以将隧道破坏过程分为五个阶段,且隧道围岩的破坏会导致围岩应力的卸荷效应。采用有限元软件建立数值模型分析隧道破坏过程,数值计算结果表明:围岩的最大主应力极值始终位于隧道左侧拱腰处,与隧道最先破坏的位置不一致。从拱顶路径的应力分布分析,围岩的第三主应力为最大主应力。由于软硬岩层的岩性不同,围岩应力沿应力路径表现出震荡式变化。在隧道破坏的第一阶段,压力拱范围约为隧道开挖跨度的1.35倍。研究结果对类似隧道工程具有重要的参考价值。     

仿矩形顶管管壁摩阻力理论公式的探讨

顶管顶推力由迎面阻力和管壁摩阻力组成,迎面阻力一般可认为是一个定值,而管壁摩阻力则随着顶进距离的增加而增大。文章通过分析已有的矩形顶管管壁摩阻力计算公式,发现现有的理论公式均是将仿矩形简化为矩形以及在深埋条件下未考虑压力拱效应,计算值与实测值相差较大。鉴于此,通过运用土柱理论和普氏压力拱理论,推出了浅埋和深埋仿矩形顶管管壁摩阻力的理论公式。通过算例分析发现,当顶管隧道所处地层较好,埋深较大,且能够形成压力拱时,按规范中的计算公式所计算出的管壁摩阻力相对保守,按本文推导出的公式的计算结果较为合理。