铁路隧道结构计算荷载问题分析讨论

铁路隧道复合式衬砌结构的计算荷载,按有关资料建议取值存在主观操作差异,设计失之指导与规范。通过进一步分析隧道工程状态,认为应规范化区别各级围岩及其级内差异和支护强度,以体现不同围岩衬砌的受力差异和平衡同级衬砌受力水平,为合理确定结构荷载提供条件;综合新奥法和传统矿山法分析,衬砌结构“远期”都承受相当的围岩压力,经结构验算和实测压力分析比较,并参考公路隧道设计细则,确定铁路深埋隧道坍方荷载按现行公式计算,Ⅱ、Ⅲ级衬砌荷载为坍方荷载的40%; Ⅳ、Ⅴ级衬砌分别为50%和70%; Ⅱ、Ⅲ级单线衬砌可视为安全储备,当跨度增加时,应全面满足构造、工程类比和结构检算要求;各级围岩侧压力系数按规范沿用,可以此统筹当前设计。建议通过系统性实测统计分析和试验研究,为进一步完善结构设计方法提供条件。     

运营公路隧道局部换拱效果及其工程影响

通过对运营公路隧道换拱工程试验段衬砌荷载和温度的现场监测,并将之与新建隧道衬砌荷载分布规律进行对比,评价换拱工程中新施作衬砌的承载性能。通过采用数值计算分析的手段,对换拱过程临近结构附加影响进行研究。结果表明:换拱工程与新建隧道工程衬砌荷载分别在荷载曲线形态和达到峰值的时间这2个方面存在明显差异;结合衬砌温度变化规律,揭示了换拱工程的新施作衬砌基本不发挥承载作用,现场监测所得荷载主要是由温度应力引起的;分析换拱过程中,邻近结构在卸荷作用下产生一定的附加沉降和附加应力。综合换拱工程衬砌承载效果及对临近结构的影响,提出了在运营隧道衬砌病害处理过程中,宜优先采用非破坏性防护措施,慎用局部换拱方案的工程建议。     

某隧道衬砌开裂的安全性分析及治理

结合某隧道衬砌出现裂缝的情况,根据施工单位的现场量测资料,对隧道衬砌的开裂原因进行了分析。通过分析裂缝在隧道纵向的分布及裂缝的发展,认为该隧道非断层带内的衬砌开裂多为受温度应力及施工因素影响而产生的非受力开裂,而断层带内的衬砌开裂多为受挤入性围岩压力影响而产生的受力开裂。考虑到受力开裂对隧道衬砌的不利影响,采用有限元数值方法对不良地质情况下的受力开裂衬砌进行了计算。因该隧道在规范荷载作用下衬砌是安全的,但是由于衬砌已经开裂,故参考现场实测接触压力,通过荷载组合试算确定衬砌荷载。然后根据此荷载进一步评价开裂衬砌的安全性。     

公路隧道复合衬砌温度应力数值模拟

隧道混凝土衬砌开裂是工程中普遍存在的问题,根据浙江省某隧道各项监控量测数据和隧道实际地质情况,建立了基于弹簧-接触的隧道复合衬砌有限元模型,对隧道衬砌内部的环向应力进行分析,讨论了围岩均布荷载,变温,围岩偏载等条件对衬砌内部环向应力的影响,结果表明,偏压荷载和变温均对衬砌结构受力影响较大。     

大断面隧道围岩压力特征综合分析

运用数值计算方法对单洞2车道、3车道、4车道隧道进行计算分析,通过对衬砌结构受力特征的比较研究,表明单洞四车道隧道结构受力比两车道隧道增加了40%以上、部分位移增加60%以上,表明新建大断面隧道与传统的两车道隧道相比,隧道衬砌结构受力状态、隧道围岩压力分布状况变得十分复杂;通过对工程实例衬砌结构参数分析表明,现行隧道松散荷载计算方法难以反映隧道结构的实际荷载隧道,其计算方法的适宜性受到了质疑。     

偏压荷载作用下连拱隧道衬砌裂缝仿真分析

本文分析连拱隧道偏压荷载产生的原因,介绍衬砌裂缝仿真模拟基本方法,并对隧道衬砌结构处于偏压荷载情况下衬砌裂缝的形成和发展进行了数值仿真分析。     

新建隧道三台阶方法对既有隧道安全性影响

文章以承唐高速公路承德段隧道工程为依托,采用三维建模方法,对不同的围岩类别,在一般情况和偏压情况下,新建隧道施工过程对既有隧道衬砌结构安全性进行了分析;并通过安全等级的划分,确定了既有隧道衬砌风险等级;通过对衬砌安全等级评定从而确定邻近隧道合适的净距。     

黄土隧道两种衬砌结构受力特性对比分析

以甘肃省某高速公路黄土隧道为工程背景,通过数值模拟,采用荷载一结构法对直墙式和曲墙式(针对一次衬砌)两种衬砌结构断面形式分别进行计算,并对比分析,综合比较,得出曲墙式衬砌结构整体受力特性优于直墙式衬砌.研究方法和结论为黄土隧道衬砌结构设计提供一定的理论支撑,对分析黄土隧道衬砌结构的受力特性,建立更加科学合理的隧道结构形式具有一定的参考价值.     

地质雷达在高速公路隧道衬砌交工验收检测中的应用

以高速公路隧道衬砌交工验收检测为契机,结合公路隧道衬砌结构特点,着重介绍了隧道衬砌缺陷雷达识别特征及工程处治方式分析,隧道衬砌厚度雷达检测误差分析及隧道衬砌厚度雷达层位追踪方法,并通过雷达检测实例结合钻孔验证了高速公路隧道衬砌交工验收检测中的3项重点关注指标,确定了地质雷达在高速公路隧道衬砌交工验收检测中的可靠性,并取得了良好效果,达到了评价公路隧道衬砌质量的目的,为高速公路隧道衬砌工程质量交工验收提供了科学依据。     

高地应力千枚岩隧道二次衬砌施作时机研究

二次衬砌施作时机一直是高地应力软岩隧道工程设计与施工过程中面临的关键技术难题之一。为此,依托在建成都-兰州铁路典型千枚岩隧道工程,基于隧道变形长期监测结果,分析高地应力软岩隧道变形时程特点,考虑软岩隧道荷载特点,确定了二次衬砌施作时机原则;考虑隧道测量丢失变形,提出软岩隧道第1稳定阶段变形量确定方法;通过现场实测变形数据统计回归,基于一定保证率确定不同大变形等级和不同断面下的软岩隧道二次衬砌施作时机,并进行现场试验验证。研究结果表明:适当刚度的初期支护可以实现高地应力软岩隧道前期变形稳定,但无法保持围岩长期稳定,二次衬砌应该在初期支护变形达到第1稳定阶段后施作,既可以减少二次衬砌荷载,又可以控制围岩变形;采用指数函数拟合软岩隧道变形具有较好的相关性,但参数差异性较大,同时在确定隧道第1稳定阶段变形量时应考虑测量丢失变形;轻微、中等大变形段拱顶下沉变形速率小于0.1~0.2mm·d^-1,边墙收敛速率小于0.5mm·d^-1,严重、极严重大变形段拱顶下沉变形速率小于0.4mm·d^-1,边墙收敛小于0.6mm·d^-1,即可进行二次衬砌施作;轻微大变形段、中等大变形段和严重大变形段分别在隧道开挖45~55 d,55~60 d和80~90 d后达到二次衬砌施作标准。     

全风化花岗岩地层超大变断面隧道拱墙衬砌施工关键技术研究

赣龙铁路新考塘隧道出口处于全风化花岗岩富水地层,开挖跨度大且处于渐变段,最大开挖跨度30.3 m,最大开挖断面396 m2,因衬砌断面多次变化,二次衬砌混凝土结构施工技术的选择,对于安全、经济、快速施工具有十分重要的意义。基于以上背景,对超大变截面隧道的拱墙衬砌施工关键技术进行了研究。通过研究形成了由主、副门架组成的超大体量、可变断面二次衬砌台车,并开发应用了防水板台车与二次衬砌台车的一体化技术,实现了超大变截面隧道拱墙衬砌混凝土结构经济、快速、安全的施工。目前,新考塘隧道已施工完毕     

风积沙地层大跨公路隧道施工过程力学行为分析

采用三维数值模拟和现场监测的手段,对风积沙地层大跨公路隧道超前支护效果、工法参数优化、围岩压力释放和沉降发展规律进行分析。通过计算结果与监测数据的对比分析,得出了风积沙地层隧道开挖过程中围岩压力的变化形态、二次衬砌施作时机和最终形变荷载大小以及沉降发展等规律。分析结果表明：旋喷桩超前支护将掌子面潜在失稳区域控制在旋喷壳下部掌子面前方D/2范围（D为单洞开挖跨度14m）;三台阶法施工台阶长度宜取（1/3～1/2）D;二次衬砌落后下台阶掌子面的距离宜取D/2;二次衬砌分担荷载较大,分担比例约为50%。     

偏压浅埋连拱隧道施工过程的三维数值模拟

针对一座浅埋偏压条件下的双连拱隧道，分别按三导洞先墙后拱法和中导洞法对其施工过程进行了三维弹塑性有限元模拟分析。计算结果揭示了该条件下双连拱隧道衬砌结构的受力和变形以及围岩的塑性区分布都具有明显的非对称特性，衬砌内侧的拱部和内外侧仰拱承受了较大的拉应力而成为结构的薄弱环节，中隔墙因在不对称水平推力作用下发生偏转成为影响衬砌结构稳定的关键因素，并在此基础上对提高结构的稳定性提出了建议。     

岩石地基中群桩基础对相邻车站隧道影响分析——以重庆地铁1号线七星岗站为例

桩基加载会造成周围土体的位移和应力变化,继而对邻近隧道的内力和位移造成影响,特别是在群桩基础的作用下,这种影响不可忽视。以岩质地基中大跨径车站隧道与群桩基础的相互影响为研究对象,采用有限元软件对群桩位于隧道顶板上方、隧道侧壁破裂面以下及隧道底板3种模型进行对比分析,重点比较桩基加载工况下隧道位移变化及衬砌内力变化。分析表明当桩基础荷载大,隧道洞跨大时,置于隧道顶板的桩基础会明显降低衬砌安全系数,使衬砌结构遭受破坏;通过数值模拟对比分析得出当桩基位于隧道侧墙破裂面以下,且临近隧道侧墙的桩基加长至隧道拱底标高时,能大大降低对隧道衬砌结构和位移的影响,并能确保运营隧道的结构安全。     

浅谈隧道衬砌水荷载问题

关于处在渗流场中的隧道衬砌所受的水荷载,不同的规范有着不同的规定,有的按静水压力来计算,忽略渗流的影响;有的则认为因为隧道的排水消除了作用在衬砌上的外水压力,所以结构不受水荷载作用;有的则比较折中,将静水压力乘上一个折减系数作为作用在衬砌外边线上的计算水压力。为了明确水荷载概念,根据笔者的实际经验,对衬砌在不同透水性的情况下所受到的水荷载进行分析。从而进一步明确作用于衬砌背后的水荷载问题及其变化规律。     

超浅埋大跨度连拱隧道下穿国道沉降控制研究

通过对某高速公路超浅埋大跨度连拱隧道下穿既有国道的施工方法比选分析,利用大型有限元软件进行施工数值模拟,分析认为,采用大管棚超前支护、中导洞一双侧导洞法配合地层注浆加固的施工方法可以满足沉降要求,且保证了既有国道车流不中断,施工过程中拱部衬砌封闭成环时间是控制地表沉降的关键,本工程的成功实施为类似隧道施工提供了经验借鉴。     

基于有限元对某复工隧道初衬的安全性分析

依托某停工达6年的高速公路隧道工程,基于复工初衬病害检测,运用ANSYS有限元软件建立适于该隧道初衬病害及缺陷的模型,分别从初衬背后存在空洞、钢拱架锈蚀、喷射混凝土的厚度不足及开裂等缺陷病害对隧道V级围岩段初衬结构的安全影响进行了模拟分析。结果表明:隧道初衬结构中,病害缺陷处存在应力集中情况,初衬结构最大主应力随着各种病害的发展逐渐增大;初衬结构拱顶沉降变形随着钢拱架锈蚀、喷射混凝土的开裂及厚度不足病害缺陷的发展逐渐增加;隧道初衬结构的不同程度病害缺陷对其安全系数的影响呈非线性。应对病害加以治理,确保隧道     

初始损伤条件下地铁管片力学特性试验研究

为了解初始损伤对盾构隧道衬砌管片力学特性的影响,基于6组具有初始损伤的盾构隧道衬砌管片进行足尺试验研究。在考虑初始损伤位置以及初始损伤位置处钢筋有效面积减小等因素的情况下,对试件破坏过程、破坏模式、极限承载力、变形规律以及初始裂缝扩展机制进行了研究和分析。试验结果表明:初始损伤的存在对盾构隧道衬砌管片的极限承载能力影响不大,但对其正常使用功能影响很大;初始损伤位置处钢筋有效面积减小不仅影响盾构隧道衬砌管片的正常使用功能,更大大降低了其极限承载能力;增加轴力会削弱初始损伤对盾构隧道衬砌管片的不利影响;初始损伤在加载点比在跨中对盾构隧道衬砌管片更不利;初始裂缝基本沿径向或偏向跨中方向直线扩展。相关研究结果可为建立服役期间盾构隧道衬砌结构健康评估与预知理论、以及进一步开展损伤缺陷盾构隧道数值模拟和极限承载力分析提供借鉴和参考。     

矿山法隧道拱部装配式衬砌结构设计研究

为解决矿山法铁路隧道施工拱部常出现的衬砌背后脱空、二次衬砌厚度及强度不足等质量缺陷问题，提出矿山法隧道拱部采用装配式预制管片结构的新思路，并基于时速350 km双线铁路隧道，采用数值计算分析研究拱部装配式衬砌结构的系列设计参数。主要研究结论有： 1）提出拱部装配式衬砌环向不分块的整体预制形式，综合考虑理论计算结果、行车安全分析、机械设备运输及拼装能力、拱部衬砌承载能力等，确定拱部管片环向弦长8.6 m、纵向幅宽2 m、衬砌厚度50 cm的结构尺寸及配筋设计参数； 2）提出拱部预制管片之间环缝采用螺栓连接、拱部预制管片与现浇边墙采用“L”型榫接头的接头形式及其设计参数； 3）为保证拱部管片的顺利安装，“L”型榫接头应考虑一定的施工误差，同时拱部预制管片与初期支护间应预留安装空间，后期通过管片背后纵向注浆填充密实。隧道拱部装配式衬砌技术成功应用于重庆胡家沟隧道，总体实施效果较好。     

软土地基大直径地铁盾构隧道衬砌结构受力特性数值分析研究

为得到能真实反应软土地基大直径盾构隧道结构受力特点又能保证衬砌结构安全的设计模型,结合广州轨道交通4号线南延段大直径地铁盾构隧道结构现场实测结果,采用ANSYS软件研究适用于软土地基大直径盾构隧道衬砌结构设计的计算模型。基于反分析得到的设计模型,对水平侧压力系数、地基弹簧刚度、管片厚度、管片接头位置、管片分块数量等影响大直径盾构隧道衬砌结构受力特性的因素进行敏感性分析。结果表明： 1）采用地基弹簧模拟底部反力并通过调整弹簧的范围可得到既能真实反映衬砌结构受力特性又能保证结构安全性的计算模型; 2）衬砌结构受力对侧压力系数和管片厚度敏感,对地基刚度不敏感; 3）接头位置变化和管片分块数量主要影响布置地基弹簧范围内的管片受力。