公路隧道施工扰动分析方法探讨

为了量化研究施工扰动对隧道工程稳定性的影响,采用了理论分析、数值计算的方法,分析了与施工扰动影响密切相关的各类因素,构建了最小施工扰动分析方法及其与隧道工程稳定性的关系。利用拱顶下沉和周边收敛指标建立了反映施工扰动影响的隧道位移评判指标,并依据规范给出了拱顶下沉指标和周边收敛指标取值范围。提出了考虑围岩对原岩应力力学状态的继承能力和围岩安全状态的围岩自承载能力评判方法与表达式,给出了围岩自承载能力评判区域。修正了既有隧道衬砌安全系数,提出了反映施工扰动影响的隧道衬砌安全度评判指标。构建了由隧道位移评判指标、围岩自承载能力评判指标和衬砌安全度评判指标确定的隧道施工最小扰动综合评判公式,并给出了隧道施工扰动程度与隧道稳定状态对应关系及等级划分标准。采用提出的最小扰动分析方法对福州机场二期高速公路工程中金鸡山隧道的两种施工方法进行对比分析,结果表明:采用双侧壁导坑法和CRD法施工,隧道稳定性均属于良好级别,双侧壁导坑法对隧道扰动程度小于CRD法,隧道施工采用双侧壁导坑比CRD法更有利于隧道稳定性。     

公路隧道衬砌裂缝处治技术研究

通过对某公路隧道衬砌裂缝现场调查,结合《公路隧道养护技术规范》进行隧道技术状况类别评定,并基于荷载-结构法对规范推荐的几种典型裂缝处治方法进行分析研究,得到了处治前后的衬砌内力及安全系数。研究表明:衬砌裂缝处治措施均有效的改善了衬砌结构的受力状况,提高了衬砌结构的安全系数,达到了裂缝处治的预期效果。该研究为公路隧道衬砌裂缝病害处治提供了参考和思路。     

软弱围岩隧道初期支护侵限处治方案及稳定性分析

以某在建高速公路特长隧道软弱围岩侵限段为工程背景,分析了其变形机理。在其基础上,择优选择了"围岩注浆加固"的侵限处治方案,同时辅以数值模拟计算分析处治后二次衬砌的变形及受力情况。现场施工过程中,通过对隧道二次衬砌拱顶下沉、净空收敛的监测,进一步验证了该路段的安全及稳定。     

公路隧道运营期衬砌病害分析及对策研究

我国隧道行业经过多年大规模的建设和发展,现在无论是数量还是长度都已位居世界首位。但由于受自然因素、设计水平、施工质量和运营环境等方面的影响,我国隧道在运营期暴露的问题较多,由此产生的病害给隧道通行质量和行车安全带来严重挑战。为探讨隧道运营期衬砌病害的处治方法,分别从衬砌水害及冻害、开裂、劣化、厚度不足和背后空洞等方面进行原因分析,在此基础上给出隧道病害处治流程和渗漏水来源判定流程,并结合以往衬砌加固的成功经验就主要衬砌病害提出处治措施,可为隧道类似衬砌病害处治设计及施工提供指导。     

莲花山隧道进口回填冲沟段加固技术

为了防止隧道洞口仰坡发生大规模滑坡地质灾害,针对莲花山隧道进口建筑弃渣回填的天然冲沟区段,提出了在左右线隧道中夹岩打设钻孔灌注桩的加固方案,建立了平面应变弹塑性模型对比分析无降水条件下加设钢筋混凝土支护桩前后隧道拱顶和地表位移情况,并在施工过程中监测左线隧道进口仰坡沉降进行了验证。数值计算结果表明,未采用支护桩措施时,右线隧道(后行、浅埋侧)的拱顶水平位移明显大于左线隧道,右线隧道拱顶水平位移最大值为61.2 mm,地表测点水平位移最大值为59.3 mm,沉降最大值为54.9 mm;采用支护桩措施后,左线和右线隧道的拱顶沉降变化不大(最大变化量约0.9 mm),右线隧道拱顶水平位移最大值减小为24.9 mm,地表测点水平位移最大值为1.7 mm,沉降最大值为5.3 mm。现场监测结果表明,左线隧道进口仰坡变形在左线隧道施工后30～50 d趋于稳定,受右线隧道进口施工影响很小;左线隧道进口仰坡沉降量最大为10.2 mm,洞内初期支护与二次衬砌结构均未出现病害现象。经综合分析认为,该隧道加固技术对控制隧道变形、预防滑坡灾害的效果较好,可为其他类似工程设计提供参考与借鉴。     

山岭隧道衬砌用高性能水泥基复合材料加固模拟研究

本文以S228云寿线中的红岩隧道衬砌裂缝病害为研究背景,采用数值分析手段对高性能水泥基复合材料加固衬砌的效果进行研究,对比未加固隧道与加固隧道在拱肩、拱顶和拱腰处水平位移和竖向位移的结果得出,由于高性能水泥基复合材料与原有衬砌的粘结作用,增加了衬砌结构抵抗外部荷载产生变形的能力,隧道衬砌结构的内力和塑性区面积减小,加固效果明显。     

浅埋偏压隧道双侧壁导坑法开挖数值模拟研究

以柞山高速段小岭隧道为依托,建立数值分析模型对隧道洞口浅埋偏压段开挖与支护过程进行数值分析,探讨了围岩与衬砌材料的变形与应力变化规律。研究结果表明:偏压导致隧道洞口两侧出现超过18mm的变形差,通过锚喷支护可将该变形差控制在7mm以内;偏压隧道稳定性最不利位置出现在拱顶与底部处,在拱顶右侧与拱底左侧出现应力集中现象;双侧壁导坑法相对于预留核心土开挖法可以更好地控制拱顶处竖向变形;设计中应合理设计衬砌参数,防止锚杆等材料处于屈服状态,保证隧道施工安全。     

基于自制试验平台的公路隧道破坏特征实例研究

为了探究和平公路隧道衬砌结构发生开裂的原因及特征,自行研制了适用于该研究的隧道结构性能测试平台。试验平台由控制系统、供压系统和加载系统组成,能够实现对隧道模型任意位置的精确加载,可研究隧道结构在多种形式外荷载作用下的力学性能。基于该试验平台,以和平公路隧道二次衬砌为原型,根据其现场测试结果进行了几何相似比为10的物理模型试验,详细分析了隧道结构在试验过程中的变形规律和破坏特征。将模型试验结果与现场裂缝分布特征进行对比以验证试验结果的可靠性,并根据试验结果对隧道原型的工作状态进行评估。研究结果表明:在依据现场实测确定的偏压加载工况下,隧道结构整体呈压扁趋势,最大径向位移位于拱顶右侧;结构的受力变形过程可分为3个阶段,分别以拱顶开裂和仰拱开裂为分界点;拱顶内表面和拱脚外表面被拉裂,边墙内表面由于局部压应力过大也产生开裂;拱顶最先开裂且开裂情况最为严重,偏压一侧边墙较另一侧边墙严重;随着外荷载的增加,拱部开裂状况加剧,最终形成主开裂区并引起结构整体的失稳破坏;模型试验结果与隧道现场裂缝分布特征基本吻合;隧道原型研究断面目前虽处于安全状态,但应及时采取有效的处治措施,防止衬砌裂缝的进一步发展和结构的失稳破坏。     

大跨度海底隧道CRD法施工位移控制基准研究

分析拱顶下沉、水平收敛以及内力量测对隧道结构安全的敏感性,结果表明大跨度海底隧道采用CRD法施工时,以隧道拱顶下沉为主作为施工监测控制基准比较合理。结合在建的厦门翔安海底隧道现场监测数据和工程险情资料,对该隧道CRD法（导坑施工顺序1-3-2-4）施工位移判定基准进行了研究,给出了拱顶下沉量以及拱顶下沉速率的控制基准。研究结果为厦门翔安海底隧道信息化施工和现场控制提供了依据,也为今后类似工程积累了经验。     

深埋穿越破碎带隧道衬砌变形规律研究

为解决隧道穿越破碎带、断层等不良地质体时导致的隧道结构变形过大，甚至引起垮塌等事故的难题，通过对西南某深埋穿越破碎带隧道衬砌现场监测数据的分析，结合数值模拟试验，研究了该隧道衬砌拱顶下沉、周边收敛变形规律，并对二者进行了对比。结果表明： 该隧道工程Ⅳ级至Ⅴ级围岩过渡区发生不均匀沉降，Ⅴ级围岩相对Ⅳ级围岩沉降值大15 mm左右；隧道拱顶沉降量是周边收敛位移的1.25~1.75倍，即拱顶对不均匀沉降的敏感度大于周边，属于隧道结构薄弱部位。基于自主研发的双向滑移式物理模型箱，研究了不均匀沉降条件下衬砌结构变形特征，衬砌轴向变形过程大致可分为5个阶段： 弹性应变、土体压密—姿态调整、塑性应变、土体再压密—姿态再调整、断裂破坏，且拱顶轴向变形为拱腰轴向变形的1.75~2.45倍，说明拱顶沉降对围岩完整性的敏感度大于周边收敛，应重点做好拱顶的监测与防护。     

公路隧道衬砌裂缝病害等级判定与处治技术

裂缝是隧道衬砌最常见的病害之一,它的存在会对隧道衬砌承载力和安全性造成不同程度的影响。本文介绍了公路隧道衬砌裂缝的类型,并对裂缝成因进行分析,总结了衬砌裂缝常见的处治技术,并结合工程实例对裂缝病害等级进行判定,给出了裂缝处治建议。     

广东某隧道溶洞处治段支护结构变形及受力特征研究

以广东某新建公路长大隧道工程为例,运用三维有限元软件（FLAC3D）对该隧道溶洞处治段支护结构的变形及受力进行了分析,探讨了溶洞处治结构对隧道变形及受力的影响。研究结果表明:三车道公路隧道开挖中,隧道周边位移变形规律为:拱顶沉降 仰拱隆起 水平收敛;溶洞处治结构传导了两侧围岩作用力,维持了溶洞处围岩稳定性,对减小隧道拱顶变形意义重大,但对隧道水平收敛及仰拱隆起基本无影响;溶洞处治后,溶洞内部棱角处存在应力集中现象,易发生失稳,导致溶洞的二次坍塌,为保证隧道结构的安全,应对溶洞内部进行相应的处理。     

高速公路隧道拱顶纵向裂缝检测及处治措施

针对某高速公路隧道拱顶长约21 m的纵向裂缝进行专项检测,并应用MIDAS/GTS软件对最不利断面进行数值模拟计算,分析二次衬砌支护结构安全状况,根据现场检测数据和数值计算结果对拱顶纵向裂缝的成因进行分析,进而提出处治措施。     

松散地层隧道支护体系的力学特性

为明确松散砂卵石地层隧道支护体系力学特性,以青海循隆高速公路穿越公伯峡砂卵石地层隧道为工程实例,研究了砂卵石隧道初期支护刚度、强度的影响特征及二次衬砌施作时机的力学影响特点。通过研究隧道支护体系的力学行为,提出砂卵石隧道初期支护建议参数,明确了支护拱顶沉降、衬砌应力与二次衬砌施作时机的关系,可为砂卵石地层隧道及类似工程的支护设计提供参考。     

八里关隧道病害整治

为了对八里关隧道衬砌裂缝、隧道渗漏水、衬砌脱空等病害进行整治,对隧道病害进行了病害分析和方案制定,提出了采用衬砌病害治理及结构补强处治、衬砌施工缝渗漏水处治、隧道衬砌后空洞注浆处治、非施工缝渗漏水处治、砌裂缝处治和点状渗漏水处治等方案,对隧道进行整治加固。施工完成后隧道外观明显改善,极大提高了行车安全。实践证明,实施整治方案后,延长了隧道的使用寿命,并产生了较为明显的经济效益。     

城市软弱围岩浅埋隧道塌方处治及效果分析

为研究城市软弱围岩浅埋隧道塌方处治效果,以福州市湖东东路南线隧道K0+920处塌方处理工程为依托,分析了塌方的主要原因,提出了"双层注浆小导管"的处理措施,通过拱顶沉降和周边收敛的现场监测,对处治效果进行分析。结果表明,在地下水渗入围岩后,由于原设计支护参数偏于不安全,施工方法不够合理,导致隧道塌方;处治后洞内检测结果显示围岩变形得到较好的控制,达到施作二次衬砌的要求,相关变化值都在规范的允许范围内,隧道结构处于稳定状态。该研究可为类似隧道工程塌方处理提供参考。     

成渝客专新中梁山隧道上穿施工对既有襄渝铁路中梁山隧道的影响分析

成渝客专新建中梁山隧道上穿既有襄渝铁路中梁山隧道,两者最短垂直距离仅2.9 m,为保证上穿隧道与既有隧道的施工运营安全,采用数值模拟和现场测试进行研究。研究结果表明： 既有隧道在新建上穿隧道开挖后整体呈上移趋势,最大垂直位移在拱顶处,达到7.10 mm,最大水平位移在起拱线位置,为1.73 mm,最大拉应力出现在起拱线内侧,最大压应力出现在拱顶内侧;提出既有隧道加固措施,并根据计算结果布设拱顶位移测点和水平收敛测线;监测结果的垂直位移基本一致、水平位移略小于计算值,但两者规律性趋于一致;证明了研究方法的可行性和正确性。     

山岳隧道衬砌裂缝肇因诊断方法研究——以力学因素为例

诊断衬砌异状肇因为隧道安全评估与维修补强对策设计至关重要之项目。依据隧道检测案例与技术文献报导,研究隧道衬砌裂缝力学因素,提出可诊断力学因素的5种典型裂缝型态。继而透过典型裂缝型态的特征与空间分布,开发出诊断山岳隧道衬砌裂缝力学肇因之流程与方法,并以一实际铁路隧道检测案例验证所提流程与方法。     

运营隧道拱顶脱空型衬砌厚度不足整治技术研究

针对现场揭示的运营隧道存在大量拱顶脱空型衬砌厚度不足的情况,采用现场调研、数值分析和现场检测等手段,探明了拱顶脱空厚度不足的力学机制,建立了拱顶脱空型厚度不足力学模型,提出了采用现浇套拱和格构法脱空型衬砌厚度不足整治技术,对整治技术效果进行对比与验证。研究得到：拱顶脱空型厚度不足缺陷与自身弹性模量等力学参数降低以及周围应力重分布有关;基于既有结构承载能力的理念,提出了局部修复隧道结构完整性和恢复承载能力的技术;通过对整治后衬砌结构的受力分析,采用微创修缮格构法技术,基本或完全恢复原设计的承载能力;经现场和实际案例验证,所提技术具有较强的安全性、可操作性和经济性,可在铁路或公路运营隧道中大量应用。     

爆破荷载作用下隧道初次衬砌结构的动力响应

为了研究隧道初次衬砌结构在爆破荷载作用下的动力响应,采用现场试验和数值模拟相结合的方法,应用TC-4850测振仪获得3个测点8次监测试验的质点振动速度峰值数据,依据最小二乘法拟合得出质点振动速度峰值传播规律的萨道夫斯基公式;采用LS-DYNA数值模拟软件,定义材料参数及其状态方程,在依据质点振动速度峰值传播规律可靠性分析验证数值模型合理性的基础上,建立隧道初次衬砌结构仿真模型,考虑初次衬砌强度的变化,分析隧道结构关键位置(拱脚、拱腰、拱肩、拱顶)处应力及位移的变化规律。研究结果表明:隧道初次衬砌结构X方向拱脚和拱顶处应力峰值明显大于其余关键位置,Y方向应力峰值出现在拱脚位置,为118 100 Pa,Z方向应力峰值同样出现在拱脚处,为239 100 Pa,且Z方向应力峰值明显大于X和Y方向;隧道初次衬砌结构位移峰值出现在拱腰位置,为0.361 cm,且Z方向位移峰值出现时间明显早于X和Y方向;在C30的基础上,增加C25和C35初次衬砌强度等级,随着初次衬砌强度的递增,应力呈正相关关系,位移呈负相关关系。