新型装配式衬砌在矿山法施工铁路隧道中的应用研究

为解决矿山法施工铁路隧道二次衬砌拱顶易出现的空洞、厚度不足、裂缝、掉块等病害，以重庆铁路枢纽东环线胡家沟隧道为依托，采用拱部预制衬砌替换现浇衬砌的方法，研究拱部衬砌预制工艺、高精度悬臂侧墙施工工艺、拱部预制衬砌运输及拼装施工工艺和拼装配套设备，并阐述装配式衬砌在施工中需重点解决的技术难题及对策，如采用高精度衬砌模板台车解决接头直线度的问题、采用全环通长定位筋解决悬臂侧墙钢筋骨架稳固的问题等，形成一套完整的新型装配式衬砌拼装技术。经现场应用表明： 1）采用“拱部预制衬砌+侧墙现浇”的装配式衬砌施工技术是可行的，可以有效解决矿山法施工隧道拱部质量缺陷问题，提高拱部衬砌质量； 2）新型装配式衬砌采用“L”型榫接头及大球形接头，大球形接头较“L”型榫接头更易控制施工质量，更易于拼装； 3）通过采用拱部预制衬砌高精度定制钢模、高精度悬臂模板台车、悬臂侧墙在混凝土浇筑过程中进行二次精调等关键技术，保证了接头施工精度，满足了拼装要求； 4）通过分析衬砌结构受力变形监测数据，得出隧道衬砌结构内力的受力变形规律； 5）新型装配式衬砌施工技术机械化程度高，施工过程中结构稳定可靠，安全性较高。     

大断面公路隧道二次衬砌受力特性模型试验

为研究大断面公路隧道运营期二次衬砌受力特征,开展室内相似模型试验,采用主动加载方式模拟隧道在运营过程中承受的围岩压力,对3车道和加宽带2种断面二次衬砌受力、变形及破坏规律进行研究。试验结果表明： 1）按规范设计的大断面隧道衬砌结构在设计荷载作用下内力和变形均较小,结构具有较高的安全储备; 2）衬砌各截面内力（弯矩、轴力）随围岩压力的增加呈现先慢后快的增加趋势,偏心距则呈现逐渐减小的变化趋势; 3）开挖断面越大,内力控制截面越多; 4）开挖断面大小对衬砌变形及破坏形态也有一定影响,断面越大,拱顶、边墙变形越大,衬砌各部位开裂荷载差异越明显,且衬砌开裂过程持续时间越长。     

京张高铁东花园长大明挖隧道衬砌结构变形特征研究

为解决长大明挖高铁隧道施作衬砌结构时养护不充分、拆模较早等引起的衬砌结构容易裂缝问题,防止衬砌结构在自重应 力作用下对隧道运营期的防水及结构安全造成影响,基于京张高铁东花园长大明挖隧道工程,采用有限元分析和在衬砌结构典型 断面上的拱肩、拱腰不同位置布设钢筋计、混凝土应变计、土压力计、表面应变计,对衬砌结构的内力变形进行现场监测。分析得 出: 衬砌结构容易出现塑性应变的位置是拱腰处大于拱肩处,裂纹均出现在1/2 截面附近的矮边墙以上及起拱线以下位置,且均为 环向裂纹;对于矮边墙以上、起拱线以下的混凝土来说,其降温产生的收缩变形会受到矮边墙钢筋剪力的约束,使其不能发生水平 位移。最后,给出控制衬砌结构受力变形和加快施工进度的建议。     

浅埋偏压公路隧道衬砌裂损病害统计及成因反演分析

基于广东地区某三车道高速公路隧道浅埋偏压段衬砌裂损病害检测数据,采用数理统计方法对衬砌裂损病害进行统计分析。结合隧道施工及检测情况,对浅埋偏压段隧道结构受力情况分别采用荷载-结构法和地层-结构法进行了数值反演计算。计算结果表明:对于隧道的浅埋偏压段,地层-结构法得到的衬砌受力情况更加吻合隧道衬砌裂损状态,受隧道施工及地形偏压的影响,浅埋侧隧道拱部围岩塑性应变和围岩压力大于深埋侧,因衬砌钢筋保护层较厚,导致钢筋无法有效约束裂缝发展,进而造成浅埋侧衬砌大面积开裂。     

一种无中导洞连拱隧道衬砌开裂原因分析及结构优化

为解决传统连拱隧道中导洞法施工工序繁琐、结构受力转换复杂等问题,云南某隧道采用了一种无中导洞连拱隧道,其后行洞钢拱架焊接于先行洞钢拱架,使初期支护相互搭接形成了连拱隧道中墙,从而避免了中导洞开挖,但在隧道施工中,先行洞二次衬砌左侧起拱线至左拱腰出现了大量纵向与斜向裂缝。结合隧道实际地质和施工状况,运用Flac3d建立了地层-隧道结构数值模型,研究分析了初期支护各自独立封闭成环和初期支护搭接处界面特性对无中导洞连拱隧道衬砌开裂的影响。结果表明:后行洞初期支护独立闭合成环时,即使初支结构之间产生了一定的滑移,隧道衬砌结构仍处于安全状态;后行洞初期支护未独立闭合成环时,搭接处会产生较大的相对滑移,初期支护承载力不能充分发挥,难以有效控制围岩变形和塑性区发展,先行洞二次衬砌承受了较大的围岩荷载,其左拱腰内侧边缘拉应力远超过了衬砌混凝土的抗拉强度,由此造成了左拱腰处衬砌开裂。因此,为避免无中导洞连拱隧道衬砌出现裂缝,建议在设计中应使连拱隧道初期支护各自独立闭合成环,合理加强中墙位置初期支护结构,施工中对关键施工环节、关键受力部位采取有效控制措施,保证支护结构的整体承载力。     

多因素作用下隧道衬砌内力随时间变化规律

针对隧道初期支护和二次衬砌施作间隔时间短的工程特点,为掌握类似条件下衬砌受力变化的规律,分析二次衬砌钢筋轴力监测数据及相应的施工工况,研究隧道开挖、围岩蠕变、隧道衬砌刚度等因素对二次衬砌钢筋轴力变化的影响,如二次衬砌钢筋轴力变化曲线可分为2个明显的双曲线变化阶段：第一阶段主要受隧道开挖和隧道衬砌刚度的影响,围岩蠕变明显,在其作用下二次衬砌钢筋轴力明显增加,且轴力变化至少在1年后才趋于稳定,第一阶段大约持续33d,此阶段隧道衬砌刚度基本形成,而后二次衬砌钢筋变化进入第二阶段;第二阶段变化主要受围岩蠕变的影响。     

极高地应力软岩隧道双层支护技术

兰渝铁路两水隧道洞身主要通过炭质千枚岩软岩地层,隧道为极高地应力状态,最大水平主应力值为6.5~11.3 MPa。施工前期,隧道初期支护结构变形较大,部分钢拱架扭曲、断裂,支护结构失稳,初期支护结构侵入衬砌净空,拆换拱情况频繁发生,局部地段二次衬砌开裂。针对前期施工中出现的问题,分别开展双层初期支护和双层衬砌试验,对试验段初期支护变形、围岩压力、接触压力、钢架应力、钢筋应力、混凝土应力等进行现场试验研究,掌握试验段设计及施工参数条件下,隧道支护和衬砌结构受力和变形规律。主要研究结果如下:1)双层初期支护变形相对较小,喷混凝土应力、钢架应力、二次衬砌混凝土应力及二次衬砌钢筋应力均未超过材料的容许应力,工作状态良好;2)双层初期支护可减少绑扎钢筋的工序,不需要再另增衬砌台车,在工序组织上更加便利,工效性相对较高。     

活断层错动位移下变形缝间距对隧道内力的影响

以活动断裂带为工程背景,探究变形缝间距对跨断层隧道内力的影响。运用ABAQUS有限元分析软件,建立穿越活动断裂带的隧道模型,分析断层错动下不同节段长度隧道围岩压力分布情况、二次衬砌最大轴向应力变化情况以及隧道塑性应变发展规律。结果表明:隧道节段长度越短,二次衬砌最大轴向应力越小,最大塑性应变越大;断层错动的影响主要集中在断层带内左侧区域的隧道,拱腰和拱脚部位受力和塑性变形明显。     

高地应力软岩隧道圆形断面扩挖施工围岩及支护受力特征研究

针对高地应力软岩隧道开挖时围岩大变形问题,以某隧道圆形扩挖段为背景,采用三台阶法施工和3层初期支护+小导管注浆+二次衬砌的复合结构支护,并通过现场监测、数值模拟和理论计算研究开挖过程中的围岩变形及支护结构受力。结果表明:上、中台阶开挖时的隧道围岩变形速率较大,在仰拱封闭和第3层初期支护施作完成后,隧道变形趋于稳定;采用3层初期支护结构可有效改善隧道周边围岩应力,3层初期支护基本都是受压结构,拱腰和边墙处竖向应力最大,拱顶处水平应力最大;二次衬砌拱腰、拱顶、拱脚和边墙处安全系数均大于规范要求,保证隧道结构安全。     

不对称连拱隧道施工工序优化数值模拟分析

为了研究不对称连拱隧道的施工与受力情况,以兰海高速孟家磨不对称连拱隧道为工程背景,通过对隧道施工过程进行数值模拟,以及对两种不同施工工序下围岩和支护结构的受力及变形情况进行对比分析,结果表明,先施工小断面隧道时的拱顶沉降、初期支护应力、中墙水平位移及应力、二次衬砌的应力基本都小于先施工大断面隧道时产生的位移及应力值,并且大断面隧道一侧的中隔墙与拱脚相接处的压应力比较大,先施工小断面隧道较为安全可靠,可为今后类似工程设计及施工提供参考和借鉴。     

面向软弱围岩大断面隧道开挖的超前支护技术研究

以国内某一在建软弱围岩隧道为研究对象,提出了一种基于软弱围岩隧道的管棚注浆超前支护。通过建立模型对管棚注浆超前支护在隧道围岩加固中的作用效果和影响因素进行了分析。研究结果表明:隧道围岩在自重作用下沿纵向产生最大初始位移量,而水平、竖直向的初始位移量相对较小;在隧道整体施工过程中,随着隧道施工步序的推进,锚杆拉应力在一个小范围波动,并未出现较大幅度的突增和下降,采用管棚注浆超前支护能够有效的控制隧道围岩的竖向位移量,提高了锚杆的均匀受力性,有效控制喷混层拱顶应力集中现象,优化了拱顶部的受力状态。但管棚注浆超前支护对超前核心土作用在掌子面的挤压变形控制效果较差;且由于管棚加固自重作用,增加了拱脚处受力。     

大跨度浅埋偏压隧道围岩变形分析

利用有限元数值模拟分析了两组工况下偏压隧道的围岩变形及隧道衬砌受力情况,结果表明:衬砌外荷载主要由上覆岩土体自重以及围岩沿着潜在滑移面产生剪切变形形成,剪切变形对围岩及衬砌受力影响显著。在平行于偏压面岩层与衬砌交界处（浅埋侧拱脚、深埋侧拱肩）的内力明显突变。地表注浆加固在一定程度上改善了围岩物理力学特性,减小偏压引起的剪切变形,有利于围岩稳定及隧道衬砌受力。     

特大断面隧道软弱钙质板岩大变形处治研究

以玉楚高速齐云特大断面隧道左幅K32+126～K32+210段软弱的灰色、深灰色钙质板岩大变形处治为背景,采用现场测量隧道拱顶下沉和围岩与初期支护间压力的方法,对特大断面隧道软弱的灰色、深灰色钙质板岩大变形处治技术进行探讨。结合国内外先进施工理念和施工经验,通过在已发生大变形段的初期支护外侧增设间距60 cm的I18工字钢,在左右侧拱腰部位各打设3根6 m长的?42 mm×4 mm的注浆小导管,挂设间距15 cm×15 cm的双层?8 mm钢筋网片,喷25 cm厚的C25混凝土进行封闭的护拱,阻止了初期支护大变形的发展;将未施工段初期支护参数中工字钢由I22b调整为I25a工字钢,开挖采用环形开挖留核心土法,适合软弱的灰色、深灰色钙质板岩隧道围岩的施工。换拱时对换拱部位打设?42 mm×4 mm小导管并注浆加固,小导管单根长4.5 m,按0.5 m×0.5 m间距梅花形布置,与原有径向锚杆错孔布置,注浆压力应控制在2～3 MPa,将原设计初期支护参数中的工字钢由I22b调整为I25a,钢支撑间的连接由?20 mm钢筋变成I16工字钢,工字钢环向间距100 cm,交错布置并形成"八"字形,喷射混凝土厚度由29 cm调整为31 cm,将二次衬砌支护参数中的环向主筋由直径25 mm调整为28 mm,防水混凝土由C30调整为C35,每次拆换一榀钢支撑,隧道换拱设计和施工方法适合已经产生大变形的软弱灰色、深灰色钙质板岩隧道围岩换拱。齐云隧道成功解决了特大断面隧道软弱的灰色、深灰色钙质板岩大变形的处治,为类似工程提供借鉴。     

大断面隧道装配式约束混凝土施工体系研究与应用

为解决大断面隧道软弱围岩控制难题及人力施工效率低、安全性差的问题,结合约束混凝土支护研究成果,研发拱架智能安装系列设备、装配式约束混凝土拱架（FCC拱架）及相应的配套装置,形成大断面隧道装配式约束混凝土施工体系。开展FCC拱架机械施工过程力学模拟试验,对拱架机械施工过程中的变形及受力进行实时监测,明确拱架机械施工过程力学特性,提出增设肩部节点区抗弯护板的加强措施,进行装配式约束混凝土支护机械化施工现场试验,分别对隧道围岩收敛变形、围岩与初支接触压力、加强后的拱架内力分布特征与规律进行了研究。结果表明：在FCC拱架自重及机械施工双重影响下,拱架肩部节点区变形产生突变,发生明显的应力集中,为受力变形关键部位;加强后的FCC拱架现场举升安装过程中未见有明显的变形;现场试验段围岩偏压现象明显;上台阶围岩变形及受力呈现三阶段波动增长,以拱顶及拱肩部位波动最为强烈;拱架受力整体呈现"上大下小"的特点,最大应力值出现在拱顶外侧,其次左拱肩部位;机械化施工能够有效提高施工效率及装配化水平,保障施工安全可靠,有效控制大断面隧道围岩变形,可为类似工程建设提供借鉴。     

丽香铁路黄山哨隧道下穿岩堆段设计施工关键技术

以下穿岩堆段的丽香铁路黄山哨隧道为工程依托,对岩堆段地表开裂及洞内初期支护边墙严重变形的问题进行研究。地表埋设6根测斜管监测地表位移情况,洞内布置3个断面进行围岩压力、钢架内力、二次衬砌内力、初期支护与二次衬砌间的接触压力、锚杆轴力量测。在分析现场岩堆段洞内外受力机制及原因的基础上,根据数值计算结果优化二次衬砌断面型式及进一步加大二次衬砌厚度及配筋。采取以下措施控制隧道岩堆段变形： 1）地表岩堆土石接触面开裂处增设截排水措施; 2）加大隧道初期支护钢架型号及加长岩堆侧边墙径向系统锚杆; 3）加大隧道边墙轮廓曲率并优化隧道二次衬砌型式为圆顺型; 4）隧道预留变形量加大至30 cm; 5）隧道二次衬砌内净空预留50 cm补强空间; 6）隧道拱部设置42小导管超前支护。现场岩堆段采取以上措施后已顺利施工通过,根据洞内外监测结果显示,结构在安全可控范围内。     

二次衬砌结构拱肩存在空洞的力学行为分析

公路隧道施工缝周边隧道衬砌不密实,会使衬砌结构发生物理与力学性能的改变。本文采用ANSYS有限元软件,对隧道拱肩处存在空洞时二次衬砌结构的受力状态进行了模拟分析。通过模拟分析得知拱肩处的空洞将显著改变衬砌结构的受力状态,增大二次衬砌结构受压或受拉破坏的可能性,不利于衬砌结构继续承担荷载。因此,拱肩部位出现空洞后,要加强对隧道的持续监控,同时应及时采取维护和加固措施。     

软岩大变形隧道二次衬砌混凝土回填量控制研究

结合兰渝铁路同寨隧道软岩大变形段施工实例,通过对典型段初期支护变形规律的研究,进而对初期支护断面进行优化设计,将初期支护断面预留变形量从拱顶到拱脚、由大到小渐变设置,使二次衬砌混凝土厚度既可满足设计要求,又不会由于初期支护预留变形量过大及实际变形不均匀而造成较大的二次衬砌混凝土回填量,从而达到降低施工投入的目的。     

铁路隧道混凝土理论消耗量分析及计算

混凝土超耗是隧道工程施工面临的难题,如何有效减小隧道混凝土超耗是项目成本管控的重点,也是难点。为有效降低施工成本,合理确定隧道混凝土消耗标准,做好施工管控,立足于隧道施工特点,从混凝土超耗原因、消耗组成、消耗量化分析及二次衬砌模板台车轮廓外放影响等方面,针对混凝土施工前后工序进行混凝土消耗量化计算及评估,得出:1)初期支护喷混凝土消耗量主要与设计量、回弹量及平均线性超挖量相关,喷混凝土理论消耗量是设计量的1.6～3.8倍;2)二次衬砌模筑混凝土消耗量主要与设计量及预留变形量相关,在实际预留变形量是设计预留量1/3的情况下,二次衬砌模筑混凝土理论消耗量是设计量的1.04～1.12倍;3)一般的二次衬砌模板台车结构强度及刚度较大,满足二次衬砌混凝土浇筑施工至初凝时的自重或冲击压力,定位时不需要将台车轮廓外放大,以防变形回落。     

隧道衬砌混凝土钢筋量之探讨

山岳隧道采用新奥工法(NATM)设计时,部分专家认为衬砌通常于围岩收敛稳定后施工,因此不需考虑稳定上之功能,可采无筋方式设计.而台湾地区目前之设计,通常认定衬砌会承受部分岩压及水压.在诸多设计案例中,设计岩压约为一次支撑设计载重之25%～40%.不排水隧道在较高岩覆且高地下水位之情况下,通常将静水压折减后设计.理论上,衬砌之内力以轴压力为主,采用无筋或有筋之混凝土设计,皆能提供相当余裕之安全系数,但无筋混凝土容易造成混凝土龟裂而无预警掉落,因而衬砌配置钢筋有其必要性.参考台湾地区诸多设计案例及混凝土设计规范,探讨衬砌之设计及钢筋量应用等课题.     

某超小净距隧道施工过程分析及研究

该文通过模拟某超小净距隧道在V级围岩条件下的施工过程,针对主洞拱顶处、中夹岩处围岩变形值及支护内力值对拉锚杆内力值随开挖过程的变化趋势,提出了小净距隧道初期支护、中夹岩的设计思路及施工中的监测重点。此外,利用承载拱理论推导出小净距隧道中夹岩及二次衬砌的受力模型。共成果可为今后类似研究提供一定的借鉴。