超载工况下盾构隧道结构承载能力的试验研究

针对地面大量堆载会对隧道结构的正常运营与安全使用产生严重影响,进行了超载工况下盾构隧道结构承载能力的足尺试验研究,试验结果表明：试验荷载位移曲线呈现弹塑性,在加载开始阶段,荷载位移曲线基本呈线性上升;当接缝受压区混凝土跨过螺栓位置后,接缝受力机理变化,使得接缝刚度下降,结构整体刚度降低;最终管片接头混凝土受压破坏,整体变形呈现“横鸭蛋”形,顶底相对位移153mm。     

粉煤灰地层大断面连拱隧道超前支护研究

在粉煤灰地层中修建隧道往往会因其承载力低、受压沉降大等特点产生施工安全隐患,为防止拱顶产生过大沉降,在实际施工之前往往进行可靠的超前支护.本文以穿越粉煤灰地带的盐坪坝大断面双连拱隧道为工程背景,通过数值模拟分析不同超前支护方式下围岩的变形特征,研究各种超前支护方式对围岩的变形控制效果,最终比选出粉煤灰地层条件下大断面双连拱隧道最合理的超前支护方式.研究结果表明,在超前锚杆或者超前小导管作用下,隧道洞周水平位移呈现拱腰>拱肩>拱脚的变形规律,隧道竖向位移呈现拱顶>拱肩>拱底的变形规律,同时隧道变形主要以竖向变形为主.同时在4.5 m长、120°范围下的超前小导管支护下,左洞隧道拱顶沉降仅为8.73 mm,拱腰收敛仅为1.01 mm,相对来说支护效果最好.     

深埋蓄排水盾构隧道衬砌结构力学性能试验及数值分析

深埋蓄排水盾构隧道承受高内水压力及较大的外部水土荷载,与公路、地铁盾构隧道在计算理论、建造技术及运营维护等方面有很大不同。鉴于蓄排水隧道衬砌结构承载模式的变化,文章开展了整环力学行为试验及三维数值分析,研究了内水压作用、错缝拼装及接头螺栓安装方式等对蓄排水盾构隧道力学性能的影响。研究结果表明:通缝拼装的蓄排水盾构隧道从隧道内空水变化至隧道内满水时,隧道的变形大幅增加;内水压0.6 MPa时隧道的竖向和水平收敛变形分别为空水时的2.2倍和3.2倍。与通缝拼装的蓄排水盾构隧道相比,错缝拼装时衬砌环的收敛变形减小15%～25%,最大接头张开量及螺栓拉力减小25%～40%。内水压增大会造成蓄排水盾构隧道接头螺栓屈服,最先出现螺栓屈服现象的接头位于衬砌环最大负弯矩荷载作用位置附近;由于盾构隧道的破坏多源于接头螺栓屈服,该接头位置为蓄排水盾构隧道的薄弱点。对于采用双排螺栓连接的蓄排水盾构隧道,拱顶、拱底90°区域范围内靠近接头外弧面位置的螺栓可以不拼装;但两侧拱腰90°区域内靠近接头内弧面位置的螺栓必须安装,否则会造成最大负弯矩荷载作用位置附近的接头螺栓拉力增大5%～14%。     

破碎围岩大跨公路隧道结构健康度评价方法研究

目前关于大跨隧道结构在松动荷载作用下的受力变形与损伤演化机理研究相对较少,缺乏运营期隧道结构的健康度评价体系与预警标准,不利于掌握隧道结构的安全状态。针对上述问题,文章通过建立二维及三维数值分析模型,研究了Ⅳ级、Ⅴ级围岩下大跨隧道结构在松动荷载下的受力变形特性,并依据变形及破损特征,建立了5级评价体系与3级预警标准。研究结论为:(1)拱部松动荷载作用下大跨隧道的破坏过程分为四个阶段,分别为设计荷载下的弹性受力阶段、拱部松动荷载下的弹性受力阶段、结构开裂后的塑性工作阶段及加速变形破坏阶段;(2)设计荷载下,采用荷载规范计算方法与三维数值模拟方法得出的隧道变形基本一致,验证了数值计算的可行性。通过数值计算,得出Ⅳ级围岩下结构极限承载力为734 kPa,拱顶沉降6.75 cm,边墙收敛1.56 cm。Ⅴ级围岩下结构极限承载力为812 kPa,拱顶沉降10.47 cm,边墙收敛4.06 cm;(3)以拱顶开裂、局部压屈、拱顶拱腰压屈、拱腰压屈达到衬砌厚度的1/3、钢筋拉断为关键节点,以结构受力、拱顶沉降、边墙收敛为评价指标,建立了Ⅳ级、Ⅴ级围岩下大跨隧道的健康度评价体系及预警标准。     

基坑工程对运营地铁隧道影响的实测分析

杭州市某地下通道工程上跨已运营的杭州地铁1号线盾构隧道,其基坑上跨段地质条件及周围环境复杂,需对其引起的既有隧道的变形进行严格控制,因此设计中针对性地采取了地基加固、分段开挖等施工控制措施。文章针对桩基工程阶段和基坑开挖阶段的隧道监测数据,研究分析了不同施工阶段盾构隧道竖向位移、水平向位移及收敛变形的规律和特点。实测结果表明:桩基工程施工可引起隧道的竖向下沉(最大值为5 mm),对水平径向收敛影响不大;基坑开挖可引起隧道的上浮(最大值1.9 mm)及水平径向收敛变形,对水平位移影响不大。     

拱盖法隧道围岩稳定性模型试验研究

文章利用大尺寸模型试验,研究了拱盖法隧道开挖过程中地表的发展模式和围岩受力情况。结果表明:隧道开挖过程中地表沉降先后经历了缓慢沉降、快速沉降和缓慢沉降三个阶段,其中中导洞开挖、竖向支撑拆除是沉降快速发展的阶段,拱部二次衬砌完成后开挖下部围岩对地表变形贡献不大;在掌子面推进过程中,监测断面各部位围岩荷载的释放过程具有较大差异性,拱部围岩荷载相比于拱脚和边墙释放更快,且幅度更大;拱部围岩中导洞开挖和临时支撑拆除会导致已稳定的围岩压力二次释放;由于支护的及时跟进,围岩自承能力得以发挥,围岩径向收敛变形得到较好的控制;拱部围岩中导洞开挖和临时支撑拆除会导致已稳定的围岩压力二次释放,建议工程中应将拱顶沉降作为拱盖法围岩稳定判别的主要依据。     

泥质粉砂岩地层中后行盾构隧道近接施工对大断面矿山法隧道的影响研究

两条以上隧道近距离施工时,将导致既有隧道与新建隧道结构的受力变化,带来工法、工序与施工对策优化等问题。文章以长沙轨道交通3号线盾构隧道近接大断面矿山法隧道施工为工程依托,针对泥质粉砂岩地层,采用数值模拟和模型试验的手段,研究盾构隧道近接矿山法隧道施工的影响规律,并基于地表沉降准则提出影响分区。研究表明:盾构法隧道施工中,盾构开挖距离研究断面1倍洞径至研究断面完成管片拼装这一过程,是引起对应地表沉降增加及既有矿山法结构附加位移增长的主要阶段;对矿山法隧道结构的影响以竖向附加变形为主,具体表现为矿山法隧道整体上浮,越靠近盾构隧道的结构受影响越大;内力影响表现为矿山法隧道结构内力不均匀变化,靠近盾构隧道一侧结构受压加强,远离盾构隧道一侧结构易发生受拉破坏。     

交错近接新建隧道围岩变形三维模型试验研究

为了分析新建隧道开挖过程中,既有隧道的存在及交错间距变化对新建近接隧道围岩形变量的影响,文章以重庆两江隧道交错近接段为依托工程,开展了交错近接隧道相似模型试验和相应的数值模拟研究。研究表明:交错隧道近接距离与新建隧道的拱顶沉降量及左、右拱腰收敛值成反比;新建隧道开挖过程中的拱顶沉降量及左、右拱腰收敛值的变化趋势一致,可归纳为迅速上升、缓慢上升和稳定三个阶段;隧道拱顶沉降量最大且大于拱腰收敛值之和,对于该类隧道,隧道围岩变形设计上限应以拱顶沉降量为主。通过数据拟合,建立了隧道变形量H(mm)及隧道交错间距L(m)的关系式,相关系数均大于0.995,可为类似隧道预留变形量的设计和施工提供参考。     

通用环错缝拼装隧道极限承载能力足尺试验研究

针对隧道周边水土流失对隧道结构的正常运营与安全使用产生的严重影响,文章采用拟静力的试验方法对周边卸载工况下通用环错缝拼装盾构隧道结构承载能力进行了足尺试验研究,具体介绍了试验方案和加载方案的设计,提供了结构变形、裂缝展开、管片纵环缝变形和螺栓受力的发展情况以及破坏过程等试验结果,并对结构的承载性能和破坏机理进行分析。试验结果表明:结构收敛的荷载-位移曲线呈弹塑性特征,在初始阶段,荷载位移曲线线性上升;随后环缝破坏,环间相互作用减弱,结构整体刚度降低;最终环缝凹凸榫剪坏、纵缝混凝土受压破坏以及管片本体压弯破坏,结构整体失去稳定性。     

软岩隧道浅埋段围岩全位移空间分布特征研究

围岩位移信息的收集对指导新奥法隧道施工具有重要意义。在各种因素制约下,围岩位移信息采集不可避免存在损失位移。文章依托阿拉坦隧道工程实例,以现场实测全位移数据为基础,确定了各施工阶段的围岩应力释放率,并在此基础上,对隧道浅埋洞口段地表与拱部围岩的全位移变化规律进行了三维数值分析。结果表明:隧道开挖过程中,地表测点竖向位移最大为33 mm,与实测结果基本一致,且地表测点竖向位移远大于水平位移,竖向损失位移比例占围岩总位移量的比例高达42.86%;隧道拱顶围岩竖向位移计算值为60 mm,与现场实测结果基本一致,隧道拱部围岩不同方向的损失位移所占全位移的比例不同,水平方向约为21.42%,竖向高达40%以上;掌子面通过监测断面前后约1.0倍洞径范围内围岩变形速率较大,在此区间,围岩竖向位移发生量约占总沉降量的70%。     

复合腔体及注浆技术在运营隧道维护加固中的应用

轨道交通运营隧道中多以盾构结构为主,当隧道周围土体发生超载、堆载、位移等变化时将导致隧道结构因内力过大而发生结构变形,直接危及运营隧道的安全。分析了产生隧道结构变形的因素,提出了采用复合腔体新型结构形式的施工工艺。新型结构具有构件小、重量轻、后充填等特点,尤其适合于已损伤运营隧道结构的快速维护加固。     

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。     

软土深埋大直径盾构法隧道施工受力及变形特性研究

随着我国城市化建设及区域融合的日益加快,盾构法隧道朝深大方向发展,隧道安全设计及建造面临着更为严峻的挑战。为探究软土地区大直径盾构深埋段的力学及变形特性,以上海某大型隧道工程为背景,通过全断面围压、结构内力及三维激光扫描变形测试,获取了盾构隧道施工期全过程结构受力变形发展规律;分析了软土地区深埋区段盾构法隧道变形发展机制,并探讨了结构内力及变形响应与外部荷载间的关联性;发现盾构法隧道变形与管片拼装机脱出盾尾时的受力有密切联系。由于深埋段围压较大,因此变形以对称状态为主,软土地区大直径隧道管片结构受力由施工初始阶段的局部受拉最终转变为整体受压、构造钢筋不受力状态。上述发现为后续合理确定盾构隧道受力模式及合理确定计算方法提供了技术支撑。     

地面出入式盾构隧道稳定性控制措施有效性研究

文章以南京地面出入式盾构工程为背景,采用三维有限元模拟了地面出入式盾构隧道的整个施工过程,通过在模型中施加隧道内部压重与地表堆载,研究了两者对控制隧道上浮量、提高隧道稳定性的有效性。分析计算结果与现场监测数据表明:内部压重能够明显地提高隧道的稳定性,且效果比较明显;地表堆载也能在一定程度上减小隧道的上浮量,但其效果没有内部压重明显;施工中应结合现场实际条件,综合采用两者来实现最佳的稳定隧道效果。     

不同净距双洞隧道上下台阶法同时开挖数值模拟分析

为研究不同净距双洞隧道在上下台阶法同时开挖下的围岩变形、受力及支护受力情况,文章基于Midas/GTS软件平台对10m、14m、18m、22m净距双洞隧道进行了数值模拟分析。结果表明:(1)隧道中岩墙一侧拱腰水平位移相比左侧拱腰大,拱顶处、仰拱处水平位移较小,且随着净距变化其值基本保持不变;(2)隧道拱顶及仰拱位置处围岩竖向位移较大,拱腰处较小,随着隧道净距增大各部位竖向位移均减小;(3)随着隧道净距的增大拱顶及仰拱处的水平应力及竖向应力逐渐减小,但减小幅度较小,同时拱腰处水平应力及竖向应力变化较大,且减小幅度不断扩大;(4)随着净距的增大,锚杆轴力最大值及喷混结构最大拉应力发生了减小,减小幅度逐渐扩大。     

分离式套拱加固带裂缝衬砌的变形规律试验研究

文章基于1∶10的相似比制作拱顶带单条纵向裂缝且裂缝深度为原衬砌厚度1/3的隧道二次衬砌模型,采用弹簧模拟地层抗力,进行了分离式套拱加固衬砌(原衬砌与新增套拱之间增设防水板)的径向加载试验,得出了带裂缝衬砌经分离式套拱加固后的变形规律与破坏模式。结果表明,在松动荷载作用下,分离式套拱加固结构的受力过程分为"初期加载—预制裂缝径向贯通、预制裂缝径向贯通—套拱拱顶裂缝径向贯通、套拱拱顶裂缝径向贯通—试件破坏"三阶段,破坏荷载由原衬砌拱腰截面控制,关键部位破坏顺序为拱顶开裂—拱腰断裂—拱顶破坏,整体破坏性质为脆性破坏。     

球墨铸铁-钢筋混凝土组合隧道壁板加载试验分析

为研究球墨铸铁-钢筋混凝土组合隧道壁板这一新技术应用于隧道衬砌结构的可行性,文章根据相关设计参数,采用三维有限元分析方法模拟试验加载环境,建立分析模型,研究荷载条件下组合壁板的受力特征.分析结果表明:当混凝土达到极限状态受压破坏时组合壁板能承受的竖向压力为2.22 MPa,水平压力为1.11 MPa,拱顶为最大变形处,...     

软土地区盾构穿越待改建老旧大堤的变形控制研究

针对国内深厚软土地区盾构下穿改扩建堤坝变形安全控制问题,文章依托上海某典型软土盾构隧道下穿待改扩建堤坝工程,通过对比不同加固方式确定了真空联合堆载预压加固法,现场实测了真空联合堆载预压加固堤坝期间地层变形和孔压变化规律以及盾构下穿期间改扩建堤坝表层变形和隧道自身变形。结果表明:采用真空联合堆载预压加固方法可较好地控制盾构下穿改扩建堤坝的施工风险,真空联合堆载预压法对常规埋深盾构隧道下方约2倍盾构直径范围内的软土有加固效果,双曲线经验法能较好预测软土地区老旧大堤预压加固作用下的地基沉降,盾构穿越预压加固的大堤引发的固结变形沉降较小。     

高速公路双连拱隧道施工监控量测及分析

在宜(宾)水(富)高速公路鞋底坡双连拱隧道工程中,由于对隧道围岩变形及地表沉降进行了现场监测与分析研究,获得了隧道各施工阶段的地表沉降、拱顶下沉和周边收敛数据资料,有效地控制了隧道围岩变形,成功地对隧道洞口段的地质灾害进行了动态预测、预报,避免了重大事故的进一步发展。文章介绍了鞋底坡双连拱隧道的监控量测方案、测量结果分析及研究成果,对类似工程具有一定的指导意义和实际应用价值。     

隧道锚开挖及承载对既有隧道的变形影响分析

为评估隧道锚开挖及承载对下方既有隧道安全性的影响，采用弹性地基梁理论建立既有隧道在隧道锚开挖及承载影响下的变形计算模型，基于Mindlin公式分别给出隧道锚开挖及承载影响下的附加荷载计算方法，提出既有隧道竖向隆起变形安全性控制标准为12 mm。以四川沿江高速宁巧隧道-隧道锚体系为例，分析既有隧道在隧道锚开挖及承载影响下的变形特征，研究表明：既有隧道变形呈“凸”形，最大变形量位于锚塞体正下方附近，且随着与锚塞体距离的增大，隧道变形逐渐减小，最终收敛；既有隧道变形量随着围岩等级的降低及隧道-隧道锚间距的减小而增大；Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下，隧道整体处于安全状态；Ⅴ级围岩条件下，隧道变形量在隧道锚开挖过程中已超过控制值，需要采取围岩加固、结构加强等工程措施。