高地应力软岩铁路隧道主动支护设计研究

针对高地应力软岩隧道变形大的问题,结合某铁路项目,提出了针对软岩隧道变形的主动支护设计方法。结果表明：超前支护锚杆和注浆组合的方式,能有效改善软岩隧道掌子面的稳定性能,使得其安全系数满足规范要求,体现了良好的加固效果;不同围压条件下软岩应力应变曲线存在较为明显的差异性;考虑软岩参数变化后,围岩塑性区半径和洞周位移更大,应力则相对更小;忽视软岩物理力学参数的变化,则造成剪切强度的高估,最后产生计算误差,导致计算结果不合理。     

浅埋大跨岩质隧道主动支护作用机制研究与应用

预应力锚杆主动支护技术在隧道工程的应用日益增多,但其对浅埋大跨岩质隧道的适用性及作用机制尚未明确。以青岛地铁暗挖车站为依托工程,开展调研分析、数值计算和模型试验,对比分析预应力锚杆与非预应力锚杆对块状围岩的支护作用,从围岩应力补偿、块体围岩挤压成拱和危险块体控制3个方面研究浅埋大跨岩质隧道主动支护作用机制及理论模型,并进一步开展现场应用。结果表明：原支护方案主要沿用了土质隧道支护理念,对岩质围岩自承能力的认识和利用不充分;锚杆预应力（100 kN）使围岩拉应力区消失、塑性区大幅度减小,并使围岩结构面的法向挤压接触应力提高约0.2～0.3 MPa,有效控制结构面两侧岩体的滑移错动,提升了隧道围岩整体稳定性;建立的主动支护理论模型将传统主动支护应力补偿对象由开挖面聚焦至岩体结构面;主动支护新方案较原支护方案的支护材料减量约30%,工期缩短约17%,隧道沉降量减小约50%。     

小净距隧道下穿既有建筑物稳定性研究

近接施工引起的结构稳定性一直是城市地下工程关注的热点问题。以合肥小净距隧道穿越利海大厦办公楼工程实践为依托,建立三维数值力学模型,研究建筑物桩基变形特性、小净距隧道围岩塑性区分布和衬砌力学响应。研究结果表明:上台阶开挖引起桩基沉降占整个断面通过后总沉降量较大比例,上台阶施工过程控制尤为重要;接近隧道入口的桩基沉降量最大,从外向内逐渐减小;隧道通过20 m后,桩基沉降基本稳定。小净距隧道围岩塑性区主要集中在边墙、中隔墙和拱脚,建议设置中隔墙对拉锚杆和拱脚锁脚锚杆;先行洞洞周变形大于后行洞,先行洞隧道拱肩、中夹岩柱侧边墙二次衬砌安全系数最小,应作为施工阶段重点监测部位。研究成果对复杂环境城市地下工程设计、施工提供参考和借鉴。     

顶部隐伏充水溶洞隧道施工阶段围岩稳定性分析

结合某岩溶隧道施工过程,利用有限差分软件对顶部存在水压充填溶洞的某隧道围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析。结果表明：围岩塑性区主要集中在隧道拱顶、仰拱底、拱腰和溶洞顶部处,溶洞顶部与隧道底部的塑性区有相互连通的趋势。随着隧道接近并通过充水溶洞,拱顶和墙脚两处围岩最大主应力先减小后增大,拱肩处一直增大,拱腰和仰拱底处先增大后减小,主应力最大值位于拱肩区域,其值约为3.0 MPa。     

对拉式挡土墙受力特性试验研究

揭示对拉式挡土墙土压力分布规律可以更好地推广应用该类挡土墙结构形式。为此,设计了室内模型,埋设土压力盒、锚索测力计等监测仪器,研究填土过程中对拉式挡土墙基底土压力、侧向土压力、锚索拉力的变化规律,及预应力和锚杆失效对侧向土压力的影响。试验结果表明:随着填土增高,挡墙有外倾趋势,使得基底外侧压力较内侧大;锚杆拉力随着顶部荷载的增加而增大;侧向土压力呈抛物线型分布;对锚杆施加预应力能够提高挡土墙的承载力。     

外部粘贴预应力碳纤维板技术加固桥梁结构的工程应用与评估

采用外部粘贴预应力碳纤维板技术对金刚桥进行加固。金刚桥是一座已使用40多年的钢筋混凝土简支T形梁桥,开裂严重,抗弯刚度退化,在汽车荷载作用下梁体挠曲变形明显,需要进行加固并提高其通行荷载。根据正截面承载力验算结果,确定在主梁底部和梁肋两侧尽可能接近底部的位置粘贴预应力碳纤维板进行加固,以提高抗弯强度。加固过程中采用结构基座式的预应力张拉设备对碳纤维板施加1 000 MPa的初始应力,并在桥梁支座处通过永久性锚具设置了可靠的锚固。加固完成后采用标准荷载对桥梁进行荷载试验。试验结果表明:应用预应力碳纤维板加固技术,桥梁结构承载力满足加固设计荷载要求,且挠曲变形显著减小,桥梁结构的内力分布得到明显改善。     

连拱隧道中墙受力研究

采用有限元数值计算方法,进行连拱隧道中墙的受力分析研究。结果表明:在中墙一定的情况下,两侧主洞的施工顺序、支护情况、应力释放系数对中墙的最终受力影响不大;中墙轴力随中导坑的扩大而减小,其中中导坑宽度影响较大;中墙应力随中墙厚度的增加而减小,但超过2m以后,减小幅度变得不明显,说明一味采用增加中墙厚度来确保中墙安全的做法是不合理的;在一定范围内,随着埋深的增加中墙受力增大;当埋深较大时,在中墙顶部预留适当的变形量,可以有效减小中墙承受的形变压力。     

半隧半路特殊隧道施工力学行为分析研究

研究目的:连拱隧道跨度大,在洞口边坡偏斜地段,为了避免高挖深填,保护自然环境,在埋深较大的一侧采用暗挖结构,埋深较浅的一侧修筑路基,中间是可以抵挡边坡推力同时兼作隧道边墙的耳墙,仍与中墙连成整体,即半隧半路的结构形式。半隧半路特殊隧道形式新颖,施工难度大,受力复杂,采用数值分析和现场测试开展了半隧半路特殊隧道施工力学行为研究。研究结论:暗洞开挖后,耳墙基础底部右侧围岩出现较大拉应力,形成弧形滑移带,实际施工中对耳墙基础底部采用锚杆+注浆进行加固。耳墙外侧在高8.5 m处出现较大拉应力,但小于混凝土抗拉设计值,经实测,耳墙水平位移值很小,表明耳墙的强度和稳定性都处于安全范围。暗洞的支护结构受力较小,施工完成后二衬应力变化较小,表明施工前对左侧边坡的加固处理作用明显,从而验证了半隧半路特殊隧道设计、施工的合理性,为以后类似工程提供借鉴。     

预应力混凝土T梁裂缝成因分析与处理

石长铁路沅水特大桥随使用年限的增长,多孔32 m预应力钢筋混凝土T梁出现不同型态的裂缝。通过施工温度、混凝土强度、力学等方面对裂缝进行成因分析,研究结果表明:沿预应力管道方向纵向裂缝的主要原因是管道的曲率半径减小14%或预应力超张拉超过14%,使预应力管道处混凝土所受的拉应力超过混凝土的标准抗拉强度,导致产生纵向裂缝;梁端竖斜向裂缝是因上、下侧预应力钢束预张力不同,引起支座上端T梁上翼缘底部处弯矩的不平衡,其差值超过混凝土的极限轴心拉应力,导致裂缝产生,为以后的桥梁加固提供重要的技术支持。     

南京地铁小净距隧道施工力学及工序优化研究

以在建“南京地铁”非对称小净距隧道为背景,深入研究施工全过程力学行为及工序优化,总结变形特性、力学响应及塑性区分布规律.得出主要结论:①先行洞(断面小)变形主要受自身施工控制,后行洞(断面大)关键控制步为右Ⅲ区开挖和临时支撑的拆除,CRD法能有效减少洞身变形,控制塑性区增长.②随着后行洞施工,先行洞支护内力不断演化,轴力和弯矩峰值逐渐向中岩墙侧移动,成为支护稳定关键控制部位.由于先行洞开挖,相当于中岩墙围岩部分约束解除,后行洞竖向临时支撑承受较大轴力.临时支护拆除,其轴力向环向支护转移,后行洞中岩墙侧支护轴力明显小于外侧支护轴力.③右洞(断面大)先行时,支护结构受力与左洞先行正好相反,并且安全系数最小值更小,支护最大压应力会增大.综合考虑轴力、弯矩、安全系数、压应力及塑性区,宜先施工左洞(断面小),利用施工偏压消除或减弱非对称小净距结构偏压作用.④隧道宜采用非对称设计,加强左洞中岩墙侧支护参数,而后行洞背离中岩墙侧支护需加强参数,与先行洞规律相反.     

达成高速铁路岩溶隧道围岩稳定性分析

结合达(州)成(都)高速铁路某岩溶隧道工程,建立岩溶隧道三维实体模型,利用三维快速拉格朗日法FLAC3D对隧道底部含有溶洞的围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析.研究结果表明随着隧道施工接近并通过溶洞顶部,隧道拱顶处围岩向下变形,其值不断增大,拱腰处围岩沿隧道径向收敛,其值变化较小;仰拱处围岩最初向上变形,在隧道施工到溶洞顶部时变为向下变形,且其下沉值不断增大;围岩塑性区主要集中在隧道拱顶、仰拱底、拱腰和溶洞顶部处,溶洞顶部与隧道底部的塑性区有相互连通的趋势;隧道拱顶左右各约45°的范围、隧道底部以及溶洞周围的部位为应力释放区,拱腰处为应力增高区.     

预应力加筋土挡墙变形性能研究

采用有限差分数值方法研究预应力加筋土挡墙的侧向变形和沉降规律。填料采用双曲线型塑性硬化本构模型,计算过程中考虑填筑和压实过程,采用模型试验的结果验证了数值方法。针对填料的密实度、桥台基础边缘距墙面板距离、预应力筋的轴向刚度建立分析工况。研究结果表明:顶部荷载作用下,预应力挡墙的墙面板位移、顶部沉降均比未施加预拉力的挡墙明显减小;填料的密实度和桥台基础边缘距墙面板的距离对墙面侧向位移影响最大;提高预应力筋的轴向刚度有利于减小挡墙的变形。     

深埋隧道全长黏结锚杆加固等效方法研究

为定量描述全长黏结锚杆对深埋隧道围岩的加固作用及其对衬砌支护抗力的影响,结合全长黏结锚杆中性点理论改进了等效计算因子,基于Mohr-Coulomb屈服准则推导出施加锚杆后岩体强度参数的解析表达式;基于新奥法围岩衬砌共同承载理念,建立深埋隧道全长黏结锚杆等效加固的力学模型,推导了围岩施加锚杆后等效复合体临界破坏时衬砌结构...     

软岩隧道掌子面玻璃纤维锚杆加固参数研究

新意法的核心思想是通过调节超前核心土的强度和刚度来控制围岩变形。通过数值计算方法模拟掌子面玻璃纤维锚杆加固参数(加固长度、搭接长度、加固范围)在软岩隧道变形中的作用,得出软岩隧道的变形规律。结果表明:(1)加固超前核心土能有效控制隧道变形;(2)根据隧道预收敛变形可以确定锚杆长度,根据掌子面失稳机理和破裂面的深度可以确定锚杆最小搭接长度;(3)在隧道变形允许情况下,可以对掌子面加固范围进行优化,仅加固掌子面中心部位。     

桩板墙锚固桩参数对集包高铁路基加固效果影响研究

桩板墙具有支挡效果好、场地适应性强的优点,是铁路路基常用的支挡结构。基于有限元计算方法,探究不同锚固桩刚度和嵌岩深度下,路基变形及稳定性的变化规律。结果表明：随着深度增大,路基沉降量逐渐降低,峰值出现在路基顶部;随着锚固桩刚度和嵌岩深度增大,路基沉降量逐渐减小;锚固桩在桩侧土压力作用下发生侧向移动,增大桩体嵌岩深度可抑制这一趋势;在水泥粉煤灰碎石桩与桩板墙的加固下,路基整体稳定性较高,路基最大塑性变形区位于远离边坡一侧,锚固桩刚度和嵌岩深度对其影响不大。     

双向聚能非均布荷载作用下浅埋隧道动力响应

通过解析方法研究爆炸荷载下动力响应问题.模型假定在半空间弹性土体中衬砌隧道中心处发生爆炸,荷载简化为双向聚能的非均布瞬态周期荷载并作用在隧道边界上,根据弹性动力学理论和Hamilton壳体理论得到围岩运动方程和衬砌运动方程,通过Laplace变换、波函数展开法和Graf坐标变换法,得到频域下爆炸荷载作用下隧道衬砌及围岩位移和应力响应表达式.利用Laplace数值逆变换得到时域响应半解析解,分析隧道在不同位置、埋深、衬砌厚度和荷载集度的波动特性.数值计算结果表明:隧道顶部和底部响应的方向相反,不同位置处响应趋势都趋于一致,随时间推移,响应逐渐衰弱;随着隧道埋深的增加位移场响应幅值先增强后减弱,在应力场中,隧道侧向响应幅值变化较小,而在隧道顶部和底部产生的幅值变化较大;衬砌厚度增加,隧道周身响应随之减小,并且厚度增加对隧道顶部和底部响应幅值影响较大;当荷载集度增加隧道顶部和底部附近出现较大的环向位移,顶部径向位移增大底部减小,应力响应在隧道顶部衰减,环向应力响应在底部增强.     

高烈度区高地应力软岩隧道抗震措施研究

高烈度区隧道不仅面临强地震作用，而且往往面临高构造应力及软弱岩体等复杂地质条件。本文依托丽香铁路隧道，基于高地应力软岩地质条件，采用数值模拟方法，以变形缝间距及加固范围为研究对象，分析不同措施下隧道变形、地震响应特征，并对高地应力软岩条件下隧道减震措施进行研究。结果表明：随变形缝间距增大，衬砌位移逐渐减小、加速度峰值增大，由于变形缝数量上的减少导致结构吸收地震能量能力减弱，变形缝间距为12 m时达到最佳抗震效果；注浆加固条件下，衬砌位移随加固圈范围增大逐渐减小，而加速度峰值呈现先减小后增大趋势，加固圈范围为3 m时抗震效果最佳。     

宜万铁路云雾山隧道溶腔段双连拱隧道施工技术

介绍宜万铁路云雾山隧道溶腔段双连拱隧道施工过程。在先行施工了右侧正洞的情况下,通过在右洞侧加固中导洞顶部岩体,分段开挖余下半边中导洞,对中墙顶部采用工字钢架支顶和喷射混凝土回填中墙顶部空隙,完成先进洞的二衬后,再进行后进洞的开挖、初衬和二衬,成功完成了该段双连拱隧道施工。     

玄武岩纤维水泥土的冻融循环特性试验研究

为研究软土地区隧道基底水泥土加固材料的性能,分别进行了冻融循环条件下玄武岩纤维水泥土的静态抗压和劈裂抗拉试验,同时对不同冻融循环次数后的玄武岩纤维水泥土试样的高度、质量以及超声波进行了测试,探讨冻融循环作用对新型玄武岩纤维水泥土材料的物理及力学特性的影响。试验结果表明,随着冻融循环次数0、1、3、6、9和12的依次增加,玄武岩纤维水泥土试样的高度、质量和波速总体呈先减小后增大的趋势;其抗压强度和抗拉强度同样先减小后缓慢增大,6次冻融循环后的试样强度最低;冻融循环作用影响着玄武岩纤维水泥土的物理和力学特性,且物理特性和力学特性之间存在一定的相关性。该研究可为季节性冻土区隧道工程设计与建设提供一定的试验基础。     

用预应力锚杆整治边坡滑坡的设计

预应力锚杆是一种埋入岩土内的受拉杆,其拉力传递给稳定地层,杆件张拉后对滑体产生一个直接抗滑的正压力,从而增加抗滑阻力,达到加固边坡的目的.由于锚杆工程具有不开挖滑体、能机械化施工、降低工程造价等优点,所以被国内外广泛应用.铁道部在南昆线上进行了推广,取得良好的技术效果及经济效益.现结合南昆线K240+075的滑坡整治工程,来介绍用预应力锚杆加固边坡的设计计算.