大跨度软岩公路隧道仰拱承载性能及安全性研究

以陕西宝汉高速公路连城山隧道(双洞六车道)绿泥石片岩段为例,分析了大跨度软岩公路隧道仰拱病害原因,建立了隧道仰拱的弹性地基曲梁模型,推导了仰拱结构内力、仰拱地基反力等计算公式,分析了原设计仰拱二次衬砌极限承载力和受力规律,评价了原设计仰拱结构安全性;在此基础上,探讨了各仰拱参数对仰拱极限承载力的影响规律及敏感度,计算了参数变更后仰拱二次衬砌的极限承载力,并结合仰拱受力测试,进一步考察了参数变更后仰拱结构安全性。结果表明：隧道墙脚以沉降变形为主,导致仰拱两端承受很大的竖向荷载,而原设计仰拱本身承载力较弱,加上仰拱地基软弱并且受地下水的软化效应和高应力下的蠕变效应影响,是连城山隧道仰拱开裂破坏的主要原因;仰拱最危险截面距离仰拱端部约为半幅仰拱相应圆心角的1/5~1/4处,即位于墙脚附近,与现场观察到的墙脚附近仰拱回填开裂、仰拱与仰拱回填脱离等破坏现象一致;增大仰拱厚度、减小仰拱半径、增大仰拱钢筋直径和减小仰拱钢筋间距均能显著提高仰拱极限承载力,其中减小仰拱钢筋间距的效果相对最为显著;而由于仰拱最危险截面的受压区高度很小,提高混凝土强度等级对于改善仰拱整体安全性并不显著;参数变更后的仰拱二次衬砌采用C35钢筋混凝土,厚度为1 m,半径约为13.4 m,钢筋直径为28 mm,钢筋间距为20 cm,极限承载力可达原设计的3.6倍以上,结构安全性大幅提高;为提高材料利用率,建议仰拱混凝土强度等级采用C30。     

超声阵列法在公路隧道仰拱厚度检测中的应用

公路隧道仰拱厚度不足,不仅影响隧道衬砌结构的承载力,还会造成隧道路面、衬砌结构开裂,严重时会导致出现底鼓、沉陷、错台等病害,直接影响公路隧道的运营安全性和使用耐久性。超声阵列法在隧道仰拱厚度检测中被首次引入,可以实现公路隧道仰拱厚度的检测。首先对公路隧道仰拱质量检测的研究现状进行深入调研,然后重点介绍了超声阵列法的检测原理、设备的参数选择和现场的测点布置方式,最后以公路隧道现场实测的仰拱厚度检测数据为例进行分析,准确、直观地探测出了隧道的仰拱厚度信息,该方法可为我国公路隧道仰拱厚度的检测提供借鉴和参考。     

单线铁路隧道仰拱二次衬砌大区段施工工艺

为提高隧道仰拱二次衬砌混凝土施工质量和进度,结合仰拱二次衬砌一次施工不少于24 m的要求,中条山隧道引进铁路单线隧道全液压履带式栈桥进行仰拱二次衬砌大区段施工,以改善作业环境,保证施工安全,提高仰拱二次衬砌混凝土施工质量,同时也减少仰拱二次衬砌施工与掌子面开挖施工之间的相互干扰,从而加快施工进度,为类似工程施工组织和质量管理提供参考。     

甜永高速公路某黄土隧道仰拱开裂原因分析及处置措施

运营后的甜永高速公路某隧道,出现了仰拱开裂等现象,通过进行补充地质勘察、现场试验及监测后发现,引起仰拱开裂的主要原因为黄土在水的浸泡下地基承载力大幅度削弱,拱脚地基承载力不足,致使拱脚沉降导致仰拱起拱弯拉而产生裂缝,导致本隧道仰拱回填及调平层混凝土开裂。针对开裂原因,通过采取钢管桩地基加固+衬砌结构加强+增设盲沟排水系统工程处理措施,取得良好的治理效果。     

鸡公岭隧道浅埋段仰拱软基处理

针对鸡公岭隧道上行线进口段出现较大程度的沉降和变形,对原施工方案进行变更,在采用中壁法分布开挖的前提下,通过对仰拱进行换填、施做钢管灌注桩和混凝土基础,以对隧道仰拱软基进行处理,改善仰拱基础,形成大仰拱基础,为整个隧道提供足够的地基承载力,以抵御隧道整体下沉和变形。     

仰拱曲率对浅埋大断面隧道衬砌结构承载力的影响研究

仰拱曲率对三车道大断面隧道的承载能力影响较大，分别从二次衬砌弯矩、轴力及安全系数等方面对仰拱曲率对三车道大断面隧道的承载能力进行定量分析。研究结果表明：过渡圆弧半径与仰拱半径的比值R^*存在临界值，当仰拱曲率在临界值以下时，弯矩和安全系数变化相对较大，当仰拱曲率超过临界值时，弯矩和安全系数变化相对较小；结构越趋于圆形，安全系数越大，承载力越高。     

高速铁路隧道仰拱全工序履带式栈桥设计与应用

为缩短仰拱施工全工序作业时间、提高仰拱施工进度、降低仰拱工成本、减少施工人员和辅助材料的投入,开发了仰拱全工序履带式栈桥。该栈桥主桥底部分成基础底面清理及钢筋绑扎、仰拱衬砌及仰拱回填、仰拱养护3个12 m工作区,每个工作区分别配置相应的机械化装置,整车采用液压履带驱动。重点介绍全工序履带式栈桥的结构组成以及主桥、前后坡桥、驱动系统、仰拱衬砌系统和辅助工装的设计,对栈桥主要部件的强度进行校核,并应用在郑万高铁湖北段向家湾隧道施工中。结果表明： 在Ⅳ级围岩隧道中,仰拱全工序履带式栈桥相比普通仰拱栈桥,完成12 m仰拱全工序作业仅需要36 h,每延米可节省134.91元施工成本,且行走机构能够适应复杂的隧道施工环境,设备性能稳定、故障率低。     

大跨扁平隧道中仰拱的研究

仰拱是隧道衬砌结构的重要组成部分,仰拱能提高隧道结构的承载能力。以往研究主要通过塑性区范围、应力、位移大小分析仰拱所起的作用;本文基于有限元强度折减法对比分析了各种工况下仰拱对大跨扁平隧道结构安全系数大小的影响,得到了一些有益的结论。     

长仰拱栈桥在黄土隧道施工中的应用

为确保黄土隧道施工安全,初期支护结构尽快封闭成环,解决隧底仰拱及填充施工质量通病,利用黄土隧道开挖非爆破作业的特点,在黄土隧道施工中利用长大仰拱栈桥。通过在长仰拱栈桥上配置仰拱模板和混凝土捣固整平装置,有效减少了仰拱立模时间,提高了仰拱混凝土振捣质量。该工装能保证隧道开挖、初期支护、仰拱开挖及二次衬砌作业有序开展,极大地提高了施工工效,经济和社会效益明显提高。     

蒙华铁路中条山隧道施工关键技术

针对蒙华铁路中条山隧道在施工过程中遇到的围岩软弱易风化、仰拱开挖后基底承载力不足、斜井砂砾层承压富水和隧道涌水量大等问题,介绍施工过程中所采用的软弱围岩微台阶带仰拱一次开挖快速封闭成环、铁路单线隧道二次衬砌仰拱及仰拱填充大区段、碎石换填基底加固并在基底埋设排水管以及分段截流、反坡排水等关键施工技术。主要研究结论如下:1)仰拱与下台阶一次爆破成型,减少了爆破围岩的二次扰动,能有效控制周边收敛和拱顶沉降;2)采用24 m单线隧道全液压履带式栈桥,有效减少了仰拱之间施工缝隙对接次数,提高了仰拱的整体性;3)对有水软岩地段采用碎石换填并注浆加固,起到了良好的堵水效果;4)采取分段截流,减少了反坡施工掌子面的排水量,加快了掌子面的施工进度。     

公路隧道隧底问题的思考

依据近年来公路隧道出现的病害现象,在对我国目前隧道底部设计现状及施工情况进行总结分析基础上提出了设计及施工改进措施。介绍有仰拱条件下等截面衬砌、拱脚加厚衬砌的设计形式以及无仰拱条件下边墙设计情况,对施工中出现的仰拱不成形、仰拱不密实、仰拱成月牙形、先浇矮边墙及仰拱开挖深度不够等14条常见问题,给出对应解决措施。不仅对现行设计和施工存在问题的修正,也为实际工程中隧道底部存在的问题提供了解决依据。     

隧道底部溶洞对衬砌结构安全性影响分析

溶洞的存在降低了围岩整体性,在隧道施工中极易发生坍塌、水害等事故,严重降低了结构安全性。本文通过数值模拟研究了隧道正下方溶洞对衬砌结构受力及安全性的影响规律。结果表明隧道下部围岩存在空洞降低了围岩整体性,导致隧道仰拱下部填充不密实,降低了围岩强度;隧道下部溶洞对仰拱处影响较大,衬砌仰拱中心处外侧受拉严重,极易发生开裂,产生显著的应力集中现象,降低了结构安全性。     

大跨扁平隧道仰拱研究

仰拱是隧道衬砌结构的重要组成部分,能提高隧道结构的承载能力。以往的研究主要通过塑性区范围、应力、位移大小分析仰拱所起的作用。基于有限元强度折减法对比分析不同地质状况下仰拱对大跨扁平隧道整体安全系数大小的影响,得到一些有益的结论,为解决类似问题提供一种新思路。     

结合交通组织方案的营运隧道仰拱病害处治方案研究

仰拱隆起底鼓是高速公路隧道的常见病害,威胁到隧道的行车和衬砌结构安全,而针对车流量大的营运高速公路隧道,仰拱病害的处治会对交通带来较大影响。文中通过对某高速公路干线上的隧道仰拱病害进行分析,结合交通组织方案提出相应的处治措施,为营运高速公路隧道仰拱病害处治提供参考。     

高速公路隧道仰拱底鼓破坏机理分析及处治措施

针对某高速公路隧道仰拱底鼓破坏、二次衬砌变形开裂病害情况,通过现场调查、破损检测等手段查明隧道病害发生原因,并对隧道仰拱底鼓破坏机理进行了分析,提出了疏通排水设施、设置水平型钢支撑、钢花管锁脚、环向注浆等措施,有效地控制了病害进一步扩展,对变形破坏段仰拱及二次衬砌进行拆换,成功地治理了隧道仰拱底鼓破坏病害。     

大断面公路隧道液压式栈桥仰拱台车施工工艺研究

本文通过液压式栈桥仰拱台车在大断面公路隧道仰拱施工中的应用研究,对液压式栈桥仰拱台车施工大断面高速公路隧道仰拱和仰拱填充层的施工工法进行了总结。该工法施工的公路隧道仰拱和仰拱填充层分开进行,达到标准化要求,与拱墙二次衬砌的受力形成闭合环,能有效保证仰拱的施工质量。相对于传统仰拱浇筑混凝土施工工艺具有明显的经济和社会效益,技术优势显著。     

大瑶山1~#隧道施工工艺的几点创新

介绍了武广铁路客运专线大瑶山1#隧道施工过程中,在隧道开挖、仰拱、衬砌等工序进行的周边眼钻眼、光面爆破药卷加工、仰拱一次成型、衬砌中埋止水带安装等施工工艺创新。通过几项创新工艺在施工中的应用,简化了施工方法、提高了施工效率和施工质量、降低了施工成本投入,为优质、高效、经济地完成武广客运专线大瑶山1#隧道工程的建设作出了应有的贡献。     

黄土公路隧道富水段支护结构的受力特性分析

为了解黄土公路隧道浅埋富水段围岩压力及衬砌受力的特性,对甘泉隧道富水段一次衬砌和仰拱围岩压力、钢拱架应力、一次衬砌和二次衬砌接触压力以及仰拱和二次衬砌混凝土的应力应变随时间变化规律进行施工检测.结果表明:围岩与一次衬砌接触压力分布不均匀,边墙底部表现出了较大压力,钢拱架受力分布不均,但总体上受力很大,最大应力已接近钢材...     

大瑶山1#隧道施工工艺的几点创新

介绍了武广铁路客运专线大瑶山1#隧道施工过程中,在隧道开挖、仰拱、衬砌等工序进行的周边眼钻眼、光面爆破药卷加工、仰拱一次成型、衬砌中埋止水带安装等施工工艺创新。通过几项创新工艺在施工中的应用,简化了施工方法、提高了施工效率和施工质量、降低了施工成本投入,为优质、高效、经济地完成武广客运专线大瑶山1#隧道工程的建设作出了应有的贡献。     

马富隧道病害整治技术措施

文章通过对马富隧道病害整治技术措施分析,介绍了衬砌强度不足、仰拱回填不密实、衬砌背后空洞的成因及整治方案,为类似的隧道病害整治提供借鉴。