砌石衬砌背后双空洞对隧道结构安全性影响

为深入研究砌石隧道衬砌背后不同规模空洞的存在对隧道结构安全性及力学特性的影响规律,保障隧道运营的安全性,针对砌石隧道衬砌背后双空洞分布空间和规模进行安全性影响分析。基于成渝线某砌石隧道的现场检测结果,统计分析砌石衬砌背后空洞深度和宽度分布特征,获得相适应的正态分布规律以及概率性分布区间,利用ANSYS有限元软件建立平面应变模型,对衬砌结构整体应力、典型截面的结构安全系数及灰缝截面的抗拉抗剪验算进行研究,揭示不同规模空洞病害下衬砌结构安全性的变化规律。研究结果表明:拱顶及拱腰双空洞和左右拱腰双空洞出现频率最高,且砌石衬砌背后空洞分布的宽度及深度特征呈现正态分布;衬砌空洞深度近似服从N(24.88,6.67)正态分布,空洞深度主要为20~30 cm;衬砌空洞宽度近似服从N(1.39,0.46)正态分布,空洞宽度大多分布于1.0~2.0 m之间;两空洞间衬砌截面安全系数低于其他截面,需作为砌石衬砌安全性评价及空洞病害整治的重点;左右拱腰双空洞比拱腰及拱顶双空洞对衬砌结构安全性危害更大;空洞宽度2.0 m是影响砌石隧道结构安全性的临界空洞宽度,建议将空洞宽度控制在2.0 m以内。     

不同应力场软弱围岩公路隧道结构安全性数值分析

针对目前隧道衬砌结构在运营中出现较多病害的现状,运用数值计算手段,建立三维有限元数值模型,对不同应力场软弱围岩公路隧道结构安全性进行了评价,详细研究了衬砌结构在不同应力场作用下出现裂缝时的应力和变形,研究结果表明:不同应力场,隧道衬砌结构均先在拱脚处出现裂缝;随着侧压力系数的增大,衬砌结构承载减小;拱脚处应作为隧道结构长期安全性应力监控的重点;另外,在λ为0.5、1.0的应力场中,边墙处压应力值也较大,而在λ为1.5的应力场中,拱顶处的压应力值较大;隧道结构在长期安全性变形的监控中,在λ为0.5的应力场中,边墙、拱顶处应重点监控;在λ为1.0的应力场中,拱肩、拱顶处应重点监控;在λ为1.5的应力场中,拱腰、拱顶处应重点监控.     

煤系地层公路隧道衬砌结构分析和设计

以高平至陵川高速公路郭家川2号煤系地层隧道为依托工程,利用ANSYS对衬砌结构进行了数值模拟,研究了煤系地层公路隧道衬砌结构的应力应变特征和变形规律。研究表明:煤系地层的地质构造和节理特征对隧道衬砌结构受力和变形有重要影响;隧道侧压力系数对衬砌结构的内力影响很大;衬砌结构拱脚和拱顶处弯矩很大,应力集中系数大,拱脚和拱顶处应作为结构安全性监控、隧道设计与施工控制性部位。     

火灾高温时隧道衬砌结构温度场的数值模拟

国内外发生的大量隧道火灾案例都显示了火灾对衬砌结构的严重损害以及衬砌结构耐火的重要性。依托青岛胶州湾隧道,详细介绍采用数值模拟对隧道衬砌结构火灾高温时的瞬态温度场的模拟过程,研究在火灾高温时温度沿隧道衬砌厚度的分布规律,给出一系列研究成果,对确定隧道衬砌的耐火性能、提高隧道衬砌的火灾安全性有重要意义。     

关于隧道结构的安全推演及寿命预测

隧道的寿命一直是行业研究的重要课题,相关研究大致可分为两类:一类是基于隧道环境的材料耐久性研究,认为衬砌寿命即隧道寿命;另一类是基于材料劣化的结构安全性研究,不考虑隧道结构受力对材料劣化的影响。现结合上述两类研究提出隧道结构体系受力演变模型,以反映各种因素的相互作用及隧道结构的内力演变和安全性演变,是一种新的研究思路。研究的主要内容有两项:其一为钢筋混凝土偏压构件的安全性演变;其二为隧道衬砌结构的内力及安全性演变。前者基于目前钢筋混凝土材料耐久性的研究成果,分析了材料劣化过程对偏压构件安全性演变的影响规律;后者通过隧道结构体系受力演变模型,分析了材料劣化及病害发展过程等对隧道结构内力和安全性演变的影响规律。研究表明:钢筋混凝土材料具有良好的耐久性,正常情况下能满足隧道设计寿命的要求,结构安全受钢筋锈蚀的影响比混凝土劣化要大很多,延缓钢筋锈蚀是隧道预防性养护的工作重点之一;隧道衬砌裂缝的出现会改变结构的内力分布,但一般不至于引起结构内力的明显恶化,除非裂缝存在发展迹象;拱脚处地层弱化对隧道结构安全的危害较大,维持围岩的稳定以及衬砌背后的密实性,是保障隧道结构安全性和使用寿命的前提条件。     

高地应力软岩隧道衬砌裂损重新施作段结构安全性分析

为研究高地应力软岩隧道衬砌裂损重新施作段结构的安全性,依托木寨岭隧道衬砌裂损段,通过现场监测和数值模拟的方法,分析高地应力软岩隧道衬砌裂损重新施作段结构变形受力特征,进而分析结构的安全性。现场监测结果表明： 衬砌裂损重新施作后,前3层支护几乎承担了所有的围岩压力和变形,通过层层支护、分层抵抗的方法来逐渐降低衬砌受力,保证衬砌结构的安全。通过数值计算对比分析衬砌重新施作前后的隧道受力变形状态,其中重新施作后衬砌各位置混凝土应力和钢筋应力增长趋势均不明显,计算得到衬砌裂损重新施作段结构安全系数均处于3.3~8.1,各位置安全系数均大于规范中的要求值,说明结构处于安全状态。     

带裂缝隧道衬砌的安全评价及有限元分析

为研究衬砌裂缝对隧道结构安全的影响,以某公路隧道的裂缝监测为工程背景,从80 处裂缝监测点中选取10 条典型裂缝, 采用综合判定法进行安全性评估,得出危险的裂缝断面,随后应用Midas/ GTS 软件建立典型裂缝断面的有限元模型,并对隧道衬砌结构的承载能力进行安全性分析。计算结果表明: 隧道衬砌出现裂缝使得衬砌结构的承载能力发生变化,其整个受力分布规律也会发生改变,重新分布力会导致现有裂缝发展,并使其他位置发生新的开裂,应根据计算结果对薄弱部位进行加固。研究结果表明: 通过采用定性的安全性评价与定量的理论计算相结合的方法,可以对带裂缝隧道衬砌结构的安全性作出科学的评估。     

新建隧道三台阶方法对既有隧道安全性影响

文章以承唐高速公路承德段隧道工程为依托,采用三维建模方法,对不同的围岩类别,在一般情况和偏压情况下,新建隧道施工过程对既有隧道衬砌结构安全性进行了分析;并通过安全等级的划分,确定了既有隧道衬砌风险等级;通过对衬砌安全等级评定从而确定邻近隧道合适的净距。     

不同围岩和埋深条件下土-结构接触界面对衬砌结构横向地震响应特性的影响分析

土与地下结构在强震作用下易发生错动滑移,会对地下结构的抗震性能产生较大影响。为确保隧道的长期安全性,运用有限元分析方法研究不同围岩和埋深条件下土-结构接触面对盾构隧道衬砌结构横向地震响应特性的影响。结果表明： 1)随着土质条件的提高,无论土-结构接触界面有无考虑错动滑移情况,隧道衬砌结构的轴力极值均显著增大,而剪力和弯矩极值均显著减小,且由土-结构接触界面错动引起的隧道衬砌结构动内力变化幅度显著减小; 随着隧道埋深的增加,由土-结构接触界面错动引起的隧道衬砌结构动内力变化幅度逐渐减小。2)考虑土-结构接触界面错动滑移时,随着土质条件的提高和隧道埋深的增加,隧道衬砌各部位水平滑移量均逐渐减小。3)当隧道围岩条件较差或埋深较浅时,隧道衬砌结构的横截面抗震设计应充分考虑土-结构接触界面对隧道抗震性能的影响。     

基于区间理论的隧道衬砌安全性评估

衬砌结构安全性评估结果的合理性和精确度大小不仅关系到结构的可靠性,而且对隧道工程的相关决策会产生重要影响。在隧道结构安全性评估过程中评估方法的选择尤为重要,本文提出了一种基于非概率可靠度理论的隧道衬砌安全系数的研究方法。该方法在已知给定的随机变量统计参数的前提下,通过非概率区间可靠度理论,求解隧道衬砌安全系数,评估隧道衬砌结构的安全性。运用该方法对一实例隧道衬砌安全系数进行计算,结果表明:参数的随机性会对隧道衬砌安全系数产生较大影响。     

华蓥山隧道富水带衬砌结构安全性评估

以华蓥山隧道工程为依托,就涉及富水区隧道衬砌结构的安全性开展研究,运用FLAC3D有限差分软件对隧道的开挖进行了仿真分析,计算隧道衬砌各处内力,并按照破损阶段法求得断面各处的安全系数,进而对衬砌结构的安全性进行评价。计算结果表明:仰拱部位易发生涌水,拱脚处安全系数最小,不满足规范要求,是衬砌结构强度的薄弱环节,应适当加强来提高二衬的安全储备,该评价结果可为隧道的安全施工提供一定的指导意见。     

基于钢拱架支撑加固衬砌裂损方法的研究

衬砌裂损是隧道工程中最常见的病害,研究衬砌裂损加固方法和防治隧道衬砌裂损具有重大意义。通过对雷公岽隧道裂损区域的检测和力学分析,利用有限元模型模拟计算病害区域对钢拱架支撑加固的响应,建立存在裂损的隧道衬砌结构安全性评价方法。基于计算模型和评价方法,分析了裂损区域对衬砌结构稳定的影响。结果表明,环向钢拱架显著增强了衬砌的承载能力,对裂损区域的衬砌起到支撑作用,可有效防止衬砌局部掉块,提高隧道交通安全。     

基于厚度检测的运营隧道二次衬砌安全评价研究

二次衬砌作为隧道复合式衬砌结构的重要组成部分和最后一道防水防线,其安全评价历来备受关注,而二次衬砌的厚度通常是评价运营隧道安全的重要指标。以运营中的代古寺隧道为工程依托,开展了二次衬砌外观质量及厚度现场检测;采用MIDAS有限元软件对衬砌厚度不合格段进行变形及受力分析,基于数值计算结果校核了二次衬砌的安全性状;针对不同等级的围岩,分析了二次衬砌厚度与其安全性的关系,并给出了相应的最小安全厚度。研究结果表明:二次衬砌最不利位置位于边墙和拱脚附近,衬砌厚度不足会使结构的轴力与弯矩减小,导致隧道结构的安全系数降低;对于Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ级围岩,二次衬砌最小安全厚度建议值分别为31cm、36cm和41cm。     

条石衬砌公路隧道病害检测及安全性评估

采用地质雷达对白岭窟隧道条石衬砌壁后空洞病害进行了检测,基本探明了该隧道壁后空洞的分布形态和分布规律。根据病害检测结果,开展了不同空洞组合、不同围岩特性、特定位置不同外水压力、不同衬砌厚度等条件下衬砌的内力有限元分析,并对衬砌结构进行了整体抗拉(压)强度检算、偏心距检算以及条石衬砌灰缝局部抗拉和抗剪验算,继而对隧道的整体安全性进行了评估。     

围岩蠕变对运营隧道衬砌安全性的影响

为探究在软弱围岩隧道运营期间围岩蠕变效应对二次衬砌安全性的影响,以九景高速公路隧道为依托,以Ⅳ级围岩区段二次衬砌支护结构为研究对象,采用室内试验和数值模拟手段,首先对该围岩区段泥质粉砂岩在不同应力水平下的单轴蠕变特性进行了室内试验分析,并采用Cvisc模型对蠕变试验数据进行了非线性拟合,获得了Cvisc模型的蠕变参数。然后,利用FLAC3D软件建立了两车道公路隧道三维数值模型,研究了单考虑围岩蠕变作用和同时考虑隧道埋深对运营隧道衬砌结构安全性的影响。结果表明:非线性拟合相关性系数在0.92～0.96之间,可认为Cvisc模型能够很好地描述泥质粉砂岩的衰减蠕变和稳定蠕变关系;单考虑围岩蠕变作用,在同一支护时间,二次衬砌安全系数较高的位置支护结构承受的围岩压力相对较小,围岩的蠕变变形量较大,但过小的支护承载又会导致围岩蠕变变形而增加围岩压力,进而不利于运营隧道衬砌结构的长期安全;同时考虑隧道埋深的影响,二次衬砌支护结构的承载随着隧道埋深的增加而减小,即围岩自身能够承担较大部分的因蠕变变形而增加的围岩压力,从而对运营隧道衬砌结构的长期安全有利。     

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。     

隧道衬砌结构在水压力作用下受力计算分析

对某隧道建立有限元结构分析模型,研究隧道初衬结构安全性及衬砌内力。结果表明,隧道衬砌结构在长期峰值水压力作用下安全度满足规范要求,结构安全稳定。计算隧道二衬结构内力值,并将数值模拟结果与实测数据对比分析,得出应力分布规律,两者一致,边墙和仰拱处为受力最不利位置。     

长江隧道衬砌结构地震响应的三维数值分析

以武汉长江隧道为工程依托,运用Ansys软件对盾构隧道在水平、竖向双向耦合地震作用下采用3种不同衬砌材料的地震响应进行三维数值模拟,分析这3种工况下隧道衬砌结构的不同部位上应力和位移的分布状况,探明了盾构隧道在地震作用下衬砌结构的动力响应规律,找出了衬砌结构的受力最薄弱部位,研究可对盾构隧道的抗震设计提供理论参考.     

铁路隧道衬砌空洞成因分析及整治

为解决不良地质条件下铁路隧道衬砌空洞整治效果难以保证的难题, 依托隧道整治实际工程, 采用理论分析与数值计算, 对衬砌空洞成因、近似标准流程化的整治技术方案、不良地质条件下衬砌结构安全性验算、整治效果评价等方面进行研究。 研究结果显示: 1)衬砌空洞主要是由地下水侵蚀、岩溶等不良地质作用以及初期支护不平整、冲顶不满、人为因素等施工质量问题导致的; 2)通过结构安全性验算、地质雷达无损检测和衬砌强度试验的效果验收可知，所建立的铁路隧道衬砌空洞系统整治理念与方法体系具有良好的效果。     

特殊地形地质条件下的隧道衬砌结构安全性分析

凤凰山隧道工程长龙隧道为上、下行分离的六车道高速公路隧道,因覆盖层薄,开挖过程洞口位置局部出现冒顶引起二次衬砌厚度局部不满足原设计要求。根据《公路隧道设计规范》(JTG D70-2004)的相关规定,结合地质勘查报告和支护结构设计情况,参考国内类似的成功经验,对该段衬砌结构进行安全性分析,明确衬砌结构安全系数是否符合规范要求;同时依据相关标准、规范,对隧道结构安全性进行分析。