水压力作用下隧道底部结构裂损机理及其防治

研究目的:近年来,水压力作用下隧道底部结构裂损病害时有出现,严重影响隧道运营安全。本文以水压力作用下某仰拱填充结构开裂病害隧道为例,采用数值模拟和现场实测的方法,研究案例隧道仰拱填充结构开裂机理,并提出该类隧道病害的整治措施。研究结论:(1)水压力作用下,仰拱填充结构裂缝上宽下窄,呈"V"字型,仰拱填充面出现中间上抬、两侧下沉现象,裂缝主要出现在仰拱填充面隧道中心线附近,沿隧道中心线分布,在边墙附近未见裂缝;(2)该隧道仰拱水压力最大值,数值计算和现场测试结果分别为0.213 MPa、0.2 MPa;(3)若只考虑围岩压力,不会导致仰拱填充结构出现裂缝;若考虑围岩压力与水压力共同作用,最大主应力极值出现在填充结构上部靠近隧道轴线位置,为拉应力,且最大主应力极值会大于素混凝土的极限抗拉强度,会产生拉裂缝;(4)在既有隧道仰拱水压力较大段落,可采取在仰拱及填充结构中配筋、刚性袖阀管注浆加固基底,并对隧底地下水进行排导的综合整治措施;(5)该案例隧道仰拱填充结构开裂病害经整治后,由近几年的情况来看,本文提出的整治措施效果良好,可供类似的病害隧道整治参考。     

岩溶地区隧道仰拱开裂的整治

武九线某隧道运营开通后,由于集中强降雨造成隧底局部地下水位上升,地下水对仰拱形成较大水压力,导致仰拱结构裂损及对应段落线路轨面高程发生变化。通过对该隧道仰拱及填充的处理,取得注浆预期效果。     

重载铁路隧底结构病害特点及疲劳损伤机理分析

现场调查结果表明,隧底结构病害主要为隧底下沉、翻浆冒泥、侧沟外挤、混凝土破损和混凝土不密实,隧底病害连续长度多集中在3～9 m区间,围岩越差隧底结构病害越严重,隧底病害的影响因素主要为大轴重、围岩缺陷和地下水作用。基于通过疲劳寿命曲线预测铁路隧道结构疲劳损伤的方法,建立计算模型对重载线路疲劳损伤过程进行模拟分析。结果表明:在重载列车长期荷载作用下隧底结构道床、仰拱填充层和仰拱均依次出现了损伤;运行12年后重载线路道床最早出现损伤,轨枕下方损伤影响范围由上至下逐渐增大。     

重载列车作用下隧底结构动力响应分析

重载列车作用会导致铁路隧道基底结构动力响应不断增大，从而使基底结构产生破坏。采用数值模拟方法，建立单、双线隧道-围岩耦合计算模型，对重载列车作用下单、双线隧道动力响应随深度变化规律进行研究，对列车轴重、行车速度和填充层厚度对隧底结构动力响应特性的影响规律进行计算分析。结果表明：隧道横断面上的拉应力沿深度方向先增大后减小，在初支部位达到峰值，单线隧道轨下断面为最不利断面，双线隧道中线断面为最不利断面；随轴重增加，隧底仰拱各特征点竖向位移及填充层最大主应力响应均呈现线性变化趋势；随列车速度增加，各特征点竖向位移略有增大，但幅值变化不大；随填充层厚度增加，隧道仰拱最大加速度及最大主应力均呈减小趋势。     

膨胀性地层铁路隧道衬砌结构及防排水措施优化建议

结合膨胀性地层铁路隧道病害概况以及单、双线铁路隧道断面、防排水设计现状,提出相应的衬砌结构及防排水措施优化建议。衬砌结构的优化建议如下:对单线隧道而言,适当增大其边墙曲率、仰拱矢跨比,提高边墙、仰拱的强度和刚度;对双线隧道而言,适当增大其仰拱矢跨比,提高仰拱的强度和刚度;隧道仰拱处二次衬砌应采用钢筋混凝土,同时在隧道仰拱填充中增设格栅钢架或在隧道仰拱填充顶部增设钢筋。防排水措施的优化建议如下:将设置在仰拱填充内的中心水沟下移至仰拱下方,在仰拱下方设中心水沟或改设为排水渗沟,可将隧道衬砌背后积水均引入仰拱下方的中心水沟排出洞外;而改设的中心渗沟主要用于排出仰拱下方积水。     

某膨胀性围岩地层铁路隧道仰拱上拱原因分析及整治

某隧道长10 649 m,设计行车速度250 km/h,采用双块式无砟轨道结构,洞身通过地层主要为白垩系下统泥岩,局部夹薄层砂岩;在铺轨完成后,隧道局部段落基底出现不同程度上拱,导致无砟轨道道床板与仰拱填充表层脱空,仰拱及填充层开裂,轨道结构几何状态发生变化。通过现场调查、基底钻探、取样化验及局部破检探查等手段,查找、分析病害原因,根据病害情况及整治工期要求,分别采取仰拱返工、基底钻孔桩加固或锚杆加固等方式进行处理,如期完成了整治,确保线路开通运行。     

重载铁路特长单线隧道长仰拱施工技术研究

重载铁路特有的总重大、运量大、轴重大、密度高的行车特点,对隧道仰拱破坏力极大,越来越多的隧道基底出现开裂、破损、下陷及翻浆冒泥等病害,对运营造成极大的影响,因此对仰拱的施工质量要求高。本文依托蒙华重载铁路崤山隧道,在工期紧、单线作业空间小且安全步距的限制条件下,进行24 m全液压履带式栈桥工装设计改造,运用MIDAS软件建模进行稳定性计算分析。在全线第一长隧付诸实施,避免了施工干扰、加快了仰拱施工进度、解决了仰拱弧形模板安拆不便的难题,减少了仰拱混凝土环向施工缝、保证了仰拱的整体性、提高了仰拱的施工质量,保证了洞内施工交通运输安全,节省劳力、操作简单,可为今后其他类似工程提供借鉴。     

富水岩溶隧道隧底排水适应性研究与应用

以武九客运专线（武汉—九江）石马寨富水岩溶隧道为工程依托，通过数值模拟分析了仰拱下设置中心排水沟、仰拱填充层内设置中心排水沟两种排水方式下地下水渗流场、衬砌水压力分布规律和隧道结构受力特征。结果表明：仰拱下设置中心排水沟时因排水沟与排水孔共同排水，可明显减小隧底围岩孔隙水压力，仰拱承担的水压力较小，在高压富水条件下可有效降低仰拱隆起、翻浆冒泥等风险；与仰拱填充层内设置中心排水沟相比，仰拱下设置中心排水沟时仰拱中心处弯矩显著减小，边墙、仰拱部位安全系数明显增大，仰拱填充层与仰拱协同受力，隧底结构整体性增强。现场应用结果表明，仰拱下设置中心排水沟虽工序稍复杂，但防排水效果好，可在富水岩溶隧道中推广应用。     

水泥土排桩加固重载铁路路基的数值分析

研究目的:随着对铁路运输能力要求的提高和重载铁路的发展,铁路机车车辆轴重增大、运量增加、速度提高,铁路路基病害问题日益突出,因此需要探索一种在线路运营条件下路基结构的快速加固方法。本文采用基于Mohr-Coulomb的理想弹塑性模型对水泥土排桩加固重载铁路路基进行数值模拟,明确水泥土排桩对重载铁路路基变形的控制作用、加固效果以及水泥土排桩加筋对加固重载铁路路基的影响。研究结论:通过对水泥土排桩加固重载铁路路基的数值分析,得出以下结论:(1)路基顶面最大沉降值在重车线路中心线处;(2)水泥土排桩能有效地控制路基面的沉降和路基坡面的水平位移,并随着水泥土排桩排数的增加,对路基变形的约束作用越来越明显;(3)水泥土排桩加筋后明显的分散了水泥土排桩受到的拉应力,有效地提高了水泥土排桩的整体性;(4)加筋水泥土排桩是一种有效的加固方法,可以应用于重载铁路路基在运营条件下的快速加固。     

重载铁路隧道基底脱空条件下服役状态影响研究

隧道基底在重载列车动力荷载的长期循环作用下,将不可避免地出现累积损伤、疲劳破坏以及基底围岩脱空等现象。为了揭示重载铁路隧道基底脱空对仰拱结构的影响,采用数值模拟方法建立动载-隧道-围岩三维数值动力学模型,探明不同基底脱空状态下重载铁路隧道过车时基底结构的动力响应特征,并基于弯拉状态下的混凝土S-N曲线得到不同脱空状态下仰拱结构的疲劳寿命。研究结果表明：列车通过隧道时仰拱结构不同部位的各响应时程曲线呈现出波动起伏的峰谷交替现象,反映了重载列车车轮滚动通过的循环加载-卸载效应。基底脱空将使得过车时隧道仰拱的竖向沉降量以及最大主应力均有不同程度的增加,对隧道运营产生不利影响。基底结构受脱空宽度的影响较大,而受脱空深度的影响并不显著,在相同脱空深度下,仰拱的竖向沉降幅值随着脱空宽度的增加变化十分明显。基底脱空宽度对重载铁路隧道结构服役状态及运营寿命影响显著,为满足隧道运营的设计使用年限要求,V级围岩条件下隧道基底脱空宽度不能超过2 m,超限则必须及时进行整治,限制脱空的发展。同时在隧道建设过程中,若隧道基底围岩级别弱于IV级,应采取有效措施进行加固。     

重载铁路隧道基底病害微型桩加固技术研究

结合我国重载铁路隧道基底病害特点,提出了一种隧道基底微型桩加固技术。同时,利用大型有限元软件ANSYS建立隧道基底微型桩加固分析模型,采用30 t列车动压应力实测值模拟重载列车竖向动荷载,着重分析了30 t重载列车通过隧道基底病害区段时微型桩的加固效果,结合某隧道现场测试与混凝土检测结果以及新旧混凝土结合面强度统计分析结果,提出了基底采用微型桩加固基底混凝土厚度要求,为今后采用该法进行基底加固提供借鉴。     

30t轴重条件下隧道技术标准研究

研究目的:货运重载是铁路发展的趋势之一,目前我国重载列车的轴重是25 t,近期的发展目标是轴重达到30 t.轴重增加将使轨道和轨下基础承受较大的荷载,也将增加隧道基底病害的发生几率.因此需要深入研究轴重增加对隧道基底结构的影响,研究30 t轴重下隧道的技术标准.研究结论:以客货混跑的太行山隧道为基础进行重载铁路隧道的断面设计基本上是可行的;重载铁路隧道应取消单纯的铺底结构,在Ⅲ级以上围岩设置仰拱,且仰拱的矢跨比和厚度应不低于客运专线隧道标准;由于重载列车荷载的复杂性和围岩的千差万别,在制定30 t轴重条件下隧道技术标准时需要结合目前重载线路进行大量现场测试.     

斜向旋喷桩加固重载铁路路基效果研究

以斜向旋喷桩加固朔黄重载铁路路基为工程背景,运用ABAQUS软件建立三维有限元模型,对比分析均布荷载作用下斜向旋喷桩加固路基前后路基内附加应力分布、路基面沉降的变化规律。研究结果表明:斜向旋喷桩加固路基后,在桩-土交界区域存在应力集中现象,尤其在桩底区域应力集中现象最明显。斜向旋喷桩加固后沿横截面方向不同位置处的附加应力值均较加固前降低,应力分布更加均匀,斜向旋喷桩具有明显的支撑加筋作用。斜向旋喷桩加固后,路基面各位置沉降值明显降低,斜向旋喷桩对降低静荷载作用下路基面的沉降具有积极作用。研究结果为进一步揭示斜向旋喷桩加固效果和朔黄重载铁路扩能改造工程提供参考。     

嵌岩桩桩端极限承载力研究

应用广义非线性统一强度理论和滑移线场方法,基于Meyerhof求解深基础极限承载力方法得出的地基破坏滑移面模式,推导出嵌岩桩桩端极限承载力公式,并对承载力随滑移面倾角及嵌岩比的变化规律进行研究,分析嵌岩比、中主应力系数、过载系数等因素对桩端极限承载力的影响。结果表明:桩端极限承载力系数随着嵌岩比的增加而呈非线性递减趋势,且递减幅度越明显。随着中主应力系数的增大,极限承载力也随之提高。承载力系数在嵌岩比n较小时,随着过载系数hm的增大而增大;当嵌岩比n较大时,则随hm的增大而减小。现行规范所定义的桩端承载系数偏于安全。     

BIM辅助铁路隧道施工方案可视化设计应用

基于BIM技术的3D可视化设计环境和4D虚拟仿真环境,研究BIM辅助施工方案可视化设计和虚拟推演的方法和流程,以及施工方案的环境、结构和施工设施等三维数字模型设计原则。针对铁路隧道仰拱与仰拱填充施工特点,利用BIM辅助施工方案可视化设计,建立施工方案的三维数字模型,优化设计仰拱与仰拱填充快速施工装备与工艺,模拟方案的施工过程。结果表明,BIM辅助铁路隧道施工方案优化设计,取得了很好的效果。     

高速铁路黄土隧道内轨道板上拱机理及整治方案

采用现场钻探、调查等方法对高速铁路黄土隧道运营前洞口段轨道板上拱现象进行分析,研究轨道板上拱机理,并给出相应处理方案.分析结果表明:中心水沟渗漏导致地基土含水率增大是轨道板上拱的主要原因;隧底湿陷性新黄土受水浸泡软化,仰拱填充层开裂,明洞段受其两侧暗洞段与路基桩板纵向挤压作用产生隆起;受水浸泡后,寒季冻涨作用使轨道板上拱.整治前隧道进口洞门段轨道板上拱最大值为12.9 mm,采用旋喷桩对隧道仰拱底予以加固并采取隧道疏排水措施后上拱现象消失,说明该措施可有效控制轨道板上拱变形.     

深部缩径缺陷桩的透明土模型试验研究

针对传统室内模型试验无法了解缩径桩桩周土体内部位移场的缺点,利用透明土和粒子图像测速技术研究深部不同缩径参数对单桩承载特性和桩周土体位移场的影响.通过对比分析完整桩和缩径桩的荷载-沉降曲线以及桩周土体位移场发现:缩径径向尺寸对基桩极限承载力的影响大于缩径长度;当荷载达到极限承载力时,桩端土出现扇形的位移面,桩顶周围的桩...     

钢筋笼上浮影响桩承载力的检算与测试

大连轻轨工程某桥26^#墩3^#钻孔桩在施工中钢筋笼上浮2m，此外，基岩面较设计提供的资料提高1m。经技术分析、按规范要求进行单桩承载力的检算并进行承载力试验，最后确认该桩能满足使用要求。     

重载铁路路基斜向注浆挤密桩加强效果研究

在重载铁路既有线扩能改造及重载铁路路基加强的背景下,以重载铁路路基为研究对象,针对路基经斜向注浆挤密桩加强前后的静动力效果变化,运用有限元模拟软件Plaxis中的塑性分析计算模块和动力分析模块对其进行数值分析研究。研究结果表明经斜向注浆挤密桩加强后的重载铁路路基静力变形减少20%,动力响应值降低30%,表明斜向注浆挤密桩对重载铁路路基的加强效果明显,具有可行性。     

重载铁路软弱基底黄土隧道仰拱开裂整治及隧底加固

为解决某重载铁路长大、有水黄土软弱基底隧道仰拱开裂病害,首先开展了裂缝分布、混凝土结构质量及围岩地质情况详勘。在此基础上分析隧道仰拱开裂的原因,有针对性地提出引排水、裂缝注浆堵裂、钢花管注浆加固隧底、仰拱表面敷设钢筋网加强的整治措施,有效解决了出现的问题,为同类问题的预防及处理提供了一定经验。