高水压单线铁路隧道二次衬砌水压设计限值研究

随着我国高速铁路建设的快速发展,深埋长大山岭隧道的修建数量明显增加,隧道遭遇高水压的问题也更为突出。如何合理地进行高水压隧道的衬砌设计,是目前隧道工程界重点关注的问题之一,其中二次衬砌水压预测及设防等级的确定是制约设计的关键环节。文章通过对已建典型高水压隧道的分析及理论计算,研究了高水压隧道二次衬砌水压设计的限值。研究表明:(1)高水压隧道衬砌的设防等级应有一个上限;(2)二次衬砌厚度取值以不超过1 m为宜,继续增大厚度对提高结构安全性效果不明显;(3)单纯通过提高混凝土强度来达到提高二次衬砌结构承载力的目的并不是很理想,高水压隧道二次衬砌合理强度等级以取C40~C50为宜;(4)从衬砌安全性综合考虑,高水压隧道抗水压的最大限值以取1.2 MPa为宜,不宜过大。当实际预测水压超过此值时,应采取综合措施将衬砌水压调整在合理范围内。     

白山隧道塌方处治技术及其监测结果分析

白山左线隧道施工中,针对塌方发展过程和塌方机理,实施了一套基于"地表排水、围岩注浆、衬砌增强、基底防降"的塌方综合治理方案。文章分析了方案实施后的地表沉降、拱顶下沉、拱腰和边墙水平收敛的位移变化规律,以及初期支护背后水压力、初期支护与围岩的接触应力、锚杆轴力、型钢拱架应力及二次衬砌混凝土应力的发展趋势。结果表明:在软弱围岩地段,拱墙二次衬砌的施作显著改善了初期支护与围岩的接触应力,有效地减小了地表沉降及隧洞周边位移;同时,拱墙二次衬砌能有效地分担锚杆和型钢拱架的的部分荷载,改善仰拱二次衬砌的受力状况;塌方综合治理方案效果较好,保障了该隧道剩余塌方段的安全施工。     

齐岳山隧道大断层地段隧道结构长期安全监测分析

宜万铁路齐岳山隧道因其地质复杂、水压较大,结构设计经过多次优化,为了解施工期及运营期的结构安全情况,在断层段选取3个断面进行了水压力、围岩与初期支护间接触压力、初期支护内力、初期支护与二次衬砌间接触压力、二次衬砌内力等5个项目的长期监测,截止目前已监测41个月.监测数据表明,各监测值远低于设计值,变化波动较小,表明施工措施得当.文章针对宜万铁路齐岳山隧道F11大断层段施工期及运营期监测结果进行了分析和研究.     

隧道衬砌脱空及厚度不足的原因分析与防治措施初探

隧道衬砌脱空及厚度不足是隧道施工及运营过程中常见的质量缺陷,存在极大的质量安全隐患。基于此,文章从隧道开挖、初期支护、防水板施工、模板安装、混凝土浇筑及养护质量等方面进行了分析和总结。结果表明,影响隧道二次衬砌脱空的因素涉及隧道施工的各个环节,必须从各环节加以严格管控;带模注浆、及时进行第三方检测以及改进衬砌混凝土施工工艺和研究开发新材料新设备对防治隧道衬砌脱空及厚度不足具有明显的效果。     

高水压富水山岭隧道设计浅谈及工程实例

通过对地下水渗流场的理论分析,结合宜万线齐岳山隧道高水压富水地段现场具体处理情况,得出高水压富水隧道设计应注意的主要原则:"以堵为主,限量排放"是高水位富水隧道设计应遵循的基本原则,限量标准应根据隧道区域内具体情况类比确定;地层注浆是实现限量排放的主要方式,确定注浆加固圈范围时应确保注浆帷幕体自身的稳定;排水系统是衬砌结构设计中不可缺少的一部分,在完善可靠的排水系统下,衬砌结构承受的外水荷载能较大幅度地进行折减。     

超大断面隧道在双层初期支护下的拆撑安全性研究

目前多线隧道及超大断面隧道的修建呈发展趋势。但在施作二次衬砌时,临时支撑的拆除将是整个结构受力转换的薄弱点,故保证拆撑过程中的结构安全具有重要意义。鉴于目前国内外关于超大断面隧道双层初期支护下的拆撑安全性分析仍缺乏系统的研究,文章结合实际工程,采用以数值分析为主,现场实测印证为辅的方式,对新考塘隧道拆撑时两层初期支护的内力演变以及各自的安全性进行了分析,初步证明了双层初期支护对于拆撑过程安全性的控制效果。研究结果表明:(1)在支护厚度和纵向一次性拆撑长度保持不变时,拆撑前后的安全系数表现为:双层初期支护下的二次初期支护双层初期支护下的一次初期支护单层初期支护。安全系数的变化幅度表现为:双层初期支护下的一次初期支护单层初期支护双层初期支护下的二次初期支护;(2)在支护形式相同时,随着一次性拆撑长度的增加,其安全系数呈现先增大后减小的趋势。根据各工况计算结果,该工程合理的一次性拆撑长度为9 m左右。     

海底隧道涌水量的预测及其应用研究

文章采用理论分析方法,推导了均质围岩中海底隧道注浆圈外表面、衬砌外水压力及涌水量的理论解析公式,并分析了涌水量与各量值之间的关系。通过对地下水渗流场数学模型研究,采用等效连续介质模型用数值方法分析了隧道渗流场的分布,计算出海底隧道的每延米涌水量,并与理论解析解进行了对比分析。结果表明,海底隧道的涌水量不仅与围岩和注浆圈的渗透系数的比值关系密切,而且还与隧道的半径、远场水压力、注浆圈的半径有关;数值计算所得结果与理论解析公式计算得到的涌水量基本一致;为了确保海底隧道施工及运营的安全,应采取"以堵为主,限量排放"的治水方案。     

隧道单层衬砌结构水压力特征研究北大核心CSCD

针对隧道单层衬砌材料性能、结构受力状态等的研究成果较多,但对于水压力分布特征的研究较少。基于此,以单层衬砌喷混凝土单一结构和复合式夹心结构为研究对象,基于渗流连续性方程和达西定律,推导了水压力计算公式,分析了喷混凝土层渗透系数、单层衬砌厚度等因素对水压力的影响规律。研究结果表明:(1)进行单层衬砌设计时,应采用围岩注浆等措施减小围岩渗透系数,设置必要的排水措施,不宜特别强调外层喷混凝土层的抗渗能力,以降低单层衬砌结构水压力;(2)单层衬砌厚度在满足围岩荷载和自重荷载作用的前提下,宜尽量减小厚度,建议厚度不超过40 cm;(3)复合式夹心结构的内层厚度应小于外层厚度的4/5。     

宜万铁路别岩槽隧道F3 断层突发性涌水治理

宜万铁路别岩槽隧道F3断层在初期支护完成后,由于受地表强降雨影响,突发大规模涌水,使初期支护严重变形。文章主要介绍了F3断层的涌水事故、应急预案,以及通过采取“径向注浆加固-初期支护加强-及时施作二次衬砌”等综合技术措施,有效地治理了F3断层涌水-变形段。     

富水弱胶结地层地铁隧道裂隙水涌水量分析

针对复杂地质条件下浅埋地铁隧道裂隙水涌水量预测问题,文章以青岛地铁2号线枣李区间隧道为工程背景,基于等效连续介质模型,利用复变函数理论转换岩土体渗流区域和边界条件,推导了适用于浅埋地铁隧道涌水量的计算公式,确定了合理注浆圈参数;并建立了地铁隧道涌水量计算模型,通过流固耦合分析研究了不同注浆圈厚度条件下地铁隧道涌水量变化规律,验证了工程现场实测数据和数值模拟结果与理论解析值的吻合度。结果表明:隧道涌水量随着注浆圈厚度的增大或渗透系数的减小而降低;考虑到地铁隧道涌水量控制标准、经济合理性等要求,确定注浆圈厚度为4 m、渗透系数为0.009 8作为最优合理注浆圈参数;地铁隧道涌水量计算公式解析值与模拟值、实测值在误差允许范围内基本吻合,验证了计算公式的正确性和适用性。     

九度地震区公路隧道二次衬砌结构抗震综合措施研究

为对九度地震区公路隧道二次衬砌结构抗震措施的研究提供参考和借鉴,文章基于Hilber-HughesTaylor时间积分法及等效粘弹性单元动力边界条件,以穿越九度区的公路隧道为研究对象,从实际工程设计受力的角度对公路隧道的四种抗震措施,即增加二次衬砌的配筋量,增大二次衬砌的厚度,将马蹄形断面优化为圆形断面,在初期支护与二次衬砌之间增设橡胶减震层,进行了具体抗震计算和分析,得到了四种抗震措施的实际抗震效果及其优缺点。为了将抗震措施的优点利用最大化,提出了通过适当增加配筋和在初期支护与二次衬砌之间设置适当厚度减震层的抗震综合措施。利用上述研究成果,根据九度区可能出现的不同峰值加速度(0.1g~0.9g)的地震波作用下二次衬砌的受力情况,分别提出了针对性的抗震措施,以达到既经济又显著的抗震效果。     

基于两种拱盖法修建的青岛地区上软下硬岩质地层大跨隧道结构稳定性研究

拱盖法是基于纵深刚度差异较大的“上软下硬”地层条件,在充分吸取盖挖法、双侧壁导坑法等工法的成功经验或者不足之处的基础上发展起来的一种暗挖大跨隧道修建技术,拱盖法主要有双层初期支护拱盖法和二次衬砌拱盖法。文章以青岛地铁某暗挖大跨车站为例,结合站址范围内上软下硬复合地层的特征,通过数值方法对两种拱盖法修筑的隧道结构稳定性进行分析研究。结果表明:1)二次衬砌拱盖法采用纵向9 m拆撑安全步距施工时,外层初期支护棚护作用的“空间刚度效应”不足以弥补其拱盖的“拱”效应,双层初期支护拱盖法修筑技术更有利于隧道变形控制;2)隧道下部岩体开挖时拱盖结构的承载、保护作用显著,但在相同等地质环境条件下,二次衬砌拱盖法施工对拱脚岩体的塑性破坏作用更明显,换言之即二次衬砌拱脚对岩基的强度和刚度要求更高;3)初期支护拱盖法结构受力控制部位为拱肩及拱脚,二次衬砌拱盖法结构受力控制部位为拱脚,后者拱脚控制内力约为前者的1.56倍,前者的“梁”效应比较明显,后者的“脚”效应比较明显;4)为地铁百年服务工程安全计,建议优先考虑采用双层初期支护拱盖法施工。     

鹧鸪山隧道二次衬砌开裂机理及支护时机探讨

隧道二次衬砌开裂成因复杂,只有分清隧道二次衬砌开裂原因,才能对其提出合理的处治对策,以保证隧道施工、运营安全。文章以某高速公路(炭质)千枚岩隧道为例,基于隧道出口段二次衬砌开裂特征,结合现场监控量测以及工程地质条件,分析该隧道二次衬砌开裂主要原因是围岩地质条件差、围岩级别低且二次衬砌施作过早。然后进一步采用数值计算分析不同二次衬砌施作时机下的应力特征,结果表明:二次衬砌施作过早导致边墙和拱腰附近二次衬砌内侧产生较大的拉应力,且二次衬砌施作越早,拉应力越大,这将导致二次衬砌张拉开裂;在初期支护变形量为隧道最终变形收敛值的65%~70%之后施作二次衬砌较适宜。建议在类似隧道施工中加强监控量测,严格控制二次衬砌支护时机。     

复合式衬砌若干问题探讨

复合式衬砌已成为矿山法隧道衬砌的主要形式,但是一些认识上的误区,对其设计和施工均有不同程度的负面影响。文章强调初期支护在复合式衬砌中的重要性,指出初期支护是我国矿山法隧道工程中的薄弱环节,并探讨了二次衬砌的功能和设计中应考虑的因素。此外,还就复合式衬砌质量管理的重点——衬砌的整合性问题进行了论述,根据基面平整度提出了防水板柔度指标,对比分析了喷膜防水与挂板式防水效果的优劣。     

双线铁路隧道Ⅳ级围岩深埋地段二次衬砌采用素混凝土结构的方案论证

兰渝铁路隧道Ⅳ级围岩深埋地段采用复合式衬砌,其二次衬砌在初步设计时为钢筋混凝土结构,后经对设计参数的工程类比及隧道力学分析,将二次衬砌改为C35素混凝土结构.经过兰渝线三年的施工实践证明,二次衬砌取消钢筋后,初期支护及围岩变形在容许范围内,衬砌结构安全度达到要求,取得了预期的技术经济效益.     

乌鞘岭特长隧道软弱围岩大变形特性研究

乌鞘岭特长隧道全长20050m,是我国目前正在修建的国内最长的单线铁路隧道.隧道施工中发生了严重的围岩大变形,主要表现为隧道中部岭脊地段F4～F7断层构成的"挤压构造带"在深埋高地应力条件下的软弱围岩大变形,拱顶最大下沉及侧壁最大水平收敛变形量均达1000mm以上,导致初期支护开裂破坏并严重侵入衬砌净空等,不得不将初期支护全部或部分拆除重做,再施作二次衬砌.文章对隧道区域工程地质环境、软弱围岩变形力学特性及初期支护破坏规律、围岩变形的影响因素等进行了分析研究,并讨论了隧道围岩加固、初期支护预留变形量与二次衬砌施作时机等问题.     

公路隧道洞口段支护结构加强设计优化研究

结合目前公路隧道洞口段支护结构加强设计存在的问题,文章从洞口段与洞身浅埋段的围岩特性、荷载作用特点入手,基于超前管棚、初期支护、二次衬砌的作用机理,分析了支护结构在不同围岩条件下的作用特点,给出了洞口加强段和洞身浅埋段衬砌设计的合理化建议。主要得到以下结论:(1)洞口段围岩破碎,自稳能力差,超前支护为围岩早期稳定提供条件,初期支护为主要承载结构,二次衬砌承担部分荷载并提供一定的安全储备;由于洞口段衬砌上覆荷载较洞身浅埋段小得多,不宜加强二次衬砌,因此洞口加强段衬砌设计应以加强超前支护与初期支护为主。(2)洞身浅埋段围岩较完整,有一定的自稳能力,二次衬砌为主要承载结构,初期支护主要发挥与围岩粘附的协同作用;洞身浅埋段衬砌设计应以加强二次衬砌为主,并要控制施作时机。     

某富水断层隧道涌水治理方案优化分析及工程应用北大核心CSCD

以武九高速高楼山公路隧道为例,针对以断层破碎带为主控因素的隧道突水治理问题展开数值分析研究。基于FLAC 3D有限差分法及流固耦合分析原理,研究了导水洞排水、注浆堵水和排堵结合等不同治理方式对隧道涌水量及围岩稳定性的影响。结果表明:对于富水断层隧道发生A、B级别的大量涌水时,建议同时采取导水洞排水、注浆堵水的排堵结合措施,导水洞设置在近断层处,且与隧道相对距离为0.75(D+l),注浆圈厚度控制在7 m以内,注浆圈相对渗透系数比不超过10,既能降低涌水量,又能保证围岩的稳定性;对于C级涌水隧道,可采取注浆措施,注浆厚度不低于3 m,相对渗透系数不低于20;对于D级及以下涌水隧道,采取常规抽排水措施即可。     

苏家湾隧道初期支护变形侵限处理措施及施工工艺的研究

文章针对苏家湾隧道发生的初期支护变形侵限的病害,通过对隧道洞身地质条件的分析,并利用有限元软件MIDAS-GTS对隧道初期支护结构及二次衬砌进行了验算,确定出控制隧道初期支护变形的支护参数;并提出施工前加强对隧道中线顶部地表的地形地貌调查,完善排水系统、隧道内加强支护系统、适当加大预留变形量,并加强监控量测等施工工艺和处理措施。     

高地应力软岩大变形小净距隧道支护形式及施工顺序探讨

山岭铁路受地形影响及车站设置需要,车站延伸到隧道的实例越来越多,燕尾式的隧道平面布置形式是其中最常见的一种,在小净距隧道施工时由于后行隧道对先行隧道的影响,造成初期支护、二次衬砌开裂及仰拱隆起等问题。文章以兰渝铁路新城子隧道两单线小净距段施工为例,分析探讨了高地应力、软岩大变形、小净距隧道支护形式及左右洞仰拱与二次衬砌的施工顺序,可为类似隧道施工与管理提供借鉴。