深埋软弱围岩隧道支护结构可靠性研究

研究深埋软弱围岩隧道支护结构的可靠性。构建了隧道结构的可靠性评价体系,采用蒙特卡罗概率设计以及有限元分析方法对深埋软弱围岩隧道支护结构的可靠性进行了分析,并讨论了可靠性分析结果表征,给其他深埋软弱围岩隧道支护结构的可靠性评价提供参考。     

基于连续介质模型的海底隧道支护结构受力特征

在含水地层中开挖隧道,地下水的存在一方面会影响隧道周边地层的力学参数,另一方面也会在围岩中产生渗流体积力,进而影响地层的应力和位移．对于埋深较浅而水压力较高的海底隧道而言,支护结构除承受围岩压力外,还要承受很高的水压力．支护结构的受力特征受隧道围岩和支护结构间接触面剪应力、隧道项板厚度、水深、围岩侧压力系数以及支护结构的厚度和刚度等因素的影响,而经典隧道支护结构内力弹塑性解假设的边界条件与实际情况相差很大．文中阐述了弹性力学应力函数法推导支护结构内力的解析解,并采用数值分析方法研究了海底隧道支护结构的受力特征．通过FLAC3D程序验算了厦门翔安海底隧道V级围岩海域段支护结构的内力,比较分析了断面形状对支护结构受力的影响．     

大断面黄土隧道初期支护合理施作时机

支护结构的合理设计是大断面黄土隧道设计的关键环节,结合在建铁路黄土隧道,采用数值模拟,分析大断面黄土隧道在不同初期支护时机情况下,支护结构、围岩受力状态和力学行为的变化情况．以控制围岩变形为核心,对大断面黄土隧道施工中,初支施作时机的选择给出了合理的建议．通过现场监测手段,得到了黄土隧道初期支护受力规律：黄土具有明显的流变特性,支护结构的受力很大一部分来自围岩流变产生的附加荷载;支护结构受力在空间分布上并不均匀对称,这些在设计中都应加以考虑．     

长沙火星南路天际岭隧道施工监控量测

通过对天际岭隧道施工的监控量测,掌握了隧道施工过程中地表沉降、围岩和支护结构的工作动态,为支护结构形式、支护参数和支护时间的确定提供了依据,并对预设计和施工的合理性进行了评估和信息反馈。     

破碎围岩偏压隧道合理施工方法研究

破碎围岩段偏压隧道施工时,较多采用双侧壁导坑法,预留核心土对在开挖过程中隧道的围岩变形和支护受力有很大影响,对隧道围岩稳定性起着至关重要的作用.针对重庆境内的某浅埋偏压隧道在施工中的合理工法和安全性保证问题,系统比较分析了上下台阶法施工和预留核心土施工对隧道围岩的应力场、位移场、塑性区和支护结构内力影响.通过计算结果表明,预留核心土施工具有明显的优点,其不但减小了隧道围岩的净空位移,控制了塑性区的发展,而且改善了支护结构的受力,使其更加趋于均匀合理.研究成果与现场施工实际相吻合,为偏压破碎围岩隧道开挖实践提供了理论分析依据.     

渔寮隧道围岩内部位移与支护结构受力分析

基于风化节理岩层中渔寮隧道的实测围岩应力,围岩变形以及支护结构受力等数据,结合解析公式计算以及数值模拟的结果,从围岩松动圈半径,支护结构变形与受力评价了围岩稳定性与支护效果。结果表明:渔寮隧道出口段围岩条件较好,最大围岩内部变形达7.71 mm,推测拱顶松动围圈岩厚度半径达3.1 m,拱腰、拱肩处松动圈围岩厚度大于4.0 m,锚杆轴力的分析反映出围岩松动范围内的锚杆受力较大;支护结构受力特征分析表明因隧道拱顶、仰拱处围岩变形较大而传递给支护结构的附加荷载导致其受力增加;数值计算结果显示不同工序打设的锚杆变形存在明显区别。基于围岩变形规律与支护结构受力分析结果,提出了相应的施工措施与支护结构优化意见。     

公路隧道穿越软弱破碎围岩段力学特性研究

为深入研究公路隧道穿越软弱破碎围岩段施工过程中的力学特性,依托某高速公路隧道,利用数值模拟手段分别对软弱破碎围岩段上下台阶法、双侧壁导坑法两种工况下支护结构应力情况进行了研究,通过对比分析可知,采用双侧壁导坑法开挖软弱破碎围岩段隧道时,其支护结构应力普遍小于上下台阶法开挖,由此可见双侧壁导坑法有效提高了软弱破碎围岩隧道的整体稳定性,力学性能更优。     

软岩隧道拉锚结构数值分析与支护机理研究

为研究拉锚结构在软岩公路隧道的支护效果并推进其应用发展,针对两台阶法开挖的Ⅴ级围岩公路隧道,使用FLAC3D进行数值分析。根据拉锚结构构件连接方式,提出拉锚结构模拟方法并建立模型,对4种不同支护方法的隧道围岩位移、应力和支护结构受力特性进行了对比分析,总结拉锚支护的结构受力特性和支护机理。结果表明:拉锚支护在改善围岩应力状态、减少隧道位移和发挥支护结构效用3个方面均最优;拉锚支护能够明显改善拱腰处应力状态和变形情况;拉锚支护的锚杆所受轴力大于传统支护,其轴力大小分布从杆尾到杆端越来越大;拉锚支护的横向钢带在各点的应力均大于钢拱架,尤其在拱腰处。     

浅埋软弱大断面隧道围岩与支护结构协调变形研究

浅埋软弱地层大断面隧道围岩变形常面临持续时间长、变形量大等问题,明确支护结构与围岩间的变形协调关系是避免大变形对工程带来不良影响的关键。探讨了软弱围岩中修建大断面隧道时所面临的难题和挑战,提出了围岩与支护结构协调变形假定。研究结果显示隧道结构的协调变形及结构挠曲变形是造成大变形的主因;台阶法引起的大变形包括整体沉降与支护挠曲变形,初期支护上台阶部位主要为下沉,而侧墙部位表现为挠曲;分部开挖变形主要是整体沉降,支护结构挠曲变形效应相对微弱。基于上述研究成果提出大变形防治措施,克服了传统预留变形量的局限性,取得了良好的效果。     

隧道系统锚杆设计计算理论研究

隧道系统锚杆的设计大多采用工程类比法,没有充分考虑到围岩对支护结构的影响.隧道围岩和支护结构作为一个统一的整体,二者共同组成"围岩-支护"体系参与作用,并通过承压拱机理,对隧道系统锚杆的设计计算理论进行研究,从而确定其合理参数,降低建设成本。     

隧道系统锚杆设计计算理论研究

隧道系统锚杆的设计大多采用工程类比法,没有充分考虑到围岩对支护结构的影响.隧道围岩和支护结构作为一个统一的整体,二者共同组成"围岩-支护"体系参与作用,并通过承压拱机理,对隧道系统锚杆的设计计算理论进行研究,从而确定其合理参数,降低建设成本。     

高应力软岩隧道衬砌结构探讨

在高应力软岩段,围岩压力大、围岩变形具有明显的时间效应,高地应力软岩隧道的支护结构要能够适应、协调围岩的大变形,释放围岩的压力,同时保障结构本身能够持续不断提供支护阻力而又不出现开裂、塌方现象。以某高速公路高应力软岩段为例,隧道支护结构采用临时防护罩+刚性初期支护+二次衬砌的组合型式,并通过数值计算、现场监控量测等方式验证了方案的合理性,对类似工程的设计有一定的借鉴意义。     

大跨城市隧道施工三维有限元分析

针对城市大跨度隧道施工特点,考虑材料和几何非线性的影响,基于大型有限元分析软件Midas GTS,建立结构与围岩连成的三维弹塑性大变形计算分析模型,模拟隧道施工的过程,得出了隧道开挖不同阶段的围岩应力、变形的分布状态,据此对隧道稳定性进行评价。通过开挖过程的三维数值模拟,可了解大跨度隧道围岩应力分布、支护受力状态,剖析施工过程对围岩稳定的影响,从而为采取合理的措施调整支护参数提供重要依据和参考。     

佛岭隧道浅埋段围岩稳定性与支护结构体系工作性状

结合绩黄高速佛岭隧道施工,在隧道右线洞口处YK28＋216断面进行围岩变形和支护结构受力的监控量测,分析围岩变形引起的洞室稳定特性和支护结构体系工作性状,并总结浅埋段隧道围岩变形和结构受力特点,该分析结果对佛岭隧道施工具有指导意义,对类似隧道的浅埋段设计、施工及研究具有借鉴和参考价值。     

基于多任务学习和层次分析法的公路隧道支护方案优化设计

为提升公路隧道施工过程中支护的实时性和合理性, 以浙江省龙丽温高速的围岩地质特征和支护方案为研究背景。 分析围岩特征与支护参数的相关性, 确定了以围岩风化程度、 坚硬程度、 岩体完整程度、 地下水状态、 围岩稳定情况为输入围岩特征, 锚杆间排距、 锚杆长度、 喷混凝土厚度、 钢拱架型号为输出支护参数的多任务学习模型结构。 针对多任务学习模型获得的预测支护参数, 通过层次分析法评价预测支护参数中部分强于实际支护参数, 部分弱于实际的支护设计, 结果表明预测支护参数综合得分高于实际支护参数。 研究成果为实现公路隧道快速支护方案选型和评估提供了指导。     

考虑隧道围岩蠕变的复合式衬砌受力规律

将锚杆作用力视为体力作用于围岩内, 将初期支护与锚杆锚固范围内的围岩视为围岩加固体, 建立了围岩力学模型, 基于统一强度理论分析了隧道蠕变条件下的围岩应力与变形规律, 推导了复合衬砌应力与变形表达式, 分析了隧道围岩蠕变过程中支护结构受力特点及不同初期支护强度下二次衬砌受力变化规律。分析结果表明: 当初期支护按照“初期支护应与围岩共同受力且能保证施工阶段安全”的原则进行设计时, 在围岩蠕变作用下, 锚杆与喷射混凝土最大受力分别为48、286kPa, 与开挖阶段相比分别增大了57.5%、13.7%, 且超过支护结构最大承载力, 说明在进行初期支护设计时, 仅满足隧道开挖过程中围岩稳定而不考虑蠕变产生的附加应力影响, 可能造成隧道运营过程中初期支护结构破坏, 不利于隧道稳定; 当二次衬砌厚度由300mm增大至500mm时, 二次衬砌最大受力增大了40.5%, 荷载分担比由25.2%增大至36.2%, 而增大初期支护强度后, 二次衬砌受力减小了14.5%, 荷载分担比由25.2%减小至22.3%, 说明二次衬砌荷载随初期支护强度增大而减小, 而随自身强度增大而增大, 应重视初期支护与二次衬砌支护强度的协调配置, 实现围岩压力的合理分配; 在软岩地质条件下, 应保证隧道施工过程中围岩稳定并避免围岩蠕变过程中发生结构破坏, 以实现初期支护与二次衬砌共同承担蠕变引起的附加应力。      

基于多任务学习和层次分析法的公路隧道支护方案优化设计

为提升公路隧道施工过程中支护的实时性和合理性, 以浙江省龙丽温高速的围岩地质特征和支护方案为研究背景。 分析围岩特征与支护参数的相关性, 确定了以围岩风化程度、 坚硬程度、 岩体完整程度、 地下水状态、 围岩稳定情况为输入围岩特征, 锚杆间排距、 锚杆长度、 喷砼厚度、 钢拱架型号为输出支护参数的多任务学习模型结构。 针对多任务学习模型获得的预测支护参数, 通过层次分析法评价预测支护参数中部分强于实际支护参数, 部分弱于实际的支护设计, 结果表明预测支护参数综合得分高于实际支护参数。 研究成果为实现公路隧道快速支护方案选型和评估提供了指导。     

隧道衬砌背后空洞对其支护结构力学性能的影响性研究

为深入研究隧道衬砌背后空洞对其支护结构力学性能的影响,依托某高速公路隧道,利用室内模型试验、数值模拟手段分别对其支护结构应力进行分析,并对两种手段的研究结果进行了对比分析。研究结果表明,当隧道拱顶、右侧拱腰部位衬砌背后存在空洞时,对应部位的支护结构最先出现裂缝,且产生较大的弯矩值及衬砌应力;隧道衬砌背后空洞将减弱其支护结构与围岩的相互作用,严重影响其力学特性。     

沙子垭隧道施工监测技术研究

依据获取的监测信息,结合经验反馈和回归分析,合理确定支护时机和支护参数,确保施工安全及良好的经济性,有效评价围岩和隧道结构的稳定性,并总结出围岩和隧道结构的变形和受力变化规律,为隧道设计和施工提供参考。     

构造节理偏压对隧道结构安全性影响研究

密集的构造节理,容易在施工中引起掉块、片帮、剥落、坍塌等工程灾害,且容易使隧道初期支护结构处于偏压状态,对支护结构安全性十分不利。从隧道力学的基本理论出发,依据实测围岩压力值,建立荷载一结构模型,对隧道初支内力进行分析,计算其安全系数,评价粉质黏土段施工采用的初支结构的安全性。计算结果表明：构造节理偏压对隧道支护结构受力较为不利,围岩压力呈不对称分布时,初期支护抗拉安全性较差,需根据实际偏压情况适当加强初期支护参数。