大跨度隧道Ⅳ级围岩取消仰拱施工实例分析

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。文章以马鞍山隧道为依托,通过现场对Ⅳ级围岩隧道底板进行应力、围岩变形、初期支护和二次衬砌间的接触受力、底板岩体受到的垂直压力、关键部位的二次衬砌钢筋受力、混凝土内力及锁脚锚杆内力的全断面监测分析,确定取消部分Ⅳ级围岩的仰拱是可行的,并介绍了Ⅳ级围岩隧道取消部分仰拱的实施方法。     

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。     

衬砌厚度不足对隧道结构安全性的影响分析

衬砌厚度不足缺陷的存在将显著改变隧道结构的力学状态,并对隧道结构的安全造成威胁。文章以Ⅳ级围岩双车道公路隧道为工程背景,采用数值模拟研究衬砌整体或局部厚度不足条件下隧道结构的安全状态。结果表明:衬砌厚度不足使缺陷处结构的轴力与弯矩减小,同时降低了结构的极限承载力,从而导致缺陷处隧道结构的安全系数显著降低;衬砌局部厚度不足对缺陷处隧道结构截面内力、承载力和安全系数具有显著影响,而对远离缺陷处隧道结构截面的影响相对较小;衬砌厚度整体或局部厚度不足时,衬砌厚度值与结构安全系数基本呈线性关系,经回归分析确定了满足结构安全要求的临界衬砌厚度值。研究成果可为存在衬砌厚度不足缺陷隧道的结构安全性分析及评价提供参考。     

抗水压多层衬砌分析模型及其应用研究

隧道穿越岩溶多发地段时易承受较大水压荷载作用,相对传统的复合衬砌,抗水压多层衬砌可设置二道防水板,保证了衬砌的施工质量。基于此,文章提出了抗水压多层衬砌的分析模型,通过实例分析得出,内、外层衬砌间仅压弹簧的弹簧刚度系数增加时,内、外层衬砌弯矩基本不变,外层衬砌轴力减小,偏心距增大;内层衬砌轴力增加,偏心距减小。当水压荷载增加时,衬砌拱顶由大偏心受压状态变成小偏心受压,再逐渐逼至抗压极限承载状态,安全系数先增后减;拱腰、边墙处逐渐逼至抗压极限承载状态,安全系数逐渐减小;拱脚、仰拱处由小偏心受压状态变成大偏心受压状态,安全系数逐渐减小。     

高水压作用下深埋隧道双层叠合衬砌稳定性影响因素研究

随着国民生态资源保护意识的逐渐增强,结构工程师对全封堵防水设计的呼声也越来越高,高水压隧道防水形式逐渐由"主排"向"全防"转变,结构模筑时不得不面临大体积混凝土施工难的困境";双层叠合衬砌"方案即是通过"拆分"的方式削减结构厚度,可有效缓解水泥水化热在结构内部产生的有害变形,增强大体积混凝土结构的可实施性和可操作性,同时还能兼顾提高隧道的防水质量和效果。文章以青岛地铁1号线过海区间为工程背景,采用ANSYS有限元分析软件,对双层叠合衬砌的稳定性影响因素进行研究,结果表明:(1)考虑衬砌间防水层的影响,结合面接触力学行为仅考虑径向弹簧压缩刚度即可,可忽略切向弹簧剪切刚度的影响;(2)当结合面径向弹簧刚度与两侧结构弹性模量等数量级时,安全系数曲线走势基本收敛,结构发生破坏的顺序依次是内层衬砌仰拱、内层衬砌拱脚、外层衬砌仰拱、外层衬砌拱脚、内层衬砌拱顶、外层衬砌拱顶;(3)围岩基床系数越高,叠合结构安全系数越大,设计与施工过程中应注意提高劣质围岩、维持优质围岩的基床系数;(4)叠合结构安全系数随着各层衬砌刚度的增加而增大,内层衬砌结构具有提高、改善外层衬砌结构安全性的作用。     

富水煤系地层隧道仰拱隆起原因分析及控制研究

贵州某隧道穿越高水压煤系地层时,多处出现仰拱隆起问题。通过现场观察和衬砌结构变形监测,并采用数值模拟方法对隧道仰拱隆起的原因进行分析。结果表明,基底围岩软化和高水压力是隧道仰拱隆起的两大因素,且围岩软化对仰拱结构安全的影响更大。结合工程特点和病害成因,现场采用增设边墙卸水孔、横纵向排水管加强排水系统来减小水压,在拱脚施作注浆钢花管来加固基底围岩以及换拱等联合整治措施,取得了良好的整治效果。     

水下隧道复合式衬砌水压特征研究

水下隧道无论在施工期还是运营期,时刻都处于有无限水源补给且水头恒定的水体下,因此水压是水下隧道衬砌结构设计的主要荷载之一。文章通过理论分析、模型试验和对厦门海底隧道现场实测数据的分析,研究了水下隧道复合式衬砌的水压特征。研究表明:(1)仅在考虑隧道排水时,注浆圈才能发挥减小对衬砌水压的作用。随注浆厚度增加,衬砌水压减少,且注浆效果越好,衬砌水压降低越明显,而相应注浆圈分担的水压也就越高,但是注浆圈厚度的无限增大对减少衬砌水压作用甚微,合理的注浆厚度在3~8 m范围内;(2)随着初期支护抗渗性的加强,衬砌水压明显增加。设计时必须考虑初期支护承受一定的水压。初期支护水压主要取决于注浆层与初期支护渗透系数的比值;(3)不论注浆水平如何,不论初期支护、二次衬砌渗透系数如何,二次衬砌水压折减系数的大小关键取决于进入初期支护的水量能被多大程度地排出,即取决于隧道排水量与进入初期支护水量的比值。在确定二次衬砌水压时,还应考虑初始渗流场的影响。研究可为水下隧道和高水压山岭隧道的结构设计提供参考。     

黄土连拱隧道支护结构力学特性现场试验

为研究黄土连拱隧道支护体系力学特性,文章以某黄土连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器,对围岩压力、锚杆轴力、钢支撑内力以及二次衬砌受力等进行系统测试与分析。结果表明:(1)在中墙墙顶与拱部的结合处以及在墙底与仰拱的结合处,围岩压力的波动比较大,最大压力值分别为195 kPa、115 kPa。位于围岩级别过渡段的隧道仰拱中心处的压力值较大,最大值为267 kPa,隧底出现较大底鼓趋势。围岩压力整体呈"双马鞍形"分布;(2)深埋段竖向围岩压力实测值与《公路隧规》中按连拱隧道半跨计算的结果比较接近。浅埋段按不同围岩压力计算公式得到的压力值均大于实测值,采用太沙基公式得到的压力值与实测值相对接近;(3)该黄土连拱隧道的初期支护与二次衬砌的荷载分担比例为47.66%和52.34%,二次衬砌处于明显的承载状态;(4)锚杆轴力较小,呈"鱼肚形"分布。钢拱架承受的荷载较大,在钢拱架强支护的作用下,锚杆发挥的作用有限;(5)中墙扭矩的存在,验证了黄土隧道中纵向效应的存在,在设计与施工的过程中应该加以重视。     

上坪格隧道塌方原因分析及处治措施研究

针对福建省漳永高速公路上坪格隧道塌方案例,文章在分析其塌方机理的基础上提出了相应的工程处治措施,并采用荷载-结构法对变更后塌方段初期支护和二次衬砌强度进行了验算。分析结果表明:不良地质、较差施工质量和不合理开挖工法是导致隧道塌方的主要原因;在塌方荷载作用下,初期支护和二次衬砌弯矩较大值发生在拱顶、左右拱腰、左右拱脚和仰拱部位,这些部位在施工中应给予足够的重视;初期支护危险截面的最小安全系数为1.93。二次衬砌危险截面的最小安全系数为2.43。均大于国家隧道规范规定值,满足工程安全性要求。     

基于ANSYS的公路隧道衬砌结构安全分析

文章基于大型通用软件ANSYS,以深埋条件下隧道为例,采用荷载结构法,对考虑仰拱作用的各级围岩两车道公路隧道衬砌结构进行计算,求解其强度安全系数并进行相关安全分析,所得结论可为工程人员参考。     

高速列车荷载作用下仰拱对隧道整体动力特性的影响分析

仰拱作为隧道衬砌的重要组成部分,其设置对改善隧道结构受力状况,提高隧道结构的整体稳定性都非常重要。但在列车激振荷载作用下,仰拱在隧道整体结构中所发挥的作用还需要进一步研究。文章通过数值分析方法,从动力学角度对仰拱在高速铁路隧道列车振动响应中的作用和影响进行了探讨;比较了不同仰拱形式下隧道结构各控制点的动力学特性及衬砌和围岩受力特性,可为隧道仰拱设置中综合考虑动静力影响提供参考。     

外水压力作用下深埋公路隧道衬砌受力特性与安全性研究

随着环保要求的日益提高,针对富水隧道工程提出了"以堵为主、限量排放"的治水理念,因此在设计时应充分考虑山岭富水地段隧道衬砌结构的抗水压能力。文章以春天门隧道为工程实例,采用"荷载-结构"模型对全断面承压情况下的抗水压衬砌结构进行了分析,得到了隧道抗水压衬砌结构的受力特征。结果表明,采用近圆形衬砌结构形式,能够较好地承受外水压荷载;衬砌结构全截面受压,拱脚小半径连接处隧道衬砌结构轴力和弯矩最大,相应的安全系数较小,为结构的最薄弱处。     

外水压力作用下深埋公路隧道衬砌受力特性与安全性研究北大核心CSCD

随着环保要求的日益提高,针对富水隧道工程提出了"以堵为主、限量排放"的治水理念,因此在设计时应充分考虑山岭富水地段隧道衬砌结构的抗水压能力。文章以春天门隧道为工程实例,采用"荷载-结构"模型对全断面承压情况下的抗水压衬砌结构进行了分析,得到了隧道抗水压衬砌结构的受力特征。结果表明,采用近圆形衬砌结构形式,能够较好地承受外水压荷载;衬砌结构全截面受压,拱脚小半径连接处隧道衬砌结构轴力和弯矩最大,相应的安全系数较小,为结构的最薄弱处。     

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。     

深埋连拱隧道两种中墙的施工力学行为分析

采用数值方法,对深埋连拱隧道在Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级围岩条件下整体式直中墙、分离式直中墙的施工受力进行分析,得出了中墙的基本受力规律及中墙施工的关键工序和薄弱部位。结果表明,对于Ⅱ级围岩深埋连拱隧道,两种中墙结构只需构造配筋即可满足要求;而对于Ⅲ、Ⅳ级围岩深埋连拱隧道,则需根据内力配置钢筋。     

黄土连拱隧道中墙力学特征现场测试与分析

连拱隧道中墙是受力复杂部位和重要承载构件,直接影响到隧道的安全性与经济性。为研究黄土连拱隧道中墙受力规律,文章以陕北某黄土连拱隧道为依托,采用钢弦式传感器对隧道中墙顶部和底部接触压力、中导洞锚杆轴力、中墙钢筋计轴力及中墙内力进行了系统测试与分析。结果表明:中墙基底压力两边大中间小,呈"马鞍形"分布,基底压力比中导洞顶部接触压力大;锚杆轴力较小,峰值在围岩浅部,深部轴力约为峰值的10%,中导洞锚杆支护作用不明显,可以取消;中墙钢筋计轴力向底部增大,中墙受力上部较下部敏感;中墙受力最大位置在中部偏左下侧,左右线应力先后释放对中墙受力有一定的"纠偏"作用,但中墙始终受到偏压作用;按组合变形构件推算的中墙最大轴力值约为583 kN,最大弯矩值约为45 kN·m,中墙处于稳定状态,其纵向承受扭矩作用、最大值约为79 kN·m,内力十分复杂。     

特大断面小净距隧道仰拱支护作用分析

本文结合福州机场二期高速公路魁岐2号隧道工程,针对特大断面小净距隧道中有仰拱和无仰拱两种情况,对衬砌的受力特性进行了研究.研究得出了衬砌上几个重要监测断面上受力与位移的变化规律.文章强调,在V级围岩的情况下,有必要施作临时仰拱来改善衬砌的整体受力状况.     

高烈度地震区公路双连拱隧道地震动力响应研究

针对目前尚未对高烈度地震区双连拱隧道这种特殊的结构形式进行具体深入的动力响应研究的现状,从土-结构相互作用模型出发,运用数值分析方法对连拱隧道进行了三维弹塑性分析,主要研究水平方向上传播的剪切波所引起的双连拱公路隧道的地震动力响应。从计算结果看出,随着埋深的增加,双连拱隧道衬砌的水平位移逐渐减小,衬砌内力逐渐增大,而变化趋势逐渐平缓;随着中墙厚度的增加,隧道衬砌水平方向的位移峰值逐渐增大,因此建议采用2.2 m厚中墙。研究结果表明,连拱隧道衬砌的仰拱、墙脚及拱肩为抗震的薄弱环节。     

断层错动下节段式隧道设计参数及安全性分析

鉴于山岭隧道穿越地震活动带的逆断层时易受断层滑动的影响,文章采用数值分析方法,对断层错动下的减震型节段衬砌隧道设计参数进行安全性分析。结果表明:隧道施工过程中应进行径向注浆加固,采取?42 mm小导管进行径向注浆,加固圈为开挖轮廓线外3.7 m;逆断层错动下,位于上盘的衬砌节段易发生拉破坏,位于下盘的衬砌节段易发生压剪破坏;最易发生破坏的节段为与断层面相交的3#衬砌节段;随着错距增大,逆断层型式下节段式衬砌结构的抗压、抗裂及抗剪安全系数呈现逐渐降低的趋势,最易发生破坏的位置为与断层面相交的3~#衬砌节段,破坏型式为压剪破坏,破坏的部位常出现在仰拱与拱顶位置;逆断层错动下,处于下盘(固定盘)的衬砌节段抗裂安全性大于上盘衬砌节段,处于上盘(移动盘)的衬砌节段抗压、抗剪安全性大于下盘衬砌节段;去除端部效应,距离断层面越近,衬砌节段安全性越小,需采取加强措施。所得结论对今后类似工程具有重要的参考和借鉴价值。     

远场静水压力作用下深埋隧道双层叠合衬砌合理组合形式及力学变形特性研究

针对深埋长大隧道传统复合式衬砌结构在遭遇高水头地下水威胁的问题,研究了双层叠合衬砌方案,该方案采用"结构一分为二、两道防水设防"的设计理念,既能克服大体积混凝土施工的困难,又可以解决二次衬砌结构渗漏水的弊病。文章以青岛地铁1号线过海隧道为工程依托,借助ANSYS有限元计算软件,对双层叠合衬砌的合理组合形式及力学变形特性进行了分析,结果表明:叠合衬砌内力分配与内外层结构刚度比有关,刚度越大则内力越大,当内外层结构刚度比为0.716时,t_A=0.95 m和t_B=0.85 m为最优叠合衬砌厚度组合;隧道结构各控制截面的风险排序为仰拱拱脚拱顶;叠合衬砌在外水压力作用下,内外层衬砌变形是相互协调的,仰拱结构变形对刚度比、外水压力量值均较拱顶、侧墙更为敏感;叠合衬砌组合形式是受结构承载力控制而不是受变形控制;最优叠合衬砌组合在外水压力小于1.2 MPa时,结构安全性同样受承载力控制。