深埋砂层隧道欠厚二衬安全性及加固效果分析

为研究隧道二次衬砌厚度局部不足对隧道结构受力的影响及加固效果,依托蒙华铁路某隧道,运用有限元软件建立隧道二次衬砌局部厚度不足荷载-结构模型,对衬砌缺陷位置、缺陷厚度及缺陷范围对二衬结构安全性能的影响进行了分析,并结合现场加固方案对其加固效果进行评价。结果表明:衬砌厚度不足对其所在缺陷部位的安全系数影响最大;拱顶安全系数相对最小,拱脚对缺陷厚度最敏感;衬砌欠厚时对结构轴力影响很小,但会造成欠厚位置弯矩值的大幅度降低;对衬砌加固后,结构弯矩值能得到有效改善,安全系数显著提高。     

超大断面4车道公路隧道二次衬砌厚度优化研究

京沪高速济南连接线工程与济南绕城高速济南连接线工程共设置了6座双向8车道隧道,隧道比重高、里程长、断面大、地质条件复杂,是整个项目的控制性工程,其二次衬砌厚度对整个项目隧道工程的安全性与经济性具有重要的影响。鉴于目前国内尚缺少4车道公路隧道支护参数的技术标准,为得到合理的二次衬砌支护参数,选取典型小净距Ⅴ级围岩浅埋段,采用数值计算的方法,研究了不同混凝土强度等级、不同厚度条件下的二次衬砌力学性能。结果表明:1)超大断面4车道隧道二次衬砌厚度存在一个合理范围,在该范围内二次衬砌的最大裂缝与最小安全系数均在限值范围之内,超过合理厚度不利于结构安全;2)提高二次衬砌混凝土强度等级对结构安全有利,但随着等级的提高其有利作用在逐步减弱。     

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。     

考虑二次衬砌有效承载厚度的隧道结构安全系数解析模型

为研究严重腐蚀环境和施工缺陷等导致的衬砌厚度损失对隧道结构安全的影响，基于弹性地基曲梁理论和空间状态法建立二维衬砌受力解析解模型，采用Laplace变换求解衬砌各位置处的内力与位移，并与同工况下的数值模拟结果进行对比验证。数值模型中，通过折减局部二次衬砌厚度以及调整折减范围，模拟二次衬砌有效承载厚度的损失情况。研究结果表明： 1）增大二次衬砌厚度损失的范围和程度，均会导致厚度损失处截面弯矩显著降低，但轴力变化较小。2）二次衬砌厚度损失对安全系数的影响主要集中在厚度损失附近区域。随着损失范围的增加，厚度损失区域内的弯矩呈现下凹式抛物线形降低，安全系数经历突降—回升—稳定3个阶段。3）当损失厚度较小时，安全系数受到轴力偏心变化的影响较小，与有效承载厚度近似呈线性关系。值得注意的是，劣化厚度继续增大后，轴力偏心距降低对安全系数的增益迅速提升，当其大于承载截面积的劣化效益时，计算安全系数反增，但存在局部结构变形破坏的风险。     

大跨径隧道二次衬砌优化分析

该文以广东省惠州到深圳高速公路牛湖山隧道工程实例为背景,运用FLAC软件建立数值计算模型对Ⅳ级围岩条件下的浅埋及深埋大跨径隧道二次衬砌进行数值模拟分析。依据JTG D70-2004《公路隧道设计规范》释放荷载分担比例,对不同的二次衬砌厚度进行了安全系数计算,求出了在不同二次衬砌厚度下的安全系数,并将所得结果与当前设计规范进行对比分析,得出了大跨径隧道二次衬砌结构的优化结果。     

UHPC在隧道衬砌裂损整治中应用的可行性及性能要求研究

为解决隧道二次衬砌裂损整治中面临的净空限制等问题，提出采用超高性能混凝土（UHPC）代替普通混凝土作为衬砌补强材料，并对其可行性及材料力学性能要求进行系统研究。基于异性材料叠合梁理论对裂损衬砌和加固层的共同受力机制进行研究，得到加固材料的力学性能与结构受力特征之间的关系，从而得到加固工程对加固层厚度及UHPC力学性能要求； 在此基础上，提出一种实体单元应力和内力换算的计算方法，并通过有限差分法数值模拟，对衬砌与加固材料之间结合面的受力特征进行分析，从而得到加固工程对UHPC和普通混凝土之间黏结强度的要求。研究结果表明： 对于承载力损失不超过40%的衬砌，可采用UHPC进行加固； 对于承载力损失不超过15%的衬砌，UHPC的使用可将加固层的厚度减小到10 cm左右。     

隧道喷膜防水衬砌结构力学性能影响因素研究

为研究隧道喷膜防水衬砌初期支护、二次衬砌间的协同受力机制及其影响因素,提供合理的衬砌结构设计参数,结合防水膜的单轴拉伸、黏结拉伸及剪切试验,建立荷载-结构隧道计算模型,对喷膜防水衬砌结构力学性能的影响因素及其作用规律进行研究。在数值计算模型中,依据试验测得的数据,采用不同厚度的防水膜、不同的界面参数及二次衬砌厚度,对隧道衬砌结构进行建模计算。结果表明:1)防水膜厚度的变化不会对衬砌结构的力学性能产生显著影响;2)不同的界面参数会显著影响衬砌结构的应力和位移,随着界面参数的增大,初期支护应力减小,二次衬砌应力增大,两者的应力差减小,衬砌结构协同受力的能力增加;3)二次衬砌厚度的减小会降低其安全系数,但均符合规范,因此可以进一步优化隧道二次衬砌的结构设计。     

隧道二次衬砌结构设计方案

隧道二次衬砌是工程永久性承载结构的一部分,对提高隧道使用寿命和外观质量具有重要的作用。在二次衬砌钢筋用量上,目前国内设计和欧洲存在着一定差别。论文以在建的阿尔及利亚东西高速公路隧道为研究对象,分析了造成钢筋用量差别的原因,并系统介绍了欧洲规范中二次衬砌是否采用素混凝土的判断方法,然后按照不同衬砌厚度和混凝土强度进行了设计比选。通过分析计算,提出适当增强混凝土厚度和混凝土设计强度,能够有效减少二次衬砌钢筋用量,这对于降低工程造价、加快施工进度具有重要意义。     

隧道缺陷衬砌内层补强结构稳定性研究

二次衬砌缺陷条件下内层补强结构稳定性一直是深埋交通隧道工程中的关键科学问题。建立有限元结构-荷载ANSYS数值力学模型,研究某深埋隧道缺陷衬砌内层补强加固效果、变形特性,以及力学响应。研究表明:在深埋V级围岩条件下,隧道素混凝土二衬结构拱顶属于抗拉控制,承载力、安全系数、结构拉应力均不满足要求,结构不安全,需采取加固措施;内层采用C35厚度30 cm钢筋混凝土补强后,衬砌结构承载力满足要求。采取内层补强措施,即在原缺陷衬砌内侧套打钢筋混凝土衬砌补强,补强后衬砌断面满足规范要求,并不需要拆除原缺陷段衬砌,该方法可大幅度节约成本和提高进度。     

基于流固耦合的高水压隧道支护结构研究

高水压是山岭隧道建设的重要难题之一,抗水压衬砌是隧道穿越这些区段的常用措施,其衬砌结构断面厚度远大于标准断面。衬砌厚度过大施工相对不便,施工质量不能保证,且不能及时分担水压。针对广西某隧道高水压段,采用双层初期支护和二次衬砌组成的支护结构承受高水压,减小二次衬砌厚度。为了分析双层初期支护的效果与获得基于双层初期支护的支护结构参数,利用有限差分法研究了不同防渗等级的单层与双层初期支护、不同注浆范围及不同二次衬砌厚度对围岩的变形影响和对支护结构的力学状态影响。结果表明:在相同支护体系中,喷射混凝土的不同防渗等级对围岩变形、支护应力影响不大;初期支护的防渗等级相同时,相比于单层初期支护,双层初期支护体系使围岩变形、喷射混凝土应力、二次衬砌的轴力与弯矩均减小40%以上;当拱顶以上水头为90 m且采用防渗等级为P8的双层初期支护时,径向注浆能够有效减小支护应力。当径向注浆范围超过4 m后,注浆对减小支护结构受力的效果不明显;采用双层初期支护体系,注浆范围为4 m时,二次衬砌的厚度设计为40 cm就能保障支护结构处于安全状态;径向注浆条件下,采用双层初期支护+二次衬砌的支护体系能够有效保障隧道高水压段的安全。