隧道平行穿越滑坡体的变形特征及控制技术

香丽(香格里拉—丽江)高速公路沿线存在较多穿越滑坡体的隧道,其中比较常见的是隧道平行穿越滑坡体。本文以香丽高速公路一隧道为背景,对平行穿越的隧道-滑坡问题的变形特征和受力机制开展研究,并讨论其控制技术。研究结果表明:隧道平行穿越滑坡体时,隧道拱部比底部所受应力更大,隧道拱部位置受拉,底部位置受压,在隧道受拉与受压的过渡位置有拉压中性区分布;隧道主要的变形位置位于滑带附近,且隧道拱部首先出现剪切裂缝,之后向左右墙延伸扩展,最后裂缝发展并贯通到隧道底部,引起路基出现错台沉降,从而导致隧道发生剪切破坏;提出的钢花管多次分段控制注浆技术可以有效解决施工安全性低,施工周期长的问题,达到了治理滑坡体病害和提高隧道稳定性的双重作用。     

弧形排桩—连系梁抗滑结构加固隧道口滑坡应用研究及优化设计

因隧道洞口所在坡体产生滑坡,导致隧道洞口附近衬砌发生变形破坏。为控制隧道衬砌变形破坏,采取增加型钢,加强隧道衬砌的补救措施。但在滑坡推力作用下,型钢发生不同程度的变形破坏,故此,单独加固隧道衬砌并不能有效控制隧道变形。拟采用抗滑桩加固隧道所在滑坡体,通过增加抗滑力控制隧道变形。因单桩抗滑能力有限,为保证提供足够的抗滑力,需要加大桩身截面尺寸,增加桩长,甚至增加桩数减小桩间距及增加排数,如此,会增加施工难度,提高工程造价;而通过在桩顶设置连系梁,使各桩联合作业形成整体,可提高抗滑能力。该库岸滑坡坡面与水面交界处成弧形分布,依据坡面地形将抗滑桩按弧形布置,桩顶设置弧形连系梁,并在连系梁两端设置高强度抗力桩限制其端部位移。通过具体工程实例计算分析,比较连系梁刚度对抗滑结构内力分布的影响规律及加固效果。     

大准铁路南坪隧道-滑坡体系变形特征及处治技术

通过地质勘查、现场监测、理论分析等方法,对大准铁路南坪隧道-滑坡体系变形特征、成因及治理措施进行研究。结果表明:滑坡方向与隧道走向夹角87°;隧道变形主要发生在滑坡侧拱脚及边墙处,表现为边墙纵向裂缝延伸长,多见错台,拱脚错位,避车洞底板隆起;滑坡属于大型破碎岩石及黄土复合深层滑坡,平面形态具有二级滑动特征;滑坡由坡体结构、施工扰动、降雨和地下水综合作用所致。采用"刷方减载+全埋式锚索抗滑桩加固+隧道既有衬砌加固+设置仰斜排水孔及截排水沟"措施对南坪隧道-滑坡体系病害进行整治,效果良好。     

铁路隧道不同跨度下水平旋喷桩承载特性分析

为探究水平旋喷桩在不同跨度铁路隧道下承载特性,依托南三龙铁路与赣龙复线联络线道岔进新考塘隧道影响段存在的7种不同隧道跨度断面,采用二维有限元方法,模拟7种不同跨度下水平旋喷桩预支护效果,分析水平旋喷桩结构变形、应力及塑性应变规律。计算结果表明:不同跨度下,旋喷桩变形和常规隧道衬砌变形类似,即拱顶沉降,拱肩、腰、脚等处体现不同程度收敛,各点变形随跨度增大而增长,当跨度大于16 m时,增长速率加快,拱肩及拱腰位置尤其明显;旋喷桩内力部分,当跨度较小时,拱顶内侧受拉,而拱腰处受压,当宽度增大,拱部拉应力区向拱腰处扩展,且拉应力极值增大,而拱腰与拱脚之间压应力迅速增大;随着隧道跨度不断增大,水平旋喷桩等效塑性应变不断增大,影响范围自拱顶到拱脚呈扩大趋势。     

箱型隧道30°斜穿活动地裂缝的变形破坏模式试验研究

从西安地铁隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计箱型隧道衬砌结构30°斜穿地裂缝的物理模型试验。结构模型混凝土应变、纵向和环向钢筋应变、结构外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形以及宏观变形破坏现象表明:结构变形破坏不对称,随着沉降的扩展,首先发生扭转变形,然后发生弯曲和剪切变形破坏;衬砌环向裂缝主要分布在下盘区范围2.12D~3.81D(D为衬砌壁厚中心线高度1.18m)、上盘区范围0.85D~1.69D;纵向裂缝主要分布在下盘区范围1.19D~4.24D、上盘区范围1.27D~2.97D,下盘结构变形破坏较上盘结构严重;纵向裂缝为扭转变形引起、环向裂缝为弯曲变形引起、裂缝两侧错位由剪切变形引起。     

高速铁路路涵过渡段上拱原因及框架涵边墙开裂受力研究

针对某高速铁路路涵过渡段发生上拱变形，导致框架涵边墙发生水平开裂病害，从过渡段填料特性、工程环境条件和过渡段填料发生膨胀变形的机理入手，研究过渡段膨胀力分布模式和作用机理。通过对第二类膨胀力作用模式的计算分析，得到涵洞边墙实际承受膨胀力的理论解，并建立路涵过渡段上拱量的计算模型。分析表明：边墙的承载能力不能满足涵背填土压力与填料产生膨胀力共同作用的受力环境，指出框架涵边墙结构按照偏心受压杆件计算的设计缺陷，提出应按照受弯杆件计算的设计建议，同时对其结构断面参数进行优化。     

东川铁路岔河偏压-滑坡隧道勘察治理

研究目的:岔河隧道为傍山隧道,隧道拱腰及拱顶纵向开裂掉块,边墙纵向开裂外移侵限,危及行车安全.隧道区具备地形和地质偏压条件,隧洞裂缝有明显偏压裂缝特征;勘探揭示山顶连续拉张裂缝,隧洞边墙存在水平纵向剪裂.查明隧道病害原因,正确评价稳定性,预测病害发展趋势,关系整治工程方案和整治工程成败.研究结论:岔河隧道病害是由地形偏压和地质构造偏压复合作用造成并发展为滑坡隧道的典型案例.地形、坡体特殊的地质结构构造、各岩土层的地质特性,决定坡体容易形成偏压,沿层面和高角度断层面形成软弱滑动带,是滑坡形成的内因.河流侧蚀作用、降雨下渗,特别是构造运动及地震作用引发的F1高角度正断层上盘的间歇性下降运动,是滑坡发生发展重要的外在触发原因.按勘察结论和措施建议进行综合整治,可达到预期效果.     

正断层错动下乌鲁木齐地铁1号线隧道结构受迫影响研究

以乌鲁木齐地铁隧道穿越九家湾活动正断层工程为例,建立穿越活动正断层隧道结构的三维弹塑性有限元模型,模拟分析在正断层错动作用下隧道二次衬砌应力、塑性区分布规律及裂缝分布特征;通过大比例尺跨活动正断层隧道剪切错动室内模型试验,明确隧道结构在断层剪切错动下的破坏范围及破坏形态。结果表明:数值模拟结果与模型试验结果的规律一致性较好;断层面处隧道衬砌承受压—剪—扭的组合作用,衬砌破坏最严重;二次衬砌开裂主要以纵向裂缝为主,集中在仰拱内侧、墙脚外侧及拱顶内侧;剪裂缝集中在断层迹线处的隧道拱脚,环向裂缝多出现在拱腰位置;上盘二次衬砌开裂范围均大于下盘;设防时应加强环向主筋及箍筋,使隧道整体结构形成环—纵向骨架,从而减少纵向和斜向开裂,并防止纵向裂缝的贯穿。     

通透肋式拱梁隧道变形机理及力学特征分析

研究目的:基于对浅埋傍山隧道稳定性控制因素及传统设计方案的分析,提出一种全新的隧道结构型式——通透肋式拱梁隧道。研究和掌握通透肋式拱梁隧道变形机理及其力学特征,了解隧道进洞开挖过程中坡体及围岩的变形发展趋势,为其工程防治措施提供依据。研究结论:结合工程实际,对通透肋式拱梁隧道设计原理和结构特征进行分析,在岩体结构及坡体结构特征研究的基础上,结合隧道进洞过程中产生的变形破坏迹象,阐述了隧道的变形破坏机理;采用数值模拟手段,对隧道围岩-支护结构相互作用力学特征进行了分析研究,结果表明,两者协调作用良好,但对应力集中部位应加强支护强度。     

客运专线单双线过渡段分岔隧道施工效应三维数值分析

石太客专太行山南梁隧道从一条双线隧道(线间距4.6 m)过渡为两条单线隧道(线间距35 m),它是由大拱段、连拱段和小净距隧道组成,为典型客运专线标准断面分岔隧道工程。为研究此隧道设计与施工方案的合理性,采用FLAC3D快速拉格朗日差分方法分析软件,对此单双线过渡段分岔隧道施工开挖过程进行三维数值模拟计算。通过分析隧道开挖过程中围岩和支护结构的二次应力场、变形场和塑性破坏区的变化特征,总结了分岔隧道围岩和支护的应力、变形和破坏区的分布特征和变化规律。结论有:连拱段中墙上部的岩体要重点支护,特别是中隔墙上部和底部以及上部要加强配筋;左洞开挖关键控制步序是开始的两个进尺,对衔接处影响右洞开挖极限长度为8 m,对衔接处影响左洞开挖极限长度为12 m;隧道两侧边墙位移不对称,右洞位移为施工过程中监测重点。为推荐施工方法的安全性及关键控制施工步骤提供理论依据。     

挤压性围岩单线铁路隧道受力变形分布规律研究及工程应用

挤压性围岩隧道大变形问题是近年来困扰隧道建设者的突出难题之一。以丽香铁路长坪隧道为工程依托,采用数值计算与现场测试相结合的方法,研究了挤压性围岩单线铁路隧道受力变形分布规律,并应用于工程实践。主要研究结论为:(1)单线隧道受洞室形状影响,变形以水平方向为主,围岩压力以垂直方向为主;(2)支护结构均以受压为主,拱腰和墙脚是易产生应力集中的薄弱环节,实测锚杆多受拉,墙中锚杆轴力远大于拱部及墙脚锚杆;(3)实测受力变形分布规律与计算结果基本一致;(4)工程实践中通过采取断面曲率优化、加长边墙系统锚杆、两台阶法开挖、高效锚杆钻机等措施,有效控制了围岩变形,隧道结构安全稳定。     

穿越多断层破碎带隧道自适应结构走滑错动特性研究

在活动断裂构造带地区,断层运动往往是沿断层带发生,自活动盘到破碎带错动位移表现出逐级传递的特征,因此穿越活动断裂带的隧道结构应力、变形特征也受到断层错动形式的影响。依托西部高烈度区某穿越大型活动断裂带的公路隧道工程,通过数值模拟分析穿越多断层隧道结构在断层多级走滑错动下的位移、应力响应规律,得出隧道结构纵向基于多断层蠕滑错动的影响分区;建立基于柔性初支、刚性二衬和节段铰接的穿越蠕滑断层隧道自适应结构,探究在错动区和缓冲区内设置隧道自适应结构的抗错性能。研究表明：隧道围岩性质的差异是影响穿越断层破碎带隧道结构变形和应力的最重要因素,隧道自适应结构在蠕滑错动过程中,柔性初支能够吸收部分围岩传递至隧道结构的变形,柔性接头的剪切变形和衬砌节段的刚性转动能够承担较大的位错,随着隧道衬砌节段长度的减小、接头数量的增加,各个接头的剪切变形角和衬砌节段偏转角都将减小,大幅提升结构的抗错安全性。     

大西客专不同轨下基础及其过渡段轨道结构动力性能试验研究

高速铁路建设经常会遇到不同轨下基础及其连接处的过渡段,由于强度、刚度、沉降等差异的存在必然会引起过渡段轨道的变形,产生不平顺[1]。通过在大西客专路桥过渡段、桥上无砟轨道、桥隧过渡段、隧道内无砟轨道布置测点,测试了动车组在160~275 km/h运行条件下轨道结构动力响应,评估了列车运行平稳性、轨道结构稳定性和振动特性。测试结果表明:列车运行稳定性指标、轨道结构稳定性和振动参数均满足相关标准要求,轨道结构动力性能参数在桥上和隧道内与路桥过渡段、桥隧过渡段差别不大,过渡段设置合理。     

近接浅埋偏压黄土隧道支护结构的力学特性分析研究

研究目的:解决新建复线隧道与既有隧道平行近距离修建时,既保证新建隧道安全施工,同时确保既有线隧道的安全运营的问题。研究结论:(1)在浅埋偏压条件下,新建黄土隧道拱部下沉量和净空收敛量均较大;(2)围岩压力分布呈不对称猫耳状;(3)钢拱架远离侧应力大于临近侧应力,在支护体系中作用较大;(4)拱部和边墙喷射混凝土处于受压状态,而底部多为拉应力;(5)拱部系统锚杆受力较小,对结构的稳定性作用不大,而锁脚锚杆对结构的稳定性有一定的作用;(6)既有隧道受新建隧道开挖影响比较明显,新建隧道开挖对既有隧道产生了偏压和拉伸两种效应;(7)两近接隧道之间的间距对既有衬砌的影响较大,当间距一定时,临近侧所受影响大于远离侧所受影响。     

缓倾层状岩体隧道底部结构变形和裂缝发展规律北大核心

以渝黔铁路(重庆—贵阳)老周岩隧道为工程背景,采用三维离散元数值模拟方法,分别研究了不同岩层层理倾角和侧压力系数条件下隧道底部结构变形特征和裂缝发展规律。结果表明:隧道底部结构隆起量和中轴线两侧隆起不对称程度均随倾角、侧压力系数的增大而增大,底部结构隆起量最大值出现在层理方向与隧道底部相切位置;底部结构裂缝张开量、剪切滑移量和分布范围均随倾角、侧压力系数的增大而增大;随倾角增大裂缝发展最显著位置由仰拱中心向右墙脚移动,随侧压力系数增大裂缝向深部扩展程度增大,底部结构三角形破裂区域范围也逐渐增大。     

隧道开挖对坡体稳定性的影响研究

以罗家村隧道进口段坡体为研究对象,采用有限元强度折减法对隧道施工过程中坡体抗滑稳定状态进行动态模拟,得到坡体抗滑稳定安全系数的变化曲线。分析表明,隧道开挖对坡体稳定性影响较大,且在隧道开挖进尺20～45 m区段影响最为明显,合理施工可以确保隧道结构安全穿越进口段坡体,不会导致坡体的滑移破坏。     

长昆线桥隧相连设计研究

研究目的:沪昆铁路客运专线长沙至玉屏段,沿线地形起伏,存在多处桥隧相连段落.在桥隧相连设计过程中,隧道洞门能否容纳下桥台结构并有效缓解洞口空气动力学效应、隧道低洞口端洞口排水、桥隧电缆槽对接过渡以及隧道洞外存在挡墙结构时挡墙是否能起到作用并能保证施工安全等,均存在较大的难点.为解决沪昆铁路客运专线长沙至玉屏段桥隧相连的工程难题,需对桥隧相连进行专门研究.研究结论:(1)采用扩大洞门横断面+挖孔灌注桩方案,能有效解决桥隧串接时桥台结构伸入隧道及洞口空气动力学效应等难题;(2)桥隧对接时,桥台基坑可根据条件的不同分别采用台后挖孔灌注桩防护和台后放坡两种方式开挖;(3)对于桥隧对接时洞门结构外存在挡墙的情况,在挡墙下设桩基+托梁,并将挡墙设计为锚杆挡墙,可以解决桥台基坑开挖引起挡墙结构不稳的难题;(4)通过在隧道内设置过渡段,可有效地将桥梁与隧道电缆槽顺接起来;(5)隧道内低洞口端设置洞口检查井汇集洞内水体,能有效解决洞内排水问题.     

开挖隧道套拱底部诱发的边坡稳定性分析

以某隧道开挖套拱后致上方局部坡体发生滑移拉裂破坏为研究背景,采用强度折减有限元法建立计算模型,分析在开挖隧道套拱底部时的边坡安全系数,侧坡总位移及有效塑性应变;并在此基础上提出边坡加固方案。数值计算分析表明,套拱上方局部坡体的滑移主要由于上覆土体偏压、土体地下水未及时排除和坡体支护不到位所致,其中土体富水对套拱上方局部坡体滑移起主导作用;通过6种支护工法对比分析,在开挖隧道套拱过程中及时排除地下水、对坡面做好混凝土支护、局部坡体进行注浆及锚杆支护,可有效提高边坡的稳定性。     

正断层错动作用下矿山法隧道受力变形机理的模型试验研究

为研究正断层错动作用下矿山法隧道的受力变形机理,以胶州湾第二海底隧道穿越沧口断裂为工程背景,采用自研的大比尺穿越断层隧道结构破坏加载试验装置,针对设置柔性连接变形缝和变形缝间距对隧道结构抗错断效果的影响,开展几何相似比为1∶40的矿山法隧道穿越倾角70°的正断层错动模型试验,对错动试验过程中的隧道变形、应变分布、围岩接触压力和破坏特性等关键指标进行监测,分析获得了正断层错动作用下隧道变形和力学响应规律。研究结果表明：(1)隧道在正断层错动作用下,呈现纵向拉弯+竖向挤压的受荷模式,在下盘邻近断层面处拱顶部位和上盘邻近断层面处仰拱部位出现脱空区;(2)隧道开裂主要以纵向贯通裂缝为主,近断层面处衬砌还出现了部分斜向裂缝和环向裂缝;(3)节段间的连接形式和节段长度不会根本上改变隧道在断层错动作用下的受荷模式和变形模式,但节段间刚度越小,节段长度越小,结构对于地层强制位错的适应性就更好;(4)相比于刚性连接,节段间的柔性连接吸收了大部分地层强制位错,有效降低衬砌节段的荷载和变形,使结构趋于安全。     

跨活断层隧道组合支护结构断层错动响应模型试验研究

依托某穿越活断层隧道工程,研发1︰25比例尺多功能断层错动模拟试验装置,开展跨活断层隧道组合支护结构的逆断层错动响应模型试验,针对不同的断层错动位移,研究逆断层错动下隧道组合支护结构的力学响应和破坏特征。试验结果表明：逆断层错动下,隧道结构竖向位移沿纵向呈“S”形分布,结构竖向位移及收敛变形主要分布在断层破碎带及其临近区域,主要影响范围约3.1L(L为隧道衬砌节段长度,480 mm)。随着错动位移的增加,衬砌节段位移差以及竖向相对位移均呈非线性增大,错台现象更加明显。结构应变、结构与围岩的接触压力主要集中在断层破碎带区域,在错动面处发生突变,应变和接触应力峰值均与断层错动位移呈正相关。隧道拱顶纵向应变以外侧受拉、内侧受压为主,仰拱则以外侧受压、内侧受拉为主,且仰拱受断层错动的影响以及对断层错动位移的敏感性均高于拱顶。隧道环向应变沿隧道轴向的分布因结构部位不同而有所差异,整体表现为竖向的向内挤压变形和横向的被动向外变形。结构各区段的接触压力分布规律有所不同,在错动面及断层区域,衬砌与围岩之间存在明显挤压作用,而远离断层错动面的衬砌节段,衬砌与围岩之间存在相互脱离的趋势。隧道组合支护结构断...