长江隧道衬砌结构地震响应的三维数值分析

以武汉长江隧道为工程依托,运用Ansys软件对盾构隧道在水平、竖向双向耦合地震作用下采用3种不同衬砌材料的地震响应进行三维数值模拟,分析这3种工况下隧道衬砌结构的不同部位上应力和位移的分布状况,探明了盾构隧道在地震作用下衬砌结构的动力响应规律,找出了衬砌结构的受力最薄弱部位,研究可对盾构隧道的抗震设计提供理论参考.     

超大断面隧道扁平率优化分析

对于超大断面隧道而言,合理的扁平率设计既能降低工程造价又能确保隧道支护结构受力最合理。因此,优化超大断面隧道的扁平率是隧道设计面临的首要问题。以大连光明路超大断面隧道为工程背景,通过对不同扁平率下隧道围岩位移、应力分布,以及支护结构内力对比分析,得到超大断面隧道扁平率的合理取值范围。研究结果对超大断面隧道断面优化设计有一定的参考作用。     

盾构隧道地震系数法的抗震分析

地震荷载使盾构隧道的最不利荷载位置、大小与常时荷载都有所不同,这种变化在抗震设计中应该予以考虑。以成都地铁区间盾构隧道为例,采用地震系数法对不同地震烈度和不同埋深条件下的隧道进行数值模拟,分析了上覆土柱引起的水平地震力与侧压力增量对衬砌结构内力的影响;隧道的主要破坏形式。     

地震波作用方向对隧道结构动力响应的影响分析

不同的地震波作用方向条件下,隧道结构的地震响应差别很大,但其影响规律和特点目前尚缺乏科学定量的分析.采用FLAC3D软件,以勒不果喇吉隧道为例,运用数值分析方法对不同地震波作用方向条件下的隧道结构地震响应进行数值计算和分析,总结出其基本规律和特点,并指出其危险作用方向.     

偏压连拱隧道衬砌优化分析

浅埋偏压连拱隧道衬砌形式直接关系到整个隧道施工及正常运营,该文采用有限元数值方法对不同衬砌形式下偏压连拱隧道结构受力及应变特征作了计算分析。结果表明,偏压连拱隧道采用分层曲墙结构将有助于改善结构受力状况,减小应力集中及上部位移,降低衬砌开裂渗水的可能性,从而为偏压连拱隧道合理设计提供理论根据。     

双连拱隧道有限元分析

以某双连拱隧道为工程背景,采用有限元法,建立连拱隧道结构及围岩分析模型,重点研究在偏压荷载条件下连拱结构的应力分布特点,并研究了不同围岩类型及地质条件对结构应力分布的影响.     

高地应力深埋层状围岩隧道非对称变形受力机制研究

为深入研究高地应力层状围岩中隧道和支护结构的非对称变形受力特性和机制,以绵茂公路篮家岩隧道为工程背景,采用现场监测和数值模拟相结合的方法,研究不同层理角度和地应力方向下隧道变形、钢拱架应力以及二次衬砌弯矩和轴力的变化规律。结果表明： 1）层状围岩中隧道结构受力的最不利位置常出现在层理面法向方向; 2）隧道的非对称变形机制在于地应力对层理面产生的法向挤压作用和切向滑移作用,当层理面角度缓倾时,隧道拱顶和拱底承受较大挤出变形,当层理面角度陡倾时,地应力方向与层理面夹角越小,隧道衬砌在主应力作用位置产生的滑移变形越大。最后,根据层状围岩隧道变形和衬砌受力特征,提出合理的支护优化措施。     

浅埋软弱围岩双连拱隧道合理复合衬砌研究

结合某隧道出口浅埋软弱段工程,采用荷载-结构-弹性抗力模式对隧道支护结构承载能力进行了计算与分析,在此基础上,采用数值分析方法,对隧道初期支护结构与围岩的刚度耦合关系进行了研究,给出了喷射混凝土层不同厚度下的应力变化取值和钢拱架采用不同钢型参数对支护效果的影响取值,并据此对隧道初期支护设计参数提出修正意见。此外,论文还对连拱隧道合理二衬参数进行了探讨。     

意外沉船对海太过江公路隧道的影响分析

为定量评价意外沉船工况下水下大直径盾构隧道结构的力学响应，以海太过江通道公路隧道为依托工程，建立了三维精细化的隧道开挖与沉船影响仿真模型，研究了极限冲刷条件下不同沉船位置参数对管片结构纵向、横向受力和变形性能的影响规律。分析表明。(1)沉船轴线与隧道轴线正交且关于隧道中线对称时，隧道纵向受力性能最不利；斜交沉船工况下，隧道的横向受力性能相对更不利，但与正交对称沉船工况数值较接近。(2)在极限冲刷条件下沉船后，海太过江隧道纵向最不利受力变形参数为：最小曲率半径为25 994 m,最大环缝张开0.91 mm,最大竖向错台2.33 mm,最大纵向螺栓轴力为234.1 MPa。最不利沉船工况下，隧道结构纵向受力变形满足要求。(3)在极限冲刷条件下沉船后，海太过江隧道横向最不利受力变形参数为：最大径向收敛变形为30.12 mm,最大纵缝张开0.99 mm,最大管片压应力19.06 MPa,最大钢筋应力35.10 MPa,最大环向螺栓应力为241.6 MPa;最不利沉船工况下，隧道结构横向受力变形满足要求。研究成果可用于指导海太过江通道公路隧道结构参数的设计。     

隧道台阶法施工中台阶长度的优化分析

为对比隧道台阶法施工中台阶长度对隧道施工的影响,选取合理的台阶长度,提高台阶法施工时的安全性,以云南省某隧道为依托,运用数值模拟的方法对比不同台阶长度下初期支护的变形及受力特征,最后通过现场实测结果与模拟结果的对比分析得出:当上台阶长度取值为1倍～2倍洞跨时,能够使初期支护的变形和受力更加合理,保证了初期支护结构的安全性和施工便利性,对类似地质条件下采用台阶法施工的隧道具有一定的借鉴意义。     

新岭隧道爆破振动施工合理净距探讨

隧道拓宽工程中,选取合理净距是新建分离式独立双洞隧道设计的关键,尤其是在保证既有隧道安全运营的前提下其重要性更是不言而喻。以杭金衢高速公路新岭隧道拓宽工程为依托,采用数值模拟计算方法,以既有隧道结构受力特征为研究对象,选取爆破振速和衬砌应力为主要控制参数,推导出既有隧道衬砌振速和应力与隧道净距间的对应关系,并依次得出爆破振动施工中新建隧道与既有隧道的合理净距,其可为类似工程的设计和施工提供参考。     

岩溶富水区深埋水沟排水隧道注浆圈参数研究

为合理确定深埋水沟排水方式下隧道注浆圈特征参数,以某岩溶富水区隧道工程为依托,采用FLAC3D软件建立流固耦合计算模型,针对其注浆圈参数进行合理探讨,研究注浆圈厚度、注浆圈渗透性对隧道涌水量、衬砌水压力、结构安全性的影响规律。研究结果表明： 增加注浆圈厚度或降低注浆圈渗透性可降低衬砌水压、控制涌水量、保障结构安全,但并不代表实际工程中注浆参数需要追求最值,而应兼顾安全性和经济性,选取相对合理的注浆参数;结合模拟计算结果与同类工程案例,建议依托工程注浆圈厚度以5～6 m、渗透性比值以注浆前的1/50（渗透系数为2×10-6 cm/s）为宜,并应结合实际进行技术经济对比,合理确定现场注浆参数。     

组合补强对缺陷病害隧道结构承载力影响的室内模型试验研究

以重庆市在建的笔架山隧道为现场原型,室内采用几何比为1∶25的大比例模型试验,选取不同围岩类别、不同地应力场及不同缺陷形式条件下,进行加载试验至结构产生病害后,采取不同的组合补强措施,再加载至结构破坏,重点对各种不同条件下,补强后结构的最终破坏形式、承载力状况进行研究,得出对于无空洞缺陷或无衬砌减薄的病害隧道,应根据结构是以受拉或是以受压产生的病害来决定内表面的补强形式,然后再结合锚杆补强的组合补强方式;对于有空洞或有衬砌减薄缺陷的隧道结构,补强时首先是进行回填压注,然后再与内衬.拱架 锚杆补强或与内表面补强 锚杆补强两种补强方式合用。而对于无仰拱病害隧道的补强,对两个拱脚应做特别处理,内表面采用内衬.拱架补强时应施作基础,否则采用注浆和打锁脚锚杆的方式加固。     

南京长江隧道管片衬砌结构原型加载试验

以南京长江隧道工程为依托,采用自主研发的“多功能盾构隧道结构体试验系统”装置,实现了对盾构隧道原型管片衬砌结构承受水压力与土压力的分离加载模拟,对南京长江隧道原型管片衬砌结构分别在通缝和错缝拼装方式下进行了原型加载试验.研究了不同荷载条件对管片结构力学特征的影响,并对不同拼装方式下管片结构的内力分布特点及错缝拼装方式下目标管片内力沿幅宽的分布规律进行了探讨.研究结果表明:在弹性状态下和结构开裂后,通缝和错缝拼装管片结构力学特征变化显著,错缝结构对于内力、形变及纵缝张开量等发生突变的控制更有效.     

偏压连拱隧道合理进洞方式研究

结合江西省白沙关至婺源高速公路洪家坞连拱隧道进口的施工过程,对偏压隧道进洞进行了二维有限元分析;通过模拟4种不同的进洞开挖方式,获得了偏压连拱隧道在采用不同开挖顺序施工时各阶段围岩的应力应变状态、地表沉降以及隧道支护结构中的内力变化情况;通过分析比较,优化施工方案,得到了偏压连拱隧道合理的进洞方式,为今后类似条件下连拱隧道的进洞设计提供参考。     

高地热环境隧道衬砌结构受力特征模型试验研究

随着我国交通事业的发展,深埋高地热条件下的长大隧道越来越多。地热温度不仅对衬砌结构的受力特征有影响,而且会影响隧道结构的耐久性,但目前国内对高地热环境下隧道力学行为的研究有限。针对以上问题,以拟建的高地热环境下的高黎贡山隧道为工程背景,采用室内相似模型试验,通过逐步改变温度的方式,得到不同温度下隧道衬砌结构各部分受力特征和变化趋势： 1）在地热温度作用下,隧道衬砌结构产生内力重分布,即在一定温度范围内,轴力基本随温度呈线性增长;弯矩总体上变化不明显,拱项部位弯矩随温度升高呈降低趋势,其他部分则呈相反变化趋势。2）衬砌结构的拱脚位置受温度影响最明显,应作为设计与施工时的重要控制部位。3）在温度荷载作用下,支护结构的整体安全储备（安全系数）明显降低。     

将军沟隧道支护结构断面形式优化分析

近年来,大量已建运营公路隧道发生漏水等多种形式的恶化现象已经引起了隧道工程界的关注,大量的研究表明,隧道结构的恶化现象在一定程度上是由于作用在隧道衬砌上的力或者是由衬砌混凝土的损坏引起的。因此,在隧道和地下工程的轴线选定以后,通过优化设计,不断地调整隧道和地下工程断面的几何形态,以改善支护结构的受力状态是隧道设计优化的最终目标。针对将军沟隧道工程,选取设计参数不同的4个支护结构断面,采用ANSYS有限元程序,对不同支护结构条件下隧道的受力、变形进行了数值模拟试验。数值模拟试验表明:选定4种支护结构断面形式,初次衬砌和二次衬砌的压应力都非常小;但考虑到拉应力对素混凝土的受力的不利影响,建议采用优化的结构形式,以减小拉应力。同时,考虑到隧道衬砌结构受力的最不利部位出现在隧道拱脚处,建议施工中加强对拱脚的支护,增加锁脚锚杆,以确保施工的安全。     

乌鞘岭公路隧道破碎岩体段结构可靠性评价

以乌鞘岭公路隧道破碎岩体段为研究对象,基于随机有限元的结构可靠性理论,统计计算试验所得各个随机变量的数字特征及分布类型;建立极限状态方程后,对乌鞘岭隧道破碎岩体段建立随机有限元模型进行结构可靠性计算.结果表明:随机变量直方图拟合曲线均比较光滑,而且抽样数据各个子序列均有数据且无间隙,表明所进行的随机抽样样本量充分;在此基础上,计算此段隧道的初期支护和二次衬砌各个最大应力及锚杆最大轴力的直方图和概率分布曲线,得到的可靠度及失效概率结果说明初期支护和锚杆最大轴力可靠性偏小,而二次衬砌的可靠性较大,本段隧道整体处于安全状态;隧道结构可靠性灵敏度分析得到:不同随机变量对隧道结构不同应力有着不同影响程度,且喷射混凝土厚度对隧道结构内力影响最为显著.     

深埋山岭富水公路隧道衬砌结构设计模拟分析

由于近年来环保要求的提高,在富水隧道工程中提出了"以堵为主、限量排放"的治水理念,该理念要求设计者充分考虑山岭富水地段隧道设计中衬砌结构的抗水压能力。采用"荷载-结构"模型对全断面承压情况下抗水压衬砌结构进行分析,通过分析3种不同隧道衬砌结构形式的受力特征,在"安全实用,质量可靠,经济合理"的原则下,设计了0.3 MPa外水压作用下深埋公路隧道衬砌结构形式,采用SK1形衬砌控制超前注浆加固区折减系数不大于0.6,对于外水压大于0.3 MPa工况,采用相应增大衬砌截面厚度设计,衬砌根据富水段水压进行分段设计。     

单洞四车道超大跨度公路隧道Ⅳ级围岩合理施工方法研究

为研究超大跨度公路隧道的合理施工方法,该文以连霍高速公路新疆境内小草湖至乌鲁木齐段改扩建工程杏花村1号隧道为依托,通过数值模拟方法对超大跨度公路隧道Ⅳ级围岩采用CD法、上台阶CD法和三台阶七步开挖法施工的隧道变形和支护结构受力情况进行分析,在变形与支护结构受力满足设计要求的前提下,考虑各施工方法的优缺点等因素,确定最合理的施工方法,通过开展现场试验分析施工方法的可行性。结果表明：(1) CD法、上台阶CD法和三台阶七步开挖法数值计算的隧道变形均不大于21 mm,初期支护安全系数分别为2.48、2.41、2.28,大于隧道设计细则要求的最小安全系数,变形与支护结构受力均满足设计要求;(2)对比3种工法的优缺点,结合隧道地质条件等因素,确定杏花村1号隧道Ⅳ级围岩最优施工方法为上台阶CD法;(3)根据现场测试结果,Ⅳ级围岩采用上台阶CD法施工,拱部下沉最大值为14.6 mm,周边位移最大值为15.0 mm,隧道变形控制效果较好;初期支护的最小安全系数为6.94,满足设计要求。