隧道衬砌结构体系可靠度研究

针对隧道二次衬砌结构,从其在围岩荷载作用下的内力分布出发,建立了衬砌结构的串并联体系,由此确定其体系失效模式,进而以蒙特卡罗-随机有限元法为基础,充分考虑材料性能参数、几何尺寸、围岩弹性抗力系数及荷载等的随机性影响,采用区间估计的"宽界限法"对隧道衬砌结构的体系可靠度进行了分析。最后结合一典型工程实例对隧道结构体系的可靠指标进行了计算,计算结果表明:尽管隧道衬砌结构存在局部截面的可靠指标较小,但其体系可靠指标仍较高,整个隧道衬砌结构处于安全状态。     

盾构隧道衬砌结构计算模型探讨

研究目的:目前被工程界广泛采用的隧道拱底为压缩弹簧形式的衬砌结构计算模型,缺少相应的理论支撑,得到隧道拱底处相对较小的衬砌内力,以及隧道拱底的沉降变形趋势,与实际情况不符,且可能导致拱底处衬砌结构安全系数偏低。为了进一步加强衬砌结构设计的准确性与可靠性,对不同的衬砌结构计算模型展开对比分析,指出该模型被广泛采用的根本原因,并提出合理的计算模型。研究结论:(1)隧道拱底的地基反力形式与拱底位移趋势密切相关,当拱底呈隆起变形时,地基反力仅由反作用力组成,当拱底呈压缩变形时,地基反力由反作用力与地基压缩抗力两部分组成;(2)对于盾构法隧道,应采用拱底为反作用力形式的衬砌结构计算模型,该模型能准确地反映衬砌的受力特点与位移趋势,可以有效克服隧道拱底处安全系数不足的隐患;(3)提出了基于拱底地层位移趋势的拱底作用力形式以及相应的荷载-结构计算模型;(4)研究成果可用于盾构法隧道、矿山法隧道、明挖或暗挖的地铁车站等地下工程。     

铁路隧道钢筋混凝土衬砌结构可靠度分析

研究目的:针对现行《铁路隧道设计规范》中钢筋混凝土构件极限状态方程存在的不足,本文细分钢筋混凝土衬砌中钢筋的各种受力状态,并寻求更精确适用的功能函数及可靠度计算方法,为按可靠度理论修订《铁路隧道设计规范》提供参考。研究结论:(1)基于荷载-结构法模型,通过调研分析得出钢筋受力状态判断的界定方程,建立了适用于隧道钢筋混凝土衬砌结构的大、小偏心受压构件的功能函数及极限状态方程;(2)根据钢筋混凝土衬砌功能函数,应用JC法基本原理,通过分析推导提出一套钢筋混凝土衬砌结构可靠度分析方法,并在铁路隧道标准图衬砌可靠指标计算中得到成功验证;(3)本文提出的钢筋混凝土衬砌的功能函数及可靠度分析方法可直接指导铁路隧道钢筋混凝土衬砌设计。     

隧道衬砌混凝土养护工艺研究

养护的温度、湿度、时间是保证混凝土养护质量的关键,及时有效的养护是提高隧道衬砌混凝土强度和耐久性的必要手段。隧道衬砌混凝土的养护应在拆模后立即实施,才能保证混凝土质量。以强度作为养护效果的评价标准,从养护效果的优劣上讲,标准养护>洒水养护(人工)>喷雾养护>喷淋养护>养护剂养护>半自然养护。推荐喷雾养护(非雾炮车)和喷淋养护作为隧道衬砌养护的主要手段。采用喷淋养护时会造成混凝土表面强度的降低,当采用回弹法作为主要手段进行检测时应引起注意。隧道拱顶布管自动喷淋养护、隧道拱顶布管双流体养护、喷雾养护系统等几种新型养护工艺有其科学合理性,值得推广应用。     

盾构隧道衬砌内力计算模型比较分析

详细论述了盾构隧道衬砌结构设计中常用的两种计算模型:匀质圆环模型和梁-弹簧模型;结合目前正在施工的武汉长江隧道工程实例,比较了这两种模型的计算结果。     

黄土隧道衬砌结构的可靠度分析与研究

隧道衬砌结构在施工过程中,由于各种原因致使其尺寸不足给隧道安全运营埋下隐患,而传统的安全系数法只能检验结构设计的安全性,对于施工后的衬砌结构可靠性却无法判断,而且隧道衬砌可靠性的研究成果由于不同地区的地层存在较大的差异,故黄土隧道与其他地层的隧道在结构可靠性的研究成果可能会存在一定的不通用性.为此,提出以地质雷达探测为...     

深埋隧道实用计算分析

随着城市地铁隧道埋深越来越大,全土柱计算方法已不再适用全部工程。目前国内外计算地层压力的理论很多,结果差异性很大。基于沈阳地铁下穿浑河的盾构隧道,综合分析几种深浅埋分界理论,提出实用的深埋隧道土压力计算方法。     

深埋双线铁路隧道衬砌高水压分界值研究

为研究深埋双线铁路隧道衬砌高水压分界值以及高水压作用下的衬砌受力状态,基于双线铁路隧道设计标准,利用有限元软件计算和分析双线铁路隧道衬砌在不同水压作用下隧道衬砌安全系数的变化规律,确定双线铁路隧道衬砌的高水压分界值。研究结果表明:Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下水压力在0~0.05 MPa(约等于隧道净高一半)和Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下水压力在0~0.1 MPa(约等于隧道净高)范围内变化时,隧道断面安全系数基本不变。在Ⅱ、Ⅲ级围岩条件下,双线隧道的高水压第一分界值为0.08~0.20 MPa;高水压第二分界值可取为0.40MPa。在Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下,双线隧道的高水压第一分界值为0.12~0.35 MPa;高水压第二分界值为0.50 MPa。双线铁路隧道采用标准设计图进行设计时,能够承受的最大静水头为50 m,超过50 m的静水头,则需要优化断面。     

深埋山岭隧道帷幕注浆段衬砌外水压力研究

通过建立深埋山岭隧道的渗流模型,分析外水压力对支护体系的荷载影响,推导出帷幕注浆段衬砌外水压力的计算公式以及隧道内最大涌水量公式,并就理论公式结合工程实际情况展开探讨。同时,对太行山隧道帷幕注浆段外水压力进行现场测试。测试数据表明,由于监测时间较短、测点选择等原因,虽然帷幕注浆段衬砌外水压力较小,但考虑到后期外水压力的增加,为确保隧道运营期安全,需加强高压富水段外水压力持续监测。     

隧道衬砌混凝土裂缝控制技术

介绍隧道二次衬砌裂缝的种类、产生的机理、防治及处理的关键技术。     

深埋地铁隧道通风设计计算

通过设置合理的边界条件和参数,运用隧道环境模拟计算程序,对广州地铁6号线的隧道通风设计进行计算,并针对隧道内温度和风量进行了分析。在合理配置隧道通风系统的情况下,深埋隧道内全线温度满足要求;活塞效应作用较大,且隧道区间换气量满足要求。     

深埋特长软岩隧道二次衬砌支护时机研究

软岩强度低,易风化破碎,易产生流变,其变形具有比较明显的时空效应,因此二衬最佳支护时间的确定成为软岩隧道施工中的难点。本文以十房高速公路通省隧道为工程背景,对3种不同的支护形式Z5,Z5b,Z5c进行数值模拟分析,得出Z5,Z5b,Z5c 3种支护形式下二次衬砌的最佳施作时间分别在16,12和15 d。同时结合对现场监测数据的拟合回归分析结果,借鉴相关规范,对规范中二衬支护时机的相关指标进行修正,得出各支护形式下二衬支护时机的变形速率:Z5,Z5b,Z5c 3种支护条件下周边收敛变形速率分别为0.66,1.10,0.88 mm/d,其拱顶下沉变形速率分别为0.54,0.91,0.85 mm/d。该方法有效地指导了隧道的施工,可为类似工程提供参考。     

郑州地铁盾构隧道管片衬砌不同计算模型比较

针对郑州地铁某盾构区间隧道,在隧道覆土厚度、地层、地下水位和其他条件相同情况下,采用均质圆环法和梁-弹簧模型两种方法对管片衬砌的内力和变形进行了计算比较。均质圆环法弯矩较大,相应变形和轴力较小。均质圆环法与圆环刚度有效系数相关,有效系数越大,弯矩越大,变形和内力越小。梁-弹簧模型不仅考虑环向接头刚度还考虑了纵向接头刚度(径向和切向),与实际情况较为接近。     

隧道火灾后衬砌承载能力的可靠度评估方法

本文采用可靠度理论中的复合并串联系统，探讨了铁路隧道在发生火灾事故后，衬砌结构承载能力的可靠性评估方法，并结合有关试验测试资料，对不同火灾温度场作用下，衬砌结构的儿概率和可靠度进行了评估，在此基础上，提出了评价隧道火灾后，衬砌结构的可靠 指标。     

高原地热隧道混凝土衬砌施工技术研究

新建拉萨—日喀则铁路的隧道工程存在高温围岩和高温裂隙水的异常地热现象.异常地热现象致使隧道混凝土衬砌的工作性能、物理力学和耐久性能劣化,影响隧道结构安全和使用寿命.分析混凝土原料及主要性能,以及高温环境中混凝土物理力学和耐久性能发展趋势和劣化机理.针对高原地热隧道混凝土衬砌施工技术进行系列试验研究,测试高温环境下隧道初期支护喷射混凝土和二次衬砌高性能混凝土的性能指标,提出混凝土掺加高温稳定剂是解决高原地热隧道混凝土衬砌施工技术有效措施等结论.     

隧道混凝土衬砌施工中衬砌台车受力分析

文章运用力学分析方法对铁路隧道模筑衬砌施工用简易衬砌台车采用不同的模板形式时的爱力特点进行了对比分析，阐述了对模板及支撑结构进行受力分析的必要性。     

铁路隧道复合衬砌内力计算方法研究

研究目的:随着新奥法的普及,采用复合式衬砌的隧道越来越多,目前对其进行计算的方法主要分为荷载-结构法和地层-结构法。荷载-结构法通过弹簧支撑来模拟围岩对支护的约束,并不能真实的反映围岩与支护结构的相互作用;地层-结构法在围岩压力释放率的问题上存在一定的经验性。本文从复合式衬砌角度出发,以荷载作用于地层边界的模型对复合式衬砌的初支及二衬进行计算,并与传统荷载-结构法计算结果进行对比。研究结论:(1)通过对比荷载-结构法与地层-结构法的优缺点,提出了将荷载作用于地层边界的共同作用模型,即用均匀施加在四周的荷载代替围岩产生的压力,同时又用围岩自身的形变来抑制支护结构的位移,将围岩作为荷载的传递介质,充分体现了围岩和支护结构的共同作用和变形协调;(2)采用共同作用模型对铁路隧道复合衬砌的初期支护及二次衬砌进行了内力分析,并与荷载-结构法所得结果进行对比,结果说明共同作用模型更能符合新奥法的思想,在考虑围岩相互作用的同时大大减少了计算时间;(3)本研究成果为复合衬砌内力分析提供了一种新的方法。     

基于有限元响应面法的隧道衬砌可靠度分析

文章介绍了有限元响应面法的基本原理。结合具体的隧道工程,在考虑隧道长期安全性条件下,运用有限元响应面法对确定的最危险截面进行了数值分析,拟合出荷载效应的响应面方程,而后运用概率论的知识由响应面方程求出响应面函数的统计特征。采用推荐的分位值法并结合公路隧道设计规范给定的极限状态方程,计算出隧道衬砌可靠度指标。计算结果对确定公路隧道长期安全性的可靠度水平具有一定的参考价值。     

深埋隧道复合式衬砌内力和位移的荷载结构法

研究目的:研究任意形状的深埋隧道复合式衬砌的内力和位移具有重要理论意义和工程应用价值。本文首先通过弹性力学理论,导出轴对称荷载作用下,圆形隧道复合式衬砌的轴力和位移的解析解,并与数值解进行比较,确定初支、二衬间相互作用的杆单元弹性模量的合理取值;之后分析了Ⅳ级围岩中非圆形隧道复合式衬砌的轴力、弯矩和位移,围岩对初支、初支与二衬间的约束作用均采用杆单元模拟,其弹性模量分别取地层和初支的弹性模量;最后讨论了侧压系数对非圆形隧道复合式衬砌力学性能的影响。研究结论:(1)轴对称荷载作用下,圆形隧道初支和二衬的轴力和位移的解析解与数值解的误差不到5%,确定了使用杆单元模拟非圆形隧道初支和二衬间相互作用时,其弹性模量可以采用初支或二衬的弹性模量;(2)非圆形隧道二衬的轴力和弯矩均比相应位置处初支的大,初支和二衬分别在拱腰和拱底取得轴力最大值,均在拱脚取得弯矩最大值,均在拱底取得竖向位移最大值;(3)对于侧压系数在0.1到0.3范围内的Ⅳ级围岩,侧压系数的改变对非圆形隧道二衬最大的轴力、弯矩和位移的影响都比较小;(4)本研究结果可应用于隧道、竖井、管桩等工程结构。