公路隧道在膨胀性围岩地段施工的稳定性分析

基于现场试验的调查与工程实例的统计，本文对公路隧道在膨胀性围碉地段施工不稳定性的难题，从技术的角度给以了分析与研究。指出应当从隧道仰拱方向给膨胀性围碉以足够刚度的约束，这是确保隧道支护稳定所必需的基本条件，同时应当允许爷拱底部围岩发生适量的变形以降低存在于仰拱与围岩之间的高接触应力，在此了，建议采用一种内含柔性变形层的复合式仰拱支护结构，作为膨胀性围岩地段隧道支护的合理技术措施，本文研究对于在建的     

大断面隧道仰拱底鼓破坏模式

仰拱作为隧道重要的组成部分,其底鼓变形是影响路面及轨道平顺性的关键因素,与车辆的安全运行息息相关,为确定大断面隧道仰拱底鼓的基本破坏模式,弄清仰拱底鼓产生机理,采用室内模型试验与扩展有限元数值模拟相结合的方法,对不同加载模式下仰拱底鼓的基本破坏模式进行研究,将试验结果与扩展有限元结果进行比较,验证试验中破坏模式的准确性。将围岩压力分为底部受力占优,侧面受力占优以及底部和侧面受力同时占优3种情况,以确保模型试验加载方式的可靠性,并对其破坏机理进行分析。研究结果表明：大断面隧道仰拱底鼓破坏的基本模式可以分为U-W形破坏、U-LJ形破坏以及U-H形破坏3种;U-W形底鼓时仰拱底部承受较大的顶升力,引起仰拱隆起变形,以仰拱中心受弯破坏为主,仰拱两侧拱腰处与上部衬砌相连,对其隆起有一定的阻碍作用,导致中心部位隆起速度明显高于两侧,最终形成W形的破坏形态;U-LJ形破坏时仰拱承受较大的水平轴力,导致仰拱出现剪切破坏,最终形成W形的破坏形态;U-H形破坏时仰拱在底部和侧面荷载的挤压下,仰拱与边墙的连接部位受剪破坏,无法有效传递轴力,最终导致仰拱与边墙脱开;仰拱中心以及仰拱与边墙连接部位为仰拱的易损薄弱位置;研究成果可为隧道仰拱结构的设计和施工提供理论依据,对保证隧道的安全运营具有重要意义。     

太行山隧道8^#斜井工区仰拱栈桥施工技术

通过对太行山隧道8^#斜井工区仰拱施工经验总结，介绍了仰拱栈桥的设计、加工、施工工艺及施工要点，解决了客运专线隧道仰拱整幅施做及仰拱施工与作业面开挖运输的干扰问题，对同类隧道仰拱的施工有一定的借鉴意义。     

浅埋隧道仰拱计算模型与动态设计

由于缺少仰拱设计的理论依据,目前许多隧道的仰拱设计不尽合理,在浅埋隧道的仰拱设计中问题尤为突出。通过分析软基与隧道结构稳定性的关系,提出了浅埋隧道仰拱荷载的确定方法,其中以仰拱荷载系数将拱顶地层对隧道结构的垂直压力与仰拱荷载联系起来。结合仰拱的施工工艺,建立了三铰拱仰拱力学模型,给出了合理拱轴线的方程和内力计算公式。提出了浅埋隧道仰拱的设计步骤,并结合工程算例做了进一步说明。考虑到隧道开挖揭露的地质条件可能与设计勘察的地质条件有出入,建议将动态设计的理念引入到仰拱设计,使设计依据可靠,设计方法合理。     

大跨扁平隧道仰拱研究

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。以往的研究主要通过塑性区范围、应力、位移大小分析仰拱所起的作用。基于有限元强度折减法对比分析不同地质状况下仰拱对大跨扁平隧道整体安全系数大小的影响,得到一些有益的结论,为解决类似问题提供一种新思路。     

富水炭质板岩地层隧道底部结构破损原因分析及防治措施探讨

云南香丽高速公路穿越富水炭质板岩地段,多座隧道出现隧底结构破损,破损主要特征为隧底填充混凝土沿隧道中线纵向开裂,裂缝上宽下窄,呈"V"字形,对于隧道施工以及后期运营带来极大的安全隐患。该文以香丽高速公路典型富水炭质板岩地层隧道为工程背景,通过现场调查和数值计算分析等方法,分析隧道底部结构破损原因,提出相应的防治措施。结果表明:隧道底部结构破损主要是由于仰拱积水,隧道基底围岩遇水软化,导致隧道底部结构所受拉应力过大,出现张拉裂缝;隧道仰拱现状也对于仰拱受力不利。对于基底围岩进行加固,以及适当调整仰拱曲率可以避免隧道底部结构破损的发生。     

大跨度软岩公路隧道仰拱承载性能及安全性研究

以陕西宝汉高速公路连城山隧道(双洞六车道)绿泥石片岩段为例,分析了大跨度软岩公路隧道仰拱病害原因,建立了隧道仰拱的弹性地基曲梁模型,推导了仰拱结构内力、仰拱地基反力等计算公式,分析了原设计仰拱二次衬砌极限承载力和受力规律,评价了原设计仰拱结构安全性;在此基础上,探讨了各仰拱参数对仰拱极限承载力的影响规律及敏感度,计算了参数变更后仰拱二次衬砌的极限承载力,并结合仰拱受力测试,进一步考察了参数变更后仰拱结构安全性。结果表明：隧道墙脚以沉降变形为主,导致仰拱两端承受很大的竖向荷载,而原设计仰拱本身承载力较弱,加上仰拱地基软弱并且受地下水的软化效应和高应力下的蠕变效应影响,是连城山隧道仰拱开裂破坏的主要原因;仰拱最危险截面距离仰拱端部约为半幅仰拱相应圆心角的1/5~1/4处,即位于墙脚附近,与现场观察到的墙脚附近仰拱回填开裂、仰拱与仰拱回填脱离等破坏现象一致;增大仰拱厚度、减小仰拱半径、增大仰拱钢筋直径和减小仰拱钢筋间距均能显著提高仰拱极限承载力,其中减小仰拱钢筋间距的效果相对最为显著;而由于仰拱最危险截面的受压区高度很小,提高混凝土强度等级对于改善仰拱整体安全性并不显著;参数变更后的仰拱二次衬砌采用C35钢筋混凝土,厚度为1 m,半径约为13.4 m,钢筋直径为28 mm,钢筋间距为20 cm,极限承载力可达原设计的3.6倍以上,结构安全性大幅提高;为提高材料利用率,建议仰拱混凝土强度等级采用C30。     

仰拱曲率对浅埋大断面隧道衬砌结构承载力的影响研究

仰拱曲率对三车道大断面隧道的承载能力影响较大，分别从二次衬砌弯矩、轴力及安全系数等方面对仰拱曲率对三车道大断面隧道的承载能力进行定量分析。研究结果表明：过渡圆弧半径与仰拱半径的比值R^*存在临界值，当仰拱曲率在临界值以下时，弯矩和安全系数变化相对较大，当仰拱曲率超过临界值时，弯矩和安全系数变化相对较小；结构越趋于圆形，安全系数越大，承载力越高。     

特大跨度连拱隧道仰拱设置研究

福州长乐国际机场高速二期金鸡山隧道、罗汉山隧道均设计为双向8车道连拱隧道,在国内几乎没有可借鉴的工程。本文针对拱部位于Ⅳ级围岩而边墙以下为坚硬整体岩石的情况,对仰拱设置进行了计算分析。计算结果表明,这种情况下是否设置仰拱对围岩稳定、初支及二衬受力影响不大。     

隧道片式仰拱栈桥动载作用下强度及刚度校核

为提高隧道结构的耐久性,改善受力状态,仰拱超前、一次性全幅施工,已经成为隧道施工的基本要求。为此,自行设计制造成本低、结构简单、移动快捷、轻便的片式仰拱栈桥在隧道施工现场愈来愈普遍。通过对Ⅰ20型钢制造的6m长片式仰拱栈桥进行结构验算,对其在隧道无轨运输的最大动载作用下的强度及刚度进行校核,了解该类仰拱栈桥在装碴车辆通过时的动态响应及安全状态,对同类隧道简易片式仰拱栈桥的结构强度验算有一定的借鉴意义。     

高速铁路隧道仰拱全工序履带式栈桥设计与应用

为缩短仰拱施工全工序作业时间、提高仰拱施工进度、降低仰拱工成本、减少施工人员和辅助材料的投入,开发了仰拱全工序履带式栈桥。该栈桥主桥底部分成基础底面清理及钢筋绑扎、仰拱衬砌及仰拱回填、仰拱养护3个12 m工作区,每个工作区分别配置相应的机械化装置,整车采用液压履带驱动。重点介绍全工序履带式栈桥的结构组成以及主桥、前后坡桥、驱动系统、仰拱衬砌系统和辅助工装的设计,对栈桥主要部件的强度进行校核,并应用在郑万高铁湖北段向家湾隧道施工中。结果表明： 在Ⅳ级围岩隧道中,仰拱全工序履带式栈桥相比普通仰拱栈桥,完成12 m仰拱全工序作业仅需要36 h,每延米可节省134.91元施工成本,且行走机构能够适应复杂的隧道施工环境,设备性能稳定、故障率低。     

超大断面装配式明挖隧道结构及其施工方法研究

为提高隧道工程建设质量，针对国内明挖隧道装配式结构发展不成熟问题，以新森大道隧道为依托对超大断面明挖隧道装配式结构体系及施工方法展开研究，同时建立适用于公路、市政超大断面隧道装配式明挖结构体系，即“全预制”“仰拱现浇+上部预制”，并提出结构构造厚度建议值及多道防水构造方案。通过分析总结和数值模拟得出： 1）“仰拱现浇+上部预制”4分割方案在回填工序下的结构力学响应动态分析结果表明，该分割方案在施工过程中，结构应力、位移以及连接部位接头的张开角等均满足规范要求，且具备一定安全储备； 2）结合依托工程，提出一种适应于超大断面明挖隧道装配式结构的“边墙安装—仰拱现浇—拱顶拼装—细部作业—覆土回填”的施工方法及步骤。     

蒙华铁路万荣隧道粉细砂地层施工关键技术

针对蒙华铁路万荣隧道在穿越粉细砂地层施工过程中遇到的掌子面溜坍、超前水平旋喷桩间不咬合易漏砂、初期支护钢架直接立于松散砂层上导致沉降变形大等影响工程质量、威胁施工安全的主要问题，采用阶梯法开挖支护施工技术，周边旋喷桩帷幕超前支护；在格栅钢架拱脚增设钢垫板以扩大拱脚受力面积，增加钢架的稳定，减小因拱脚砂层松动引起较大的沉降变形；利用长仰拱栈桥施工仰拱，使仰拱结构封闭成环距掌子面距离不大于20 m，二次衬砌距掌子面距离不大于50 m；采用高压水喷雾器提高空气湿度，防止粉细砂层水分散失，降低其自然稳定性；并通过初期支护背后回填注浆补强等技术措施，有效防止溜坍，将沉降变形控制在5 cm以内。现场施工结果表明，上述施工技术措施有效地保证了万荣隧道穿越粉细砂地层的施工质量和施工安全。     

全自动液压栈桥式仰拱移动模架一体机施工技术研究

为解决隧道仰拱施工中传统设备简易、工艺落后导致的施工质量难以保证,在仰拱开挖、出渣等工序作业时过往的人员、车辆、机械设备无法正常通行以及现有客运专线隧道仰拱施工设备机械化程度底、集成度不高等问题,以沪昆客运专线贵州段CKGZTJ-3标栋梁坡隧道为例,对仰拱栈桥、模板体系、走行机构等进行研究,研制的全自动液压栈桥式仰拱移动模架一体机集成了栈桥、仰拱模板、中心水沟模板、走行机构、液压和液电装置等结构件。在施工过程中,先优化仰拱段施工作业区,利用全自动液压、液电系统功能控制栈桥行走、仰拱和中心水沟模板安装及定位作业; 在仰拱施工期间,与过往的人员、车辆、机械设备以及掌子面施工形成互不干扰、平行推进的局面。该全自动液压栈桥式仰拱移动模架一体机有效减少了作业人员和辅助材料的投入,工效明显提升,安全步距可控,并保证了仰拱衬砌和仰拱填充以及中心水沟的质量。     

岩湾隧道特大型溶洞处治技术

湖北恩利段高速公路岩湾隧道ZK250+135~+166段有特大型溶洞发育,隧道穿越溶洞中部,周边存在大范围的空腔,采用普通结构隧道无法跨越。为了保证施工安全、运营安全及工程进度,采用洞渣回填、桥跨和拱形防护等处治措施,即:洞渣回填至仰拱顶作为施工通道及拱形防护的基础;桥梁作为行车道部分,上部结构采用2×16 m的连续组合梁桥,下部构造桥墩采取桩基接帽梁、扩大基础桥台;拱形防护(钢筋混凝土套拱+混凝土护拱和沙袋缓冲层)座落在回填的洞渣上,防止可能发生的洞顶坍塌对隧道防护造成结构性破坏。施工和运营初期的实践证明,该溶洞处治技术措施可靠、合理,可以确保隧道施工安全及运营安全。     

考虑收敛变形的通缝拼装盾构隧道纵向等效抗弯刚度计算分析

为了研究运营地铁通缝拼装盾构隧道长期沉降过程中衬砌结构横向变形对其纵向变形和受力的影响,基于上海轨道交通8号线西藏北路站—中兴路站运营盾构隧道现场试验监测数据,对等效连续化模型进行修正,考虑隧道收敛变形对结构纵向变形的影响,并将该计算方法与现有计算方法进行对比分析。结果表明:1)弯曲状态下,环缝位置不考虑剪切作用时,随着隧道收敛变形的增加,拱底环缝张开量最大值、管片拉压应力和螺栓拉应力均略有减小。2)结构纵向变形曲率半径越小,隧道收敛变形对其影响越显著。3)在大曲率半径隧道结构纵向变形状态下,隧道收敛变形对结构纵向变形的影响可以忽略;不考虑轴向拉伸导致结构纵向变形条件下,结构弯曲导致的拱底环缝张开量较小。     

季节性暴雨后某高速公路隧道病害及整治

为了解决长时间季节性暴雨后,运营隧道易出现病害的问题,对长时间季节性暴雨后高速公路某运营隧道发生的病害进行调查、监控、数值模拟及分析。研究结果表明:1)长时间大暴雨后,隧道病害关联性存在,表现为渗漏水、基底隆起、翻浆冒泥、中央排水沟堵塞以及衬砌变形破坏;2)排水系统堵塞后,隧道衬砌结构上水压力和内力急剧增大,隧道率先在仰拱和墙脚处出现破坏;3)隧道渗漏水病害采用凿槽引排,变形破坏段采用分段逐步换拱和仰拱施作,整个隧道采用中央排水沟扩挖、沉沙井和排水系统疏导的方法;4)病害整治期间隧道结构变形较小、收敛,结构安全,整治措施合理可靠。