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。     

活断层错动位移下变形缝间距对隧道内力的影响

以活动断裂带为工程背景,探究变形缝间距对跨断层隧道内力的影响。运用ABAQUS有限元分析软件,建立穿越活动断裂带的隧道模型,分析断层错动下不同节段长度隧道围岩压力分布情况、二次衬砌最大轴向应力变化情况以及隧道塑性应变发展规律。结果表明:隧道节段长度越短,二次衬砌最大轴向应力越小,最大塑性应变越大;断层错动的影响主要集中在断层带内左侧区域的隧道,拱腰和拱脚部位受力和塑性变形明显。     

高烈度地震区公路隧道抗震设防长度的三维数值模拟

以某高烈度地震区浅埋公路隧道洞口段为研究对象,采用有限元数值分析方法分析隧道洞口的抗震设防长度及其影响因素。结果表明,Ⅲ类围岩的深埋隧道洞口,在进洞约4倍隧道跨径后衬砌结构内力响应明显减小;在Ⅱ类围岩浅埋洞口段,整个浅埋段的衬砌结构内力响应均无减缓迹象;隧道洞口抗震设防长度的设置不仅与围岩类别有关,还与洞口段埋深有关,当洞口浅埋且地质状况较差时,抗震设防长度一般应覆盖整个浅埋段。     

隧道洞口段的抗震设防长度

运用Newmark隐式时间积分有限元法并采用粘-弹性人工边界,进行了隧道三维地震反应分析。在不同的围岩材料、衬砌类型情况下,分析了隧道洞口段衬砌应力和位移沿隧道轴线方向的变化规律以及采取注浆加固围岩方法的减震效果。计算结果表明:抗震设防长度主要与洞口段围岩性质有关,洞口段松软、破碎的围岩越长,隧道的设防长度就越长;隧道的断面形式以及洞口段临空面的存在与隧道的设防长度关系不大;在地震荷载作用下,洞口段隧道衬砌产生了很大的轴向应力;可采用注浆加固洞口段围岩的方法减小洞口段衬砌的应力和位移。     

考虑时空效应的浅埋软弱隧道预留变形量确定方法

在浅埋软弱隧道台阶法施工中,预留变形量不仅要考虑围岩累计变形量,也要考虑支护结构随围岩变形的时空效应。基于围岩变形监测资料,对某隧道支护与围岩的协调变形过程进行了详细分析,发现隧道收敛与沉降变形具有明显的时空效应,在此基础上提出了理想预留变形量下的变形模型。在考虑台阶法施工中的围岩变形时空效应下,对隧道的预留变形量进行了监测,上台阶节段初支段落整体上移200mm;中台阶衬砌在设计轮廓线外移150mm,节段长度不变且对应钢架半径增大150mm;下台阶节段钢架对应半径做同样的增加,对接中台阶进行拼装施工。后期监测资料表明,隧道在完成变形后基本达到了设计轮廓线位置。该预留变形量的确定方法既有效避免了大变形对隧道的影响,也解决了支护结构施工与材料用料上的矛盾问题,为浅埋软弱地层隧道预留变形量确定提供了新的思路。     

浅埋偏压隧道初期支护参数影响分析及优化设计建议

依托吉林省鹤大高速公路回头沟隧道工程,运用有限元数值模拟,从锚杆长度、环向间距、喷混凝土厚度等方面分析隧道初期支护结构参数对围岩稳定性的影响规律。在对称和非对称设计时,综合考虑锚杆轴力、洞周位移以及衬砌的结构安全系数等方面对回头沟隧道浅埋偏压段Ⅴ级围岩的支护结构给出优化设计建议。     

分岔隧道施工三维数值仿真模拟研究

分岔隧道是一种新的隧道建设型式,它一般由四车道大拱隧道或连拱隧道逐渐过渡到上下行分离式双洞隧道,因此它同时具备标准间距的分离隧道、小净距隧道、连拱隧道以及四车道大拱隧道等多种结构型式隧道的特点.结构型式一般分为大跨衬砌段、双连拱衬砌段、加强衬砌段和一般衬砌段4种断面型式.作为一种新的隧道建设型式,目前国内尚不多见,缺乏可供参考的设计、施工经验.由于分岔隧道型式的特殊性和复杂性,施工难度和风险均较大,因此,研究施工围岩的稳定性有着非常重要的意义.本文基于连续介质模型,通过大型有限元软件ABAQUS,主要对施工过程进行数值仿真模拟,着重分析研究大拱与连拱过渡段和连拱以及小净距过渡段施工过程中的围岩变形和破坏特性,并得出结论,为设计施工提供参考依据.     

岩溶富水区铁路隧道加厚底板结构施工力学行为研究

为研究岩溶富水区加厚底板+隧底大水沟的新型衬砌结构在开挖过程中的力学行为,利用大型商业有限元软件对中心水沟的开挖工况进行分析计算。结果表明： 1）拱脚以上设置初期支护但底板不封闭时,中心管沟距离掌子面下台阶15 m情况下, Ⅳa型衬砌段和Ⅴa型衬砌段开挖过程中隧道混凝土接近正常使用极限状态,隧道收敛及沉降值均在规范允许范围内,但隧道基底隆起量及塑性区较大; 2）中心管沟每循环开挖长度对隧道变形、基底隆起量及塑性区分布影响较小,隧道封闭时间滞后是主要影响因素; 3）中心水沟与掌子面下台阶距离最大取15 m, 2种衬砌段中心水沟每循环开挖长度取5 m; 4）Ⅴa型衬砌段采用临时支撑约束拱脚水平变形或者对隧底地基进行锚索+注浆加固。     

右江南岸隧道洞口段结构抗震设防长度研究

利用大型通用ANSYS有限元软件的动力学功能,对隧道洞口段进行了地震响应分析,得到了各工况下沿隧道轴线方向衬砌边墙墙脚最大应力和位移变化曲线。通过分析,确定了各工况下洞口段隧道结构的抗震设防长度,为类似工程提供参考。     

公路隧道洞口段衬砌裂缝的性状特征及成因

以豫西某高速公路隧道群洞口段衬砌结构裂缝为实例,针对不同结构形式的裂缝性状特征,从地质条件、设计理念、施工方法、养护制度等不同方面对裂缝成因进行系统研究。结果表明,隧道洞口段裂缝数量、长度均远高于洞身段;洞口段裂缝主要成因是地质条件不良、基础沉降不均匀、衬砌施作时间不当、衬砌厚度不足或背后脱空、防排水不当等;并提出了"针对病因、辨证施治,防治结合、综合处理,早期发现、及时维护"的治理原则。     

浅埋偏压公路隧道衬砌裂损病害统计及成因反演分析

基于广东地区某三车道高速公路隧道浅埋偏压段衬砌裂损病害检测数据,采用数理统计方法对衬砌裂损病害进行统计分析。结合隧道施工及检测情况,对浅埋偏压段隧道结构受力情况分别采用荷载-结构法和地层-结构法进行了数值反演计算。计算结果表明:对于隧道的浅埋偏压段,地层-结构法得到的衬砌受力情况更加吻合隧道衬砌裂损状态,受隧道施工及地形偏压的影响,浅埋侧隧道拱部围岩塑性应变和围岩压力大于深埋侧,因衬砌钢筋保护层较厚,导致钢筋无法有效约束裂缝发展,进而造成浅埋侧衬砌大面积开裂。     

地下十字交叉隧道的设计与施工技术

厦门市机场路一期工程中的万石山隧道下穿正在改建的钟鼓山隧道,在十字交叉部位隧道的设计和施工组织都非常复杂,通过在钟鼓山隧道交叉段边墙内设置暗梁,加大万石山隧道的结构厚度等措施,解决了结构受力问题;通过万石山隧道设置双层衬砌结构,第一层二次衬砌采用先拱后墙的盖挖法施工,解决了施工过程中两隧道结构的相互干扰问题.     

日本中越地震中山岭隧道变形破坏特征及影响因素分析

日本中越地震造成位于震中附近的新干线多座隧道严重受损。文中通过资料收集与综合分析,将地震区山岭隧道变形破坏的基本类型进行统计分类,并分析对隧道造成破坏的影响因素,分析得出震害与地震的烈度及离震源的距离、隧道埋深、隧道所处地质条件有紧密的联系;根据分析结果,建议在隧道设计过程中对具体山岭隧道洞口段的减震设计设定设防长度,在设防长度范围内对隧道进行综合设计,对衬砌的设计遵循刚柔结合的设计思路。     

浅埋双洞错距山岭隧道洞口段地震响应试验研究

由于岩土非线性本构模型以及地震动力方程的复杂性,采用数值模拟或解析法分析隧道抗震性能均存在一定不足,因此模型试验仍是当前研究隧道抗震的有效途径。以强震区勒不果喇吉隧道为原型,设计相似比为1∶30,以河砂、机油与粉煤灰热融混合料作为围岩的相似材料,以石膏作为隧道衬砌相似材料,在隧道模型衬砌内外侧对称粘贴应变片以监测应变应力值,同时在隧道模型及振动台上安设结构加速度计来反演模型围岩的地震响应,采用大型振动台模型试验研究浅埋错距双洞隧道洞口段震害特征与工程减震措施。结果表明:隧道模型围岩对输入地震波有较明显的扩大效应,其频率谱也发生了改变,15 Hz以下频段的地震波得到了强化而其余频段发生衰减;岩土体对隧道结构的约束作用减轻了隧道结构的地震响应,按照模型试验相似比换算,可以将45 m作为隧道洞口段抗震设防长度;隧道墙角位置与仰坡拱肩45°角处为山岭隧道洞口抗震的薄弱环节;洞口段错距部位的震害要比其他部位更加严重,设计中可以考虑在错距部位适当增加岩土体积,以增强该部位的岩土约束作用;地震波作用下浅埋双洞错距山岭隧道地下结构之间存在较强的动力相互作用;在隧道结构周围设置大阻尼结构减震层可以有效降低隧道洞口的地震响应,减弱衬砌应变损伤。     

嘎隆拉隧道断层区进洞口段轴向地震响应及抗震缝效果研究

针对嘎隆拉隧道洞口段,考虑断层影响,对衬砌设置抗震缝和不设置抗震缝2种工况进行模拟计算,对比分析得出:断层对隧道衬砌的影响主要为增加断层处衬砌的剪应力;抗震缝的设置将使隧道衬砌应力从洞口向洞内沿轴向很快趋于稳定,并将降低衬砌30%的峰值主应力;设置抗震缝后将使衬砌节段内的峰值应力均匀分布,且比不设置抗震缝的衬砌应力小,但衬砌的破坏部位将集中在抗震缝处,并有可能导致结构失稳,因此抗震缝的设置间距不宜过短,数量不宜过多。     

厚层堆积体偏压隧道洞口结构抗减震技术研究

为研究覆有厚层松散堆积体且穿越软硬交界面的隧道洞口段动力响应特点和抗减震措施,以飞仙关隧道洞口段为研究对象,采用有限差分软件分别建立隧道围岩渐进式注浆、设置减震缝和全环注浆3种工况,并和无措施情况下隧道衬砌的应力、变形对比,得出最佳抗减震措施。研究结果表明： 1）在强震作用下衬砌的纵向变形远远小于横向变形,且全环注浆对限制衬砌的横向变形效果最显著,单独设置减震缝对衬砌变形的限制效果较差; 2）隧道右拱脚和右拱腰是强震作用下结构破坏的最危险位置,需着重加强这2处的抗震加固; 3）全环注浆能够有效减小衬砌应力,同时还能使交界面附近应力变化连续而平稳。     

青海省G227线大坂山隧道病害整治设计

大坂山隧道经过8年多的运营,出现了较严重的病害,如衬砌开裂、严重渗漏水、混凝土冻害和劣化等,在对隧道进行检测的基础上,对隧道病害进行了有针对性的整治设计,整治后的隧道套拱段滴水不漏,且隧道结构得到了有效加固,非套拱段只有3处渗漏水;同时在隧道整治时增设套拱背后混凝土温度观测系统,对衬砌混凝土温度进行长期观测,为掌握衬砌混凝土冻害提供基础数据。     

隧道偏压明洞错台成因及工程对策

明洞衬砌结构对隧道工程安全运营起到至关重要的作用,衬砌发生错台会对隧道洞口结构安全产生严重影响。针对华东地区某公路隧道偏压明洞段衬砌错台等病害,采用现场调研和数值模拟相结合的方法分析其产生原因,并提出相应的对策。研究成果表明： 隧道错台主要与边坡坡体浅层土体的侧压力有关,建议对边坡进行位移监测和对边坡坡脚位置及抗偏压墙处采用反压回填法进行处治,实施效果较好,可为类似隧道病害的整治提供参考。     

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。     

随机有限元法在隧道结构可靠性分析中的应用

利用基于神经网络的随机有限元方法对某高速公路隧道衬砌结构可靠性进行分析,总结了衬砌结构可靠度指标的分布规律,得出了衬砌结构容易发生破坏的部位和条件。按照抗压条件计算,最大可靠度位于隧道的顶部,最小可靠度位于隧道的侧壁,说明衬砌结构侧部受压破坏的可能性较大;按照衬砌结构的抗裂条件计算,最大可靠度位于隧道两侧,隧道顶部的可靠度较小,说明隧道从项部开裂的可能性比侧壁大。