基于统计分析的隧道围岩压力分布规律研究

围岩压力和支护荷载的确定是隧道支护结构设计的关键问题。利用调研和统计分析等方法,通过对54座已建隧道的174个监测断面的围岩压力实测数据进行统计分析,探明了深埋隧道围岩压力的总体分布特征,给出了深埋隧道围岩压力与围岩级别和跨度的关系,修正了铁路隧规深埋荷载宽度影响系数计算公式,并修正了《铁路隧道设计规范》深埋隧道荷载计算公式。研究结果对分析隧道围岩压力作用机制和完善支护结构设计方法提供一定的参考价值。     

隧道结构采用极限状态法设计探讨与建议

研究目的:房建、桥梁等结构已经采用了概率极限状态法进行设计,且编制了相应可靠度规范。隧道结构由于统计特征的离散性、计算模型的多样性以及荷载分配的不确定性,设计以类比为主。目前隧道行业正推广采用极限状态法,但根据隧道结构特点,推广方式和方法值得探讨。研究结论:(1)采用极限状态法是设计趋势,但目前隧道设计以类比为主,计算为辅,隧道设计统计特征离散,计算模型多样,初支和二衬荷载分配不确定,因此初期只能形式上进行极限状态法转轨;(2)建议优先在荷载离散性相对较小的明洞和浅埋隧道中推广采用极限状态法设计;(3)应大力推广隧道受力监测,通过数据积累获取统计特征,为隧道设计全面采用极限状态法打下基础;(4)本研究成果可为极限状态法在隧道结构设计领域的推广应用提供参考。     

岩石地区地铁矿山法区间 隧道衬砌设计模式

岩石地区地铁矿山法区间隧道衬砌的设计模式长期处于无章可循的状态,亟须合理化、规范化。从结构可靠度的角度出发,分3种模式(铁规破损阶段法、铁规概率极限状态法、建规概率极限状态法)对铁路系统和建工系统的设计模式进行分析研究,提出合理的可靠度设计方法进行P-Δ分析,并提出区间隧道设计中各个关键参数的合理取值。     

铁路隧道概率极限状态设计分项系数标定与讨论

目前，我国结构设计规范中广泛采用以荷载和抗力分项系数代表概率可靠性的概率极限状态设计方法。然而，在Eurocode 7等岩土工程结构的设计规范及相关研究中，对荷载与抗力分项系数方法，即以一组固定分项系数来保证不同工况下工程结构可靠性提出质疑。基于多年来我国铁路隧道衬砌结构概率极限状态设计的研究成果与应用情况，进一步细化不同围岩分级、埋深和衬砌类型的分项系数标定，共标定28种工况下衬砌结构设计的分项系数；分别采用本文、《铁路隧道极限状态法设计暂行规范》和《铁路隧道设计规范》的衬砌结构可靠性与安全性评价指标，对京张高铁八达岭隧道8种工况下设计方案的安全性与可靠性进行对比分析，不同工况下的隧道衬砌结构设计可靠指标与安全系数差异较大，说明荷载与抗力分项系数方法在铁路隧道衬砌可靠性设计中的稳健性较差。建议在隧道设计规范层面应逐步开展基于概率可靠性地勘和计算两阶段的研究，并提出铁路隧道设计方法转轨的部分建议。     

重载铁路隧道隧底围岩劣化的CFD-DEM模拟研究

研究目的:重载铁路隧道隧底结构较普通铁路受到更大的动力作用,列车动载-地下水耦合作用下隧底软弱围岩将发生劣化,甚至形成脱空,引发基地下沉、翻浆冒泥等一系列隧底病害。本文采用CFD-DEM耦合分析方法研究列车动载-地下水耦合作用下重载铁路隧道隧底软弱砂性土围岩劣化及脱空规律,为重载铁路隧道设计、施工及病害治理提供参考。研究结论:(1)列车动载-地下水耦合作用下隧底附近围岩细颗粒向两侧迁移流失,仰拱-围岩接触面形成局部脱空;(2)列车动载-地下水耦合作用下仰拱-围岩接触压力逐渐减小,隧底结构受力劣化,轨线位置最为明显;(3)列车轴重和行驶速度的增加将加速隧底围岩脱空及劣化的发展;(4)本研究成果可用于优化重载铁路隧道隧底结构设计,减少隧底病害,提高隧道的耐久性。     

高铁隧道隧底及围岩变形耦合监测分析

随着我国高速铁路建设迅猛发展,铁路隧道在软弱围岩中开挖的情况屡见不鲜。过大的隧底变形发生后,会导致隧道衬砌开裂破坏,形成铁路工程安全隐患。在广泛调研国内外文献基础上,梳理分析已有研究成果,提出在关注隧底结构的同时,不可忽视围岩状态的监测与分析。基于某高铁隧道工程案例,提出隧底结构与围岩状态耦合监测方案与实施过程。监测数据表明,隧底围岩压力基本达到稳定,围岩压力最大值为500 kPa;隧道拱底处于上拱变形发展中且无收敛趋势,隧底变形过大带来持续性变形。该研究对高铁隧道施工具有现实指导意义。     

铁路隧道衬砌状态检查车研制及运用

通过对国内外隧道衬砌、隧底检测技术和装备进行对比分析,结合我国铁路隧道衬砌状态检测需求,对车载地质雷达系统的主要技术指标和关键技术问题进行了探讨,提出了隧道状态快速检测车的技术方案,研制了铁路隧道衬砌状态检查车。该车可同时对衬砌5条测线、隧底3条测线进行检测,实现了全隧道的无损检测,最高检测速度可达10 km/h,并在新建和既有铁路上得到成功运用,显著提高了铁路隧道无损检测的效率,减轻了劳动强度。     

基于可靠度理论的铁路隧道复合式衬砌结构设计软件研究及应用

《铁路隧道设计规范(极限状态法)》(Q/CR 9129—2018)使得概率极限状态法在铁路隧道结构设计领域得到迅速发展,但常规计算中引用的经验值“荷载分担比”对结果有很大影响,可建立初期支护与二次衬砌共同作用的复合式衬砌模型避免其影响。为了排除“荷载分担比”的模糊影响、实现独立进行复合衬砌结构设计,开发了铁路隧道复合式衬砌结构设计的专业软件CLAS,该软件支持对单层衬砌模型和复合衬砌模型进行3种设计方法计算,包括破损阶段法、极限状态法、可靠度分析。该软件由软件界面、前处理、截面检算、可靠度分析、后处理5部分组成。前处理支持导入AutoCAD文件完成几何建模;截面检算可采用破损阶段法和极限状态法,实现内力分析、安全性检算和配筋计算;可靠度分析提供JC法和蒙特卡罗法的计算;后处理提供结果数值导出与云图显示、计算报告生成功能。工程应用表明,CLAS功能全面、操作简单,精度满足工程要求;“荷载分担比”经验值对二次衬砌拱顶处的荷载有明显低估,复合衬砌模型能更有效地反映衬砌结构的受力情况。     

铁路隧道混凝土强度参数取值探讨

现行《铁路隧道设计规范》中采用的混凝土极限强度与《混凝土结构设计规范》不一致，现行《铁路混凝土强度检验评定标准》中也没有给出混凝土极限强度的定义及检验方法，上述问题给铁路隧道结构设计带来困扰。采用调研与计算相结合的方法，对混凝土极限强度的由来和极限强度与强度标准值关系开展了分析论证，研究结果表明：铁路隧道结构设计中采用的混凝土极限强度最早来源于202组棱柱体混凝土试件的试验统计结果；混凝土极限强度与混凝土强度标准值存在数值对应关系，但两者的保证率不同(混凝土极限强度的保证率为84%,而混凝土强度标准值的保证率为95%);若铁路隧道结构统一采用混凝土强度标准值进行设计，对于钢筋混凝土衬砌无影响，对于素混凝土衬砌会导致衬砌厚度增大；《铁路隧道设计规范》中混凝土强度参与宜与《混凝土结构设计规范》中的规定相统一，这样即可保证隧道结构与其它结构的可靠性的一致性，也可消除的混凝土强度检验无标准可参照的困扰。     

30t轴重下隧底密实度对隧底结构受力的影响及隧底加固效果分析

针对朔黄铁路某隧道隧底不密实病害,分析了隧底不密实病害的主要成因。提出采用聚氨酯树脂填充隧底吊空等不密实处以及固结虚砟的隧底加固方案。采用有限元软件ANSYS建立数值分析模型,以Ⅴ级围岩隧道为例,借助于现场实测30t轴重列车轮轨力时程曲线,分析隧底不同密实度以及加固后的隧底结构动力响应。结果表明:在取Ⅴ级围岩弹性模量的中值1.5GPa作为隧底密实度标准值的条件下,30t轴重列车通过隧底密实度仅为标准值的7%的隧道时,其隧底结构产生最大为1.05 MPa的拉应力,隧底结构的应力水平超过0.5ft(ft为计算混凝土抗拉极限强度,取2.01 MPa),从而导致隧底结构的疲劳问题;采用聚氨酯树脂对隧底结构加固后,隧底结构的应力水平降低至0.13ft,消除了疲劳破坏的隐患,而且隧底结构的振动加速度也得到明显的降低,验证了采用聚氨酯树脂的加固方案适宜于重载铁路隧底的加固。     

铁路隧道衬砌极限状态法设计软件开发及应用

目前,铁路隧道设计方法已由安全系数法向极限状态法转轨,但缺乏隧道衬砌结构极限状态法设计专用软件,衬砌设计仍需采用多软件协同作业的传统方法完成,过程繁琐,效率较低.提出基于VB6.0开发的铁路隧道衬砌极限状态法设计软件的构建思路、软件功能、软件模块及操作流程,介绍软件在铁路隧道极限状态法转轨工作中的应用成果.该软件集建模...     

含壁后空洞盾构隧道管片安全分析

为探究空洞对盾构隧道的影响机理,通过建立考虑环、纵向接头的盾构隧道精细化数值模型,研究不同空洞深度、面积、位置等多种情况下管片内力、变形及截面安全系数的变化规律,并探讨管片不同拼装点位对含壁后空洞隧道的影响。研究结果表明：隧道壁后不同位置空洞对结构安全不利影响的排序为：隧腰>隧底>隧顶;空洞面积为5.0 m²时,随空洞深度增加,隧顶或隧底空洞中心处隧道截面弯矩及安全系数呈先减小后反向增大的趋势,且管片椭变先减小至0后反向增大,弯矩分别在空洞深0.3、0.2 m时反弯,左隧腰空洞中心处截面安全系数不断降低,管片椭变及弯矩大幅提升;空洞深度为0.5 m时,隧顶或隧底空洞中心处隧道截面弯矩均在空洞面积3.75 m²时反弯;空洞范围内存在纵缝会降低空洞中心处隧道截面内力并提升其安全系数,但其最大张开为空洞内无接缝时的2.0～3.5倍。研究成果可为盾构隧道壁后空洞安全评价、拼装点位选取提供参考。     

考虑既有地下连续墙影响的地铁车站外墙优化设计

深入分析了既有深基坑地下连续墙的实际刚度对车站结构设计内力及实际配筋的影响,考虑了承载力极限状态、正常使用极限状态和人防组合状态等3种情况的极限包络。在车站结构设计中,考虑包括地下连续墙在内的围护结构共同作用进行优化设计,可有效提高材料利用率,节约社会资源。     

铁路隧道衬砌目标可靠指标研究

研究目的:现行铁路隧道设计规范中概率极限状态法的适用范围局限于单线铁路隧道的整体式衬砌,而我国铁路隧道的现状是双线及大跨隧道越来越多,复合式衬砌已经广泛使用,因此现行规范中的概率极限状态法无法满足隧道工程设计需要。为拓展概率极限状态法在铁路隧道设计中的适用范围,便于开展国际交流,有必要开展铁路隧道概率极限状态设计方法研究,而结构目标可靠指标是应用概率极限状态的前提和基础。研究结论:研究表明:(1)现行铁路隧道复合式衬砌通用参考图可靠性水平较高,对于钢筋混凝土衬砌、素混凝土衬砌抗压及素混凝土衬砌抗裂三种极限状态下,其对应的可靠指标均值分别为4.27、13.71和7.48;(2)国内相近规范中在结构安全等级为二级的情况下,对于延性破坏状态其目标可靠指标变化范围为3.2~4.2,对于脆性破坏状态其目标可靠指标变化范围为3.7~4.7;(3)北欧国家的目标可靠指标不区分混凝土的延性破坏或脆性破坏,在结构安全等级为二级时,北欧国家规定设计目标可靠指标取4.26,而英国的CIRIA标准规定设计目标可靠指标取值3.71;(4)综合考虑参考图校准及国内外调研结果,提出我国铁路隧道衬砌承载能力极限状态目标可靠指标,对于延性破坏和脆性破坏两种情况:当安全等级为二级时,其对应的目标可靠指标分别为4.2和4.7,当安全等级为一级或三级时,对应的目标可靠指标分别提高或降低0.5;(5)本研究成果已经成功应用于《铁路隧道极限状态法暂行规范》。     

大相岭深埋特长隧道场区高应力场三维数值反演

大相岭隧道属特长深埋隧道,隧址区地应力高,断裂构造发育,软岩硬岩交错分布,开挖中可能会出现岩爆大变形等现象,运用FLAC3D快速拉格朗日差分软件采用数值三维多元回归原理结合实测地应力资料对隧道场区高地应力场进行数值回归反演,反演结果和实测结果吻合良好,能够较好的从整体上反映场区地应力状况,为地质超前预报以及超前支护和隧道结构设计提供较为可靠的定量分析资料。     

BIM技术在明挖隧道设计中的应用研究

基于京雄铁路机场隧道项目,以隧道正向设计为理念,开展了基于BIM的明挖隧道设计研究。主要研究内容包括:基于BIM的明挖隧道设计流程、明挖隧道结构设计、明挖基坑开挖面设计、明挖基坑围护结构设计、路隧接口设计等。摸索适用于明挖隧道的BIM设计流程,实现明挖隧道设计过程中某些关键节点的正向设计,促进BIM技术在隧道领域的发展,以期对实现基于BIM的铁路工程正向设计提供参考。     

川藏铁路二郎山深埋隧道的地应力场反演分析

二郎山隧道是川藏铁路的控制性重点工程,隧址区的地应力分析对于铁路的选线和施工具有重要意义。本文通过工程类比分析和应力计算确定了边界条件及水平向对称梯度应力,综合应用CAD,ANSYS和FLAC3D三种软件开展了二郎山隧道深埋方案的数值反演,分析了沿隧道轴线的应力变化和分布特征。结果表明:隧址区全长范围内最大主应力总体上随埋深增大而逐渐增加;局部应力状态受地质构造影响较大,在结构面及岩性分界点附近有明显变化。     

隧底围岩软化对鹰鹞山隧道衬砌结构开裂影响的数值分析

裂缝是隧道衬砌结构的主要病害之一,其中隧底围岩软化也会导致衬砌开裂。本文应用数值模拟方法,模拟分析隧底围岩不同软化程度和软化厚度的条件下,隧底围岩软化对隧道衬砌结构开裂的影响规律。结果表明:隧底围岩软化越严重,隧道衬砌结构拉应力越大,最先破坏位置为边墙最大跨处,与现场观测基本吻合。     

铁道隧道底部病害成因分析与质量检测技术

系统地总结了既有铁路隧道底部结构常见的病害现象,分析病害产生的原因,指出隧底常见的施工缺陷。基于目前隧底检测常用的地质雷达法和钻芯法,给出了隧底检测要点和提高检测精度的措施。分析近年来隧底施工质量抽查发现的典型问题,提出在建隧道底部质量检测和质量控制建议,为新建隧道建设管理提供参考。     

新建客货共线铁路设计暂行规定(续)

五　隧　道5 3 隧道内轮廓应满足乘车舒适度和消减列车空气阻力的要求。旅客列车设计行车速度为 160km/h路段 ,单线隧道轨顶面以上净空横断面积不应小于 42m2 ,双线隧道净空横断面积不应小于 76m2 ,曲线上的隧道应另行考虑曲线加宽增加的面积。旅客列车设计行车速度为 2 0 0km