高速铁路隧道初支、二衬间接触压力研究

 为了系统研究高速铁路隧道二次衬砌力学特性,依托贵广、兰渝、京沪铁路多个典型高速铁路隧道工程,对不同级别围岩条件下初支、二衬间的接触压力进行现场监测。通过分析指出：初支、二衬间接触压力在二衬拆模时最大,此时二衬结构受力最不安全;二衬所受的荷载实际上是初支传递过来的围岩形变压力,与规范中采用松散体高度计算得到的松动压力是不同的;通过分析不同级别围岩条件下规范荷载和实测荷载作用下二衬结构的安全性可知,规范荷载作用下隧道结构最不利位置一般在拱顶,而实测荷载作用下隧道结构最不利位置往往在局部应力集中处,且实测荷载作用下二衬的安全性要远高于规范荷载下的情况。因此通过支护时机、支护措施以及必要时辅助工法的施作可以实现初支(和围岩)承受全部荷载,二衬结构作为安全储备。研究结论对深入了解高速铁路隧道二衬的受力特点,更加科学合理地设计二衬具有一定参考价值。     

浅埋黄土隧道衬砌结构受力分析

 通过对三十里铺隧道的现场测试,研究浅埋黄土隧道一衬和围岩接触应力、锚杆轴力、喷射混凝土表面应变、二衬中钢筋应力和浇注混凝土应变随时间变化规律及分布特征。结果表明,围岩释放应力最大值在7～10 d,位置在拱腰处;锚杆轴力稳定时间为30 d左右,且在空间上出现压应力区;喷射混凝土表面应变较大且常出现跳跃性变化;二衬钢筋应力初期为拉应力;边墙处的稳定时间为6～8 d后,拱顶处30 d后仍然递减;二衬混凝土应变由初期的拉应变向压应变变化。隧道衬砌的受力分析结果为支护系统的优化提供依据,对同类工程的设计提供借鉴。     

浅埋黄土隧道衬砌结构受力分析

通过对三十里铺隧道的现场测试,研究浅埋黄土隧道一衬和围岩接触应力、锚杆轴力、喷射混凝土表面应变、二衬中钢筋应力和浇注混凝土应变随时间变化规律及分布特征。结果表明,围岩释放应力最大值在7～10 d,位置在拱腰处;锚杆轴力稳定时间为30 d左右,且在空间上出现压应力区;喷射混凝土表面应变较大且常出现跳跃性变化;二衬钢筋应力初期为拉应力;边墙处的稳定时间为6～8 d后,拱顶处30 d后仍然递减;二衬混凝土应变由初期的拉应变向压应变变化。隧道衬砌的受力分析结果为支护系统的优化提供依据,对同类工程的设计提供借鉴。     

基于安全度的黄土隧道结构承载性能分析

基于八仙峁隧道、麻塌隧道2组典型断面二衬混凝土应变监测数据,分析了二衬混凝土在黄土隧道中应变随时间的变化规律;通过换算得到二衬结构所受应力,将换算结果代入安全度应力表达式,得出该断面下黄土隧道二衬安全度分布,并与有限元数值模拟结果进行对比。结果表明:在黄土隧道的支护结构中,二衬混凝土结构不仅作为安全储备,而且往往需要承受大部分荷载,通过数值模拟确定二衬承受的荷载约为围岩荷载的40%;二衬混凝土结构作为受压构件,其最大应变出现在边墙底部位置;数值模拟与计算所得二衬安全度分布规律基本一致,拱顶、拱肩、边墙底部仰拱部位安全度相对较小但满足规范要求,仰拱底部所受压应力最大且安全度未满足规范要求。     

基于现场实测的炭质板岩隧道围岩大变形与衬砌受力特征研究

炭质板岩是西南地区普遍存在的一种典型软岩,隧道开挖过程中极易发生大变形、局部垮塌等灾害,甚至造成重大经济损失与人员伤亡。以香丽高速公路海巴洛隧道典型炭质板岩工程为背景,通过对炭质板岩围岩位移、初支内力和二衬内力的施工全过程进行监测,探讨不同施工阶段隧道大变形段衬砌受力特征。分析结果表明:上台阶开挖是围岩变形的主要发生阶段,且围岩变形呈现出"左小右大"的不对称变形模式,最大沉降(208.9mm)发生在右拱肩处;钢拱架应力沿洞周分布特点为"上大下小",上台阶最大压应力值为550.4 MPa,下台阶最大压应力值为134.9 MPa;初支拱顶、左拱肩、右拱肩监测点及二衬混凝土左仰拱处安全系数均小于规范限值,支护结构偏于危险。研究成果可为类似炭质板岩隧道工程的设计、施工等提供借鉴和参考。     

软岩隧道支护结构设计优化研究

以某单线铁路矿山法隧道工程为例,利用正交试验设计方法,结合数值分析手段对其支护结构进行了优化设计研究。优化的内容包括初次锚喷支护时机和喷射混凝土厚度、二次衬砌施作时机和二次衬砌厚度。分析了影响初支喷射混凝土中最大拉、压应力和二次衬砌钢筋混凝土中最大拉、压应力的主要因素。以初支喷射混凝土和二次衬砌钢筋混凝土内最大拉、压应力作为考察指标,得到了初次锚喷支护时机、喷射混凝土厚度、二次衬砌施作时机和二次衬砌厚度的优化组合,与传统设计方法相比,隧道支护工程量大大减小。研究成果可供矿山法隧道支护结构的设计借鉴。     

隧道底部结构受力与变形的现场测试与分析

采用现场测试方法,对隧道底部结构的变形、仰拱混凝土和钢筋中的应力进行了长期测试和分析。受围岩释放荷载、隧道二衬自重及上部围岩荷载以及道床设施和运营列车荷载的作用,隧道底部结构在整个施工过程中经历了隆起—下沉—隆起—下沉的反复变化过程,仰拱混凝土及钢筋同样经历了拉—压—拉—压的反复变化过程;围岩条件越好,隧道底部结构中的应力和变形最终值及其变化幅值越小;整个隧道施工过程中,隧道底部结构的最大下沉小于 5.0 mm ,混凝土中的最大拉压应力小于 2.0 MPa ,满足高速列车的安全运营要求;隧道二次衬砌施作之前仰拱处于最不利的受力状态,施工中应及时将隧道二衬闭合成环,以保证隧道仰拱结构处于较佳的受力状态;隧道开挖后的应力重分布持续时间一般在 2 a 以上。     

隧道软硬围岩交界段纤维混凝土衬砌抗震性能模型试验研究

为提高高烈度地震区隧道软硬围岩交界段的抗震安全性,依托乌鲁木齐地铁1号线某区间隧道工程,采用振动台模型试验对隧道软硬围岩交界段纤维混凝土二衬的抗震性能进行研究。研究结果表明:硬岩部分隧道结构的安全性主要由围岩﹣衬砌间的运动相互作用控制,软岩部分隧道结构的安全性由围岩﹣衬砌间的运动相互作用和地震惯性力共同控制;纤维混凝土二衬提高了支护结构的强度/刚度和韧性,由于硬岩部分隧道结构承受的地震惯性力增加很小,同时围岩﹣衬砌间的运动共同作用改善不明显,结构安全系数最小值增加较大,增大百分比最大达71.40%;软岩部分隧道采用纤维混凝土二衬后,支护结构抵抗较大地震惯性力的作用效果显著,但同时增强了围岩﹣衬砌间的运动相互作用,结构安全系数最小值增大百分比小于硬岩部分,增大百分比最大为29.11%;综合考虑地震动峰值加速度、纵向应变、接触应力及结构内力等指标,同体积纤维掺量条件下,隧道软硬围岩交界段钢纤维混凝土二衬的抗震性能及结构安全性优于玄武岩纤维混凝土二衬。研究成果可为强震艰险山区交通隧道抗震性能的提高提供参考。     

高烈度区软硬岩交界段隧道震害机制及减震缝减震技术模型试验研究

为探讨高烈度区软硬岩交界段隧道震害机制和减震缝减震技术,依托某隧道工程开展大型三方向六自由度强震振动模型试验。通过对试验数据的分析,研究了硬岩、软岩、软硬岩交界不同地质条件下,不设置减震缝、仅二衬设置减震缝、初支与二衬交错设置减震缝5种工况隧道衬砌结构所受地层惯性力、位移差、主拉应力、内力和安全系数。结果表明:强震作用下软硬岩交界处位移差显著,地层惯性力对软岩段影响明显强于硬岩段;二衬减震缝的设置能有效降低软硬岩交界段衬砌结构主拉应力47%以上、降低结构内力40%以上,交错设缝措施较仅二衬设缝措施减震率最大提高近20%;隧道穿越高烈度区软硬岩交界段推荐采用"交错设缝"抗减震结构型式,即二衬减震缝结合衬砌台车长度设置,初支减震缝按3 m间隔设置。研究结论对于高烈度艰险山区交通生命线的抗减震技术具有重要的意义。     

深井煤矿中央水泵房二次衬砌监测分析

 基于新奥法思想,利用位移收敛计和钢弦式传感器对朱集煤矿中央水泵房二次衬砌进行现场监测,得到水平收敛位移、拱顶沉降、初期支护与二次衬砌接触应力、钢筋应力和混凝土应变随时间的变化规律。监测结果表明：表面位移前期变形速率较大,大概在二次衬砌施工100 d后达到稳定状态;初期支护与二次衬砌接触紧密,二次衬砌有效地承担了围岩荷载;钢筋应力首先经历一个剧烈变化阶段,后增大,最终达到稳定状态;混凝土应变初期为压应变,然后逐渐进入拉应变阶段并稳定。分析监测结果可得出：(1) 各测值都在安全范围内,二次衬砌结构受力稳定,安全可靠;(2) 钢弦式传感器容易受混凝土水化热的影响,造成初期监测数据变化剧烈;(3) 水泵房二次衬砌受临近硐室开挖的影响。     

复杂地质病害隧道衬砌拆除塌方机理及处治措施

为研究病害整治隧道二衬拆除塌方机理及处治措施,以重庆某隧道二衬拆除过程中拱顶塌方为例,分析塌方段地质条件、病害状况及塌方过程等,探究塌方发生机理及其处治措施。结果表明:隧道衬砌腐蚀、开裂、渗漏水等病害以及塌方段围岩松散破碎,具有腐蚀性的地下水使得围岩呈现“结构性弱化”,是产生塌方的主要内因;施工扰动下,块碎石堆积荷载超过初支的极限承载力,导致初支开裂,暴雨天气又使得上覆岩层重量增加是导致塌方的主要外因。采用分台阶开挖塌方体,空腔处泵送砼回填,配合使用超前小导管、锁脚锚杆、钢拱架等支护措施,清除塌方堆积体并重新浇筑衬砌结构,可为类似工程塌方处理提供借鉴。     

软弱地层浅埋大跨双连拱隧道支护结构受力现场监测试验研究

由于跨度大,施工分步多,软弱地层大跨度连拱隧道支护结构受力规律难以把握,双连拱隧道设计施工难度较大。本文依托南山路浅埋大跨双连拱隧道工程,通过现场试验研究双连拱隧道施工过程初期支护和二次衬砌的受力,着重分析了围岩压力、钢架应力、初期支护与二衬接触压力、二衬钢筋应力的变化规律,结果表明:(1)由于后行洞的施工对先行洞围岩的扰动,使先行洞围岩发生多次应力重分布,使得先行洞受力比后行洞受力大且变化更为复杂;(2)拱顶和拱脚位置是整个结构受力最大的位置,仰拱封闭会使结构受力减小,因此及时使结构封闭成环有利于结构受力;(3)二衬承受了一定的围岩压力,且可以在较短时间内达到稳定受力状态,在现场二衬施做步距下,二衬不会发生屈服破坏。     

黄土地区浅埋暗挖地铁隧道衬砌受力分析

为了解黄土地区浅埋暗挖地铁隧道衬砌结构的受力特征,得出荷载在衬砌结构各部分中的分担比例,以西安地铁 2 号线实体工程为依托,开展了较大规模的现场测试工作,对围岩与初期支护接触压力、初期支护与二次衬砌接触压力及二次衬砌结构应力进行了研究。结果表明：在三连拱大断面地铁隧道中先开挖洞室初期支护各部位所受的围岩压力均大于后开挖洞室初期支护所承受的压力;左、右线中墙顶、底部初期支护承受的压力较大,表明隧道中隔墙承担了较大的上部土体荷载;初期支护与二次衬砌承受的荷载比例为 52.81% 和 47.19% ;二次衬砌混凝土基本受压,左、右中隔墙二次衬砌混凝土受压最大。在标准断面地铁隧道中左、右线墙脚位置初期支护与围岩之间接触压力较大,表明这两位置承受了大部分垂直压力;初期支护与二次衬砌承受的荷载比例为 40% 和 60% ;二次衬砌混凝土基本受压,拱腰及以上位置应力较大,仰拱处应力较小。     

软弱围岩隧道二次衬砌合理施作时机研究

为确定软弱围岩隧道开挖过程中,不同施工工法对应的二次衬砌合理支护时机,采用FLAC3D软件建立数值分析模型对三台阶预留核心土法和CRD法的开挖过程进行模拟,分析二次衬砌支护时机对围岩和支护结构受力变形的影响,并确定出合理的二次衬砌支护时机。研究结果表明:二次衬砌的支护时机对隧道围岩的变形有显著影响;不同工法的初期支护所受的最大压应力会随着二衬与开挖面距离的增大而增大,但是其增幅会越来越缓慢;三台阶预留核心土法下二衬与开挖面的合理距离可在15.6～25.2m范围选取,CRD法下的合理距离可在31.2～42.0m范围选取。     

赚宝隧道二次衬砌监控量测研究

以南涪路赚宝隧道整治工程为依托,提出隧道二次衬砌整治过程中的施工监控量测方案,并通过有限元软件建模分析在一定二衬拆除长度下,隧道初支应力和竖向位移的变化规律,通过与实测数据的对比研究,验证了模型的正确性,为该隧道病害整治提供了参考和建议。     

千枚岩隧道传统与新型支护结构现场对比试验研究

 以在建穿越5•12汶川强震区成都至兰州高速铁路站前试验段某隧道大变形极高风险段为工程依托,运用现场试验与数值模拟手段,针对传统的型钢拱架和新型自主研发的钢格栅混凝土核心筒支护结构体系,分别对围岩收敛变形、围岩深部位移、围岩与初支接触压力、拱架内力、锚杆轴力、初支与二衬接触压力以及二衬轴向应变变化特征与规律进行研究。结果表明钢格栅混凝土核心筒支护结构体系可有效控制强震区软弱破碎围岩隧道大变形,结构体系变形及受力合理,可为类似工程建设提供借鉴。     

长距离小净距重叠隧道施工关键技术分析

文章结合深圳地铁7号线长距离小净距重叠隧道工程实践,采用数值分析软件计算了不同净距条件下施工时的地层位移及隧道应力,分析净距对地体重叠隧道施工的影响。研究结果表明:由于隧道的开挖卸荷,导致一定范围的地层产生位移,其中隧道顶部发生沉降,隧道底部发生隆起;衬砌所受应力均为压力,最大应力出现在隧道拱底和两侧边墙位置;通过塑性区分布云图得到,隧道顶部土层发生破坏,而且隧道周边一定范围的土体产生剪切破坏;随着净距的增加,地层沉降减少,衬砌受力变小。     

深埋圆形隧道双层衬砌应力分析

采用弹性力学理论,推导出圆形隧道双层衬砌应力解析解,并以重庆某在建隧道工程为例,讨论了不同弹性模量和泊松比的混凝土初衬和二衬的应力分布规律,结果表明,整个衬砌的径向应力是连续分布的,而切向应力在初衬和二衬的交界面上出现了跳跃,呈现阶梯递减,衬砌出现了两次应力集中,分别位于初衬和二衬的最内层。     

公路隧道分区防水施工技术

1 、工程概况 大湾隧道为某高速公路上的山岭重丘区公路隧道,该隧道区址为丘陵缓坡地形,最大埋深为39.4m。隧道区内地质:表层为第四系残坡积层碎石土,下层为下寒武系下统清虚组石灰岩和中统高台组白云岩,隧道位于区域性压性层破碎带及断层影响带中,隧道区内围岩节理裂隙极其发育,裂隙微张。地下水不发育,但雨季由于地表水补给,裂隙水丰富,开挖过程中曾出现多段大面积滴涌水现象。 隧道结构为复合式衬砌,初支为C20喷射混凝土,厚度为260～280mm,二衬结构为C20模筑混凝土,厚度为500～600mm。防水设计方案为二次衬砌混凝土和防排水各成体系,二…     

断裂黏滑错动下隧道减错措施作用效果模型试验研究

以某隧道工程为依托,开展断裂黏滑错动下隧道减错措施大型模型试验。通过分析纵向应变、接触压力和衬砌安全系数,对无减错措施、仅设置减错层、仅二衬设置减错缝、二衬设置减错缝与影响区段二衬增厚、初支与二衬交错设置减错缝以及组合措施6种工况进行对比研究。结果表明:断裂黏滑错动对上盘的影响范围和剧烈程度均大于下盘;不同工况减错措施对纵向变形、接触压力以及结构受力控制水平分别为AC≈D≈BEF,ABDC≈E≈F,ADC≈EBF;刚柔并济设计理念下"减错缝+增加影响区段二衬厚度"方案不宜采用,铰接设计理念下"减错层+交错设缝"组合措施可有效保障依托隧道黏滑错动后衬砌结构的安全。研究结论对高烈度区交通隧道穿越断裂黏滑段减错技术具有重要的意义。