湖下隧道工程临界覆土厚度计算方法研究

盾构隧道穿越湖泊、河流等浅覆土层时,衬砌结构受到浮力作用容易发生上浮,为保证施工安全和降低工程造价,确定水下隧道临界上覆土层厚度极为重要。文章针对此问题简化考虑土体摩擦力及忽略动态上浮力,推导了2种水下隧道临界覆土厚度计算方法,为快速进行湖泊下施工围护结构及覆盖土厚度的设计计算提供新思路。     

隧道穿越不同岩性接触带支护应力及变形分析

不同岩性接触带由于上下地层软硬不同,地质条件较为复杂,在隧道施工过程中易出现变形、坍塌等情况,影响隧道施工安全。银西铁路贾塬隧道三次长距离穿越不同岩性接触带,为保证施工安全,在隧道典型断面埋设应力监测元器件。分析应力监测数据并结合数值模拟,研究隧道穿越不同岩性接触带时衬砌支护效果和受力特征。研究表明:不同岩性接触带隧道位于软弱围岩中的支护结构应力较大;贾塬隧道上台阶的支护结构应力较大,是隧道施工安全的薄弱位置,施工过程中要多加注意。     

上软下硬地层下穿建筑物隧道数值模拟

以青岛地区地铁某区间隧道穿越密集建筑物群为例,采用矿山法施工,利用有限元软件对该穿越工程施工过程进行数值模拟,重点分析了开挖过程中的地表和拱顶位移、支护结构内力等方面.研究表明,在上软下硬地层中采用矿山法分上下台阶施工安全、经济、快速,可以有效控制地表和拱顶沉降以及衬砌和支撑结构受力,确保施工过程的安全,对隧道在上软下硬地层中下穿既有线或建构筑物的施工具有一定参考价值.     

深埋双线铁路隧道二次衬砌安全性的变化规律

采用复合式衬砌的铁路隧道,当二次衬砌厚度不足时会影响隧道结构的安全,但衬砌厚度过大又有损经济效益。文章结合某深埋双线铁路隧道,采用ANSYS计算软件对不同衬砌厚度和不同围岩参数条件下衬砌各部位的安全系数进行了分析。通过研究获得了以下结论,即:改变围岩参数对安全系数影响不大,而衬砌厚度变化对安全系数影响较大,可为同类工程的设计和施工提供参考。     

深圳盾构隧道地层位移与土压力变化规律研究

国内目前在盾构法隧道对周围地层的影响以及盾构衬砌结构与土体共同作用的研究中,较少考虑施工过程的影响.文章用有限单元法模拟盾构法隧道施工的全过程,并结合深圳地铁一期福民站到金田站盾构法隧道,分析了地层位移和衬砌土压力大小、分布随施工过程的变化,并对地层土压力与设计土压力进行了比较分析.创新之处在于揭示了不同盾构隧道施工阶段中地层位移和土压力的分布特征及变化规律,这些结果对盾构法隧道的施工和设计具有一定的参考价值.     

隧道施工因素对衬砌结构安全性影响评价研究

施工中隧道衬砌背后空洞、衬砌厚度不足、衬砌混凝土强度不足、初期支护钢架间距不足、衬砌钢筋层间距不足等施工质量问题将直接影响结构安全。针对隧道施工因素,对隧道结构安全进行数值模拟计算分析,评价各施工质量因素对隧道结构安全性的影响。结果表明,各缺陷对结构影响按大小排序为:背后接触松散结构厚度钢筋层间距结构强度局部空洞钢架间距;拱顶和拱脚弯矩大,安全系数最低,设计及施工中宜采取加强拱顶及拱脚厚度、加强钢筋及抗拉锚杆布置等措施优化结构。     

三维激光扫描技术在隧道衬砌施工质量管理中的应用研究

隧道衬砌结构的弯矩、剪力和轴力都比较大,属于病害发生的敏感部位,当隧道衬砌出现厚度不足时,安全系数显著减小,甚至使隧道产生较大的变形,影响建筑限界和行车限界,发生断裂、塌落等灾难性后果。采用地质雷达进行隧道衬砌厚度检测是目前常用的检测方法,但由于检测方法和检测空间的限制,只能进行抽检得到局部的衬砌厚度信息。采用三维激光扫描技术,可以快速得到在不同施工阶段和工况条件下隧道内壁的全部几何信息和影像信息,通过不同施工阶段的信息对比进行隧道衬砌厚度的计算分析,进行衬砌厚度计算和质量评价,可全面掌握隧道的衬砌厚度和衬砌质量,进行项目的施工管理和运营管理,对保证隧道施工和运营安全具有重要的理论意义和应用价值。     

层状复合地层条件下管片衬砌结构力学特征模型试验研究

针对武汉长江隧道承受高水压和局部区段穿越软硬程度差异极大的层状复合地层的特点,采用盾构隧道–地层复合体模拟试验系统和旋转式水压装置共同作用,完成了在不同水土压力场作用下对层状复合地层和单一地层两种不同地层条件下的管片衬砌结构力学特征相似模型试验,并根据试验结果分析了层状复合地层对盾构隧道管片衬砌结构的力学特征的影响。研究表明,随着水压力加大,管片衬砌结构的平均轴力明显增大而最大正负弯矩略有增长或基本不变;处于坚硬岩层包围区域的管片体结构局部弯矩明显减小;小范围的硬岩层对管片衬砌结构整环最大内力影响不大。该研究为武汉长江隧道的管片衬砌结构设计提供有价值的参考。     

浅埋交叉隧道地震动力响应及减震措施研究

运用ADINA软件中的Newmark直接积分法和Mohr－Coulomb弹塑性模型,计算了交叉隧道运行期,在不同地震动波和不同方向地震激励作用下,隧道顶部不同覆土厚度时动力响应规律;分析了衬砌厚度变化对隧道地震反应的影响。计算结果表明:垂直于隧道轴线方向的地震波对隧道结构影响最大,对于立体交叉隧道最大位移、最大加速度一般发生在上部隧道顶板中间位置处,而最大主压应力一般出现在隧道顶板与边墙连接处,这些部位是结构安全的关键点,设计时应重点关注;随着隧道顶部覆土厚度的增加结构相对位移、加速度和应力都有所增加,且位移和应力变化比加速度大,当覆土厚度增加到一定程度时,响应将基本趋于稳定;随着衬砌厚度的增加结构最大相对位移和应力逐渐减小,而加速度将逐渐增大,但减小和增大幅值随衬砌厚度增加而越来越小。     

岩溶地层下盾构隧道不同开挖方式的数值分析

以广州轨道交通九号线区间地铁盾构隧道建设为例,运用岩土有限元分析软件Midas GTS,对穿越岩溶地层的盾构隧道在不同施工开挖方式下的衬砌变形进行三维数值模拟分析,研究了隧道周围存在隐伏溶洞时的盾构施工开挖全过程,探讨了不同位置的隐伏溶洞对隧道衬砌的稳定性影响。研究结果表明,采用先后开挖的施工工序对衬砌变形和收敛性的影响要小于同时开挖,但隧道上方或底部溶洞对衬砌的变形受开挖方式的影响较小。     

隧道二次衬砌厚度不足及脱空原因分析与整治措施

高速公路、铁路等交通基础设施需求旺盛,山岭地区隧道施工越来越多。隧道二次衬砌厚度不足及背部空鼓现象将影响衬砌混凝土结构的耐久性,随着时间的累积,隧道衬砌会出现掉块、脱落等问题,影响行车安全。因此,发现隧道衬砌厚度不足及脱空要及时进行整治。论文结合工程实例,分析了衬砌厚度不足及脱空的原因,并提出了整治措施和施工方法,旨在为提高隧道施工质量提供借鉴。     

小净距长距离重叠隧道的施工顺序影响分析

文章依托深圳地铁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施工顺序时的地层位移及隧道衬砌应力,分析施工顺序对于隧道施工的影响。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;"先下后上"施工顺序对地层的扰动更弱,地表沉降更小。     

大厚度湿陷性黄土隧道现场浸水试验研究

对于穿越大厚度湿陷性黄土地层的隧道,其围岩湿陷变形会威胁隧道结构的稳定性。为了分析黄土围岩湿陷变形对隧道衬砌结构的影响机制,选取典型大厚度湿陷性黄土隧道场地,通过开展隧道场地地面浸水试坑试验及隧道仰拱浸水试验,测试了地面入渗和隧道基底入渗过程中不同埋深地层的湿陷沉降变形及地基的沉降变形、入渗过程中围岩的体积含水率变化分布、试坑周边地层的侧向位移、衬砌结构接触压力和轴力,研究了既有隧道黄土地层的湿陷变形特性及水分运移规律、隧道结构力学响应。结果表明,隧道开挖、衬砌作用扰动黄土结构,增大了围岩及深层黄土的渗透性;与天然黄土场地试坑浸水入渗比较,增大了竖向浸水范围,减小了水平向浸水范围。隧道围岩湿陷变形改变了围岩与衬砌结构的相互作用性状。围岩湿陷和地基软化作用增大了二次衬砌结构侧墙竖向荷载和侧墙围岩的挤压作用,引起拱脚地基承载力减小和沉降变形发展,拱顶、拱肩接触面呈受拉状态;仰拱中部地基土的抗力作用抑制其沉降变形,从而使得拱脚和仰拱中部出现显著的沉降差,导致仰拱混凝土开裂,形成纵向裂缝。此外,浸水范围内黄土的湿陷变形不仅引起竖向沉降变形,还会引起周围土体产生侧向水平位移;洞口边坡场地黄土的湿陷性和地层湿陷变形差异较大,反映了黄土山岭黄土场地地层条件复杂多变的特征。     

广州轨道交通L8北延伸段某盾构隧道区间地表沉降实测分析

依托广州轨道交通L8北延伸段石亭和亭白区间隧道施工过程中地表沉降实测数据,通过曲线拟合等方法探究隧道施工过程地表沉降规律。利用PECK公式对典型监测断面地表沉降数据进行分析,对最大地表沉降量、沉降槽宽度等特征参数进行统计。通过对比研究不同地层条件下地表沉降规律,对地表沉降量与穿越地层及上覆地层条件的关联性进行分析。研究结果表明,隧道穿越地层条件对地表沉降影响程度显著,而上覆地层条件对地表沉降影响有限。因此,隧道施工过程中需尤其关注穿越地层条件,采取合适的掘进控制措施、监测预警方案以保证地面建筑物和道路安全。     

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。     

多线叠交地铁隧道施工影响数值分析

针对杭州地铁4号线下穿既有地铁1号线的多线叠交复杂工程,构建三维有限元模型,研究了在不同注浆压力和土体损失率下新建盾构穿越既有线隧道对既有线隧道衬砌的影响。研究成果表明:在施工过程中,随着注浆压力的增大,既有线隧道衬砌位移先减小后增大,隧道内力逐渐减小;随着土体损失率的增加,新建隧道开挖对既有线隧道变形和内力的影响逐渐增大;注浆压力的改变对既有线隧道的影响较土体损失率影响更大。在相似地层多线地铁隧道叠交处施工,建议注浆压力选取0.3 MPa左右。     

溶洞对隧道衬砌结构安全影响及回填深度研究

文章以国内某地穿越溶洞地层隧道项目为依托,采用ANSYS软件数值模拟,并得到有无溶洞情况下隧道衬砌结构的力学性状差异以及溶洞对隧道衬砌结构的安全度影响,进而提出建立刚度折减区,研究采用回填手段时,所需的最优回填深度。结果表明,溶洞造成隧道衬砌结构整体受力形式发生改变,衬砌大部分区域安全系数下降,回填土能有效提高隧道整体安全系数,回填深度达到4 m时,回填覆土只需提供原围岩0.2倍地层抗力刚度系数即能达到稳定,最具有安全性和经济性,为综合评价溶洞对隧道衬砌安全影响以及回填方案选取提供了依据。     

公路隧道病害分析及结构安全评价

结合江西某公路运营隧道病害问题,通过对隧道衬砌裂缝、衬砌渗漏水,衬砌厚度及二衬轮廓线等检测结果进行总结,从地质、设计和施工方面分析其各自病害产生的原因,并对不同围岩类型的危险断面进行结构安全验算,验算发现衬砌裂缝和衬砌厚度对隧道顶拱和拱肩的轴力、弯矩和安全系数影响较大,顶拱和拱肩部位得出的安全系数小于规范要求。根据病害原因分析和结构安全计算的结果,提出针对性治理建议。     

含沼气地层中气体运移对隧道结构的影响分析

沿海或沿江隧道可能要穿越富含有害气体的地层,给隧道施工安全带来挑战。依托上海市天然气主干管网崇明岛-长兴岛-浦东新区五号沟LNG站管道工程的过江隧道,建立了非饱和土固液气耦合数值分析模型,模拟隧道周围气藏的气体汇聚和逸散过程,重点分析气体运移过程对土体变形和隧道结构受力性状的影响。研究表明,气体汇聚过程将导致隧道周围土体抬升,气体逸散过程则导致土体沉降,气体迁移导致隧道衬砌结构的内力也随之变化,经分析确认衬砌结构的弯矩和轴力均未超过设计值,衬砌结构安全。     

大厚度黄土地层浸水湿陷对地铁隧道影响的模型试验研究

黄土力学特性对地层水环境变化极为敏感,水敏性黄土地层浸水对工程结构影响明显。为系统研究大厚度黄土地层浸水对地铁隧道的影响,自主研制可以再现基底和地表浸水工况的模型箱,综合考虑浸水影响因素制定不同工况,开展不同工况下隧道结构力学响应的模型试验,分析黄土地层浸水对地铁隧道的影响机制,建议湿陷性地基剩余湿陷量控制标准。结果表明:(1)随浸水深度增加,隧道基底和地表局部浸水均会引起土压力重分布,受地层的荷载传递机制影响,土压力变化趋势不均匀;基底全幅浸水土压力随着浸水深度增加逐渐减小,地表全幅均匀浸水土压力逐渐增大,两者变化趋势相对均匀。(2)基底局部浸水导致隧道地基局部承载力降低,引起隧道衬砌弯矩发生不规律变化,基底全幅均匀浸水导致隧道地基承载力均匀降低,衬砌各点的弯矩变化相对均匀;地表局部浸水隧道上方地层结构强度局部丧失,荷载逐渐作用于隧道衬砌上引起衬砌弯矩快速增大,地表全幅均匀浸水衬砌弯矩随着浸水深度的增加而增加。(3)基底局部浸水和地表局部浸水时,隧道发生了明显的水平位移和竖向位移;基底全幅浸水和地表全幅浸水隧道主要以竖向位移为主,水平位移不明显,基底浸水引起的隧道位移比地表浸水更大,局部不均匀浸水导致的差异沉降对隧道具有附加扭转作用,对隧道整体受力更不利。(4)当隧道基底湿陷地层为30 cm时,仅仅湿陷10 cm对隧道整体影响不大,允许有10 cm的剩余湿陷量,建议湿陷性地基的处治深度为20 cm。研究结果可为大厚度黄土地区地铁隧道前期设计及后期运营提供借鉴。