基于荷载 - 结构法的黄土隧道结构静力计算分析

为了保障黄土隧道建设的安全性和牢固性,采用荷载-结构法对衬砌结构的安全系数进行验算,同时借助MIDAS/GTS岩土隧道结构专用有限元分析软件对隧道结构进行检算。结果表明,衬砌的最大水平变形发生在左右拱脚位置,最大竖向变形发生在拱顶处;拱顶、曲墙脚部和仰拱端部出现较大的拉应力,为受力的不利截面;常家湾隧道二衬厚度总体稳定性达到要求,安全系数符合规范。     

黄土隧道仰拱结构受力特性试验研究

以兰州某公路隧道为工程研究背景,通过现场监测发现隧道仰拱出现开裂现象,研究分析隧道中的围岩压力、钢架应力、一次衬砌混凝土应力、钢筋应力、回填层混凝土应力的受力特性,总结了各部位应力或应变随时间变化的关系,并采用结构力学求解器对仰拱结构的安全性进行计算。结果显示:仰拱拱脚处向下弯曲,而拱底呈隆起状态,通过计算判定引起开裂现象的原因为仰拱开挖深度不够,随着仰拱拱高的增加,仰拱结构整体的安全系数逐渐增大,拱脚与拱底等危险部位也逐渐转变为安全状态,当仰拱拱高提高到1.88m时,即可满足该隧道的最大安全系数要求。本文研究的方法和结论对黄土隧道仰拱开裂的研究具有一定的指导和借鉴意义。     

新建公路路基上跨既有铁路隧道安全性评估

文章以S409线巴中-兰草段上跨广达铁路大湾隧道为工程背景,采用FLAC3D模拟分析了新建公路上跨既有铁路隧道的应力云图及衬砌安全系数,结合现场检测数据,综合评估了新建公路路基上跨既有隧道的安全性。结果表明:衬砌结构的安全系数在路基开挖卸载后,典型部位的安全系数均呈增长趋势,后在道路荷载作用下,衬砌结构安全系数均有所降低;墙脚作为应力集中的部位,是衬砌结构受力的薄弱部位;仰拱在软弱围岩中时,容易成为结构受力的不利位置;大湾隧道衬砌结构在新建公路路基上跨的情况下是安全的。     

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。     

树根桩加固隧道基底的开挖模拟

采用ABAQUS有限元软件对树根桩加固隧道基底的开挖过程进行数值模拟分析,发现采用树根桩加固后隧道开挖仰拱反弹明显减少,第一主应力和第三主应力均有所减小,说明在软弱黄土地区使用树根桩加固地基能起到改善土体,提高承载力,减少隧道衬砌受力,保持围岩自身稳定性的良好作用。     

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。     

甘肃某高速公路隧道二衬裂缝成因及整治技术研究

依托甘肃某高速公路8座隧道维修工程,以专项检测数据、现场调查及维修期间揭露的情况为依据,结合各个隧道的原设计、施工、运营、检测评估情况,采用排除法对隧道二次衬砌裂缝的成因进行了深入分析,指出衬砌产生裂缝的主因是隧底仰拱缺陷,其引发衬砌不均匀沉降,致使衬砌局部混凝土受拉产生裂缝,而衬砌背后脱空和厚度不足减小了衬砌刚度,引发应力集中效应进一步恶化了衬砌受力状态。以衬砌裂缝病害的发育情况和隧道质量缺陷(衬砌厚度、仰拱厚度)二者间的相关性情况为出发点,提出了针对衬砌裂缝产生原因的处治方案,取得了良好的维修效果。     

运营公路隧道衬砌病害力学模型及粘贴钢板加固研究

基于荷载-结构法隧道计算理论,建立了公路隧道衬砌厚度不足病害的力学模型,分析了粘贴钢板加固计算理论理论,研制了公路隧道衬砌病害及加固分析软件,可以量化评价衬砌厚度不足及粘贴钢板加固后对结构承载力的影响。以某公路隧道为依托,利用公路隧道病害加固软件,分析了二衬配筋不足、厚度不足等衬砌缺陷对其结构安全影响,提出采用粘贴钢板加固,并分析了治理后结构安全性,验证了加固措施的合理性。     

公路隧道衬砌检测及维修加固效果分析

介绍了衬砌在隧道工程中的重要性,分析了隧道常见病害,对隧道衬砌的检测与维修加固方法进行了阐述,并讨论了其维修加固效果,从而有效提高隧道工程安全质量水平。     

隧道病害诊断分析与维修加固

以我国西部地区某运营高速公路隧道为例,进行外观观察、检测和钻芯取样,对隧道衬砌厚度不足、衬砌裂缝、衬砌脱空及渗漏水情况进行统计和原因分析,并对土建结构技术状况进行评定。结果表明,隧道裂缝主要为环向裂缝,分布在拱脚(起拱线);衬砌厚度不足、脱空主要分布在拱顶范围;渗漏水多发生于拱脚处。在此基础上对不同病害严重程度进行分类,提出维修加固方案,以提高隧道安全性、耐久性和功能性。     

黄土隧道锚杆受力与作用机制

 为探讨黄土隧道锚杆作用效果及机制,对陕西省吴堡-子洲高速公路上3座黄土隧道中的48根锚杆应力进行现场测试和统计分析,结果发现：黄土隧道在钢架支护条件下,拱部系统锚杆受压且应力值较小;拱脚处锁脚锚杆以受拉为主,锁脚锚杆应力普遍大于拱部锚杆应力。从土体的变形和锚杆与土体的锚固效果2方面分析黄土隧道拱部系统锚杆的力学状态,分析认为隧道开挖后,浅埋黄土隧道拱部发生整体沉降,锚杆并不存在锚固段;深埋黄土隧道开挖后土体产生较大塑性区,目前以“短而密”原则设计的系统锚杆也不存在锚固段;锚杆与土体采用水泥砂浆或药卷式锚固剂黏结效果差,因而黄土隧道锚杆锚固力不大;锚杆锚固于初期支护上,并伸入土体中,从内部约束土体变形,在初期支护施作后,相对于土体的后续变形,拱部系统锚杆受到土体向下的摩阻力,相当于桩承受负摩阻力,因而拱部系统锚杆受压。综合以上分析表明,在黄土隧道中,钢架支护条件下的系统锚杆支护效果不明显,可以取消。工程实践证明,钢架支护条件下黄土隧道取消系统锚杆,可减少施工环节,更有利于隧道施工安全和结构稳定,可缩短工期和降低工程造价,有着特别显著的社会经济效益。     

黄土隧道施工控制要点总结

结合郑西客运专线黄土隧道施工实例，总结了一般黄土隧道施工控制的要点，实践证明：仰拱距掌子面距离不大于30m，二衬距仰拱面距离不大于30m是保证黄土隧道施工安全的强有力措施。     

大断面纯黄土公路隧道施工技术研究

黄土在受水浸蚀后结构迅速破坏而引发的湿陷现象,对隧道的安全稳定和正常使用产生巨大影响。加之大断面隧道开挖过程中,对土体扰动大,极易发生地表开裂、拱部下沉、衬砌变形甚至塌方等严重问题。我国目前在大断面纯黄土公路隧道施工领域还没有成熟的经验可借鉴。本文结合神府高速公路大断面黄土隧道施工,总结出浅埋段采用双侧壁导坑开挖,深埋段根据地质情况分别采用双侧壁导坑法、单侧壁导坑法和三台阶七步流水法进行施工,并分析了三种工法的优劣和适用条件,为同类工程提供借鉴。     

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。     

隧道穿越流砂层坍塌施工技术

通过对某隧道穿越流砂层时发生坍塌的原因分析,采用了设拱墙超前注浆小导管,短台阶双侧壁导坑法开挖,并设临时仰拱,保证了塌方段施工安全、质量及进度,取得了较好的效果。     

海底隧道结构健康监测设计研究

 由于海底隧道工程环境的特殊性与复杂性，因此为保证海底隧道运营安全，必须对海底隧道进行长期的结构健康监测，以此了解隧道结构在复杂环境中的受力变化状况，从而及时了解隧道结构损伤位置及损伤程度，进而对结构安全状况做出评估并加以有效处理。在对隧道结构健康监测现状进行总结后，针对海底隧道工程特点，结合在建的厦门翔安海底隧道工程，通过必要的数值模拟计算，首先确定出该隧道的监测内容及重点监测部位，随后结合工程实际情况确定监测断面位置、监测项目及监测仪器的选择、监测点布置等内容。同时，研究结果表明：(1) 不良地质段隧道结构安全监测，除对该位置隧道结构进行重点监测外，还应当在邻近较好地质条件处设立辅助监测断面，便于分析不良地质条件对隧道结构的影响作用；(2) 海底隧道结构的渗漏情况可通过监测其重点部位，如拱部的衬砌开裂情况，并配合相应位置的衬砌结构水压变化情况而间接获得。研究结果将对我国在建或拟建的海底隧道结构健康监测起到一定的指导作用。     

高地应力隧道台阶法施工过程数值模拟

结合高地应力区兰渝铁路某隧道实际施工方法,运用有限元分析软件MIDAS-GTS进行隧道三台阶法开挖数值模拟分析,通过选取合适物理力学参数进行建模,从模型中提取围岩位移、塑性区、二衬位移、轴力、弯矩等数据进行分析,通过对比分析,得出台阶法施工中应加强支护部位及支护控制措施(如超前支护、拱腰、拱脚加密锁脚锚管等),二衬受力、变形随侧压力系数变化趋势、二衬安全系数等,并和隧道实际监测数据进行对比分析,验证数值模拟的合理性和正确性,可以为高地应力隧道设计施工提供有益的参考。     

特大断面公路隧道地震动力响应分析

以西南地区某高速公路特大断面隧道地震设防为研究背景,通过有限元动力计算方法,考虑隧道施工过程形成的应力场作为动力分析的初始应力场,同时在动力分析中考虑静力和动力分析的人工边界转换处置,采用地下结构静-动力分析方法对隧道进行了地震动力响应分析。模型分析了特大断面公路隧道在地震动力作用下的衬砌加速度响应、第一主应力和第三主应力响应、静力到动力的塑性发展情况。分析结果表明,特大断面隧道的仰拱区域在地震振动中是薄弱部位,在施工中围岩压力释放充分有利于隧道抗震,二次衬砌作为安全储备在振动中发挥主要作用。研究结果可为工程实际提供一定的参考意义。