大跨度浅埋隧道二次衬砌结构静力分析

结合大跨度浅埋隧道衬砌的受力情况比较复杂的特点,通过对广乐高速公路某隧道的二次衬砌结构进行静力分析,验证了设计采用的二次衬砌厚度和配筋率是合理可行的,可为同类大跨度浅埋隧道的二次衬砌结构设计提供参考。     

海底隧道结构可靠性综合评估体系初探

海底隧道由于其本身的重要性,以及所处环境存在诸多不利因素,因此在运营阶段结构可靠性评估成为运营者关注的重要方面。文章在分析海底隧道结构可靠性影响因素的基础上,初步建立了隧道结构可靠性评估体系。     

海底隧道二次衬砌承载力试验及安全性评价

海底隧道长达100年的使用寿命中,由于种种原因,可能使二次衬砌承担荷载逐渐增大,最终导致其破坏。为模拟二次衬砌这一受力过程,进行了海底隧道7种二次衬砌类型的承载力模型试验。通过试验分析,在荷载增大过程中,二次衬砌裂缝发生、发展规律和位移、内力变化规律,得到二次衬砌裂缝承载力和极限承载力。将试验数据与二次衬砌内力和承担荷载的长期监测数据比较,评价二次衬砌的安全性。研究表明:二次衬砌产生裂缝的顺序依次是仰拱、墙角、边墙、拱部;7种二次衬砌类型具有较高承载力,尤其是S5d型;二次衬砌内力及承受荷载监测数据远小于试验数据,二次衬砌具有较高安全储备。     

海底隧道衬砌结构设计

 海底隧道围岩水通常具有稳定水位和充足补给,隧道结构受长期的水压力作用,衬砌计算中应首先确定水压力荷载大小,并综合考虑隧道涌水量的大小,由此对衬砌断面的拟定、衬砌类型的选择、衬砌结构安全性进行评价计算。正在建设的厦门翔安海底隧道衬砌结构设计时,通过不同防排水方式下衬砌背后水压力特征的模型试验表明,作用于全封闭衬砌上的水压力是不能折减的;根据陆域和海域不同地段预测全隧道涌水量,由于无法满足运营期间的排水,衬砌结构必须采用全封闭形式或限制排放形式;利用ANSYS有限元软件,根据外水压力大小与围岩压力组合下对不同的隧道衬砌断面进行对比分析计算,以得出结构受力最为经济合理的断面形式;并以此断面按荷载结构模式法进行全封闭衬砌结构计算。计算结果及建设的实际情况表明衬砌受力合理。     

海底隧道衬砌混凝土耐久性研究

海底隧道不同于陆地隧道,由于它处在更加恶劣的环境中,耐久性问题尤为重要.耐腐蚀高性能海工混凝土材料的优化配制是增强海底隧道衬砌混凝土结构耐久性的关键.针对海底隧道衬砌混凝土的服役环境特点,提出了衬砌混凝土的强度及耐久性指标要求,并通过试配对不同水胶比、不同粉煤灰和矿粉掺量的混凝土开展了耐久性能试验,在结果分析的基础上,提出了耐腐蚀高性能衬砌混凝土的初步配合比设计原则.并对需要深入开展的海底隧道衬砌混凝土耐久性研究内容进行了展望.     

海底隧道排水衬砌渗流场解析

现有海底隧道渗流场计算模型未考虑上覆土层对围岩压力水头的影响。本文采用保角变换法,根据层间流量相等原则求得在上覆土层条件下带衬砌隧洞的渗流量及其周边水头分布,并验证其可靠性。计算结果表明:(1)海底土层的渗透系数对渗透量影响较大,尤其当土层水力通道不佳时要考虑土层的影响;(2)衬砌水压力折减系数随衬砌渗透系数变化逐步趋于稳定,折减系数宜取其与渗透量的交线处,此时衬砌与注浆圈渗透系数比值k_{L/kg=0.075;(3)注浆圈比衬砌承担更大的水压力,注浆圈厚度加大能有效减小渗透量,当kL/kg<0.05时,注浆圈厚度的增加对渗透量影响不大。}     

海底隧道二衬混凝土耐久性设计

结合某海底隧道工程二衬混凝土防腐蚀及耐久性设计,针对海底隧道衬砌混凝土的服役环境特点,从配合比设计、温控与混凝土防开裂、抗渗透性、防腐蚀性以及钢筋保护层等角度出发,提出符合二次衬砌耐久性要求的各种参数。     

海底隧道衬砌结构选型及参数优化研究

海底隧道不同于陆上隧道,海水位变化相对隧道埋深较小,隧道两端出口比海底部分要高,不能采用自然排水。深埋海底隧道二次衬砌承受较大的外水压力。调查了国内外海底隧道衬砌结构型状及支护参数,针对海底隧道的特殊性,归纳了海底隧道设计理念和设计方法。针对某公路海底隧道特定地质条件和工程设计要求,分别采用马蹄形、椭圆形、圆形3种衬砌结构型式,并用有限元软件对这3种衬砌结构二次衬砌在不同荷载作用下进行强度验算。对计算结果优化比选,选出一种技术可行、经济合理的衬砌结构,得出一些有意义的结论。     

青岛胶州湾海底隧道可维护性排水系统研究

对于排水型隧道,设计时通常采用折减系数或者完全不考虑衬砌结构所承受的水压力,当排水系统发生堵塞后,过大的水压力会威胁到隧道衬砌结构的安全。本文结合青岛胶州湾海底隧道可维护性排水系统工程实例,研究了排水系统发生堵塞后,衬砌背后升高的水压力对二次衬砌结构的影响。深入分析了隧道排水系统发生堵塞的影响因素,结合当前防排水材料及维护设备的技术现状,提出了可维护性排水系统的设计方法及施工技术要求,并讨论了排水系统的维护方法。为以采用排水方案为设计原则的地下工程提供设计参考。     

海底隧道衬砌上孔隙水压力的估算

 从长期观察的结果来看，隧道表现出两种不同方式：一种是对于全封闭隧道表现出渗流量的增加；另一种是对于排水隧道表现出的渗流量减少。渗流量的增加有可能超出排水系统排水能力的情况，而渗水的减少则有可能导致衬砌发生不可预测的水压力增加或减小。由于这种渗流量的增加或减少都将对隧道产生不良的影响。因此，在隧道正常运行中，应对隧道周边的地下水进行适当地控制。在隧道安全性评价上，其最重要的因素之一就是研究排水系统劣化而导致衬砌的作用水压力增大(在此称为孔隙水压力)。为了保障隧道的安全运行，应该对此进行严密的监控。然而，对于大部分运行已久的海底隧道而言，其不仅缺乏装备优良的监视系统，甚至连运营仅几年的新隧道也常常出现监测仪器发生故障的问题。以间接和非破坏的方式，通过数值模拟，将所获得的孔隙水压力进行曲线拟合，以便对作用于衬砌的孔隙水压力进行合理地评价。对于给定的隧道内渗流量、地下水位及地基渗透系数，采用本法可以评估孔隙水压力。对于缺乏监测数据和监视系统运行较长的隧道，所提出的方法较为适用，最后通过实例来说明其合理性。     

分岔隧道大拱段衬砌结构受力分析

大拱隧道受结构和跨度的影响,其初期支护与二次衬砌各自承受不同的围岩压力。给出了大拱隧道的荷载计算方法,并以某高速公路隧道为例,按荷载结构法分析计算了衬砌内力。计算分析表明,初次衬砌所受荷载比二次衬砌大得多,所以初次衬砌是主要承载结构。分析方法对类似隧道衬砌设计具有参考意义。     

胶州湾海底隧道衬砌混凝土服役寿命预测

胶州湾海底隧道是中国自行建造的第2条海底隧道,其设计服役寿命为100 a。分析了海底隧道衬砌混凝土的服役环境,建立了综合考虑氯离子扩散、碳化和弯曲荷载影响的服役寿命预测模型。调查了海底隧道现行施工里程的混凝土耐久性关键参数,建立了海底隧道混凝土氯离子扩散系数与回弹强度间的函数关系,通过预测模型计算了混凝土中氯离子随时间的演化规律及衬砌混凝土服役寿命。结果表明:隧道衬砌混凝土的保护层厚度波动值-4(-6)~+15 mm,标准养护衬砌混凝土氯离子扩散系数均值为2.1(2.7)×10-12 m2/s,混凝土中初始氯离子浓度小于0.35 kg/m3。隧道衬砌混凝土氯离子扩散系数与回弹强度呈线性函数关系,施工里程内氯离子扩散系数波动为1.5~3.5×10-12 m2/s。基于模型计算,胶州湾海底隧道左右线衬砌混凝土的服役寿命均超过100 a。     

铁路隧道二次衬砌工程的施工质量控制

本文以某隧道二次衬砌工程的施工实例,论述了隧道二次衬砌工程从施工准备、工艺流程、技术要求、施工控制重点等方面如何加强施工质量控制。     

大孤山铁矿运输巷道衬砌裂缝成因初探

大孤山铁矿西端矿石井巷道内出现多处环向通体裂缝,顶棚局部衬砌出现坍塌、断裂、掉渣现象。对衬砌开裂现象进行调查,总结其开裂规律,对裂缝成因进行定性评价,最后提出处理加固裂缝的措施。     

不等跨连拱隧道衬砌结构可靠度及敏感性分析

应用基于神经网络的随机有限元,把截面抗压强度条件视为承载能力极限状态,进行某高速公路不等跨连拱隧道衬砌结构可靠度分析,得出了衬砌结构可靠指标的分布规律和衬砌结构的概率破坏规律。进行衬砌结构可靠度对随机变量的敏感性分析,得出随机变量的分布类型与变异系数对可靠指标的影响规律。结论对隧道设计与施工具有参考价值。     

隧道衬砌结构耐久性寿命影响因素敏感性分析

模型参数取值的不确定性会对衬砌结构耐久寿命预测结果产生较大影响。作者对结构耐久寿命影响因素进行敏感性计算、分析和排序。据此,在衬砌耐久性分析时可对影响因素区分对待、重点考虑,确保结果可靠性。     

海底隧道施工风险辨识及其控制

与陆地隧道相比,海底隧道的施工存在更大风险,如何降低海底隧道施工过程中风险带来的损失是目前亟待解决的问题.针对海底隧道的特点,借鉴挪威、日本等国家海底隧道建设经验和相关资料,基于风险管理和隧道施工的基本理论对海底隧道施工过程中的基本风险因素进行辨识,并对重要风险因素给出了相应的控制措施,以期为海底隧道的安全、经济建设提供技术参考.     

基于数值评价的隧道衬砌裂缝成因分析与维修设计

地下工程衬砌裂缝是隧道工程常见病害之一。由于衬砌裂缝对隧道结构体受力、防排水等安全方面产生不良影响,有必要对裂缝成因加以分析并采取有效措施来降低裂缝对隧道的影响。以四川省某铁路隧道为研究对象,现场调查衬砌裂缝情况,分析隧道边墙纵向开裂原因。采用应力解除法对该隧道进行地应力测试,测点处围岩初始应力处于极高应力状态,分析得出高地应力作用是导致衬砌开裂主要原因。为检验这一推断,采用扩展有限元(XFEM)对该段衬砌结构性能进行数值模拟,根据XFEM得到破坏区域衬砌结构破坏演化、二衬安全系数,模拟结果与实际衬砌损伤形式一致。最后,针对隧道衬砌结构开裂提出一种具体的维修方案,根据数值计算结果及现场施作情况,验证所提维修方法的有效性及安全性。     

厦门海底隧道明洞沉降变形与结构安全性分析

厦门海底隧道翔安端明洞,在未填土情况下,不均匀沉降引起明洞结构出现多处环向张拉裂缝.按设计要求,该明洞顶部要回填10 m多的回填土,填土荷载势必对明洞结构安全有所影响.运用有限元软件ANSYS10.0,采用结构-荷载模型,假设隧道为空心弹性地基梁结构,计算出纵向弯矩后,确定结构安全系数.采用自重加载试算得到不同里程的基底抗力系数,对回填土9.1 m后明洞结构受力进行计算.计算结果表明明洞结构整体变形和差异变形都进一步增加,整体变形达到64～147 mm,最大差异沉降达到83 mm.回填土完成后明洞结构系数为1.975,略小于规定值2,考虑到计算误差和模型偏于保守,可以认为回填土后明洞结构是安全的.     

地铁盾构隧道整环衬砌结构三维有限元分析

利用大型通用有限元软件ABAQUS建立地铁盾构隧道整环衬砌结构的三维有限元模型,计算分析衬砌环在试验荷载工况下的荷载—变形关系曲线、变形过程中隧道管片的内力发展过程;计算分析试验荷载工况下衬砌环直径变形量发展至一定收敛限值时,进行钢板加固,并继续计算完成荷载-变形全过程关系曲线、变形过程中隧道管片的内力发展过程。通过与试验结果的对比分析,有限元计算结果与试验结果两者的变化规律是一致的;计算结果在反映结构应力/应变分布规律方面有重要参考作用。