渤海海峡隧道支护结构耐久性分析

通过对海底隧道结构耐久性影响因素进行分析,并根据工程试验研究成果及设计施工技术经验,提出了渤海海峡隧道初期支护和二次衬砌结构耐久性的提高措施。对已成功修建的海底隧道耐久性设计参数进行分析整理,结合渤海海峡隧道的实际情况,采用工程类比法提出了渤海海峡隧道的耐久性设计参数,为渤海海峡隧道100年使用年限提供了有力的保障。     

隧道初期支护结构受力特性及适用性研究

复合衬砌是目前隧道支护结构的基本形式,即由初期支护与模筑混凝土二次衬砌结构复合而成。按照新奥法原理进行设计和施工时,在围岩稳定性较差的条件下,初期支护通常采用由喷射混凝土与型钢钢架或格栅钢架及锚杆组成的组合结构,但在采用型钢钢架还是格栅钢架支护问题上一直存在不同的观点,其争论的焦点是对其支护结构性能及其适应性的认识,核心则是“支护-围岩”作用体系中支护结构的作用及其演化过程特点,而在不同围岩及工程尺度条件下其作用效果也有所不同。为此,该文首先通过型钢钢架和格栅钢架的室内性能试验,对两种支护结构的受力特性、破坏过程及演化特征、极限承载力及变形量等进行了系统的研究;然后通过有限元组合结构进一步分析了型钢钢架和格栅钢架的受力特性、极限承载力和变形特性;最后结合京沪高铁金牛山隧道现场试验,取得了两种支护类型下围岩荷载释放规律和压力分布特点,并分别给出了型钢钢架与格栅钢架的特点和最佳适用条件。该成果对于澄清支护作用机制以及隧道初期支护设计和施工具有重要的理论价值和指导作用。     

挤压隧道中围岩与内置高压缩性元件衬砌相互作用机制研究

内置高压缩性元件衬砌作为一种环向让压衬砌,能够通过高压缩性元件的压缩来适应大变形,达到让压的目的。针对挤压大变形隧道中围岩与该种让压衬砌相互作用的力学机制,采用改进的分数阶Burgers蠕变模型表征围岩的时效变形特征,推导了考虑掌子面效应和支护延迟作用下隧道位移及支护压力的解析解,并通过在Lyon-Torino Base隧道中的应用,验证了理论解答的正确性。进一步,基于理论解答,探讨了围岩分数阶阶数、支护时间、高压缩性元件的屈服应力对支护效果的影响。得到主要结论如下:随着围岩本构模型分数阶阶数的增加,围岩的变形能力越强,隧道位移和支护压力也呈现上升的趋势;衬砌的安装时间对支护效果具有重要影响。为保证围岩不产生失稳,支护结构应尽早地安装;另一方面,为确保支护压力处于衬砌结构的承载范围内,应该合理地确定高压缩性元件的长度和个数,以降低支护压力;高压缩性元件的屈服应力对隧道位移和支护压力的影响并不显著,但这不意味着可以盲目地确定高压缩性元件的屈服应力,需根据围岩性质和衬砌特性来确定其合理范围。在该范围内,既能够保证隧道稳定,也能充分发挥高压缩性元件的让压作用。     

输水隧道在P波入射时的三维地震响应研究

输水隧道在调水工程中应用广泛,在输水隧道的设计和施工过程中考虑结构的抗震性能是必要的。采用波函数的Fourier-Bessel级数展开法,得到P波入射时完全充水的圆形输水隧道三维地震响应的解析解,通过算例计算,分析了入射波参数和衬砌材料参数等因素对输水隧道地震响应的影响。分析表明,入射波振幅与输水隧道衬砌动应力成正比;入射波的频率和两个入射方向对对输水隧道衬砌的动应力分布和动应力幅值均有显著影响;输水隧道衬砌采用高强度混凝土,可减小衬砌受到的动水压力,但却增大了衬砌的环向动应力和轴向动应力。     

管片衬砌配合陶粒可压缩层的支护结构与围岩相互作用模型

提出了一种适用于深部蠕变地层TBM工法隧道的管片衬砌配合陶粒可压缩层的让压支护技术。通过模型试验研究了陶粒可压缩层的让压效果,在此基础上针对围岩蠕变特性和陶粒可压缩性建立了围岩、陶粒可压缩层和管片衬砌三者间相互作用的理论模型,得到了不同隧道埋深和不同厚度的陶粒填充层时围岩变形和管片衬砌支护应力随时间的变化规律,确定了深部蠕变地层确保管片衬砌长期安全的陶粒可压缩层最小填充厚度的计算方法。研究结果表明:陶粒内部蜂窝状孔隙构造使其具有高可压缩层性,可以有效地吸收围岩蠕变变形,消减管片衬砌支护压力,改善其受力特性;理论模型可以有效地分析围岩、陶粒可压缩层和管片衬砌三者间相互作用关系,对于管片衬砌壁后填充陶粒可压缩层的厚度设计具有指导作用。研究结果对未来TBM工法在深部蠕变地层修建隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。     

小净距隧道特点、施工方法及注意要点

以二广高速公路怀集至三水段石川坑小净距隧道为例,分析小净距隧道的特点,浅谈小净距隧道的特点、施工方法及其注意要点。本隧道按新奥法原理采用复合式衬砌,初期支护采用喷锚支护,二次衬砌为模筑砼曲墙式衬砌。     

浅谈监控量测在干海子螺旋隧道中的应用

高速公路隧道已广泛采用新奥法设计与施工,现场监控量测是新奥法设计与施工的重要组成部分。通过对雅泸高速干海子螺旋隧道的地质和支护状况观察拱顶下沉、水平收敛、地表下沉、锚杆质量检查等多项涉及围岩稳定性及支护合理与否的参数进行跟踪量测,实时确定了合理的二次衬砌施工时间,成功避免了施工中重大安全事故的发生,确保了隧道施工安全和质量,对隧道施工具有指导意义。     

某隧道二次衬砌裂缝成因与预防处理措施

在隧道施工中,二次衬砌是隧道支护体系的重要组成部分,如果二次衬砌施工质量不佳会出现裂缝,影响隧道混凝土衬砌美观,甚至会影响隧道结构的安全,产生不可估计的后果。为保证隧道二次衬砌施工质量及后期运营安全,本文通过对某隧道进行现场排查,进而掌握该隧道二次衬砌裂缝的分要及发育情况,并分析二次衬砌裂缝的形成原因,同时根据工程实际提出了预防及修复措施,为今后二次衬砌施工提供参考,从而在二次衬砌中尽可能少地甚至避免出现裂缝。     

隧道锚杆支护机理及关键问题探讨

公路工程施工中的隧道工程是我国公路工程建设中重要的环节,在隧道工程施工过程中普遍采用的是衬砌支护,在施工过程中衬砌支护应尽可能地发挥好自身的实用价值,作为衬砌支护的核心技术的锚杆支护可以有效的防止事故发生,本文对隧道锚杆支护机理的关键问题提出自己独到的见解。     

深埋隧洞分步支护合理支护时机的力学研究

针对深埋隧洞分步支护时机缺乏可靠的理论研究,借助支护形式为“初衬+锚杆+钢拱架+二衬”的复合式衬砌结构,建立隧洞力学模型,基于Mohr-Coulomb准则,考虑开挖“空间效应”、衬砌时效特性以及支护结构分步施加的时机,推导了隧洞开挖与支护过程中塑性区应力、洞壁位移以及支护压力解析解。通过算例将该文理论成果与数值方法对比分析,验证了该方法的可行性,另外,分析了隧洞支护过程中塑性区应力、洞壁位移、支护压力的变化情况并提出隧洞分步支护的合理支护时机。研究表明:支护结构施加过程中,围岩塑性区的径向应力逐渐加强,切向应力峰区向洞壁转移,塑性区厚度大幅降低,其中,锚杆和钢拱架作用明显;优化初支施加时机后,洞壁最大位移、二衬荷载分担比较算例分别减少27.4%、13.2%,并根据优化结果给出支护结构施加时刻的建议值。研究成果对长期困扰隧道工程界支护结构如何分步支护提供了理论借鉴。