纵向裂缝对隧道衬砌承载力的影响分析

 基于隧道衬砌拱顶结构1∶1的荷载试验,建立衬砌裂缝深度与衬砌刚度的关系,提出裂缝处衬砌刚度计算的梁弹簧模型。基于梁弹簧模型分析裂缝位置、裂缝深度和地层抗力对衬砌结构承载力的影响。计算结果表明：隧道拱顶安全系数随裂缝深度增加呈线性降低,裂缝深度为衬砌厚度的50%时,安全系数则降低78%;相同裂缝深度情况下,裂缝在拱顶时最不利,裂缝在拱腰、边墙以及拱脚时对结构安全系数影响较小;地层抗力对拱顶、边墙以及拱腰的安全系数影响较大,对拱脚的安全系数影响较小。     

隧道衬砌厚度不足及劣化对结构承载能力影响研究

文章依托某隧道围岩条件及设计参数,针对隧道衬砌厚度不足、隧道衬砌劣化等病害类型对不同病害程度情况下的结构承载能力影响进行了系统研究。得出结论如下:(1)隧道洞顶部位厚度欠缺时,结构受力分布规律影响及安全性能降低程度相对较大;(2)隧道拱肩部厚度不满足设计要求时,随着衬砌厚度不足程度的不断增大,拱肩的安全系数显著降低;(3)隧道墙腰部厚度不满足设计要求时,随着欠缺程度的增加,相应部位的安全系数呈线性减小趋势。     

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。     

纵向裂缝隧道衬砌结构的安全评价与加固研究

 裂缝是运营期隧道衬砌结构的主要病害形式之一,特别是拱部纵向裂缝对隧道原有结构的承载力影响较大。通过公路隧道衬砌结构裂缝评价方法,对隧道主要裂缝进行安全评价,给出安全等级,同时应用刚度退化模型对隧道原结构进行承载力评价,给出加固前的隧道结构安全系数,通过工程实例验证说明,通过刚度退化模型计算承载力是可行的,为隧道的加固补强提供重要依据,并为今后纵向裂缝情况下衬砌结构的安全性评价、承载力的计算分析以及加固设计提供新的技术方法。     

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。     

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。     

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。     

二次衬砌钢筋保护层安全影响性数值模拟分析

从理论上分析了公路隧道二次衬砌钢筋保护层过厚或过薄可能产生的不利影响,并通过数值计算分析了二次衬砌安全系数和裂缝宽度随着保护层厚度的变化而产生的影响,分析结果表明：两种级别围岩的二次衬砌安全系数均随着保护层厚度的增加而减小,裂缝宽度随着保护层厚度的增加而变宽,且Ⅳ级围岩比V级围岩更易受影响,同时拱部更易受保护层厚度的增加而向不利于结构安全的方向发展。     

公路隧道衬砌多病害安全性分析

基于隧道衬砌检测数据结果,建立荷载-结构法有限元模型,分别对衬砌背后空洞、衬砌裂缝和衬砌欠厚多工况多部位组合计算分析,得出隧道衬砌多病害共存对衬砌各部位安全性影响的规律.研究结果表明衬砌拱顶裂缝比衬砌拱腰裂缝、其他位置裂缝更加危险,拱顶裂缝需采取必要措施处理,隧道设计和施工阶段,应着重对拱顶进行重点关注,以减少隧道运营...     

围岩-支护不同接触状态对隧道结构安全性影响分析

围岩与支护作用关系是隧道工程的核心内容,两者接触状态影响着隧道结构力学状态及服役性能。基于理论分析及数值计算方法,对围岩-支护切向作用关系、衬砌背后空洞等接触状态下隧道结构安全性进行了分析,并得出以下结论：围岩-支护间切向作用关系对衬砌内力分布规律及安全性影响显著,围岩-支护间摩擦系数越小,衬砌安全系数分布均匀性越好;衬砌背后空洞作为支护与围岩接触关系的一种极限状况,显著恶化了衬砌结构受力性能,在拱顶“外凸”效应和拱部应力集中作用下,衬砌在拱顶外侧及空洞左右边界内侧开裂;拱部背后空洞条件下衬砌结构最终沿拱顶内侧裂缝扩展至贯穿,裂缝扩展模式也由贯穿之前的张开型裂缝转变为复合型裂缝。研究结论可为隧道结构设计及衬砌病害治理提供参考。     

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。     

氯盐和冻融循环复合作用对浅埋公路隧道安全性能的影响

对氯盐和冻融循环复合作用后V级围岩中埋深为10 m的隧道,运用同济曙光软件建立荷载—结构法拉压弹簧模型进行分析计算.计算表明:1)随着环向裂缝宽度(钢筋锈蚀程度的增加)以及纵向裂缝深度的增加,隧道安全性能逐渐降低;2)衬砌具有相同钢筋锈蚀程度和纵向裂缝深度时,拱顶处病害比拱腰处病害对隧道安全性能的影响大;3)当环向裂缝宽度小于0.2 mm时,环向裂缝宽度的变化对隧道衬砌安全性能影响不大.     

赵家楞杆隧道病害及处置方案计算分析

黄土复杂的物理力学性质给黄土隧道施工和运营带来了巨大影响,同时也产生了一系列病害。为了提高类似黄土隧道结构的安全性和耐久性,利用SIR-3000和BJSD-2型激光断面仪对巉柳高速公路巉柳段赵家楞杆隧道病害情况进行了检测,结果表明隧道有明显的沉降段,并出现检修道倾斜、破损,衬砌厚度基本满足设计要求,测线位置并未发现明显含水区域和大面积脱空,依据检测结果分析了病害产生的原因。并针对病害形成的特征,提出了3种加固方案,从围岩稳定性和衬砌安全系数分析了3种方案的可行性,结果表明更换仰拱并加固仰拱地层改善了隧道结构的受力性状,衬砌的安全系数也得到提高。     

硫酸盐结晶作用后深埋公路隧道安全性能

对衬砌受盐结晶破坏后Ⅳ级围岩中埋深为30 m的隧道,运用同济曙光软件建立荷载—结构法拉压弹簧模型进行分析计算。计算表明:1)由盐结晶造成的隧道衬砌劣化,对病害处衬砌的力学性能影响较大,对无病害处衬砌的力学性能影响较小;2)无论是裂缝还是剥落病害,拱顶处的病害对隧道安全性的影响要比拱腰处的大,起拱线处的剥落病害对隧道安全性的影响也不容忽视;3)隧道衬砌同样位置发生剥落病害或裂缝病害时,剥落对隧道整体安全性的影响程度比裂缝大。     

某超高填方隧道套拱衬砌设计及力学分析

对于超高填方隧道,回填土成拱效应减弱,衬砌结构承受的土压力荷载较大,衬砌厚度和裂缝控制难以平衡,过度增加衬砌厚度和配筋量将导致设计不合理、造价增加等问题。文章介绍了某机场超高填方铁路隧道套拱设计及力学分析,主要包括:套拱衬砌结构设计荷载种类;竖向土压力分布模式计算;运营、施工阶段隧道结构力学分析;结构竖向不均匀沉降的力学分析,以期为同类超高填方隧道衬砌设计提供参考。     

麦积山隧道衬砌结构安全性有限元分析

利用ANSYS有限元分析软件,分别对某隧道变厚度衬砌结构与等厚度衬砌结构的内力进行计算和分析,结合公路隧道设计规范给定的极限状态方程,分别计算出强度安全系数,并进行对比分析研究衬砌厚度变化对其安全系数和结构稳定性的影响,为类似隧道设计施工提供科学依据。     

衬砌背后空洞影响下隧道结构裂损规律试验研究

衬砌背后空洞的存在严重影响了围岩与衬砌之间的相互作用,极易引起衬砌结构破损并直接影响到运营安全。通过模型试验,系统研究了拱顶与拱肩背后存在双空洞条件下隧道结构裂损演化过程及衬砌结构轴力和弯矩的变化规律。模型试验结果表明:(1)衬砌背后双空洞的存在,严重影响隧道结构的受力状态,易导致衬砌结构承载力不足;(2)拱顶与右拱肩背后存在双空洞条件下衬砌裂缝出现的顺序为:仰拱内表面裂缝→空洞间衬砌内表面裂缝→拱肩空洞右侧衬砌外表面裂缝→拱顶空洞左侧衬砌内表面裂缝→左拱脚衬砌外表面裂缝→右拱腰衬砌外表面裂缝;(3)空洞尺寸变化显著改变了衬砌内力分布,空洞尺寸的增加,引起两空洞间衬砌结构轴力减小而弯矩增大,使两空洞间的衬砌结构破坏程度更严重;(4)衬砌背后空洞的位置及数量对隧道结构裂损过程有较大影响,衬砌背后存在双空洞时衬砌裂缝的传播过程更复杂。研究成果可为衬砌背后多空洞影响下衬砌裂缝病害的防治和修复提供参考。     

高寒地区隧道衬砌裂缝安全评价及处治方案研究

根据高寒地区某隧道衬砌裂缝的调查结果,基于断裂力学理论采用有限元模拟计算隧道二衬混凝土裂缝应力强度因子,根据裂缝尖端的稳定系数判定隧道衬砌结构裂缝的安全性。在此基础上,提出增设套拱、拆换二衬、粘贴钢带法等三种结构加固方案,同时考虑防排水、保温等措施,并从方案有效性、工期、造价等多方面进行综合比选。通过依托工程实例表明:采用裂缝尖端稳定系数可实现隧道衬砌结构裂缝的安全性定量化判定,为处治方案提供决策参考;计算得出衬砌裂缝深度越大,其尖端稳定系数越小,衬砌结构安全性越差。根据隧道病害成因分析及多因素比选,推荐采用增设套拱方案。     

连拱隧道衬砌病害及其处治

以云南某公路隧道为例,研究了连拱隧道衬砌病害的特点及其产生的原因,在此基础上提出了处治对策.该隧道衬砌病害表现为开裂、剥落、渗漏水等.在中隔墙及其基础、边墙、拱部和仰拱部位都有裂缝,但以中隔墙上最多,剥落主要在中隔墙与拱部的结合部位附近.渗漏水多数出现于中隔墙与拱部的结合部位,部分裂缝也发生渗漏水.隧道衬砌的开裂原因包括地质、设计、施工等方面.对于衬砌开裂、剥落和渗漏水分别提出了处治方法.鉴于不良地质条件是造成以上病害的主要原因之一,提出了隧道内地基处治的方法.     

衬砌背后空洞对在役隧道结构安全性影响研究

随着我国越来越多的隧道投入到运营中,病害隧道的出现也越来越引起人们的关注.选取对隧道稳定性影响较大的病害之一-空洞作为分析对象,通过对某病害隧道典型断面进行数值分析,对隧道衬砌背后不同部位以及不同范围的空洞模拟,得出其拱部内力并计算得到相应部位的安全系数.通过分析了解到,隧道衬砌背后不同部位出现空洞,均对衬砌的安全系数有影响;当空洞较小时(小于0.5m)对其影响不大,随着空洞直径的增大,对其安全系数的影响也随之增大.