基于现场测试的大跨扁平连拱隧道最佳支护时机研究

大跨扁平连拱隧道由于其开挖跨度大和断面扁平等特点,施工过程中围岩与结构的受力、变形同四车道连拱隧道或分离式隧道存在较大的差异,相应地影响到二次衬砌的最佳支护时机。以某六车道连拱隧道为依托工程,探讨了以隧道位移释放比为基本指标的支护时机确定方法,并通过对围岩位移与不同支护时机条件下二次衬砌内力的现场测试与综合分析,依据“支护抗力最小”的原则,提出了大跨扁平连拱隧道二次衬砌最佳施作时机。     

大断面黄土隧道衬砌结构受力变形特征研究

本文结合工程实例对大断面黄土隧道中初期支护与二次衬砌的受力变形特征进行了分析研究。大断面黄土隧道在初期支护中变形具有突变性、变形量大、变形持续时间长等特征,应当及时进行二次衬砌,以防围岩变形破坏。大断面黄土隧道围岩压力在初期支护施工初期快速增大,施工结束七天左右逐渐稳定。大断面黄土隧道二次衬砌施工结束12 h左右各部位接触压力均出现突然增大的现象,这可能与台车模板可提供的反向作用力有关;接触压力由拱顶向拱脚逐渐增大,拱顶接触压力极小,可能该处混凝土未浇筑密实。     

甘肃地区黄土隧道围岩变形特征分析

为研究湿陷性黄土隧道施工期间的变形特征,本文依托甘肃省某黄土隧道新建工程,综合采用现场实测数据分析和数值模拟开展黄土隧道的变形特征研究。结果表明：(1)隧洞拱顶位移变化速率和累计沉降值最大,且出口右线的沉降速率比左线的更大。与出口相比,进口处的地面沉降值明显较小,其中进口处地面的最大沉降值为35 mm,出口处地面最大沉降为70 mm;(2)建立数值有限元模型进行计算表明,数值模拟结果与实际监测规律基本一致,其中实测隧道开挖结束的拱顶最大沉降为60 mm,而数值模拟结果为78 mm,两者相对误差在20%以内;随着隧道的开挖,隧道应力发生重分布,衬砌两侧发生应力集中,最大值为6.0 MPa,顶部围岩应力达到2MPa。     

复合式衬砌在围岩蠕变过程中的受力规律研究

为了分析隧道复合式衬砌在围岩蠕变过程中的受力规律,利用有限元程序ANSYS建立计算模型,采用广义开尔文本构关系,分别分析了二次衬砌在不同支护时机和不同刚度下,复合式衬砌的受力规律。分析结果表明:在不同的时机施加二衬,其受力都有一个逐步增大并趋于稳定的过程,初支与二衬受力随二衬支护时机的变化趋势是相反的;二衬支护越早,其受力越大。通过早施作二衬,来转移初支上的应力是不合适的。当二衬刚度增加时,其所分担的围岩压力将增大,而初支分担的围岩压力有一定的减小。结合云腾岭隧道进行具体分析,得出该隧道二次衬砌的最佳支护时间为开挖后第40天。另外,通过对该隧道现场监控量测分析发现,二衬的受力—历时曲线与有限元分析相吻合。     

复杂条件下隧道支护结构稳定性分析

以方斗山隧道为研究对象,建立三维有限元数值分析模型,模拟分析了隧道支护结构的稳定性。以距离隧道洞口10 m处断面支护结构为例,分析了该断面初次支护和二次衬砌的水平应力、竖向应力、竖向位移、锚杆轴力及支护结构破坏域等随掌子面推进的变化规律,并对该断面支护结构特征点的稳定性进行追踪研究。研究结果表明,当掌子面与断面间距离小于30 m左右时,随着掌子面的推进,支护结构应力及位移等均有一定程度的增长,其后支护结构应力及位移基本收敛,且收敛值均较小,表明支护结构是稳定的。对隧道初次支护应力及锚杆轴力的现场监测结果及数值模拟结果进行对比分析,结果表明,数值模拟与现场监测结果基本一致。     

软弱黄土隧道变形规律现场测试与分析

为分析软弱黄土隧道的变形规律,以西宁过境高速大有山黄土隧道为依托,采用精密水准仪和收敛计对隧道地表下沉、拱顶下沉和水平收敛进行了系统现场测试。结果表明：软弱黄土隧道拱顶下沉远大于水平收敛,变形时间长,变形量大,累计拱顶下沉值最大为950.6 mm。在临界埋深范围,围岩变形比深埋、浅埋时都大,且变形量离散性高;围岩变形速率在二衬施作时较大,软弱黄土隧道中作为围岩-支护系统稳定性判据的变形速率宜适当提高;围岩变形随时间变化符合指数函数规律,可利用指数函数预测围岩的最终变形;软弱黄土隧道变形分为急剧变形、持续增长和缓慢增长3个阶段,最终趋于稳定。隧道断面的初次开挖对地表变形影响显著,隧道轴线沉降最大,并沿横向逐渐减小。软弱黄土隧道预留变形量在不同位置处不宜统一设置,西宁地区软弱黄土Ⅴ级围岩建议拱顶预留700～800 mm,边墙预留300～350 mm,拱顶与边墙之间以曲线过渡。     

浅埋洞口段黄土公路隧道施工变形性状现场测试研究

以某黄土公路隧道工程为依托,借助现场测试方法研究浅埋洞口段黄土公路隧道地表沉降、拱顶下沉和周边收敛时态分布规律,并结合实测数据建立隧道施工变形统计分析预测模型。研究结果表明：（1）黄土隧道施工变形呈现显著的时间和空间效应,其时态分布曲线符合指数函数型发展规律;（2）地表沉降随时间呈增长趋势,约60 d后逐渐趋于稳定,其最大值（wmax）的统计变化范围为（−30.78～−105.20）mm;（3）横向地表沉降曲线分布呈凹槽形,沉降槽宽度约（3～5）倍隧道跨度（B）,且隧道开挖引起的地层损失率为0.74%～3.08%;（4）拱顶下沉与周边收敛时态曲线可分为线性增长、持续变形和平稳发展3个阶段,且线性增长阶段占总变形量的60%以上;（5）vmax的统计值变化范围为（−17.1～−201.1）mm,其95%置信区间为[−51.53,−65.11],umax的统计值变化范围为（−12.1～−122.0）mm,其95%置信区间为[−35.08,−43.39],建议V级围岩黄土隧道预留变形量取值范围为（−100～−150）mm;（6）拱顶下沉与周边收敛速率时态曲线呈先急剧增加后逐渐衰减趋势,最终稳定后的拱顶下沉速率（Δv）和周边收敛速率（Δu）依次为（−0.05～−0.80）mm/d和（−0.02～−0.60）mm/d。     

黄土隧道围岩稳定性粘弹塑性有限元分析

模拟分析黄土隧洞围岩稳定性对了解黄土隧洞变形破坏机理,对黄土隧洞设计施工理论具有重要意义.采用粘弹塑性模型对黄土隧道围岩进行有限元分析,研究围岩的变形规律,探讨围岩位移场分布,并同真实试验黄土隧道的侧面无衬砌和半衬砌两种工况各3种状态的变形破坏结果进行比较,发现用有限元方法模拟的结果与真实隧道的变形破坏过程基本吻合,此结果可为类似的黄土隧道工程的设计施工提供参考.     

深埋单线铁路隧道衬砌高水压分界值研究

作用在隧道衬砌上的水压力多大称为高水压？隧道工程界一直没有明确的分界值。以单线铁路隧道标准设计图为基础,以不用改变标准设计断面形状为原则,采用平面有限元方法计算和分析了衬砌的安全系数能否满足规范要求,研究了隧道衬砌高水压分界值。研究结果表明：单线铁路隧道直墙式衬砌高水压第一分界值为0.05～0.10 MPa,第二分界值为 0.18 MPa;曲墙式衬砌高水压第一分界值为0.20 MPa,第二分界值为0.40 MPa。水压力较大时,水压力成为衬砌结构上的主要荷载,高水压力分界值与围岩级别的关系不大,而与衬砌断面形状关系密切,曲墙式衬砌承受水压力的能力远远超过直墙式衬砌。单线铁路隧道按标准设计断面如果要承受水压也是有限的,超过40 m的静水头最好采取其它优化型式的断面。     

八里扁隧道围岩变形监测与位移反分析

为了判定八里扁隧道在掘进过程中断面处围岩及其支护体系的稳定状态,揭示隧道围岩变形、破坏及稳定的机理,根据隧道断面ZK77+835处围岩变形的监测数据,建立指数函数回归模型,进行精度判定和监测数据分析,同时进行BP神经网络位移反分析与数值模拟,结果表明：采用指数函数模型对断面ZK77+835处围岩变形值进行回归分析的精确度较高;围岩变形存在3个发展时期,从位移值和位移速率两方面可以判定,在监测15d后,该断面处围岩基本处于稳定状态,可以进行二次衬砌施工;利用BP神经网络位移反分析法反演的参数比较准确,将其带入FLAC3D数值模型中,模拟结果与现场监测数据相差不大。     

铁路隧道衬砌欠厚返修施工应力分析

因施工过程中各种原因导致的铁路隧道二衬欠厚缺陷,考虑其作用,根据现行规范,当既有缺陷混凝土衬砌厚度小于设计厚度的70%以上时需要返修补强处理。为保证衬砌返修施工过程中结构稳定,施工安全,需确定一次性返修凿除衬砌的范围,除施工中通常采用的工程类比确定凿除面积的方法外,可通过数值及解析计算方法确定。通过对隧道自稳定性较差的非层状Ⅳ级及Ⅴ级围岩衬砌进行解析计算,并采用GTS岩土有限元2D模型进行数值模拟,获得了衬砌结构在拱顶凿除不同范围工况下其受力特征及结构安全系数。分析及计算结果表明衬砌结构在拱顶开窗处、侧墙及底脚是应力较大部位,且拱顶衬砌产生拉应力作用区。对于Ⅳ级围岩,在不考虑钢筋作用条件下,拱顶开窗面积2 m2时,衬砌结构稳定;对于Ⅴ级围岩,考虑衬砌配筋条件下在拱顶一次性凿除面积2m2时,衬砌结构也是安全的。     

不同断面混合工法小净距隧道施工影响分析

厦门市轨道交通1号线某地铁车站站后设置停车线,依据工程图纸,左线隧道和停车线采用双线单洞大断面暗挖法施工（CRD工法）,隧道直径11.53m,右线隧道采用盾构法施工,隧道直径6.2m,两隧道净距3.85m。本文应用三维动态数值模拟的方法,对不同断面、混合工法、小净距双线隧道的施工顺序进行了研究,并分析了两隧道净距对先行隧道的影响。研究结果表明：1）采用先小后大的施工顺序（即先采用盾构法施工右线隧道,后采用大断面暗挖法施工停车线）可有效减小地表沉降、邻近建筑物变形及隧道结构体系变形。2）当两隧道净距大于1.5D（D为大断面隧道直径）时,后行隧道施工对先行隧道影响较小,附加变形小于3mm。3）大断面暗挖隧道中隔墙拆除阶段对地表沉降量及邻近建筑物变形影响较大,对于此时的变化速率应加以重视。研究结果对相关工程的设计和施工具有一定的借鉴意义。     

Q2饱和黄土隧洞围岩变形特征研究

Q₂饱和黄土含水率高,强度低、变形大。饱和黄土隧洞围岩变形破坏一直是工程界关心和亟待解决的问题。利用隧洞围岩收敛变形、二次应力场监控量测与数值分析,获取隧洞围岩动态综合信息,研究在一次支护条件下,隧洞围岩的收敛变形和应力变化特征。结果显示,隧洞围岩收敛变形和应力在最初的10~15天呈线性快速增长趋势。后期,收敛变形随时间呈非线性增加,受一次衬砌的限制,其变形在隧洞开挖30~40天后渐趋于稳定,但应力持续增加,反映Q₂饱和黄土隧洞围岩具有显著的时效特性。为避免隧洞围岩压力过大,造成隧洞围岩及支护破坏,建议在开挖后30~40天施作二次衬砌。     

大断面浅埋黄土隧道锚杆作用效果的试验研究

黄土隧道系统锚杆的作用效果问题一直是争论的焦点。结合正在修建的郑州-西安铁路客运专线大断面黄土隧道,采用现场对比试验方法对系统锚杆作用效果进行研究。为了使试验结果有可比性,选取试验条件基本相同的贺家庄隧道洞身段作为试验段,分别设置有系统锚杆段40 m和无系统锚杆段40 m。对比试验的内容包括：拱顶下沉、拱脚下沉、水平收敛、围岩压力、初支钢架应力、锚杆轴力等。试验结果表明,有系统锚杆段比无系统锚杆段的拱顶沉降大40 %左右、水平收敛大25 %左右,两者的土压力和钢架应力相差不大;锚杆轴力较小,且拱部受压。经综合分析认为,拱部锚杆的支护效果不明显,取消拱部锚杆可减少施工工序,加快隧道初期支护断面及早封闭,能更好地控制支护沉降与变形,并节约工程投资。     

节理岩体中隧道开挖与支护的数值模拟

由于节理、断层等不连续面的存在造成岩体变形的不连续性,并且这些不连续面对岩体变形、应力等力学行为造成重要影响。对已有的非连续变形分析程序进行了两点改进,应用改进的程序模拟了节理岩体中隧洞开挖与支护的过程,研究了不同节理倾角岩体的应力分布特性、开挖后隧洞围岩的变形和应力分布规律以及支护后衬砌的变形与应力特点。研究结果表明,节理倾角对节理岩体系统的应力和变形有着直接的影响,并且影响着隧洞开挖后的内空收敛效应;隧洞开挖顺序对围岩的变形和稳定也有重要影响。改进后的非连续变形分析方法和程序可以用来分析复杂节理岩体系统中隧洞的开挖与支护。     

黄土隧道施工方案的数值分析

黄土隧道围岩不同开挖与支护施工方案的数值分析,对了解黄土隧洞变形破坏机理以及黄土隧洞设计施工理论具有重要意义。对黄土隧道围岩采用中壁法和双侧壁导坑法开挖各3种不同支护顺序分别进行了模拟计算,考察了各个施工工序地表最大沉降量、隧洞拱顶最大下沉量、围岩塑性区分布、衬砌单元弯矩以及岩体总应变能变化。计算结果表明,从开挖方法来说,双侧壁导坑法要优于中壁法;从支护顺序来说,滞后支护要优于及时支护。此结果可为黄土隧道工程设计施工提供参考。     

温度场控制在多年冻土隧道施工中的作用

多年冻土隧道工程首先遇到的问题是如何解决开挖与衬砌的矛盾,因为开挖作业与衬砌施工所需的温度场不同,隧道开挖需要较低的温度场以利于无支护毛洞的稳定,而衬砌施工需要较高的温度场以利于混凝土强度的增长。通过数值模拟分析,提出多年冻土隧道施工温度场的控制参数,并将多年冻土隧道的开挖施工划分为4个阶段：安全施工阶段、相对安全阶段、安全预警阶段和安全隐患阶段。根据这4个阶段的特征,提出各个阶段应采取的相应工程措施,尽可能降低施工风险。通过全方位监测隧道洞内温度场的变化,指导开挖和衬砌的施工。