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。     

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。     

不同衬砌结构缺陷对隧道结构整体安全性的影响

为研究不同衬砌缺陷对隧道结构整体安全性的影响,以某实体隧道工程为依托,采用荷载 结构法建立有限元数值模型,分别对衬砌在正常状态、强度不足、厚度不足及背后脱空4种工况下进行数值计算,对比分析了不同衬砌缺陷对结构安全性的影响。结果表明:当隧道衬砌存在强度不足和厚度不足缺陷时,缺陷部位单元的安全系数减小,而其他部位的安全系数基本不变,随着衬砌厚度不足程度的加深,相应缺陷位置的安全系数也随之降低;当衬砌背后脱空面积较大时,衬砌脱空部位与其相邻位置处的剪力和弯矩均发生正负突变,衬砌结构受力与变形模式发生改变,脱空区域安全系数明显减小,但脱空部位相邻区域衬砌结构的安全系数反而增大,其他部位安全系数没有明显变化,与正常状态下基本保持一致。     

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。     

大跨度无衬砌蛋形黄土隧道围岩结构的静力和地震动稳定分析

为得到大跨度无衬砌蛋形黄土隧道围岩结构在重力和地震作用下的剪切破坏规律,借助于ANSYS软件,根据强度折减法,分别对蛋形无衬砌黄土隧道进行重力分析和地震作用下的动力稳定性分析;探讨跨度、覆土厚度和地震烈度对围岩抗剪强度安全系数的影响。数值算例结果表明:从抗剪强度的角度来看,大跨度无衬砌蛋形浅埋黄土隧道虽能达到初次衬砌的要求,但均不能达到正常使用的稳定性要求;安全系数随跨度、覆土厚度以及地震烈度的增大有所降低,但影响幅度不大。得出的结论可为大跨度蛋形无衬砌隧道的实际施工提供理论基础,并为定量分析大跨度有衬砌黄土隧道的地震反应提供参考。     

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。     

牛头山黄土铁路隧道的地震稳定数值模拟分析

为了获得天平铁路土建一标段的牛头山黄土隧道结构的动力稳定安全系数,从而为该隧道的安全运营提供可靠保证。本文考虑混凝土隧道衬砌结构为弹塑性本构关系,围岩土体为理想弹塑性材料,采用有限元软件ANSYS和抗剪强度折减法,利用时程分析法进行牛头山黄土隧道的地震稳定性分析,获得了它的地震稳定安全系数,定量估计该隧道结构的地震动安全储备情况。数值算例结果表明:(1)地震作用会使得黄土隧道结构的安全系数降低;(2)塑性区最先出现在底脚以及拱顶,然后出现在曲墙两侧。因此,结构设计时应加大衬砌厚度,并对曲墙两侧和底脚塑性发展严重区采取构造措施加强。     

可靠度理论在确定隧道衬砌合理参数中的应用

以铁路隧道衬砌标准设计图中Ⅰ~Ⅲ级标准围岩衬砌断面的聚丙烯纤维网湿式喷射混凝土衬砌为分析对象,根据可靠度理论的基本原则和方法,对单线铁路隧道Ⅰ~Ⅲ级围岩条件下的聚丙稀纤维网湿喷混凝土隧道衬砌结构进行了可靠度分析。在分析中采用蒙特卡罗有限元方法,按现行《铁路隧道设计规范》所采用的“荷载—结构”模式,还根据规范中混凝土衬砌构件抗压破坏目标可靠指标值不小于4.2,抗拉破坏目标可靠指标值不小于2.5的要求,最后得到当围岩为Ⅰ~Ⅲ级时衬砌断面的最小厚度分别为6cm、8cm和20cm。     

软弱围岩浅埋大断面公路隧道支护结构参数比选

以乐汉高速为工程背景,借助有限元软件MIDAS分别构建地层结构模型和荷载结构模型,研究不同支护参数下隧道围岩变形及结构受力特征,结合结构安全系数,比选出隧道最为合理的支护体系。研究结果表明,不同初支厚度下结构受力均呈现边墙>拱腰>拱顶的分布规律,围岩变形呈现仰拱>拱顶>拱腰>边墙的分布规律,随着初支厚度的增加,结构受力及围岩变形均逐渐降低,但跌幅较小,在15 cm厚初喷C25支护下结构受力及围岩变形均满足工程要求。对于软岩浅埋公路隧道,结构安全系数最小值位于隧道拱顶,且随衬砌厚度增加而逐渐提高,采用45 cm, 55 cm, 65 cm厚C30钢筋混凝土结构安全系数及裂隙宽度均满足规范要求,为了节省经济,减少工程投资,二衬可选择45 cm厚C30钢筋混凝土。     

有衬砌隧道设计计算探讨——隧道稳定性分析讲座之三

利用有限元强度折减法结合基于有限差分原理的FLAC软件,探讨了隧道设计计算过程中初衬和二衬的计算问题以及隧道开挖的应力释放问题,并以黄土隧道为例探讨研究不同应力释放率以及不同初衬和二衬厚度情况下隧道的受力特征,计算围岩安全系数以及二衬安全系数,得出了以下结果:一是利用FLAC软件计算中的不平衡力来控制隧道开挖过程的应力释放是合适的与可行的;二是初衬作为隧道围岩的加固圈将承受较大荷载和产生较大的变形,初衬必将进入弹塑性状态;二衬作为隧道的强度储备或者承受不大的荷载,二衬视作弹性杆件可按结构力学的方法确定安全系数;三是如果初衬后围岩安全系数大于1.30,可以认为围岩和初衬都是稳定的,二衬作为安全储备;如果围岩安全系数在1.30~1.15之间或围岩为粘弹塑性材料时,表明二衬将承受一定荷载;如果初衬后围岩的安全系数小于1.15~1.20,则认为初衬不足,不能保证施工安全。最后建议对二衬后的围岩安全系数取1.3,二衬结构安全系数对无抗裂要求的混凝土衬砌取1.4,钢筋混凝土衬砌取1.35。两者综合的安全系数大约在1.8左右以供参考。     

黄土公路隧道衬砌参数影响性状分析

针对黄土公路隧道常采用模筑混凝土强支护型式,利用数值仿真技术分析了衬砌混凝土强度、厚度和考虑龄期与否对围岩及隧道衬砌结构的影响。研究表明:混凝土强度提高对围岩和衬砌结构影响不大;存在一个“合理经济”的衬砌厚度;仿真计算中是否考虑混凝土龄期对衬砌轴力影响较大。     

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。     

三维激光扫描技术在隧道衬砌施工质量管理中的应用研究

隧道衬砌结构的弯矩、剪力和轴力都比较大,属于病害发生的敏感部位,当隧道衬砌出现厚度不足时,安全系数显著减小,甚至使隧道产生较大的变形,影响建筑限界和行车限界,发生断裂、塌落等灾难性后果。采用地质雷达进行隧道衬砌厚度检测是目前常用的检测方法,但由于检测方法和检测空间的限制,只能进行抽检得到局部的衬砌厚度信息。采用三维激光扫描技术,可以快速得到在不同施工阶段和工况条件下隧道内壁的全部几何信息和影像信息,通过不同施工阶段的信息对比进行隧道衬砌厚度的计算分析,进行衬砌厚度计算和质量评价,可全面掌握隧道的衬砌厚度和衬砌质量,进行项目的施工管理和运营管理,对保证隧道施工和运营安全具有重要的理论意义和应用价值。     

局部破碎带渗水条件下海底隧道稳定性的有限元极限分析

 以存在局部破碎带的青黄海底公路岩质隧道为例，考虑到海水的渗透性，采用有限元极限分析法分析海底隧道岩体注浆加固前、后的稳定性。计算结果表明，隧道整体是安全的，此种情况下，隧道衬砌原则上可按无水压设计，衬砌厚度与采用全水头设计相比可以大大降低。但当存在局部破碎带时，隧道安全系数降低，破碎带越宽，注浆堵水圈厚度越小，安全系数越小。与完整围岩破裂面位于两侧相比，含倾角45°破碎带围岩的稳定性最差。因此，必须做好破碎带的超前注浆堵水加固，以减少其渗水量，并对破碎带进行局部加固，此种情况下，隧道衬砌原则上可按有水压设计。     

某油气管道隧道结构设计与分析

油气管道隧道断面形式小,荷载条件复杂,其衬砌的受力特性和普通的铁路、公路隧道有所不同。以某油气管道隧道为例,建立岩体结构平面应变分析有限元模型,对隧道围岩地层的应力、位移、变形和内力进行结构计算,得出隧道衬砌的强度安全系数及结构裂缝宽度,确定和验证了隧道围岩的支护方式。分析可知,用有限元数值方法对隧道进行结构模拟计算能较真实地反映隧道结构的内力和变形情况,可以用于对二次衬砌结构安全性能进行评价,为类似隧道的结构设计提供科学依据。     

溶洞对隧道衬砌结构安全影响及回填深度研究

文章以国内某地穿越溶洞地层隧道项目为依托,采用ANSYS软件数值模拟,并得到有无溶洞情况下隧道衬砌结构的力学性状差异以及溶洞对隧道衬砌结构的安全度影响,进而提出建立刚度折减区,研究采用回填手段时,所需的最优回填深度。结果表明,溶洞造成隧道衬砌结构整体受力形式发生改变,衬砌大部分区域安全系数下降,回填土能有效提高隧道整体安全系数,回填深度达到4 m时,回填覆土只需提供原围岩0.2倍地层抗力刚度系数即能达到稳定,最具有安全性和经济性,为综合评价溶洞对隧道衬砌安全影响以及回填方案选取提供了依据。     

洞室大小和形状对极限位移的影响

隧道的极限位移不仅与围岩类别有关，还与洞室大小、形状、支护形式、支护厚度、施工方法和破坏状态等因素有关。对现行铁路Ⅲ类围岩单、双线直墙和曲墙式隧道衬砌，用标准设计参数计算模拟隧道的极限位移，对求得的极限位移进行系统分析，并与现行规范的允许相对收敛进行了比较。     

风火山隧道围岩冻胀对支护结构体系的影响

针对目前在建的青藏铁路工程---世界第一高隧风火山隧道,探讨了围岩冻胀对隧道支护结构体系的影响,给出了隧道围岩冻胀力的弹性解;根据风火山隧道岩层地质条件,分析了寒区隧道支护结构的力学性能,得到了不同围岩完整度情况下,随着冻融圈厚度的变化,衬砌刚度不同、厚度不同时冻胀力的分布规律,确立了高海拔寒区隧道围岩冻胀对支护结构体系的影响;同时在明确冻土隧道冻害概念基础上,提出了减弱围岩冻胀对支护结构体系影响的有效措施。     

基于强度折减法双线隧道支护参数分析

文章结合川藏铁路工程的实际情况,利用强度折减法原理,考虑围岩等级、支护强度级别和支护厚度三个因素对隧道安全系数的影响。计算结果得出在围岩条件较好时,支护对提升隧道安全系数影响有限,在围岩条件一般时,支护对提升隧道安全系数有显著影响,其中支护厚度较支护混凝土等级的影响更为明显。     

安家庄隧道施工对相邻已营运隧道安全性的评估

新建隧道的开挖会导致临线既有隧道中围岩应力的重分布,对既有隧道衬砌产生不利影响。山西通昌能源有限公司兴县铁路安家庄隧道紧邻瓦日铁路和肖家洼铁路,距肖家洼铁路隧道最近仅1.1m,距瓦日铁路隧道最近为19.7m。安家庄隧道的开挖对两侧既有隧道的安全性构成了严重威胁。针对该问题,首先详细介绍了隧道线路布置、工程地质条件及隧道结构形式等工程条件;然后,采用数值方法,计算了安家庄隧道开挖后两侧既有隧道衬砌的受力情况;并在此基础上,选取两侧既有隧道衬砌的最不利受力位置,依据铁路规范对安家庄隧道开挖后临线既有隧道衬砌的安全性进行了定量评估。研究成果为安家庄隧道的设计和施工提供了重要指导。