高速铁路隧道支护参数的计算研究

为探索隧道初期支护安全系数的计算问题,并为高速铁路隧道支护参数优化提供理论依据,根据喷锚支护的性能与特点以及现代隧道力学的基本理论,建立初期支护荷载结构模型和对应的安全系数计算方法; 针对时速350 km高速铁路双线隧道提出的3种不同的初期支护方案（无系统锚杆支护、喷锚结合支护和以锚为主的支护方案）展开适应性研究,计算分析不同埋深（400 m和800 m）条件下初期支护的优化参数以及优化后的二次衬砌承载能力,在此基础上提出优化后的高铁隧道支护参数建议值,并对优化前后的安全系数进行计算与对比。主要结论如下： 1）提出了采用围岩压力代表值作为荷载结构模型设计荷载的方法,为解决设计中围岩压力不确定的问题提供了思路,且所推荐的围岩压力代表值计算方法具有安全性与经济性; 2）提出了3种初期支护计算模型,可以为初期支护构件的选择与量化设计提供一定的理论基础; 3）提出了时速350 km高速铁路双线隧道初期支护方案及优化后的复合式衬砌设计参数,并明确了不同围岩级别、不同埋深时的承载主体; 4）提出了按照不同埋深进行支护结构参数设计的建议。     

城际铁路隧道与邻近建筑物的相互影响研究

城际铁路隧道不可避免地要下穿建筑物密集的市区,其开挖施工会引起地表沉降,危及建筑物的安全,因此评估城际铁路隧道和邻近建筑物的相互影响就成为迫切需要解决的问题。文章以实际工程为例,将隧道、地基和上部结构作为一个整体,系统地研究了建筑物和下穿隧道的相互影响,针对不同的施工工法和不同的地质情况进行了敏感性分析,并对各类工程措施的效果进行了评估。研究结果表明,基础桩端嵌入地层性质对建筑物沉降、结构内力以及后续的加固处理措施影响很大;相对于隧道不同部位的桩基受隧道施工的影响各不相同,隧道正上方和侧上方45°附近桩基受开挖影响较大;同样地层情况下,盾构法开挖后建筑物的沉降和内力值要比矿山法低;桩基托换对整体沉降的控制要好于加固地层措施,然而桩基托换措施却增大了建筑物局部变形和内力值;建筑荷载作用位置附近隧道段内力会有所增大。因此需要预计各类可能的情况,并根据具体情况综合采取相应的措施。     

盾构下穿新建铁路站场地基预处理技术研究

研究目的:某地铁区间隧道工程为双线隧道,按规划线路需要下穿沪宁铁路轨道,盾构推进施工将引起上方铁路线路的轨面变形,影响铁路行车安全或速度,同时铁路行车也影响地铁隧道的安全。因此本文提出了采取"桩+板"方案地基预处理方案解决施工困难,并为同类下穿项目提供借鉴。研究结论:研究表明,对本地铁隧道采用"桩+板"方案加固,且采用加强配筋管片,有效控制了盾构时的铁路地面变形;施工过程中,同步注浆是关键,比正常注浆量增加0.1～0.2 m3为宜,且及时进行二次注浆,以保证地面建筑物的安全。     

双燕尾隧道设计难点探讨

某线在二号隧道洞身完成向车站的疏解,形成上下行两条联络线,因而在隧道内形成了两处燕尾段,国内外罕见。该隧道具有普通燕尾隧道的特点,又有因双燕尾带来大跨度施工、排水以及过轨等难点。采取的设计方案可行并可对类似工程提供借鉴。     

基于荷载结构法的隧道初期支护设计方法研究

研究目的:现有隧道初期支护的设计方法主要有工程类比法、地层结构法、特征曲线法等,这些方法在实际工程应用中均存在一定的局限性和困难,且没有提出明确的安全系数要求,导致设计的可靠性降低,不便于设计应用,因此有必要研究便于量化设计并具有明确安全系数的荷载结构法。研究结论:(1)本文所建立的初期支护荷载结构模型,可以得出初期支护的具体安全系数;(2)在锚杆长度满足模型三所需安全系数的前提下,喷锚组合支护的安全系数由喷层和锚杆各自的安全系数相加而成;(3)初期支护的最小安全系数取值需要根据计算模型的计算精度、初期支护的设计作用以及隧道工程的特点等因素综合确定,建议初期支护作为承载主体时为1.8～2.1,作为临时支护时为1.3～1.5;(4)现行时速350 km高速铁路双线隧道深埋Ⅲ、Ⅳ级围岩支护参数的安全性计算结果表明,当初期支护作为承载主体时,Ⅲ级围岩支护参数具有一定的优化余地,Ⅳ级围岩支护参数能适应400 m以内埋深;当初期支护仅作为临时承载结构时,Ⅳ级围岩支护参数能适应1 000 m以内埋深;(5)隧道埋深对围岩压力影响较大,建议按照不同埋深进行初期支护设计,以提高经济性;(6)本研究结果可为隧道初期支护设计提供思路和方法。     

盾构法隧道穿越活动断裂带方案探讨

为研究隧道穿越活动断裂带的合理抗错设计措施,结合胶州湾第二海底隧道采用案例调研、数值模拟等手段分析了3种不同抗错方案下隧道结构变形、接缝张开、错台形态以及钢筋应力、螺栓轴力等关键控制指标,探讨不同措施的抗错效果。研究表明： 1）3种不同抗错措施在断层错动作用下管片结构沿纵向受力变形规律相同,断层错动对隧道结构影响主要集中在破碎带上盘边界外30 m到下盘边界外30 m的范围; 2）断层错动作用下钢筋受力整体表现为“顶底部钢筋受压、两腰部钢筋受拉”状态,环宽1.5 m钢筋拉应力最大为436 MPa,3种工况下钢筋均未发生屈服; 3）环宽1.5 m管片环缝张开量为3.8 cm,比其他2种工况减小60%~70%; 4）提出了管片环宽1.5 m以及抗震设防区域为上盘左边界2D至下盘右边界2D（D为15.0 m）范围的抗错设计方案。研究成果对盾构法穿越大错动量断层带的抗错方案研究具有一定的参考作用。     

单层衬砌若干关键问题的设计

在国内单层衬砌应用较少,对于单程衬砌设计的研究就更少,因此有必要对单层衬砌的关键问题,如结构设计、防排水和主要的建筑材料等进行设计,以利于国内的推广应用.单层衬砌相对于复合式衬砌,具有工序简化、施工快速、经济合理等多方面的优点,在设计过程中应贯彻以下设计理念:①取消防水板,结构与围岩共同受力;②单层衬砌自身满足防水要求,达到二级防水标准;③单层衬砌作为永久结构,应满足耐久性要求.     

明洞填土压力计算模式不定性的现场测试研究

文章依托石门山明洞、稠下一号线明洞、大横明洞填土压力计算测试工程实例,通过考虑路堑偏压式与半路堑单压式两种结构形式,进行了现场测试与理论公式计算,获取了一定数量的双线铁路明洞隧道典型截面位置计算模式不定性随机变量ζ的样本值。采用A-D法检验随机变量ζ的分布概型,获取了ζ的统计特征,再通过统计不定性计算对其进行了修正,得到了土压力计算模式不定性ζ的统计特征。结果表明,ζ的均值为1.065,变异系数为0.127,服从正态分布。该研究结果将明洞土压力计算模式不定性的适应性由单线隧道推广到双线隧道,对基于可靠度的隧道结构设计规范修订有重要意义。     

三台阶法在客运专线山岭隧道软弱围岩中的推广应用

研究目的:根据既有及在建的客运专线山岭隧道软弱围岩施工经验,三台阶施工工法被大量采用.本文分析了传统工法存在的问题,总结了实际施工中常用的4种三台阶施工工法以及这些工法的使用条件,并根据三台阶法存在的问题,总结了施工中的一些注意事项及处理方法.研究结论:三台阶施工工法可以发挥大型施工机械设备多工作面快速施工的优势,体现灵活多变易变的特点,能够结合地质条件等因素选择适宜的三台阶法,以满足隧道施工安全的需要.三台阶法存在一些不足,可以通过控制好台阶长度、做牢拱脚、适当增大超前支护长度、做好临时排水工作等措施弥补.三台阶施工工法是在实践中摸索总结出来的,实践证明是一种成功的先进的施工方法,适用于山岭客运专线隧道矿山法施工,应大力推广.     

隧道结构采用极限状态法设计探讨与建议

研究目的:房建、桥梁等结构已经采用了概率极限状态法进行设计,且编制了相应可靠度规范。隧道结构由于统计特征的离散性、计算模型的多样性以及荷载分配的不确定性,设计以类比为主。目前隧道行业正推广采用极限状态法,但根据隧道结构特点,推广方式和方法值得探讨。研究结论:(1)采用极限状态法是设计趋势,但目前隧道设计以类比为主,计算为辅,隧道设计统计特征离散,计算模型多样,初支和二衬荷载分配不确定,因此初期只能形式上进行极限状态法转轨;(2)建议优先在荷载离散性相对较小的明洞和浅埋隧道中推广采用极限状态法设计;(3)应大力推广隧道受力监测,通过数据积累获取统计特征,为隧道设计全面采用极限状态法打下基础;(4)本研究成果可为极限状态法在隧道结构设计领域的推广应用提供参考。