黄土连拱隧道设计技术研究

由于黄土具有结构性、欠压密性和土结构性受损易发生湿陷等特性,再加上公路连拱隧道施工开挖工序多,结构受力复杂.这就对黄土连拱隧道的设计提出了更高的要求.结合青银国道主干线离石至军渡(晋陕界)段离石和王家会两条黄土连拱隧道工程,对黄土连拱隧道的洞门口设计、洞身设计、中隔墙及其基础设计、隧道的防排水系统设计和施工方案的设计进行了探讨,提出了合理的设计方案.     

黄土连拱隧道施工方法模型试验研究

利用公路隧道结构与围岩综合试验系统,对南关黄土连拱隧道施工进行相似模型试验,研究了黄土连拱隧道围岩在隧道施工中的位移发展过程、隧道围岩的最终位移及围岩的稳定性;试验结果表明,小洞径的黄土隧道自稳能力较强,随着开挖跨度的增加,洞周位移增加较快。     

双向六车道连拱隧道复合式中墙宽度优化

大跨扁平连拱隧道中墙宽度不仅直接影响隧道的开挖跨度和工程量,而且还影响着围岩-支护结构及其本身的稳定性。为确保隧道施工安全、减少开挖跨度和节约工程投资,结合广(州)贺(州)高速公路沙塘坑双向六车道连拱隧道设计和施工工程实际,以V级围岩为例,采用三维有限元数值模拟方法,对大跨扁平连拱隧道复合式中墙宽度进行优化研究。结合现场监控量测资料的分析,验证提出的复合式中墙宽度(d)的合理性,为依托工程或类似工程的设计、施工提供了依据与借鉴。     

浅埋黄土连拱隧道施工方案优化研究

双连拱公路隧道在平面线路、洞口位置的选择上较分离式隧道自由度大,在一些中短隧道建设中,往往采用双连拱隧道结构形式。山西省离石隧道为我国第一条黄土连拱公路隧道。本文结合该工程实际,进行黄土连拱隧道的关键施工力学问题研究：正洞上下台阶法与侧壁导洞法施工方案比较研究;先左洞（靠山一侧）施工方案和先右洞施工方案的对比。计算结果表明对于偏压黄土连拱隧道应采用先开挖靠山一侧的侧壁导洞法进行施工。     

黄土连拱隧道施工过程的数值模拟和方案优化

针对汾柳高速公路离石隧道在不同施工方法下围岩和隧道支护结构的受力问题,运用有限元程序ANSYS6.1对三导洞法和上下台阶法进行了动态数值模拟,建立了不同施工工序下围岩的位移场和应力场,并以此对这两种施工方法进行了对比分析,得出三导洞法较优.对隧道的施工具有一定的指导意义.     

连拱隧道中墙治理技术研究

采用有限元数值计算方法对某连拱隧道中墙进行了检算,结果发现中墙混凝土安全系数不满足规范要求。为了保证中墙的使用安全,对中墙治理方法进行了研究。结果表明:采用分段凿除的方法较为合理,在施工时通过控制一次凿除长度可以保证施工安全,修复后的连拱隧道中墙安全性满足规范要求。     

黄土连拱隧道施工过程的数值模拟和方案优化

针对汾柳高速公路离石隧道在不同施工方法下围岩和隧道支护结构的受力问题,运用有限元程序ANSYS6.1对三导洞法和上下台阶法进行了动态数值模拟,建立了不同施工工序下围岩的位移场和应力场,并以此对这两种施工方法进行了对比分析,得出三导洞法较优。对隧道的施工具有重大的指导意义。     

偏压黄土连拱隧道掌子面纵向间距优化研究

连拱隧道与普通分离式隧道一个显著的区别就是连拱隧道的双洞在不同的施工阶段对另外一条洞的稳定、中隔墙的偏移等都有很大的影响。为此,很有必要建立三维弹塑性非线性方法对施工过程进行仿真模拟。以国内首条黄土连拱隧道山西离石连拱隧道为研究对象,采用数值分析软件FLAC3D,通过对离石黄土连拱隧道动态施工的三维数值模拟,对偏压黄土连拱隧道施工中开挖面空间效应、左右两洞的相互影响及中隔墙稳定性进行分析,从而确定偏压黄土连拱隧道施工过程中左右主洞掌子面的合理纵向间距。     

六车道连拱隧道中墙动态施工力学研究

六车道连拱隧道由于跨度大和断面扁平,加上左右洞施工的相互影响、围岩的多次扰动等诸多因素,导致中墙在施工过程中的受力和变形极为复杂,中墙极易发生倾覆或破坏,而中墙的稳定是确保连拱隧道施工与营运安全的关键。本文通过三维有限元和现场量测,对六车道连拱隧道中墙的动态施工过程进行了三维数值模拟和验证、对比分析。研究结果表明:在施工过程中,中墙应力变化过程复杂,局部区域在部分施工阶段会承受拉应力,中墙配筋主要受抗拉和抗剪能力控制;为尽量减少中墙墙脚转角处剪应力集中,建议增大曲中墙墙脚处的曲度;中墙变形为非常复杂的扭曲变形,墙顶水平位移随二次衬砌的全部施做将大幅减少,施工时应及时施做二次衬砌。     

特大断面连拱隧道中墙偏压机制及施工影响分析

 中墙作为连拱隧道的主要承载结构,自身的稳定性直接影响着隧道工程整体的稳定性,是连拱隧道设计和施工的重点。中墙失稳的主要力学原因是中墙受力不均而产生偏压失稳,因此,控制中墙稳定的关键是控制中墙偏压及其偏压程度。中墙偏压的出现源于隧道工程自身的地层偏压和非对称式施工产生的施工偏压,根据中墙受力状态可以确定地层偏压、施工偏压下中墙偏压的条件及偏压发生部位;利用有限元计算方法对地层偏压、施工偏压条件下不同施工工序进行计算,分析不同工序对中墙偏压的影响;根据得到的规律对施工工序进行优化分析;最后,给出双向八车道连拱隧道的工程实例。     

双向八车道连拱隧道中墙临时支护优化分析

在连拱隧道中,中墙作为隧道的主要承载结构一直是设计和施工的重点。同时由于隧道地质条件和施工组织的复杂性,中墙常受到地层偏压和施工偏压两种偏压的共同作用,致使中墙内部力学状态十分复杂。施工偏压和地层偏压对中墙的影响机理互不相同,在施工过程中采取的控制措施也各不相同。利用有限元数值计算法对金鸡山双向八车道连拱隧道Ⅴ级围岩的6种施工方案进行了模拟,分析和阐述了中墙偏压产生的原因和影响因素;并结合6种施工方案的数值计算结果,对地层偏压、施工偏压对中墙影响过程进行了分析,结果表明地层偏压主要对中墙上部产生影响,而施工偏压不仅对中墙上部产生影响,而且还对中墙下部产生影响;最后,根据两种临时支护形式下中墙最终水平位移的计算结果,给出了控制中墙偏压的最佳临时支护形式。     

黄土隧道浅埋偏压洞口段套拱结构受力监测与分析

为了解黄土隧道浅埋偏压洞口段套拱结构的受力状况,对刘家坪2号隧道洞口段套拱基底应力、钢架应力、混凝土应力及拱顶下沉进行施工监测,并对监测结果进行分析。结果表明:浅埋偏压情况下,套拱两侧基底应力分布不均匀,拱顶填土引起基底应力急剧增长,仰拱施作后基底应力趋于稳定;套拱钢架受力复杂,有拉有压,且值很大,仰拱开挖引起钢架应力急剧增长,钢架在套拱支护结构中发挥了强大的支护作用;冬、夏季温差引起套拱混凝土应力随时间(季节)的变化呈现拉、压交替变化,夏季出现最大压应力,冬季出现最大拉应力,且压应力较小,拉应力较大,多处测点都超过了C25模筑混凝土设计轴心抗拉强度;套拱拱顶下沉主要由洞顶填土施工和仰拱开挖引起。     

隧道预制中隔墙的拼装施工机械设计

上海市轨道交通11号线南段工程首次在大直径盾构隧道内采用预制拼装式中隔墙。根据施工现场要求,拟定了预制中隔墙拼装机总体设计思路及总体形式,进行了动力及驱动计算,并针对不同的施工工况进行了拼装机稳定性分析。经综合设计计算后,拼装机性能满足各种施工工况的要求。     

薄壁面板隔墙法在特大断面隧道施工中的力学特征分析

以某浅埋暗挖城市地铁车站为工程背景,利用有限元数值模拟方法分析了薄壁面板隔墙法的原理和在施工过程中隧道围岩的变形和力学演化特征。分析结果表明,薄壁面板隔墙法的台阶式导坑开挖主导了隧道结构的应力集中特征和变形特征,施工时特大断面隧道的初衬、锚杆和围岩的应力、应变均沿隧道轴向方向阶段性地出现多个应力集中区和位移剧变区,各区域的分界处基本和隧道先开挖侧各导坑开挖端面平齐。而且,中隔墙和预留核心土的设置有效地改善了开挖对特大断面隧道围岩的扰动,使得隧道围岩塑性区小,隧道的拱脚水平相对净空变化指标和拱顶相对下沉指标均能满足特大断面隧道的稳定性要求。     

偏压连拱隧道中隔墙力学特征数值分析

中隔墙作为连拱隧道的中枢结构和重要承载构件,其受力及位移情况往往对工程成败和安全起着决定性作用。本文采用有限元方法对某浅埋偏压连拱隧道的开挖过程进行模拟,对连拱隧道中隔墙受力特征作了计算分析。结果表明,中隔墙是连拱隧道最主要的受力构件,偏压开挖容易在中隔墙引起较大偏心荷载,偏压连拱隧道采用复合曲中墙结构将有助于改善中隔墙受力状况,减小应力集中及上部位移;并结合中隔墙主筋轴力量测,对连拱隧道中隔墙施工进行了监控分析,监测结果表明,隧道由于偏压荷载的存在,应先开挖深埋侧隧道,此时中隔墙结构的扭转和偏心都较小。     

高速公路双连拱隧道中隔墙渗漏水的防治

从设计和施工两方面对高速公路双连拱隧道出现的中隔墙渗漏水问题进行了综合性分析，提出了有针对性的防治措施，对完善双连拱隧道中隔墙防排水设计和提高施工质量具有一定借鉴作用。     

黄土中隧道开挖过程的监测与分析

Taking the construction of Wanjiazhai soil gallery belonging to the project of diversion project of the Yellow River as an example,the essential factors affecting the stability of tunnel excavation are analysed based upon in-site measurement of deep displacements for surrounding soil-mass,forces on steel ribs for reinforced concrete cage,earth pressures and the compression between two supporting linings. The variation law of the above factors is studied,and some problems which should be considered in monitoring are also put forward.     

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。     

考虑Q3黄土增湿特性的隧道围岩变形分析

力、水耦合作用使黄土结构性降低,开挖扰动和增湿是黄土隧道围岩失稳的主要原因.基于已提出的Q3黄土初始切线模量与含水量的关系,对一典型的黄土隧道进行了增湿变形分析,从围岩的变形、地面沉降、衬砌的受力状态三个方面对比分析了增湿对围岩稳定性的影响.结果表明,含水量从5.175%增大到22%时,隧道拱顶沉降和地面变形均增大了一倍左右,初始含水量较小时,增湿引起较大的围岩变形,初始含水量较大时增湿引起较小的围岩变形;衬砌结构的弯矩和轴力随含水量增大而增大,按规范求得弯矩的设计值大于数值分析的结果,而轴力的设计值小于数值分析的结果.