覆盖松散堆积体隧道二衬受力特性研究

以西部山区覆盖大量松散崩塌堆积体的某公路隧道(S隧道)为工程背景,利用振弦式传感器监测隧道初支与二次衬砌间接触应力和二衬混凝土应变,讨论隧道二衬受力特性,为相似隧道工程二衬设计、施工提供参考。结果表明:覆盖松散堆积体的S隧道二衬可有效承担围岩压力,且于二衬施作完成50d后应力基本保持稳定;二衬存在一定的偏压受力,其左幅所受应力大于右幅;隧道二衬混凝土应变起始为拉应变,随时间增长,应变转为压应变并逐渐趋于稳定;二衬混凝土所受较大压应变主要位于隧道拱腰肩位置,与初支和二衬间接触应力最大值位置具有一定对应关系;初支与二衬间最大接触应力0.1MPa,二衬混凝土最大压应变28με,各监测值均处于二衬结构安全受力范围内,该覆盖松散堆积体隧道施作的二次衬砌结构受力安全可靠。     

媒体重头文章概览

正《施工技术》24/2018软弱围岩隧道二次衬砌合理施作时机研究为确定软弱围岩隧道开挖过程中,不同施工工法对应的二次衬砌合理支护时机,采用FLAC3D软件建立数值分析模型对三台阶预留核心土法和CRD法的开挖过程进行模拟,分析二次衬砌支护时机对围岩和支护结构受力变形的影响,并确定出合理的二次衬砌支护时机。研究结果表明:二次衬砌的支护时机对隧道围岩的变形有显著     

大跨度地下空间支护体系应力监测与稳定性分析

监控量测是隧道新奥法设计与施工中必不可少的环节。结合重庆市轻轨较新线大坪车站大跨度地下空间施工支护体系受力和应力监测的工程实践,分析支护体系初期支护工字钢拱应力、锚杆轴力、喷射混凝土内应力、喷射混凝土与围岩接触压力、临时工字钢支撑应力、喷射混凝土与二次衬砌接触压力、二次衬砌钢筋应力等测试结果和变化规律,阐述大跨度地下空间支护结构及参数选择、量测方法及测试手段,并确定支护体系的稳定性和结构的安全性,其结果指导该工程的信息化施工。     

软岩大变形隧道二次衬砌施作时机探讨

软岩大变形隧道二次衬砌施作时机始终是隧道界讨论的热点问题,但目前还没有具体的软岩大变形隧道二次衬砌施作时机的判别指标.结合乌鞘岭隧道工程实例,分析二次衬砌稳定性的影响因素,以及初期支护变形与二次衬砌变形的关系、施作二次衬砌前支护变形速率与二次衬砌变形的关系、二次衬砌开裂断面对应的支护变形及二次衬砌分担围岩压力比例等.根据实测变形统计值、理论计算的极限位移及弹性位移,推算量测丢失位移,并得出实测变形、二次衬砌前变形速率与极限位移等之间的相互关系.最后提出不同大变形级别的乌鞘岭隧道二次衬砌施作时机的两个判别指标,即以隧道极限位移为基础,以现场量测日变形量与量测总变形量为依托的判别指标,在软岩大变形隧道二次衬砌施作时机方面进行探讨和尝试.     

隧道底部结构受力与变形的现场测试与分析

采用现场测试方法,对隧道底部结构的变形、仰拱混凝土和钢筋中的应力进行了长期测试和分析。受围岩释放荷载、隧道二衬自重及上部围岩荷载以及道床设施和运营列车荷载的作用,隧道底部结构在整个施工过程中经历了隆起—下沉—隆起—下沉的反复变化过程,仰拱混凝土及钢筋同样经历了拉—压—拉—压的反复变化过程;围岩条件越好,隧道底部结构中的应力和变形最终值及其变化幅值越小;整个隧道施工过程中,隧道底部结构的最大下沉小于 5.0 mm ,混凝土中的最大拉压应力小于 2.0 MPa ,满足高速列车的安全运营要求;隧道二次衬砌施作之前仰拱处于最不利的受力状态,施工中应及时将隧道二衬闭合成环,以保证隧道仰拱结构处于较佳的受力状态;隧道开挖后的应力重分布持续时间一般在 2 a 以上。     

盾构隧道二次衬砌合理施作时机模型试验研究

近年来,盾构隧道双层衬砌作为一种新的形式开始得到应用推广,但由于相关研究较少,导致盾构隧道双层衬砌结构体系关键参数尚不明确,其中二次衬砌合理施作时机便是其中之一。以狮子洋隧道工程为依托,采用相似模型试验对二次衬砌合理施作时机展开研究,研究结果表明:二次衬砌在盾构隧道双层衬砌中仅作为辅助承载结构,施作时机为57%～83%,结构径向收敛值和椭圆度随加载步变化最为缓慢,结构累计声发射数AE呈渐进性增长;施作过早或过晚,二次衬砌均不能有效抑制管片衬砌变形,且结构累计声发射数AE均呈阶梯型增长;随着二次衬砌施作时机推迟,二次衬砌与管片衬砌最大内力量值之比及结构开始出现宏观损伤破坏荷载级别均呈先增大后减小的变化规律。因此,在综合考虑双层衬砌结构加载过程中的变形历程及损伤特性,认为二次衬砌合理施作时机为57%～83%。     

卵砾石层浅埋公路隧道支护方案的优化研究

某公路隧道位于特殊残坡积卵砾石层斜坡之中,是一典型的大跨浅埋扁平公路隧道,其支护结构和施工方案的设计直接影响到隧道的安全性和经济性.采用弹塑性非线性有限元模拟分析了该隧道的开挖和支护全过程.引入释放系数模拟开挖围岩应力释放时空效应,以最能直观反映开挖围岩松动变形情况的拱顶下沉量为主要控制目标,对初期支护的施作时机进行优化研究,利用得到的最优施作时机进行初支厚度的优化分析,并对二衬设计的合理性进行评价.提出卵砾石层斜坡中浅埋大跨扁平公路隧道支护设计和施工的优化方案.采用的考虑开挖过程的系统优化方法和研究成果可以为类似地质条件下隧道工程的设计与施工提供参考意见.     

软弱围岩隧道二次衬砌合理施作时机研究

为确定软弱围岩隧道开挖过程中,不同施工工法对应的二次衬砌合理支护时机,采用FLAC3D软件建立数值分析模型对三台阶预留核心土法和CRD法的开挖过程进行模拟,分析二次衬砌支护时机对围岩和支护结构受力变形的影响,并确定出合理的二次衬砌支护时机。研究结果表明:二次衬砌的支护时机对隧道围岩的变形有显著影响;不同工法的初期支护所受的最大压应力会随着二衬与开挖面距离的增大而增大,但是其增幅会越来越缓慢;三台阶预留核心土法下二衬与开挖面的合理距离可在15.6～25.2m范围选取,CRD法下的合理距离可在31.2～42.0m范围选取。     

公路隧道分区防水施工技术

1 、工程概况 大湾隧道为某高速公路上的山岭重丘区公路隧道,该隧道区址为丘陵缓坡地形,最大埋深为39.4m。隧道区内地质:表层为第四系残坡积层碎石土,下层为下寒武系下统清虚组石灰岩和中统高台组白云岩,隧道位于区域性压性层破碎带及断层影响带中,隧道区内围岩节理裂隙极其发育,裂隙微张。地下水不发育,但雨季由于地表水补给,裂隙水丰富,开挖过程中曾出现多段大面积滴涌水现象。 隧道结构为复合式衬砌,初支为C20喷射混凝土,厚度为260～280mm,二衬结构为C20模筑混凝土,厚度为500～600mm。防水设计方案为二次衬砌混凝土和防排水各成体系,二…     

高速铁路隧道初支、二衬间接触压力研究

 为了系统研究高速铁路隧道二次衬砌力学特性,依托贵广、兰渝、京沪铁路多个典型高速铁路隧道工程,对不同级别围岩条件下初支、二衬间的接触压力进行现场监测。通过分析指出：初支、二衬间接触压力在二衬拆模时最大,此时二衬结构受力最不安全;二衬所受的荷载实际上是初支传递过来的围岩形变压力,与规范中采用松散体高度计算得到的松动压力是不同的;通过分析不同级别围岩条件下规范荷载和实测荷载作用下二衬结构的安全性可知,规范荷载作用下隧道结构最不利位置一般在拱顶,而实测荷载作用下隧道结构最不利位置往往在局部应力集中处,且实测荷载作用下二衬的安全性要远高于规范荷载下的情况。因此通过支护时机、支护措施以及必要时辅助工法的施作可以实现初支(和围岩)承受全部荷载,二衬结构作为安全储备。研究结论对深入了解高速铁路隧道二衬的受力特点,更加科学合理地设计二衬具有一定参考价值。     

浅埋黄土隧道衬砌结构受力分析

 通过对三十里铺隧道的现场测试,研究浅埋黄土隧道一衬和围岩接触应力、锚杆轴力、喷射混凝土表面应变、二衬中钢筋应力和浇注混凝土应变随时间变化规律及分布特征。结果表明,围岩释放应力最大值在7～10 d,位置在拱腰处;锚杆轴力稳定时间为30 d左右,且在空间上出现压应力区;喷射混凝土表面应变较大且常出现跳跃性变化;二衬钢筋应力初期为拉应力;边墙处的稳定时间为6～8 d后,拱顶处30 d后仍然递减;二衬混凝土应变由初期的拉应变向压应变变化。隧道衬砌的受力分析结果为支护系统的优化提供依据,对同类工程的设计提供借鉴。     

浅埋黄土隧道衬砌结构受力分析

通过对三十里铺隧道的现场测试,研究浅埋黄土隧道一衬和围岩接触应力、锚杆轴力、喷射混凝土表面应变、二衬中钢筋应力和浇注混凝土应变随时间变化规律及分布特征。结果表明,围岩释放应力最大值在7～10 d,位置在拱腰处;锚杆轴力稳定时间为30 d左右,且在空间上出现压应力区;喷射混凝土表面应变较大且常出现跳跃性变化;二衬钢筋应力初期为拉应力;边墙处的稳定时间为6～8 d后,拱顶处30 d后仍然递减;二衬混凝土应变由初期的拉应变向压应变变化。隧道衬砌的受力分析结果为支护系统的优化提供依据,对同类工程的设计提供借鉴。     

乌鞘岭隧道F4断层区段监控量测综合分析

乌鞘岭隧道是兰新线重点控制工程，是国内最长的单线铁路隧道。该隧道穿越4条区域性大断层，地质及地应力条件十分复杂，围岩软弱破碎，变形大。针对复杂应力条件下的软岩大变形隧道特点，在F4断层区段施工过程中，严格进行系统、全面、长期的监控量测指导设计施工，以实测的拱顶下沉、水平收敛、锚杆轴力、初期支护围岩压力、初期支护钢架应力、初期支护混凝土应力、二次衬砌接触压力、二次衬砌混凝土应力数据为依托，进行实测数据与施工工序的关系、围岩压力与位移的关系、量测项目稳定值的预测、多量测项目发展趋势相互关系规律、位移的纵向分布规律、荷载侧压力系数、二次衬砌分担围岩压力比例、二次衬砌施作时机等多项综合分析，及时将处理信息反馈给施工，对开挖后的结构稳定性作出分析判断及采取相应措施。实践证明效果可靠，围岩稳定，结构完好，为保证该区段顺利贯通提供可靠的技术保证。     

隧道初期支护与围岩相互作用的时空演化特性

支护–围岩动态相互作用机制是支护设计的核心问题。首先基于弹塑性软化模型和非关联流动法则,对深埋圆形隧道进行弹塑性解析,并进一步考虑喷射混凝土的时效特性和隧道施工过程特点,建立初期支护–围岩耦合模型,得到了在隧道开挖过程中,距开挖面不同距离的各分析断面支护与围岩的动态相互作用关系。通过具体实例计算,对型钢和格栅钢架结构在不同支护时机下的支护效果进行了对比分析,并研究喷射混凝土硬化特性对于围岩稳定性控制效果和支护结构安全性的影响,基于此给出了合理支护时机的确定方法。得到如下主要结论:格栅相对于型钢初期支护刚度较小,有利于围岩应力和位移的释放,但同时控制围岩变形能力较差,对于支护时机的变化也更为敏感;对于初期支护而言,喷射混凝土支护力的发展过程可分为缓慢增长、快速增长、增长减缓、趋于稳定4个阶段,且各阶段的分布比例随支护时机变化而有所不同;在支护结构施作早期,喷射混凝土承担的荷载可能大于其当前极限承载能力而导致其失稳;支护时机的选取应综合考虑钢架类型、喷射混凝土硬化特性及隧道掘进速率,在保证支护结构安全性的前提下达到理想的支护效果。该研究成果可对初期支护–围岩动态作用关系进行全过程预测,可使得收敛约束法在隧道支护设计中的应用更为准确,为隧道施工过程中支护结构设计提供理论依据。     

新奥法二次衬砌施工中几个问题的探讨

二次衬砌工艺作为新奥法的内容,在永久隧道工程中得到广泛应用,宛坪高速公路隧道全部采用二次衬砌工艺.本文结合该工程二次衬砌的实施,就二次衬砌对初期支护的要求、大变形围岩和一般软弱围岩的施作时机、以及NTM应用的问题等进行了讨论,得出一些有益的结论。     

铁路工程喷射混凝土高性能化的发展趋势与路径研究

随着我国基础设施建设的不断推进,铁路工程建设的重点已逐步向西部地区转移。与东部沿海地区相比,我国西部地区地质条件复杂、山川众多。因此,我国西部地区的铁路工程隧道占比较高,隧道工程的顺利建设和安全耐久服役成为影响全线施工与运营的关键。在铁路隧道复合式衬砌支护体系中,喷射混凝土是初期支护的重要组成部分,其服役性能是影响铁路隧道结构耐久性的决定性因素。然而,目前我国隧道结构耐久性设计对初支喷射混凝土关注相对较少,这也是我国铁路隧道服役期间出现耐久性问题的重要原因之一。因此,提高喷射混凝土耐久性并实现高性能化是铁路隧道工程百年耐久的必由之路。通过分析初期支护结构在复合式衬砌支护体系中的重要作用,阐明喷射混凝土高性能化的必要性,并提出喷射混凝土高性能化的内涵和性能要求。     

水下隧道二次衬砌支护时机及力学效应研究

水下公路隧道二次衬砌施作时机的选择对隧道的安全修建至关重要,目前国内对此相关研究相对较少。基于此,文章以某软弱围岩水下公路隧道为工程依托,采用有限元分析软件ANSYS对隧道开挖在不同二次衬砌支护时机的力学效应进行数值模拟及对比分析,得出了依托工程水下公路隧道二次衬砌施作的最佳时机,为类似隧道工程的施工提供借鉴与参考。     

隧道钢纤维喷射混凝土性能试验及其工程应用

 根据钢纤维喷射混凝土结构力学原理,为了研究钢纤维混凝土喷层在隧道单层永久衬砌支护中适用性,先分析钢纤维在混凝土中的增强力学作用机制,然后完成钢纤维喷射混凝土合理配比、抗拉、抗压、抗折及抗折初裂强度和弯曲性能等指标的室内试验;并结合具体的隧道现场喷射试验,以及围岩应力、钢纤维混凝土喷层应力及洞周附加水平收敛等监测数据进行分析。研究结果表明,钢纤维喷混凝土抗拉、抗折强度高,韧性好,喷层中的应力分布较均匀,具有较好的让压能力,喷射作业回弹损失量减少,说明钢纤维喷射混凝土是一种理想的单层衬砌支护材料,具有较好的推广应用价值。     

矿山法隧道的初期支护、二次衬砌受力分析

本文以单拱直墙矿山法隧道为倒,利用有限元数值方法和地层—结构模式、荷载—结构模式来计算研究矿山法施工隧道的初期支护与二次衬砌衬砌受力情况。通过分析发现,二次衬砌的受力远远大于初期支护的受力,由此可知矿山法暗挖施工的隧道其二次衬砌是主要承载结构。     

铁路隧道工程喷射混凝土配合比设计方法探讨

隧道工程由于工序较多,质量卡控难度较大,衬砌强度不足、拱顶脱空、渗水等质量缺陷较多。尤其隧道初期支护施工质量是隧道工程质量缺陷的高发区。经多年对隧道初支的检测的过程发现其质量问题主要为初期支护喷射混凝土强度不足和初支背后脱空。背后脱空可在工序转换过程中通过注浆进行整改消除缺陷,而喷射混凝土强度不足问题则比较复杂无法通过缺陷整改的方式进行消除。因此初支喷射混凝土施工中原材料质量控制、配合比试验、喷射施工工艺参数选定控制尤其重要,以上三因素是喷射混凝土施工质量控制的关键。笔者多年从事的隧道施工,结合自身实践经验和体会,针对喷射混凝土配合比设计试验方法,总结出一些建设性的经验,希望对后续隧道施工技术人员有所帮助。