考虑松动圈影响的公路隧道大直径竖井围岩压力计算方法

为研究公路隧道大直径竖井围岩压力计算方法,基于极限平衡法推导,并与官田竖井实测数据进行了对比验证,最后分析了竖井直径、侧压力系数、围岩等级对竖井围岩压力的影响规律。结果表明:①与实测数据对比结果显示,本文公式的平均误差度在12.85以内,相比其他公式的误差度在180以上,使相对误差减小了167.15以上,可指导工程人员进行竖井的施工设计;②竖井开挖直径越大,竖井井壁围岩压力越大,但是围岩压力的增长幅度随直径增大而逐渐减弱;③在未达到极限深度之前,侧压力系数越大,竖井井壁围岩压力越大;达到极限深度以后,不同侧压力系数下井壁的围岩压力一样大。侧压力系数越大,井壁围岩压力随竖井深度的增长越大,更快达到最大井壁围岩压力,即极限深度越小;④围岩等级越高,竖井的井壁围岩压力越小,在达到极限深度之后的围岩压力也越小。

基于围岩应力状态的超大断面隧道深浅埋判定研究

随着目前公路隧道跨度越来越大,而超大跨扁平隧道由于其特殊的形状,使得拱部受力较上圆形隧道更为不利且开挖的影响范围也更大,因此现有深浅埋分界方法的适用性尚需考证。研究采用数值计算与经验公式方法,对比不同跨度、不同围岩级别下超大跨扁平隧道的深浅埋分界,得到适用于此工程的判定方法,同时确定其深浅埋分界范围。研究结果表明:1)主应力旋转轴理论与规范经验法相互补充、相互验证,具有着一定的可操作性,大跨扁平隧道深浅埋分界的判定应结合2种方法综合得到;2)当隧道跨度在19 m左右时,Ⅲ级围岩深浅埋分界值为6 m,Ⅳ级围岩深浅埋分界值为14 m,Ⅴ级围岩深浅埋分界值为34 m。

公路隧道钢管混凝土拱架偏压长柱承载机理研究

通过对不同尺寸的钢管混凝土长柱进行偏压试验,对比分析了试验结果与数值模拟结果,主要研究了核心混凝土以及钢管的力学性能和破坏特征,研究结果表明:(1)钢管是影响钢管混凝土压弯承载力的主要因素,钢管的直径、壁厚与钢管混凝土长柱在偏压荷载作用下的承载能力有较大关联;(2)偏心距的增大会减小钢管混凝土长柱的承载力,但影响程度与钢管尺寸有关,钢管截面尺寸越小,偏心距对其承载力的影响越小;(3)钢管在承载时表现出明显的弹塑性特性,在达到极限承载力时,钢管弯曲部位由于受压屈服导致破坏;(4)核心混凝土在承载过程中主要承受压力。由于钢管对核心混凝土的约束效应,虽然核心混凝土已经进入塑性阶段,但在钢管的约束下仍有一定的承载能力;(5)在轴向压力作用下,钢管混凝土的破坏过程是整体达到屈服极限,但由于整体变形的差异导致弯曲破坏。

软岩隧道拉锚结构数值分析与支护机理研究

为研究拉锚结构在软岩公路隧道的支护效果并推进其应用发展,针对两台阶法开挖的Ⅴ级围岩公路隧道,使用FLAC3D进行数值分析。根据拉锚结构构件连接方式,提出拉锚结构模拟方法并建立模型,对4种不同支护方法的隧道围岩位移、应力和支护结构受力特性进行了对比分析,总结拉锚支护的结构受力特性和支护机理。结果表明:拉锚支护在改善围岩应力状态、减少隧道位移和发挥支护结构效用3个方面均最优;拉锚支护能够明显改善拱腰处应力状态和变形情况;拉锚支护的锚杆所受轴力大于传统支护,其轴力大小分布从杆尾到杆端越来越大;拉锚支护的横向钢带在各点的应力均大于钢拱架,尤其在拱腰处。

基于数据库技术的隧道工程量管理软件开发关键技术

为管理和积累隧道工程量数据,文章开发了基于数据库技术的隧道工程量管理软件。软件以后台数据库为基础,采用面向对象编程技术及与Autodesk AutoCAD、Microsoft Excel软件的交互技术,具有数据录入、修改、查询、统计、输出等功能,可实现隧道工程量的汇总,有助于快速编制隧道工程概算、预算和工程量清单。

特大断面公路隧道地震动力响应分析

以西南地区某高速公路特大断面隧道地震设防为研究背景,通过有限元动力计算方法,考虑隧道施工过程形成的应力场作为动力分析的初始应力场,同时在动力分析中考虑静力和动力分析的人工边界转换处置,采用地下结构静-动力分析方法对隧道进行了地震动力响应分析。模型分析了特大断面公路隧道在地震动力作用下的衬砌加速度响应、第一主应力和第三主应力响应、静力到动力的塑性发展情况。分析结果表明,特大断面隧道的仰拱区域在地震振动中是薄弱部位,在施工中围岩压力释放充分有利于隧道抗震,二次衬砌作为安全储备在振动中发挥主要作用。研究结果可为工程实际提供一定的参考意义。

城际铁路隧道下穿粉煤灰池设计关键技术研究

从方案可行性、工程可靠度、运营安全以及经济合理性等方面考虑,对隧道基坑围护和基底处理方案进行综合比选,对隧道运营期间稳定性进行验算分析。通过技术、经济比较分析,采用"钻孔桩围护+搅拌桩止水方案"能确保隧道下穿粉煤灰池的施工安全及稳定。

特大断面隧道断层段地震响应与断层构造关系

针对特大断面隧道(>30 m)断层破碎带地震响应强烈而导致衬砌结构更易遭受破坏的问题,采用FLAC 3D仿真计算软件,通过数值模拟,研究特大断面隧道地震与断层宽度、断层倾角的关系,分析衬砌地震响应规律,确定抗震薄弱位置及抗震设防范围。分析结果表明:断层处的衬砌横断面上的拱腰和拱脚处属于抗震薄弱位置,需要在这些位置处重点进行设防;断层上盘位置对地震响应更明显,应加强这些位置上隧道衬砌的抗减震措施;地震时,小倾角、大宽度的断层构造对特大断面隧道的影响大。在本文研究的断层构造范围内,特大断面隧道的抗震设防区域选取应为断层及断层交界面前后25~30 m的区域。这些结果可为地震区的特大断面隧道设计建设提供参考。

断层破碎带特大断面公路隧道抗减震技术研究

采用三维有限差分计算软件,对断层破碎带特大断面隧道抗减震技术进行分析,通过数值模拟分析不同刚度衬砌材料以及注浆加固围岩形式对断层破碎带衬砌抗震效果的影响。结果表明:刚度较大的混凝土衬砌应力结果偏大,纵向影响范围有略微的增大的趋势;随着衬砌刚度的减小,最大主应力减小趋势不是线性的,具有明显的放缓的趋势,持续减小衬砌刚度的减震效果变得不明显;注浆加固形式对断层破碎带特大断面隧道衬砌的拱脚和拱腰部位具有明显的抗震效果,可以改善特大断面隧道衬砌受力;全环间隔注浆的抗震效果要优于全环接触注浆形式;建议在特大断面隧道断层破碎带处采用间隔1 m、注浆厚度为4 m的间隔注浆形式。

温福铁路分水关隧道下穿104国道设计与施工措施

分水关隧道以小角度下穿104国道，洞顶覆盖层厚10．5m～11．0m。根据现场施工的实际情况，在保证公路运营安全的前提下，采用了“接长明洞、施做护拱、地表注浆、管棚支护”等措施，既规避了铁路隧道施工期间安全风险，又排除了铁路运营期间的安全隐患。

公路隧道钢管混凝土拱架承载力评价指标及合理选型研究

钢管混凝土具有强度高、塑性韧性好等特点,为促进钢管混凝土结构在隧道工程中的应用,针对当前对钢管混凝土拱架承载力评价指标研究不足以及钢管选型难的问题,通过对50种不同直径、壁厚的钢管混凝土拱架承载力的理论计算与数值模拟对比分析,对公路隧道钢管混凝土拱架承载力评价指标及合理选型进行研究。主要结论如下:1)相比于钢管面积、含钢率、钢管惯性矩,钢管的抗弯截面系数作为综合指标能较好地表征钢管与钢管混凝土拱架承载力之间的关系,建议作为评价钢管混凝土拱架承载力的指标;2)基于文中的研究依据,拟合钢管抗弯截面系数与钢管混凝土拱架承载力公式,以及钢管混凝土初期支护承载力与钢管混凝土拱架承载力公式;3)钢管直径比钢管壁厚对钢管混凝土拱架承载力的影响更大,直径大、壁厚小的钢管混凝土拱架不但具有更高的承载力,而且具有更经济的钢材用量;4)钢管混凝土拱架建议按照增大钢管直径>增加钢管壁厚>提高核心混凝土强度等级的优先级进行选型设计。

隧道照明系统辅助设计与优化分析软件研发

为提高公路隧道照明系统设计的效率和节能水平,基于IESNA LM-62标准的灯具配光数据文件,并以逐点法为照度和亮度计算方法,在VB.net平台中开发面向公路隧道的照明系统辅助设计与优化分析软件。软件包括的功能有:基于车流量、洞外亮度和运行车速的三因素动态调光、各照明区段的长度与亮度分析、灯具回路设计与模式搜索法安装参数优化、各运营工况的照明质量验算、全年能耗估算、自动成图与结果输出等。以一个实际的工程案例展示上述功能,应用结果表明,软件可以为建立公路隧道能耗指标体系、开展节能评价等工作提供数据支撑。

隧道拱墙装饰方案对照明效果的影响研究

为了定量分析隧道侧墙和拱顶的装饰方案对照明效果的影响,文章采用能够考虑侧墙和拱顶的二次反射光的DIALux软件,分析了相同的灯具配置、不同的隧道装饰方案时隧道路面的亮度情况。结果表明:隧道装饰方案对照明质量的影响是存在的。建议在通风条件良好的短隧道中,应积极推荐采用拱顶为浅灰色,侧墙为纯白色的装饰方案;在隧道进洞口,甚至建议拱顶也采用白色,进一步提高洞口入口段的亮度,缓解黑洞效应。

特大断面公路隧道洞口段抗震缝设置效果

隧道洞口段是隧道抗震的薄弱区间,其地形地质条件复杂,围岩多破碎,在抗减震设计中应着重考虑。文章从抗震缝出发,通过FLAC 3D有限差分软件建立模型,探究隧道洞口段设置抗震缝对抗震效果的影响。研究结果表明:不同间距抗震缝的设置在使得洞口横断面主应力最大峰值大幅减小的同时也使得应力峰值较小的测点的应力幅值有所增加,从而使应力峰值在洞口横断面上分布更平滑;从纵向对比来看,抗震缝能大幅减小主应力峰值,尤其能在进洞一定范围内减弱第一主应力峰值的幅度逐步增加。综合分析得出,在文章研究背景条件下采用的最佳抗震缝间距为10 m。

隧道振动台试验数值模拟及振动输入方法分析

针对隧道振动台试验中的“模型体-模型箱”体系数值模拟问题,通过总结动力有限元阻尼计算分析了模型泡沫边界层的阻尼实现方法。对数值模型底部振动输入的实现方式进行了讨论,分别推导了大质量法、位移时程输入法等计算过程,通过单自由度体系对比分析了大质量法和位移时程输入法的计算精度,分别讨论了两种实现方式的优缺点和在应用中的合理性;并以某隧道振动台试验模型的数值计算为例,分别采用大质量法和位移时程输入法对计算模型进行了对比分析,这两种方法在实际试验模型的地震作用数值分析中整体计算精度相近,但大质量法易产生位移累积误差。

基于声波-回弹联合法的岩石强度快速预测

研究目的:针对岩石强度试验时效性、经济性差,且将对岩石造成破坏的难题,以片麻岩为例,分别采用传统机械式回弹仪和新型能量式回弹仪,结合岩石纵波波速测试,提出声波-回弹相结合的岩石强度测试方法,采用二元非线性回归方程和BP神经网络建立岩石的声波-回弹-强度预测模型,达到快速、准确、无损地预测岩石强度的目的。研究结论:(1)声波-回弹联合法综合测试了岩样表面硬度和内部缺陷,可大大提高岩石强度预测的精度;(2)在回归分析和BP神经网络计算中,通过分析相关性系数、强度相对标准差、神经网络收敛曲线可见超声-回弹联合法对岩石强度预测精度较高,能准确地反映岩石的强度特征,而2-11-1型神经网络得到的声波-回弹联合法强度预测模型最优;(3)本研究方法可在岩土工程施工现场快速预测岩石强度,有效保障施工安全和进度。

基于围岩破坏特征的单洞四车道公路隧道围岩分级修正研究

为了对单洞四车道公路隧道围岩分级方法进行研究,首先通过调研对隧道开挖围岩破坏过程进行分析,得出围岩由好到差的3种破坏特征;其次采用数值模拟方法,对不同围岩级别条件下的多种工况进行计算,根据结果对围岩破坏特征进行研究,并据此进行围岩参数分级以及隧道开挖工法判定,最后结合现场测试进行验证。研究结果表明:(1)将围岩塑性区骤增、拱部出现受拉区、承载力不足导致整体失稳3种围岩破坏特征作为Ⅲ级、Ⅳ级、Ⅴ级围岩分级的依据;(2)根据数值计算结果以及结构破坏特征分析,单洞四车道公路隧道Ⅱ级围岩条件适用全断面法开挖,Ⅲ级围岩适用台阶法开挖,Ⅳ级围岩适用CD法开挖,Ⅴ级围岩适用CRD法开挖;(3)根据计算结果分析提出了结合单洞四车道公路隧道围岩破坏特征修正的围岩分级BQ值。

公路隧道照明系统能耗估算方法研究

公路隧道照明系统能耗巨大,但是缺少定量化的能效指标,为了给国民经济评价、财务评价、节能评价等提供较为客观、真实的基础数据,提出了一种公路隧道照明系统能耗估算方法。具体流程为:基于昼夜时间和交通量时段设定以及历史天气统计资料,计算各运营工况的工作时间,并结合各运营工况的灯具回路开启方案,估算出隧道照明系统年耗电量,最终获得电费、当量标准煤消耗量和温室气体排放量等指标。以云南省茂宗隧道为例,介绍了具体估算过程及结果。此估算方法以期为公路隧道建立能耗指标体系,为支撑节能评价工作提供借鉴。

含水率对粉质黏土隧道稳定性的影响机制

粉质黏土地层含水率变化范围大、力学性能受含水率影响大,在该地层中修建隧道含水率对隧道稳定性影响极大。基于以上背景,依托杨(柳)宣(威)高速公路大营坡隧道,开展含水率变化对粉质黏土隧道稳定性的影响研究。首先分析大营坡隧道失稳段的变形特征及其变形机制,通过三轴压缩试验得到不同含水率粉质黏土的力学参数;其次基于试验数据应用数值计算方法,研究考虑隧道周边不同区域粉质黏土含水率变化对隧道稳定性的影响机制;最终提出粉质黏土隧道失稳判别基准。研究结果表明:(1)该地区粉质黏土具有较强的水敏性,力学性能随含水率升高显著下降,含水率达到40%时,其抗剪强度与弹性模量仅为含水率15%时的10%~20%,含水率的上升造成隧道的整体沉降,大营坡隧道最大沉降量76.7 cm;(2)粉质黏土隧道稳定性随含水率变化可分为4个阶段:稳定阶段(15%~25%)、预警阶段(25%~27.5%)、报警阶段(27.5%~wcr)及失稳阶段(>wcr);(3)拱脚区域围岩含水率升高导致地基承载力不足而无法提供足够的支护抗力,是造成初期支护整体下沉、错台及严重侵限的主要原因。