既有隧道上方挖方承载拱效应模型试验研究

设计室内模型试验,改变模型中既有隧道的围岩级别和衬砌刚度,采用在既有隧道上方挖方的方式,考察挖方过程中既有隧道围岩压力、衬砌变形和结构内力的变化规律,研究既有隧道的承载拱效应。结果表明:衬砌刚度较大时Ⅴ级和Ⅵ级围岩的承载拱外边界分别位于覆跨比1.3～1.6和1.6～2.2范围内,衬砌刚度较小时Ⅴ级和Ⅵ级围岩的承载拱外边界分别位于覆跨比1.6～1.9和1.9～2.5范围内;衬砌刚度越大承载拱范围越小,围岩级别越差承载拱范围越大;在既有深埋隧道上方不断挖方时,会逐渐对承载拱产生影响,使既有隧道经历无影响(覆跨比大于2.9)、弱影响(覆跨比处于1.4～2.9)和强影响(覆跨比小于1.4)3个阶段;既有隧道上方挖方过程中,拱顶相对其他部位受影响最大。研究成果可为类似近接隧道工程的设计和施工提供借鉴与参考。

软岩隧道底部结构对衬砌内力影响的试验研究

文中采用室内模型试验,对软弱围岩隧道衬砌内力受不同隧底结构影响进行了研究。考察隧道仰拱与仰拱填充采用分次浇筑和整体浇筑时的衬砌受力特征,并研究了中心水沟对衬砌结构力学特性的影响。试验表明:在软弱围岩且高应力作用下,将仰拱与仰拱填充整体施作可有效缓解或克服仰拱破坏甚至隧底隆起;仰拱与仰拱填充整体施作时,可增加软弱围岩隧道底部结构的承载能力,能有效提高隧道整体的安全性,但需对拱腰处结构采取加强对策;当施作中心水沟后,会削弱或完全消除仰拱与仰拱填充整体浇筑带来的结构补强效果,建议软弱围岩的双线隧道不采用中心水沟。

板式构件加固衬砌裂缝的模型试验研究

为了得到板式构件对隧道衬砌裂缝的加固效果,采用模型试验方法,对带裂缝衬砌加固前后的力学特性进行研究。通过对衬砌加固前后位移、接触应力、结构内力和破坏形态的考察,得研究成果:隧道产生裂缝后,发生位移早且位移量增大、承载能力降低,并将衬砌的破坏由墙脚压溃转变为裂缝处拉裂;通过板式构件加固后,产生变形较晚且位移量减小38.5%,板式构件有效的改善整个结构的受力状态并阻止裂缝的发展,显著提高了整体结构的抵抗变形能力和承载能力;既有衬砌承担的轴力占合力的73.9%,其仍然是加固后组合结构的承载主体;若采用合适的板式构件进行加固,其承载力完全可以恢复到甚至超过完好衬砌的水平。

上方挖方施工对既有隧道安全性影响研究

既有隧道上方挖方工程已成为目前最常见的近接工程之一。文章依托郑西高铁阌乡隧道上方连霍高速公路扩建的路基开挖工程,采用模型试验、现场监测方法,开展了上方挖方施工对既有隧道结构安全性影响的研究。经研究得:初始埋深足够大时,既有隧道会随上方挖方经历无影响、弱影响和强影响等阶段,在强影响区内位移随挖方呈近线性变化;相同围岩条件下,既有隧道支护刚度越大,受上方开挖时结构弯矩的变化越大;对既有隧道上方挖方近接施工进行了影响分区划分,依托工程的现场监测进行验证。研究成果可为类似近接工程提供借鉴。

砂质黄土地层中既有隧道上方挖方离心模型试验研究

以既有隧道上方挖方工程为背景,运用离心模型试验方法,研究了砂质黄土地层中既有隧道衬砌围岩压力在上方挖方时的变化规律：提出根据衬砌和围岩是否按刚度分配荷载划分深浅埋、以及是否存在挟持力划分浅埋与超浅埋的标准,得到了1.25D^1.75D（D为既有隧道跨度）为深埋和浅埋的分界埋深范围,0.75D^1.25D为浅埋和超浅埋的分界埋深范围;同时发现既有隧道衬砌刚度越大,承载拱范围越小,即刚性支护承载拱边界为1.5D,柔性支护承载拱边界为1.8D;并提出基于衬砌围岩压力相对比例的近接影响分区控制标准,得到刚性支护的强影响区、弱影响区和无影响区分界埋深分别为1.5D,2D,柔性支护的强影响区、弱影响区和无影响区分界埋深分别为1.5D,2.5D;对比0.5D和0.3D挖方步距,发现步距会造成挖方过程中围岩应力路径的差异,施工时宜选用0.3D或更小的挖方步距。试验揭露了砂质黄土地层中既有隧道受上方挖方影响的普遍规律,成果可为类似工程提供借鉴和指导。