防风网对大跨度煤棚风荷载特性的影响

为了研究防风网对大跨煤棚风荷载的影响,通过风洞刚性模型测压试验,对3种透孔率的防风网下煤棚表面风荷载进行研究,分析了风向角、有无防风网和防风网透孔率对典型测点和分区的体型系数以及测点的脉动风荷载的功率谱特性的影响。结果表明:不同风向角下,结构体型系数极值出现的位置和范围差别较大;防风网对减小煤棚风荷载有较好效果,放置防风网后煤棚表面呈现为绝对值较小的负压;大部分风向角下,20%的透孔率防风网对减小风荷载效果更好;不同位置测点受来流脉动影响情况不同,煤棚迎风侧角部测点脉动风荷载无量纲功率谱数值较大,且功率谱成分复杂,放置防风网后其峰值明显减小。

浅埋偏压小净距隧道管棚支护参数优化研究

为研究浅埋偏压小净距隧道管棚+超前小导管联合超前支护参数对隧道支护效果的影响,依托彝良隧道洞口段工程,通过FLAC3D建立不同管棚注浆加固区厚度、长度、直径、环向间距和外插角度等参数下的三维模型工况,分析各管棚参数对围岩位移的控制效果。结果表明:增大管棚注浆加固区厚度、直径和长度可降低围岩位移,注浆加固区厚度为3 m、管棚直径为100 mm和长度为40 m较佳;随管棚外插角度和环向间距的增加,围岩位移逐渐增大,管棚外插角度为2°和环向间距为0.3 m较为合适。在管棚合理支护参数选择的基础上,将模拟值与现场监控量测值对比,验证所选支护参数的合理性和可靠性。

“抗滑棚洞”结构优化及工程应用

“抗滑棚洞”为一种具有边坡支挡功能的框架结构。为揭示其受力机理,对结构受力进行优化,首先分析其受力模型,并给出数值模型建立方法;然后通过不同结构参数和型式的有限元分析,利用结构位移和弯矩的对比,得出结构参数的优化建议;最后通过工程应用,说明支护效果和应用前景。研究结果表明:“抗滑棚洞”设计时宜尽可能选择小跨度;高跨比宜在0.4~0.8之间;桩的嵌固深度按悬臂长度1/2即可;地基支撑刚度对结构受力的影响不敏感;桩、梁的抗弯刚度比宜取1.5~2;多层结构型式的受力较单层结构更优,拱式框架型式的受力较矩形框架更优;根据典型工程的应用,“抗滑棚洞”可提供较大的结构刚度抑制超高顺层边坡变形,从而实现对这种边坡的支护。

隧道洞口浅埋偏压段超前支护方案数值模拟

由于山岭隧道洞口段多处于浅埋偏压地形,为保证施工进洞安全,常常需要采取超前支护以控制洞口段围岩变形,保证围岩稳定。以彝良隧道洞口段为工程背景,采用FLAC 3D有限差分软件,分别建立无超前支护、管棚超前支护、超前小导管超前支护和管棚+超前小导管联合超前支护方案进行比选分析。计算结果表明:超前支护可大幅度降低围岩竖向位移、水平位移、竖向应力以及抑制拱顶塑性区发育;从支护效果上看,管棚支护效果最佳,管棚+超前小导管联合支护次之,超前小导管最差;从管棚长度自身以及施工经济合理性考虑,在控制围岩变形效果相当的条件下,采用管棚+超前小导管联合支护较佳。研究可为类似浅埋偏压隧道洞口段超前支护方式的选择提供借鉴。

公路棚洞EPS回填层高应变率下缓冲性能研究

基于应变率函数的EPS动态本构关系,通过基础力学实验对不同速率下特别是落石冲击应变率下山区公路棚洞顶部EPS回填层抗压性能的计算,定性研究了EPS泡沫材料的动态力学行为。观察到EPS材料抗压力学性能随应变率提升而增强。通过线性拟合,得到关于EPS其厚度对其抗压性能的影响,在两者因素影响下,计算得到工程实际中最优的缓冲层配合比。

山区公路装配式钢棚洞的开发与应用研究

为有效提升山区公路高位崩塌地质灾害防护技术,采用1∶1原型试验和数值仿真试验方法,对研发的新一代装配式钢棚洞装备的设计理念、施工方法、冲击动力响应等进行研究。结果表明:装配式钢棚洞施工速度快,安装风险小,防护能级可达2 000 kJ,并将其成功应用于S467线地灾防治工程,具有大范围推广的价值。

管棚对顶推地道桥路面沉降抑制作用分析研究

为研究地道桥顶推施工全过程中管棚对路面沉降的抑制作用,结合某市政次干道下穿机场高速通道工程实例,建立了无管棚和Φ402管棚的三维有限元数值仿真模型,采用“分层分块开挖方法”和“生死单元方法”来模拟顶推施工过程中既有路面沉降规律,以及管棚自身的应力和变形特征。结果表明:所建立的三维数值仿真模型较好地模拟了管棚超前支护下的路面沉降,计算结果与现场监测较为吻合;在顶推施工过程中,采用Φ402管棚可以有效抑制路面沉降,尤其是进口附近的路面沉降,最大沉降基本满足<20 mm的沉降要求;管棚变形分4个明显的分段特征,地道桥结构左侧刚度小,右侧刚度大,管棚表现为明显的空间扭曲状态。为更好地控制地表位移,左侧管棚间距可适当加密,右侧管棚可适当稀疏,顶进结束后,应及时对地道顶部进行注浆处理,从而减少路面的总沉降量。研究结果可以为管棚超前支护下桥式盾构顶进施工提供参考借鉴。

隧道洞外减光棚光学参数优化分析研究

近年来越来越多的城市隧道和高速公路隧道在入洞口设置了减光棚装置,用来降低“黑洞效应”及低角度阳光眩光效应,从而提高隧道入口段的行车安全。现有的减光棚存在着路面均匀度差、明暗条纹、路面亮度不均匀等不良情况,给行车带来了一定的负面影响。在综合考虑隧道减光棚安全性和舒适性的基础上,基于光扩散板的多光源效应,提出了降低减光棚负面影响技术,构建了减光棚日光直射数值分析模型,在减光棚顶部布设光扩散板,将日光充分扩散后照射到棚下路面,从而避免太阳直射路面导致的不良现象,通过室内试验和数值分析方法进行光学分析研究。结果表明:在光扩散板的作用下路面亮度均匀度在0.7~0.95,满足设计规范要求,能避免出现明暗条纹等不良现象,保证了隧道洞口处的行车安全和舒适性;由于采用自然光线提供光通量,可以通过光扩散板的布设面积控制棚下路面的亮度等级,降低了隧道照明系统的碳排放,实现了安全、舒适与低碳环保的统一。

云南某山区公路棚洞方案设计

江旺组对外连接公路在雨季由于道路上方冲沟形成碎屑流,严重影响道路的正常通行且存在较大的安全隐患。结合对外连接公路建设现状,采取在道路上方设置棚洞,在棚洞上设置泥石流渡槽的顶越式排导结构进行治理,为后续山区公路泥石流倒排治理提供参考。

富水软弱围岩小净距隧道掌子面稳定性及超前管棚支护技术研究

以义东高速公路防军隧道为例,通过理论分析与数值模拟相结合,研究了富水软弱围岩小净距隧道的掌子面稳定性与超前管棚支护技术。首先,基于管棚Winkler地基模型分析了掌子面稳定性安全系数,并采用Midas GTS NX有限元软件建立隧道模型;然后,分别分析了有、无超前管棚支护两种方案下的管棚弯矩、隧道围岩位移、衬砌应力以及特征断面掌子面稳定性的变化规律;最后,结合现场实际情况提出了富水软弱围岩隧道超前管棚的施工控制技术,并对其施工效果进行了监测。结果表明:采用超前支护与注浆加固后,可以减小裂隙水对围岩的侵蚀,提高围岩稳定性;施作超前管棚支护不仅能够改善掌子面的受力情况,使其安全系数增大了54.7%,且可减小隧道开挖时的拱顶沉降变形和有效控制掌子面塑性区发展,其中掌子面的挤出变形减小了约23%。

天竺山一号隧道斜井进正洞挑顶施工技术研究

复杂地质条件长大隧道斜井进正洞挑顶施工难度大,安全风险高,交叉口处结构复杂多变,施工过程中多次应力转化,易出现坍塌事故。为降低大断面隧道挑顶施工安全风险,文中以天竺山一号隧道斜井进正洞段挑顶施工为例,采用横向棚洞法施工,阐述了斜井交叉口挑顶施工方案,该工法技术原理简单、操作性强,可为类似隧道的挑顶施工提供经验参考与技术指导。

软塑黄土层对浅埋黄土超大断面隧道围岩变形的影响

为解决在建西延高铁洛川隧道长大距离穿软塑黄土层施工中存在的问题,进行围岩变形数值模拟分析,建立三台阶预留核心土法施工模型,软塑黄土层分布在拱顶、边墙、拱底时,不同层厚(1、3、5 m)对拱顶下沉及拱腰收敛变形产生影响,结合监控量测数据提出合理的变形控制措施。研究结果表明:(1)对软塑黄土层不同分布以及不同厚度工况下围岩位移进行对比,发现软塑黄土层的存在增大了围岩位移,软塑黄土层分布较其厚度影响更明显,当软塑黄土层位于隧道拱顶上方且厚度为5 m时,影响最大。(2)浅埋软塑黄土隧道在超前管棚作用下,围岩竖向位移与水平位移相较于无管棚超前支护时位移减小,在穿软塑黄土层施工时要及时做好防护。(3)拱顶下沉及拱腰收敛随开挖均呈断崖式急剧变形、持续缓慢变形和变形趋于平稳3个阶段。因此,实际施工时应及时开展开挖初期急剧变形阶段的变形控制,并加强围岩监控量测。

公路明(棚)洞道路保通方案的选择与使用研究

近年来,受极端气候和地震影响,公路发生斜坡地质灾害,如崩塌落石、泥石流等灾害愈加频繁,明(棚)洞作为有效防护手段,在越来越多的地灾治理工程中得到运用,并取得了良好的效果。目前,大多数明(棚)洞用于既有路改建工程,明(棚)洞施工首要面临的是如何实现道路的保通,通过对明(棚)洞结构形式、单向或双向保通、地形条件研究不同的保通方案,并根据实际工程应用案例进行分析。当采用洞内保通时,应充分考虑施工时模板支护体系的高度,在满足经济合理的原则下,适当增大结构内轮廓高度,最大程度地满足社会车辆通行,尽量减少施工给社会带来的不利影响。

复杂地质情况下的洞内塌方大管棚施工技术

随着社会进步,国家经济发展需要,高速公路作为经济发展的必要纽带,让城市之间的联系更加紧密。在经济下行,房地产行业不景气情况下,高速公路等基础设施投资作为拉动国家经济的必要措施显得越来越重要。当下高速公路设计标准不断提高,对路线的纵坡和平面曲线半径提出了更高的要求,公路线路技术水平提高势在必行。为满足平纵技术指标,隧道在公路中越发常见,尤其是在山岭地段,隧道占比较大。地下隧道在穿越复杂地质情况低端,时有发生坍塌事故,处治不好极易触发安全事故,造成更大的损失。本文通过实践总结出切实有效应对复杂地质情况下的洞内大管棚施工技术,以便在同类施工中借鉴,提高公路隧道施工技术。

防治危岩落石桥梁棚洞一体化结构设计防护能级划分标准研究

基于铁路工程建设运营安全需求,尤其是中西部山区危岩落石易发的实际情况,分析国内外防治危岩落石防护柔性和刚性棚洞应用现状,对比防护网、明洞、棚洞不同结构类型情况下防护方式的防护能级范围,梳理目前国内铁路典型棚洞设计能级指标实际,针对桥梁棚洞一体化结构特点、常见落石计算防护能级和200、500、1000 kJ 3种防护能级在主梁、棚洞使用钢筋、混凝土用量的经济性比较,提出我国铁路工程防治危岩落石桥梁棚洞一体化结构设计防护能级划分标准建议。

马骅山隧洞管棚预支护参数设计

软弱围岩隧洞进洞的方式有很多种,管棚预支护进洞应用比较广泛。虽然应用较多,但是对于管棚预支护参数的选取研究还不够系统,通过研究分析,建立一套完整的管棚预支护主要参数选取的方法,通过在具体工程中应用,结合监测数据说明支护效果良好,设计参数科学合理,为快速进洞施工创造了有利条件。

浅埋大断面黄土隧道施工对管棚力学行为的影响

考虑黄土隧道初期支护滞后效应、开挖扰动效应和管棚注浆扩散效果,基于Pasternak弹性地基梁理论,建立大断面黄土隧道管棚支护力学模型,推导管棚位移和内力的解析公式。以西延高铁宜君隧道洞口浅埋段为研究对象,研究开挖工法、开挖进尺对管棚超前支护力学的影响机制。研究结果表明:(1)由于黄土地层注浆扩散效果不佳,管棚环向承载拱效应不显著,在纵向呈现梁效应,将开挖产生的松动荷载通过弯曲变形传递至初期支护结构和掌子面后方围岩。(2)管棚内力沿纵向呈现正弦函数波动变化,进入掌子面围岩后一定范围内趋于稳定。弯矩最大值出现在开挖未支护区内,剪力最大值出现在支护区和无支护区交界处,管棚剪力数值大于弯矩,工程中应注意管棚截面的抗剪性能。(3)开挖工法对管棚位移和内力影响大于开挖进尺,台阶法开挖能够显著降低管棚位移和内力,台阶法中预留核心土能够减小管棚位移,但对内力影响不大。研究成果可为黄土隧道管棚超前支护设计提供参考。

浅埋黄土隧道管棚加固支护效果数值模拟分析

基于通定高速公路某浅埋黄土隧道工程,采取三维数值模拟和现场监测等手段,对浅埋段渗流黄土隧道的加固支护方案进行研究,分析对黄土隧道浅埋段施行超前管棚加固支护的可行性。针对不同的加固支护措施进行数值模拟分析,结果发现:超前管棚支护下拱顶沉降量减小16.2%,初期支护的轴力最大值减小19.8%。监测结果表明:超前管棚支护与超前管棚+超前小导管支护两种工法并用所能减小的竖向位移的百分比(27.8%、28.1%)非常接近,但超前管棚支护能大大节省额外施作超前小导管的费用和时间,有效地控制了拱顶范围内的围岩变形,验证了超前管棚加固支护工法的经济性和有效性。

管棚超前预支护力学计算的改进梁模型

为防止隧道孔洞坍塌、控制围岩变形、保障掌子面的稳定和施工安全,计算了管棚的真实力学行为。基于掌子面前方扰动岩土的支撑作用和初支变形及其滞后效应,推导了管棚梁计算模型和挠度计算公式,并对比分析了公式推导值、现场实测值和数值模拟值。分析结果表明:与数值模拟值相比,推导的新型梁模型计算值与现场实测值更加接近,表明其具有一定的合理性。综合各方面因素后认为,钢管直径为114 mm+围岩注浆时控制围岩变形的效果最好。由推导的新型梁模型计算的钢管最大挠度值为11 mm,满足施工要求,验证了新型梁模型的可靠性。

不同跨径小净距隧道管棚超前支护机理与变形控制

以新疆乌尉高速公路上新光隧道工程为依托,对不同跨径软弱围岩小净距隧道超前支护力学特性进行研究。采用有限元软件MIDAS GTS NX建立有无管棚超前支护两种工况下隧道模型,分析不同开挖阶段管棚弯矩的分布规律以及两种工况下隧道拱顶沉降、初期支护应力及围岩塑性区的变化规律。结果表明:在隧道开挖过程中,掌子面处管棚受力较大,支护稳定后受力较小且较为均匀;管棚超前支护工况下累计拱顶沉降左洞为2.83 mm、右洞为6.74 mm,相较无超前支护,左、右洞拱顶沉降分别减少了34.64%和32.26%;布设管棚后衬砌最大主应力降低14.13%,围岩最大塑性应变减少了28.48%。采用管棚超前支护措施进行洞口段开挖能提高围岩稳定性,控制围岩变形,可为类似工程提供指导借鉴。