非对称超浅埋大偏压三层衬砌双连拱隧道施工方案优化

为优化双连拱隧道施工方案降低围岩沉降量,以荣乌高速公路黄土岭隧道为依托,采用岩土分析软件GTS NX模拟黄土岭隧道的施工过程,定量分析了多种复杂情况下双连拱隧道在采用不同施工方案时围岩的应变情况,说明了隧道偏压情况下先开挖偏压较大一侧洞室有利于降低隧道围岩变形量以及三层衬砌中第一次初支较第二次初支对降低围岩变形量的影响更大,得出的优化方案可为今后相关的双连拱隧道施工提供科学依据与技术指导。

高内水压作用下围岩-叠合式衬砌承载机理力学分析

为探究圆形水工隧洞衬砌结构中围岩-叠合式衬砌联合承载的力学机理,针对珠江三角洲水资源配置工程“外衬管片-自密实混凝土填充层(SCC)-内衬钢管”三层叠合的衬砌结构形式,采用平面弹性复变函数理论的幂级数解法,从应力函数层面着手,基于围岩-衬砌相互作用关系以及应力边界条件建立了相应的力学模型,推导求解了在开挖荷载和内水压共同作用下围岩和各层衬砌域内任意点的应力分量,揭示了叠合式衬砌结构承载时的荷载传递机理和规律。然后通过边界应力结果以及与数值结果的比对,验证了提出方法的正确性;最后通过参数分析,着重讨论了高内水压对输水隧洞围岩和三层衬砌径向正应力和环向正应力的影响。结果表明:围岩-衬砌联合承载时,围岩和三层衬砌的径向正应力和环向正应力结果均符合余弦分布,而剪应力符合正弦分布;随着输水隧洞内水压增加,三层衬砌和围岩在径向上更趋于压缩,而环向正应力趋向于拉应力并增大。研究成果可为该类型衬砌防护工程的设计和施工提供理论依据。

水工隧洞光滑接触叠合式衬砌结构承载机理研究

为满足更高质量的建设要求,圆形水工隧洞衬砌结构形式在向多层衬砌叠合受力的方向转变。但目前仍缺少能精确量化隧洞围岩和多层衬砌共同承载时荷载分配的计算模型。为此,采用平面弹性复变函数理论的幂级数解法,基于围岩-衬砌之间的相互作用关系,建立了相应的力学模型,输出围岩和衬砌内任意位置处的应力分量;通过边界条件验证以及与数值解对比证明了该模型的正确性,并以珠三角水资源配置工程为例进行了研究分析。结果表明:①围岩和三层衬砌的径向正应力和环向正应力结果均符合类余弦分布,周期为π;②三层衬砌中内衬钢管的弹模相对最大,所以承载权重最大;③接触径向正应力由外至内趋于减小;④当接触条件不同时,叠合式衬砌承载规律亦不同,光滑接触下的径向正应力和切向正应力分布更平缓,并且同一衬砌内外两边界处的应力分布规律相反;⑤随着输水隧洞内水压增加,衬砌和围岩径向上趋于压缩,环向上则呈现扩胀趋势,这些影响均由内至外越发减弱。研究成果揭示了基于光滑接触关系的叠合式输水隧洞衬砌结构的荷载传递机理和规律,可以为该类型衬砌防护工程的设计和施工提供理论依据。

输水盾构隧道复合结构全过程受力分析

某输水隧洞位于过江段的淤泥质软土中,采用外衬管片—内衬砼—输水钢管三层复合结构,为了解其受力特性,利用ANASYS有限元软件进行数值建模计算分析。对比了3种不同填充砼高度的复合结构形式在管片拼装、混凝土浇筑和钢管安装及通水运营等阶段的受力情况。研究结果表明,3种结构在施工阶段的受力情况相近,受到填充砼及输水钢管自重影响而略有差别。进入运营期后,内水压是不同结构管片、填充砼、钢管受力形成差异的原因,作用在钢管上的内水压能够通过填充砼传递到管片上,传递效果的强弱、范围及应力集中现象决定了复合结构各部分的最终受力情况,研究成果可供类似工程参考。