大断面复合衬砌隧道二衬荷载分担比研究

为深入分析采用复合式衬砌形式的大断面隧道初支与二衬的荷载形成机理及其二衬荷载分担比例,从而为大断面隧道衬砌结构设计提供参考意见,文中以深汕西改扩建项目城仔山隧道工程为例,运用FLAC3D软件建立不同埋深条件下大断面隧道施工计算模型,研究了Va级围岩大断面隧道在双侧壁导坑工法下的荷载分担情况。研究结果表明,大断面隧道二衬荷载分担比通常不超过50%,说明二衬并非主要承载结构。此外,大断面隧道二衬分担比与埋深的关联性不高,但二衬所承担的荷载大小与埋深有关,且埋深越大,初始荷载越高,二衬荷载分担比增长幅度也越明显。二衬在施工后参与荷载承担作用,承受的二衬荷载增长速度较快,并在支护结构稳定后其变化曲线趋于平稳。隧道拱顶竖向荷载均大于边墙横向荷载,且拱顶的二衬荷载分担比也更高。软弱围岩段大断面隧道宜加强初支刚度,以减小二衬分担的荷载。研究成果为大断面隧道支护优化设计提供了参考意见。

V级围岩小净距隧道二次衬砌支护荷载分担比优化研究

以某V级围岩小净距隧道为研究对象,借助数值分析手段寻求小净距隧道在多种荷载分担比组合下的力学行为特征,研究了先行洞和后行洞围岩支护的荷载分担比优化问题。结果表明,先行洞在围岩和初期支护共同荷载比不变的情况下,围岩相对初期支护承担较小荷载为宜,二次衬砌荷载分担比的优化值为从大往小趋向60%;后行洞在二次衬砌荷载分担比60%条件下,二次衬砌支护对地表沉降抑制效果较差,确定二次衬砌支护荷载分担比的优化值为从大往小趋向70%。研究成果为类似小净距隧道围岩支护荷载分担比优化提供了新的思路。

斜洞衬砌荷载分布规律及内力分析

对于长水工隧洞,为加快工期,常采用施工平洞或斜洞等施工支洞,以增加施工作业面,加快施工进度。针对工程中斜洞的运用,依据相关规范,分析其在超浅埋、浅埋以及深埋条件下的荷载分布规律;并根据新奥法理论,对斜洞支护的二衬分别进行荷载不折减及荷载折减的有限元分析,分析结果显示两种情况下二衬内力有明显变化,经过复核计算表明按规范中选用二衬折减满足实际工程应用。

爆破荷载作用下新建与既有隧道支护结构动力响应研究

系统研究爆破冲击同时对新建隧道和既有隧道支护结构动力影响具有重要意义。以某隧道接近既有隧道为例,建立爆破施工对既有隧道和新建隧道支护结构的影响三维模型,利用高能炸药材料模型及JWL状态方程来模拟爆破荷载作用下既有隧道的动力响应特性,结合LS-DYNA显式动力分析程序和多物质流固耦合算法较为准确地对新建隧道的爆破机理进行数值模拟,对爆破荷载作用下既有隧道二次衬砌与新建隧道初期支护的动力响应规律展开研究,得到了不同工况下新建隧道二衬和既有隧道初支在不同时刻的振速分布规律、位移变化云图。结果表明:不同围岩等级既有隧道二次衬砌的动力响应规律十分相似,爆破冲击波最先传到既有隧道二次衬砌上迎爆侧边墙上,既有隧道二次衬砌结构上质点沿X方向振速峰值最大,衰减较快。当距离掌子面一定距离后,新建隧道拱脚处振速峰值超过拱顶位置,不同位置振速大小依次是拱脚>拱顶>拱腰。初期支护上质点X、Y、Z 3个振动方向中沿Z方向即隧道中心线方向振动较大,衰减较快。炸药起爆后,新建隧道初期支护上不同位置在爆破冲击波的作用下,沿着掌子面往洞口方向依次发生振动,同一断面上,拱顶和拱脚位置振速较大,施工中应加强监测。

沈阳地铁暗挖区间衬砌设计计算方法比较

针对沈阳地铁暗挖区间隧道,分别采用荷载结构模型与修正荷载结构模型(考虑初支影响荷载结构法模型)对衬砌结构内力进行计算,通过比较分析得出修正模型更符合沈阳地铁暗挖区间隧道工程的实际。并推荐使用此修正模型对沈阳地铁暗挖区间隧道衬砌进行设计优化,可减少其配筋量,为沈阳地铁工程创造更高的经济效益和社会效益。

隧道围岩与支护结构间的相互作用

结合某高速公路隧道施工,利用黏弹性理论,对隧道-初期支护与二次衬砌之间的相互作用进行了研究,并对载荷释放与围岩-支护结构受力进行了计算分析.首先,利用线性黏弹性理论,导出了圆形隧道施工中隧道-初期支护和二次衬砌中应力和位移解析表达式.然后,利用变形协调条件,导出了隧道-初期支护和二次衬砌间相互作用力和释放荷载分担系数.结果表明,若将流体模型模拟围岩,二次衬砌要承担所有围岩压力,若用固体模型模拟围岩,二次衬砌只要承担部分围岩压力.最后,将围岩视为Poyting-Thomson三参数固体,二次衬砌视为弹性体,对载荷释放与围岩-支护结构的变形与受力进行了计算分析,给出了不同荷载分担比下二次衬砌的变形与受力,为隧道施工与设计提供参考.

考虑时间效应的深埋小净距隧道围岩压力分析

囿于地形地貌、地质条件、选线要求等条件的限制,公路工程中常采用小净距形式的隧道,小净距隧道围岩压力是其复合式衬砌结构设计中的关键问题,但目前关于小净距隧道初支与二衬围岩压力分布及其随时间变化规律的相关研究仍较为稀缺。以龙兴岭隧道为背景,在FLAC3D平台上对4洞小净距隧道的开挖支护过程展开了细致的数值模拟,重点关注了作用在初支与二衬上的围岩压力分布。进一步考虑围岩蠕变效应,探讨了小净距隧道复合式衬砌支护结构的围岩压力及其初支/二衬荷载分担比随时间的变化规律,并与现场监测结果相互验证。结果表明:复合式衬砌支护结构围岩压力总体上关于设计中线近似呈对称分布,小净距隧道主洞(后行洞)开挖扰动引起辅洞(先行洞)二衬上围岩压力略微增大;围岩蠕变作用下,初支围岩压力随时间呈下降趋势,二衬围岩压力随时间呈上升趋势,但二者之和基本保持不变;蠕变稳定后,主洞上台阶部分(拱顶至拱腰)的二衬荷载分担比约为25%~45%,主洞下台阶部分(仰拱至边墙)的二衬荷载分担比约为20%~35%。研究成果可为小净距隧道复合式衬砌结构的设计施工及后期运维提供参考依据。

超大跨度隧道衬砌结构受力特征分析

为研究超大跨度隧道衬砌结构受力特征,以厦门某双洞八车道隧道为依托,建立三维数值分析模型,并结合现场实测数据,研究衬砌结构受力特征以及二次衬砌荷载分担比。结果表明:(1)围岩压力作用在初期支护上的应力小于围岩初始地应力,围岩自稳能力承受了部分围岩荷载;拆除临时隔墙在二次衬砌自重作用下,初期支护内力发生重新分布。(2)初期支护分担了约90%的围岩荷载,仰拱脚部位置的分担比率在85.7%~94%之间。(3)对于地质条件较好的地层,可以对二次衬砌支护强度进行优化设计,以节约工程成本。