单线铁路隧道施工量测信息分析与初期支护优化研究

以蒙(西)华(中)铁路连云山隧道为依托,通过现场量测发现锚杆性能未被充分利用,喷射混凝土最大压应力值仅为极限抗压强度的12. 9%,格栅钢架最大拉应力值仅为极限抗拉强度的14. 9%。通过强度折减法计算,Ⅲ级和Ⅳ级围岩的安全系数分别为3. 92,2. 78,能够保证隧道自稳,可对初期支护进行优化,并提出了"取消系统锚杆+增加结构强度"方案。经数值模拟该优化方案在理论上可行。通过现场试验验证,该优化方案喷射混凝土应力、锚杆轴力与原支护方案处于同一量级,优化设计合理。

基于承载特性的群洞稳定性及初期支护优化研究

以福建某下穿高速公路大跨四孔小净距隧道(中间两孔车行隧道为双向八车道)为依托,开展考虑各洞室承载特性的整体优化研究以实现更科学的设计。基于强度折减极限理论方法,结合围岩变形、中夹岩塑性区发展及洞室破坏过程,综合评价各洞室稳定性,探讨群洞失稳判定方法及破坏模式;基于各洞室等强设计思想,通过数学函数模型拟合各洞室安全系数与初期支护厚度隐含关系,基于遗传算法对支护厚度进行优化。结果表明,随强度折减系数增大,围岩塑性区由近及远发展并贯通,大跨车行隧道与人行隧道安全储备不同,存在优化空间;结合各洞室稳定性及破坏发展过程,总结提出中夹岩塑性区贯通破坏、拱脚及地表塑性区贯通破坏以及上述两者共同作用破坏的三种群洞隧道主导破坏模式。计算结果表明,人行隧道及车行隧道初期支护厚度可减少4~12 cm,存在16.7%~26.7%不等优化空间。优化方案、原方案典型断面变形、应力与现场实测值一致性好,且均小于规定值,结构是稳定的,表明优化后的支护与围岩能较好协同作用,验证了计算方法及优化方案的合理性。这种综合考虑各洞室承载特性、支护参数经济性及群洞整体稳定性的优化方法,更好地处理了工程安全及工程造价之间的辩证关系,相比传统工程类比法更具科学性。

张家岩隧道水平层状泥岩段初期支护优化

该文以重庆江津至贵州习水高速公路张家岩隧道IV级水平泥岩段为研究对象,基于张家岩隧道的工程地质特性,采用有限元数值计算方法,对隧道的初期支护参数进行优化。优化方案为:取消上台阶初期支护中与岩层夹角小于35°的锚杆。现场实际表明,采用优化方案后,隧道围岩稳定性不受影响,同时能提高施工效率,减少支护锚杆用量。

基于敏感性分析的浅埋偏压隧道支护参数优化

为得到浅埋偏压隧道合理的初期支护参数,以浙江省某一级公路隧道为工程背景,运用FLAC3D进行模拟计算,结合隧道周边围岩位移变形和支护成本的敏感度分析,对浅埋偏压隧道的锚杆长度、锚杆间距及喷射混凝土厚度进行优化,提出了增加喷射混凝土厚度和非对称施加锚杆的优化措施,并将优化后的隧道支护成本、围岩位移变形及塑性区发展情况与优化前的进行比较,得出优化后的支护措施具有良好的经济性,且能有效控制围岩位移变形和塑性区的发展。研究结果表明:敏感性分析法能在隧道支护参数的优化中得到很好的应用。进行隧道支护参数优化时,应强化喷射混凝土厚度的作用,而弱化锚杆的作用。

限阻耗能型支护在高速公路软岩大变形隧道中的应用——以玉楚高速公路齐云隧道为例

为解决玉楚高速公路齐云隧道大变形问题,引入限阻耗能型支护设计理念,采用限阻耗能型支护方案进行研究。通过静压试验进行限阻耗能型支护元件的方案比选,对比分析直板型、弧板型、斜板型限阻器的压力-变形情况。试验结果表明,弧板型限阻器工作性能更佳,其恒阻值约为3 MPa,初始峰值小于C25混凝土抗压强度,且压缩变形具有导向性和可控性,满足设计需求。因而选用弧板型限阻器进行设计,并将优化后的结构应用于齐云隧道。根据限阻耗能型支护在大变形隧道的应用效果,得到以下结论:1)支护结构受形变压力控制,除限阻器在设计行程内产生塑性变形以外,其余初期支护结构均在弹性范围内工作,增加了结构的安全性,围岩压力最大值仅为0.13 MPa,可以看出施作限阻器能够更有效地释放围岩压力;2)在齐云隧道施工中,相较于常规支护方法出现的初期支护结构混凝土剥落、钢架压溃现象,限阻耗能型支护段落的限阻器产生了显著的变形,但支护结构状态整体较好,达到了治理大变形的功效;3)限阻器不仅加工方式简单,且施工工艺与台阶法相适应,具有良好的可操作性和经济效益。