高地应力软弱围岩铁路隧道的衬砌压力

以关角隧道为工程背景,采用开挖应力释放率模型,研究高地应力软弱围岩地质条件下铁路隧道的衬砌压力。基于现场实测地应力和施工监测位移,根据台阶法开挖中存在的空间效应,推算未监测到的坑道周边位移和掌子面前方位移,再采用改进的BP人工神经网络模型预测隧道围岩的最终位移。利用开挖应力释放率模型获得隧道衬砌压力及应力释放规律。该规律与经典围岩特征曲线规律一致,且与工程经验和现场施工状态基本符合。采用FLAC3D软件对该段隧道开挖过程进行三维数值模拟,验证了上述方法在高地应力软弱围岩地质条件下的正确性和合理性。计算结果和模拟结果均表明:由于高地应力软弱围岩和初支效果不佳,使得关角隧道DyK307+900处衬砌压力较大,隧道结构处于不利的受力状态。

考虑岩体峰后非线性软化的衬砌压力隧洞应力解

采用弹性-塑性非线性软化―裂缝区三阶段围岩模型,根据全量理论将真实岩体单轴应变非线性软化特征推广,得到复杂应力状态下岩体等效应力和等效应变关系,在此基础上对衬砌压力隧洞在等压荷载作用下进行弹塑性分析。推导出了围岩裂缝区、塑性软化区、弹性区和衬砌内任一点的应力与位移的解析计算式,得到了衬砌边缘岩体开始产生塑性变形的临界内压力。该解析式具有广泛的适用性,基于理想塑性介质的解答如Kastner解和完全脆性介质的解答均为特例。

水利工程中不衬砌压力隧洞围岩应力计算

在水利工程中,有压引水隧洞运行状态直接影响着整个工程的正常使用和经济效益。本文以深埋圆形隧洞为例,采用有限单元法,分析不衬砌水工隧洞围岩的应力分布情况。分别研究了隧洞开挖完成后的应力、内水压力产生的附加应力和充水运行时产生的应力分布。研究成果为不衬砌压力隧洞的设计和施工提供了一定的参考依据。

裂隙岩体中无衬砌压力隧洞的设计

本文叙述的无衬砌压力隧洞的设计方法,明确地考虑了岩石裂隙和原位应力场的影响。根据分析解制定了初步设计中使用的设计方法。详细分析所采用的数值方法模拟了无衬砌压力隧洞破坏的三种主要情况:裂隙的水力破坏、裂隙的水力剪切及地表的隆起。地质测绘、现场试验与监控乃是所述方法的三个极其重要的组成部分。

某区间隧道施工过程衬砌压力及结构变形随围岩变化的规律分析

为分析区间隧道在开挖过程中随着围岩变化引起的衬砌压力及结构变形的变化规律,利用有限元计算软件建立长春地铁5号线大亚区间隧道模型,模拟施工各阶段,得到衬砌压力、拱顶沉降及净空收敛的计算结果,与监测结果做对比,计算值与实际值基本相符和。围岩条件由强度高的岩层过渡为强度低的岩层时,两种岩层共同作用下,衬砌压力及结构变形变化不大,围岩完全变为低强度岩层时,衬砌压力增大,拱顶沉降和净空收敛的变化规律与衬砌压力相同。分析结果为隧道施工方案提供了可行性。

各向异性渗流深埋隧洞衬砌外水压力解析研究

基于渗流力学基本理论,进行各向异性深埋隧洞渗流场解析研究。由稳定渗流场基本微分方程结合深埋隧道渗流场边界条件,利用坐标变换法将地层从各向异性转换为等效各向同性,运用保角变换将渗流方程转化为Laplace方程;将围岩渗流区域进行分区计算,得到围岩的渗流量计算公式;考虑衬砌为各向同性渗流,根据围岩与衬砌分界面上的渗流量相等得到衬砌外水压力的解析表达式,在此基础上考虑注浆圈及其对衬砌外水压分布的作用,得到了带注浆圈隧道衬砌水头和渗流量的解析解;通过与各向同性解析解和数值算例的计算结果对比,验证了公式的正确性。分析围岩水平与竖向渗透系数、注浆圈参数、衬砌参数、作用水头高度和隧道半径等因素对衬砌外水压力的影响,并考虑了各向异性渗流情况下衬砌外水压力与隧道渗流量的关系曲线。

珠江三角洲水资源配置工程深埋引水隧洞衬砌外水压力分析

依托广东省珠江三角洲水资源输水干线工程,针对LG04^(#)~LG03^(#)盾构区间引水隧洞衬砌外水压的渗透压力最大变化速率波动因素开展分析,阐述了衬砌厚度的变化与隧洞外水压力的响应机制,结果表明:在水头高度较小时,隧洞开挖对整个山体渗流场影响不大,其渗透压力变化较小,随着水头高度的增加,渗流场对隧洞的影响范围随之增大。在地下水头固定的条件下,随着衬砌厚度的增大,衬砌可承受的外水压力逐渐增大。同时,地下水头越大,衬砌厚度的增加对衬砌所能承受的外水压力影响更加显著。增加衬砌厚度是抵抗衬砌外水压力的有效手段,衬砌厚度的增加有助于增强衬砌抵御外水压力和围岩压力的能力,堵水能力也相应增强。根据理论分析结果,在隧道施工过程中采用厚度0.55 m的后张法C50W12F50现浇后张无粘结预应力混凝土内衬结构,工程应用后衬砌外水压力的速率波动得到较好控制。

深埋富水隧道衬砌压力与变形影响因素研究

深埋隧道穿越富水破碎带时,常发生涌水坍塌灾害,延误工期,增加投入,严重时发生人身伤害,因此需采取预先全断面注浆的加固措施。针对这一问题,按平面应变分析,假定注浆加固圈与隧道衬砌径向完全接触,建立理论计算模型,得出了衬砌内缘位移与衬砌外缘压力的理论解。以国内在建特长隧道为工程背景,进行数值模拟分析,验证了公式的正确性。根据理论解,对加固圈的厚度、泊松比、弹性模量、衬砌半径、衬砌厚度5个参数进行分析。建议加固圈厚度与衬砌半径的比值为0.4~0.6;注浆材料弹性模量与衬砌弹性模量比值接近2,泊松比小于0.5,注浆效果最好;在高压富水隧道衬砌设计时,须认识到增加衬砌厚度在减小衬砌内缘位移的同时会增加衬砌外缘承受的压力,因此须综合判断。

基于应变非线性软化的衬砌压力隧洞弹塑性解析解

基于岩体应变非线性软化本构模型,考虑中间主应力的影响,对等压荷载作用下的衬砌压力隧洞进行弹塑性分析。将围岩划分为裂缝区、塑性区、弹性区,推导出了围岩裂缝区、塑性区、弹性区及衬砌内任一点的应力和位移解析计算公式,并得到了使衬砌边缘岩体开始产生塑性变形的临界内压力。所得到的解与基于理想弹塑性体的Kaster’s解相比,更接近实际隧洞围岩受力变形情况。

限量排放下富水隧道衬砌外水压力计算探讨

从隧道涌水量预测、水工隧洞求解衬砌外水压力常用的折减系数法等方面,通过简化模型分析隧道富水段在“限量排放”下的衬砌外水压力计算方法,并探讨“限量排放”的实施问题,得出一些有益的结论供设计参考。

富水环境下隧道地下水限量排放的衬砌外水压力分析

为研究富水区隧道工程不同排水量与衬砌外水压力的关系,文章结合时速80 km/h双车道公路隧道通用断面形式,基于“堵水限排”的防排水设计理念,采用有限差分软件FLAC 3D建立含有隧道防排水系统的三维精细化数值模型,研究复杂富水环境下隧道不同排水量与衬砌外水压力作用的关系。研究结果表明:半包-排水型隧道其衬砌外水压力呈“倒葫芦形”分布,拱底水压力最大,拱脚处最小。同一排水量下半包-排水型防排水体系对衬砌拱顶、拱肩处水压力的折减更为突出,对拱底水压力折减效果较弱;逐步增大隧道排水量,衬砌外水压力作用系数不断减小,且存在隧道界限排水量。隧道排水系统的通畅与否(排水量大小),对于控制衬砌结构外水压力有着重要作用。

无衬砌水工压力隧洞围岩破坏机理研究

基于Kiersch导出的在连续、均质和各向同性岩体中开挖圆形隧洞平面问题应力解以及Mohr-Cou-lomn屈服准则,分别研究了圆形有压输水隧洞在施工期和运行期围岩的破坏规律,并根据不同侧压系数,分别推导出了各种情况下洞室围岩的破坏规律,得到了不同侧压系数条件下洞室围岩产生塑性变形的临界内水压力,可以有效地预防无衬砌洞室渗漏水问题,为水工无衬砌有压输水隧洞的设计提供参考。

计算隧道排水量及衬砌外水压力的一种简化方法

针对山区高水位隧道建立了研究隧道排水量及衬砌外水压力的简化模型,经过理论推导得出隧道排水量以及衬砌、注浆加固圈外水压力的解析公式,并将其应用于圆梁山隧道涌水量预测及排水量与衬砌水压关系研究.研究结果表明,随着隧道排水量的增加,衬砌水压减小,只有在考虑衬砌的排水性能即采取排水措施时才能发挥注浆加固圈对渗透水压的衰减作用,所得结论对于山区高水位隧道设计具有一定指导作用.

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力比例的研究

复合式衬砌结构中衬砌分担围岩压力的评价方法是隧道工程技术的重要研究课题之一。依托某新建铁路隧道工程,提出了一种基于监测位移反分析评价围岩和支护应力,进而计算初期支护和衬砌背后压力的方法。根据监测位移和衬砌施作时间,确定初期支护的已发生变形和剩余变形。通过有限元反分析求出与已发生变形和剩余变形相对应的围岩和支护应力,得到初期支护和衬砌背后压力。对比初期支护背后压力及衬砌背后压力的现场监测和反分析的计算结果,两者比较一致,说明了该方法的可行性。该新建隧道初期支护闭合95 d后施作衬砌,计算得到衬砌背后压力约0.04~0.06 MPa,衬砌分担围岩压力比例约13%~16%。研究成果对复合式衬砌结构的设计具有一定的参考意义。

引松供水工程大直径压力钢管衬砌施工技术

引松供水工程4标段隧洞衬砌形式分为钢筋混凝土衬砌及压力钢管衬砌。钢管衬砌施工段距隧洞出口长度约为5.55 km,钢管衬砌直径为5.61 m,与隧洞内径最小间距仅为30 cm。为解决在狭小空间内大直径钢管运距长、定位精度低、支撑不牢固和拱顶填充不密实等技术难题,通过分析、总结影响压力钢管衬砌快速施工的因素及解决措施,对比研究多种施工方案,结合工程实践,提出并研制液压轨行式钢管运输台车,同时采用自密实混凝土及米字型支撑加固等一系列措施确保压力钢管满足快速衬砌施工的条件。经工程验证,该措施能够有效解决上述难题,不仅提高了施工效率,而且减小了主线工期压力,为本工程的顺利通水奠定了坚实的基础。

高水压富水区隧道限排衬砌注浆圈合理参数研究

海底隧道深埋于海水以下,处于高水压富水区,隧道结构设计时需要考虑外水压力,如果采用"堵水限排"的防排水设计原则,能够以较小的排水量显著降低作用在衬砌上的外水压力,从而使隧道结构设计更加经济。注浆圈合理参数的确定是"堵水限排"的核心问题。基于穿越高水压富水岩溶区的圆梁山隧道工程,通过理论计算和分析,得到了注浆圈参数变化对隧道涌水量和衬砌外水压力的影响规律;提出了隧道排水率的概念,分析了隧道排水率与衬砌外水压力之间的关系。在此基础上提出了确定注浆圈合理参数的方法和程序,给出了圆梁山隧道注浆圈的合理参数值,并在现场得以应用,取得了理想的效果,注浆后实测隧道涌水量与理论计算值基本一致。研究结果表明:衬砌外水压力折减系数取决于隧道排水率,只有当隧道排水系统能够将渗透到衬砌背后的地下水全部排出时,衬砌外水压力才能完全消除;注浆圈的作用不是分担衬砌外水压力,而是通过封堵地下水降低隧道涌水量,从而以较小的排水量可显著降低甚至消除衬砌的外水压力。研究成果对类似高水压富水区以及海底隧道防排水设计具有一定的参考价值和借鉴作用。

基于温度比拟法的隧道衬砌水压精细化模拟分析

为验证温度比拟法在隧道衬砌水压计算中的精度与可行性,在隧道开挖未支护、施作衬砌以及围岩注浆3种工况下,将该法的计算结果与理论解析法轴对称解、流固耦合法进行对比.针对高速公路典型双车道马蹄形断面建立含有隧道防排水系统的精细化模型,研究衬砌外水压力在隧道横断面和纵断面上的分布规律.结果表明:施作衬砌后,衬砌外水压力明显增大,围岩注浆则可在围岩和衬砌之间形成水压过渡缓冲区,使衬砌外水压力减小;衬砌外水压力在纵向排水管以上呈周期性分布,在排水节间中部最大,在环向排水管处最小;横断面水压则呈现倒葫芦形,在拱脚处最小,在拱顶和仰拱处较大;在既定的计算假设下,温度比拟法与轴对称解的最大误差为0.3%,与流固耦合法的最大误差为14.8%,满足工程精度要求.