基于可拓理论的隧道洞口段动力响应规律研究

隧道洞口段存在偏压浅埋、围岩破碎等情况,为探究隧道洞口段在地震作用下的动力响应规律并给出安全性定量评估指标,以雅万高铁6号隧道为依托建立数值模型,分别输入雅万人工合成波、EI波、KB波以及WL波4个地震波,基于可拓理论,建立可拓物元模型,对采用数值模拟方法得出的隧道洞口段在最不利地震波作用下的弯矩、轴力、相对位移、加速度4个安全评估指标结果创建分区,以综合定量指标对雅万高铁6号隧道洞口段进行安全性评估,并提出了抗震设防长度。同时,分析了在不同地震波作用下的雅万高铁6号隧道洞口段的动力响应规律。结果表明:(1)在雅万人工波作用下,隧道各评估点动力响应程度约为其余3种天然波作用下动力响应程度的1.2倍;(2)各地震波计算所得4个评估指标沿纵向方向变化规律基本相同,轴力及弯矩峰值均出现在拱肩拱脚位置,相对位移峰值均发生在洞口处仰拱至拱顶测线,评估指标峰值发生时刻略微滞后于地震波峰值加速度对应时刻;(3)在雅万人工合成波作用下,雅万高铁六号隧道洞口段抗震设防长度为45~55 m,为隧道洞径的3.5~4倍。研究成果可为通过综合定量指标对隧道洞口段进行抗震安全性评估提供参考。

城市隧道洞口段施工风险源分析与控制措施研究——以温岭市五洋路隧道工程为例

隧道工程对城市基础设施建设和城市道路体系的构建起着重要作用,隧道工程洞口段施工风险源控制是保障此工程安全顺利实施的关键。文章以温岭市五洋路隧道工程为例,首先对隧道洞口段施工风险源的产生原因进行分析,然后根据工程的地质条件和施工作业方式的现实需求,对隧道洞口段施工过程中存在的风险源进行识别。最后在确定风险源的基础上,提出隧道工程洞口段施工的风险源控制措施。

山岭隧道洞口段桥隧相接工程施工技术应用及研究

随着我国经济快速发展,社会基础设施建设越来越完善,为进一步平衡各地区经济发展情况,加快山区等贫困地区发展力度,山区高等级公路规划修建越来越多,山岭隧道洞口段桥隧相接工程不可避免,是山区高速公路建设过程中亟待克服的问题之一。本文以某隧道项目为例,结合工程实际情况进行桥隧相接工程方案拟定,从隧道洞门施工、桥台施工、箱梁施工三方面分析山岭隧道洞口段桥隧相接工程施工技术,以期促进我国山岭隧道公路桥梁工程施工提供参考。

黄草坪2^#隧道洞口段减震措施的大型振动台模型试验研究

以国道318线黄草坪2#隧道进洞口段为原型,开展减震措施的大型振动台物理模型试验研究。首先系统介绍整个试验方案,包括试验装置、模型相似设计、模型箱体设计、相似材料设计、测试方案和地震输入及加载制度。然后,结合试验结果对洞口段减震设防区域进行研究,对横向减震层、纵向减震层以及加固围岩等措施的减震效果进行分析。试验结果表明,一般从模型洞口进入洞内120～150 cm(对应原型48～60 m)后,地震反应逐步趋于平稳,该范围是隧道减震设防的重点区域。设置横向减震层和系统锚杆加固围岩均能有效减少衬砌的动土压力和加速度反应,而且加固围岩的效果相对弱于设置横向减震层。通过合理设置纵向减震层间距,可将衬砌动应变量级降低至工程安全可接受水平。最后提出,对山岭隧道洞口段进行地震安全设计时,应该在上述认识基础上采取综合减震措施。

山岭隧道洞口段设置减震层的振动台模型试验研究

为了解减震层在地震过程中对隧道衬砌及围岩仰坡动力响应的影响,针对山岭隧道洞口段开展振动台物理模型试验研究,模型试验按有无减震层分为两组工况。试验结果表明:减震层的存在可以有效减弱洞口段衬砌加速度与位移的放大效应,减弱围岩振动向衬砌的传递;衬砌的应变反应在设置减震层后明显减小,特别是应变反应较大的两侧拱肩和拱脚位置,减震层的设置使衬砌的动应变接近均匀,随着地震次数的增加,减震层并不会失效,减震效率反而会有所增强;而减震层的设置不能改变围岩的加速度反应,坡面随高程的放大效应依然明显,较易发生局部的滑塌破坏,特别是高位滑塌,但坡面均为浅层破坏,不会对衬砌产生附加荷载作用,但需要注意的是滑塌的围岩会掩埋洞口,将严重影响隧道的正常使用。

松散岩堆体地层下城市隧道洞口段施工方案变更合理性研究

重庆某公路隧道为双向5车道城市隧道,洞口段穿越由城市建设回填土组成的松散岩堆体,左洞在施工过程中发生了冒顶事故,并出现了大变形、支护开裂、地表裂缝等不良现象。为探究事故发生原因,并验证变更后方案的合理性,首先,对原方案现场监测结果进行分析;在此基础上,采用FLAC3D软件进行数值模拟计算,并与现场监测结果进行对比,验证结果的可靠性;最后,分析不同施工方案所产生的洞周位移、支撑结构应力与塑性区等内容,得出以下结论:1)原方案采用三台阶七步法施工,支护未能及时封闭成环,变更后的施工方案能够有效控制围岩位移,且能够提高隧道洞周变形协调性。2)原施工方案中的初期支护存在明显的应力集中现象,最大拉压力超过结构容许值,同时围岩应力较大。通过对比发现,增大超前加固范围有助于减小初期支护所受的围岩压力、改善支护结构所受应力状态。3)变更后施工方案的土体受破坏区域小,变更后的施工方案能够减小隧道施工对周围环境的影响。该研究成果适用于松散岩堆体地层条件下隧道洞口段的开挖。

强震区隧道洞口段振动台模型试验研究

为了研究强震区隧道洞口段的抗震性能,对隧道结构进行了振动台模型试验。文章首先介绍了试验方案设计;接着对试验中测得的隧道结构的加速度反应和应变反应进行了分析,得出洞口段在地震动作用下的横截面的应变分布规律,以及沿纵向的加速度反应特征;最后,对试验中的地震裂缝和衬砌结构的破坏等震害现象进行了描述。

高烈度区隧道洞口段地震响应研究

在地震高烈度区,公路隧道有可能遭受严重震害,尤其是洞口段,为抗震薄弱区。采用FLAC3D软件,从土—结构相互作用模型出发,运用数值分析方法对隧道洞口段进行了动力时程分析。分析认为,在抗震设计中应重视隧道仰拱以及墙脚处于不利位置的情况,加强配筋;在施工中要充分重视围岩的作用,使其能与结构共同作用,减轻结构的损害。

隧道洞口段驾驶人眼滞后特性研究

为探究在隧道洞口段驾驶员出现视觉滞后对行车安全的影响,在大量调研的基础上建立室内试验模型,开展驾驶人在隧道行车过程中的视觉滞后试验,通过T检验分析数据增量的差异性,提出出现滞后的条件,并分析出现的原因。结果表明:1)进入隧道,当亮度变化速率S趋于350 cd/m^2·s时出现"认知滞后",增加到约为400 cd/m^2·s时出现"调节滞后";驶出隧道,当S趋于400 cd/m^2·s时出现"认知滞后",增加到约为500 cd/m^2·s时出现"调节滞后"。2)出现"认知滞后"时,对行车安全有一定影响;出现"调节滞后"时,对行车安全的影响更大。3)可采用通过减光设施延长驾驶人视觉适应时间、细化照明分级、无极调光等方法减缓亮度变化速率,来有效抑制滞后现象,提高行车安全。

超大断面高速铁路隧道洞口段围岩失稳机制分析

隧道施工的难点主要集中在隧道进出口段,一般会出现诸多不良地质问题。该文针对"沪昆客专长昆段"重点工程某隧道出口段出现的不良地质现象,结合工程实际,通过采用有限元分析出口段三台阶七步法开挖上台阶后围岩失稳机制,并通过监控量测数据进行分析印证,为后续类似的工程实践提供参考。

川藏公路热冻链接技术及在隧道洞口段融雪除冰应用

为有效利用川藏公路行经青藏高原断裂带区域内的地热水资源,建立热冻链接技术解决寒区隧道洞口范围内路面融雪除冰问题,文章依托雀儿山隧道出口,采用地质背景调查和现场试验方式,分析了地热水的成因、特征,在温泉水温度、流速、流量现场测试基础上计算了温泉水供热量,同时计算了路面融雪和除冰需热量,分析了热冻链接可行性及现场实际应用效果。研究表明:受青藏高原气候和地形地貌影响,洞口路面大于10 cm厚积雪累计时间180 d,暗冰时间为210 d;受青藏高原地质构造作用及北部断裂带主控,雀儿山隧道隧址区温泉群月供热量理论计算在7.627×10^7~1.320×10^8 kJ;利用Chapman模型和混凝土热交换管内流体传热模型进行计算,为满足隧道洞口段100 m长、8 m宽路面的融雪和除冰要求,月需热量为3.3×10^6 kJ及8.25×10^7 kJ;温泉水按60%利用率计算,依然能完全满足最冷月路面融雪除冰需求;利用温泉水建立热冻链接技术,温泉水热储量丰富,利用高差能保证流量、流速进而省去了泵送设备、节约了电能,余水温度高还可再利用,现场温度测试和计算表明路面融雪除冰实际应用效果良好。

高烈度地震区隧道洞口段地震安全性分析及评价

目前,有关高烈度地震区山岭隧道地震安全性分析与评价的研究尚不多见。文章以国道318线黄草坪2#隧道为工程原型,在数值模拟计算和振动台物理模型试验结果分析的基础上,分别从洞口边坡、洞门建筑、洞口段衬砌及围岩三个部位对该隧道洞口段进行地震安全性分析,并结合各部位拟设抗、减震措施,对其进行了整体地震安全性评价。结果表明,该隧道洞口段在设计地震作用下是足够安全的。

基于强度折减法的隧道洞口段地震稳定性研究

近年来,强度折减法在岩土工程静、动力稳定性分析领域快速发展。基于该方法,相关学者研究了边坡和隧道的动力稳定安全系数。隧道洞口段是围岩、边坡和衬砌结构相互作用的三维复杂结构体,当前对其地震稳定性研究多集中于定性描述,尚不能给出量化的指标。依托振动台试验,建立相应的洞口段三维数值模型,采用强度折减法,引入结合突变理论的塑性区应变能和其他判据,获得洞口段的动力稳定安全系数。结果表明:结合突变理论的塑性区应变能和其他判据得到的安全系数的最大相对误差较小,在洞口段的地震稳定性分析中采用该判据具有简便、量化等优势;计算出的洞口段的动力安全系数与动力加载降低结构稳定性的一般规律相一致;安全系数为1.52说明洞口段有较高的地震稳定性,与振动台试验的实验现象符合。

强震区隧道洞口段的动力特性研究

本文根据南昆线乐善村２号和草庵两座隧道的试验结果，研究了强震区隧道洞口段的抗震性能。文中讨论了洞口段的加速度反应特征、洞口设防长度和破坏形态并指出了洞口段抗震薄弱的部位。

宋家山隧道洞口段注浆加固围岩的抗震分析

根据武罐高速公路宋家山隧道洞口段围岩的实际情况,应用数值模拟方法着重讨论注浆加固洞口段围岩的抗震性能。并分析不同超越概率地震动作用下,隧道洞口段在不同注浆加固范围时的地震动力响应特点,继而提出了相应的围岩注浆加固范围建议值,可供同类情况注浆加固参考。

隧道洞口段结构地震响应分析

隧道的进出口大多是风化的松散堆积体,是抗震设防的薄弱环节。运用Newmark隐式时间积分有限元法,采用粘-弹性人工边界,对在地震荷载作用下围岩材料的渐变对隧道洞口段抗震性能进行分析。得到了3种工况下沿隧道轴线方向衬砌最大应力、位移以及加速度变化曲线,及不同工况下洞口段隧道结构的抗震设防长度。洞口段设防长度与洞口段围岩性质有关,洞口段围岩由软弱向坚硬渐变长度越长,洞口段衬砌应力就越大,洞口段设防长度就越长。

高温高湿环境下高铁隧道洞口段热湿病害分析

研究目的:南方铁路隧道的洞口段长期处于高温高湿环境,受热湿反复作用,衬砌及围岩发生劣化,进而产生裂纹或裂纹扩张,影响隧道结构的寿命与安全。本文通过理论和模型分析,结合现场测试研究,得到隧道洞口段热湿病害产生机制,为高温高湿环境下洞口段隧道病害整治提供理论依据,目前此研究国内外仍处空白状态。研究结论:(1)基于增量理论及湿度应力场理论建立了湿度和温度影响下岩体的增量型弹塑性体胀本构方程,推导了热湿应力表达式;(2)依据某隧道现场监测数据,计算了围岩温度场、湿度场与热湿应力及季节性变化情况,分析了不同衬砌和岩石导热系数、厚度对热湿应力的影响;(3)研究发现热湿应力纵向影响深度在3 m以上,给出了热湿应力在隧道洞口段分布与发展规律以及累积效应;(4)本研究成果可为高温高湿地区高铁洞口结构设计和病害整治提供依据。

爆破振动下偏压隧道洞口段边坡稳定性分析

通过有限元软件建立三维双侧壁偏压隧道洞口段边坡数值模型,提出3种爆破工况;分析3种爆破工况下边坡的振速响应规律,通过边坡的位移分析坡体的变形特性,依据最小二乘法对监测数据进行回归分析得出爆破振动衰减公式,制定每个工况单段最大起爆药量安全阈值。由解析法求出不同工况在静、动态下坡体的稳定性变化规律。研究结果表明:随着爆心距的增大,坡面振速衰减呈现出近快、远慢的传播规律;工况1相比其他工况对边坡整体及坡脚的稳定性影响最大;通过对坡体测点各向振速监测数据进行回归分析,得出在安全控制标准内工况1-工况3的单段最大起爆药量分别控制在3.4,3.4及3.5kg之内效果最好;由解析法得出,静力状态下开挖隧道时边坡均处于稳定状态。左、中导坑在爆破开挖时边坡安全系数分别为1.13和1.18均小于1.20,极有可能诱发局部坡体滑移失稳。

公路隧道洞口段施工风险评估与控制研究

山岭隧道建设条件复杂,洞口段不确定因素较多,在施工过程中易发生安全风险事件。为降低和控制施工风险,有必要对洞口段施工风险进行评估。以宝汉高速公路梁山2号隧道洞口段施工为研究对象,根据隧道洞口段地质与地形条件、设计图纸以及施工方法等进行风险辨识,并采用层次分析法对风险源进行重要性排序。同时,采用专家调查法对洞口段施工风险发生概率和风险损失等级进行调查统计,并确定风险等级。在此基础上,提出了有针对性的风险控制措施。

顶弧侧壁法及其在隧道洞口段施工中的应用

隧道洞口段大多属于强风化带,围岩一般松软破碎,通常夹有土层,地质情况复杂,是设计及施工中的难点,亦是工程界亟待解决的问题。笔者应用岩土力学理论,提出了能对围岩进行主动维护的顶弧侧壁工法,并以深圳某隧道洞口段的施工为例,介绍了该法的特点及施工要点,取得了良好的工程应用效果。