Stability evaluation method of large cross-section tunnel considering modification of thickness-span ratio in mechanized operation

Purpose-This study aims to research the large cross-section tunnel stability evaluation method corrected after considering the thickness-span ratio.Design/methodology/approach-First,taking the Liuyuan Tunnel of Huanggang-Huangmei High-Speed Railway as an example and taking deflection of the third principal stress of the surrounding rock at a vault after tunnel excavation as the criterion,the critical buried depth of the large section tunnel was determined.Then,the strength reduction method was employed to calculate the tunnel safety factor under different rock classes and thickness-span ratios,and mathematical statistics was conducted to identify the relationships of the tunnel safety factor with the thickness-span ratio and the basic quality(BQ)index of the rock for different rock classes.Finally,the influences of thickness-span ratio,groundwater,initial stress of rock and structural attitude factors were considered to obtain the corrected BQ,based on which the stability of a large cross-section tunnel with a depth of more than 100 m during mechanized operation was analyzed.This evaluation method was then applied to Liuyuan Tunnel and Cimushan No.2 Tunnel of Chongqing Urban Expressway for verification.Findings-This study shows that under different rock classes,the tunnel safety factor is a strict power function of the thickness-span ratio,while a linear function of the BQ to some extent.It is more suitable to use the corrected BQ as a quantitative index to evaluate tunnel stability according to the actual conditions of the site.Originality/value-The existing industry standards do not consider the influence of buried depth and span in the evaluation of tunnel stability.The stability evaluation method of large section tunnel considering the correction of overburden span ratio proposed in this paper achieves higher accuracy for the stability evaluation of surrounding rock in a full or large-section mechanized excavation of double line high-speed railway tunnels.

一种基于直流式风洞的火星尘暴模拟装置

为了研究火星表面尘暴环境对探测器及人类活动的影响,研制了一种基于低密度直流式风洞的火星尘暴环境模拟装置:采用超声速引射器作为风洞动力源,结合具备多工况动态调节能力的大抽气量真空系统,实现了引射气量精准调控,可模拟100~1500 Pa低气压下的5~100 m/s大跨度风速;针对低气压下沙尘浓度难以精确控制的问题,采用振动式喂料、逆向螺旋式喷嘴设计以及大周期滞后串级调节方式,实现了0.1~1 g/m^(3)的沙尘浓度精确控制。该装置可用于研究火星尘暴环境对材料和机构的影响,同时还可用于火星气动力研究。

砂卵石地层浅埋地铁车站暗挖施工关键技术

研究目的:针对富水砂卵石地层地铁车站明挖法施工面临的道路交通问题,本文依托成都富水砂卵石地层首次采用暗挖法施工地铁车站的成功案例,对暗挖法施工关键工艺开展研究,指明了暗挖导洞设置及其开挖时序、地层超前预加固方式、初期支护类型、永临结合钢管柱以及拱形盖板扣拱等关键工艺,明确了富水砂卵石地层浅埋大跨地铁车站首次采用暗挖法施工的可行性。研究结论:(1)基于“化整为零”的思路,借助大刚度管幕超前支护,明确了导洞设置原则,采用多导洞法实施钢立柱与盖板(顶板)后,可按盖挖法理念完成超浅覆土下的地铁车站暗挖施工;(2)浅覆土管幕打设精度与地层扰动控制是富水砂卵石地层沉降控制的关键,应遵循“精准定位、及时纠偏,欠土顶进、严控超挖,先低速后匀速”的基本原则;(3)基于初期支护主要以被动承载为主,格栅钢架经济性好、施工方便,喷混后抗弯刚度增幅将近8倍,且大于工字钢喷混后等效抗弯刚度,宜采用格栅钢架;(4)顶部预埋倒L形钢板的“蛇形”中立柱,可实现两侧衬砌结构的有效连接与水平向有效传力,液压反循环钻机可满足小净空条件下高精度永临结合钢管柱施作需要;(5)本研究结论可为类似地层暗挖法车站施工提供借鉴与参考。

水滴形大跨钢屋盖结构风洞试验和风振分析

自然风经过大跨结构时,由于结构屋顶形状不规则,通常会引起柔性屋面的振动,因此针对大跨屋面结构抗风设计需要考虑风压分布和风振响应。以陕西省水务集团矿泉水生产车间为工程背景,制作了1∶200的刚性模型,通过刚性模型风洞试验测得该水滴型大跨钢屋盖结构的表面风压,研究了屋盖表面典型测点及整体的风压分布规律。基于风洞试验数据,对结构进行风振时程分析,得到了屋盖表面的风振响应和风振系数。结合刚性模型风洞试验和风振分析,深入研究了水滴形大跨屋盖结构的风压分布规律和风致振动特性,并总结了其共性规律。

艰险山区阵列式三维音频大地电磁勘探方法与应用

艰险山区是铁路工程勘探领域的重难点。地球物理方法具有设备轻便、施工效率高、成果直观的特点,适合艰险山区的探测工作。大跨度硐室横向范围宽,单条物探测线难以满足勘探精度要求。为此,本文介绍了适用于艰险山区大跨度硐室勘察的阵列式三维音频大地电磁勘探方法,该方法测线布置综合考虑了隧道埋深、硐室跨度,以及测点分布均匀性和边缘效应对探测精度的影响,有效提高了外业资料质量,通过联合反演构建了详实的地下三维视电阻率数据体,可直观反映地下地质体异常空间展布情况。研究成果有效揭示了破碎富水岩体地下空间赋存形态,为隧道施工设计提供了参考。

碎裂岩夹层中大跨度悬索桥隧道锚稳定性分析

隧道锚作为悬索桥的重要受力构件,其稳定性是保证悬索桥安全运行的关键。为探究某大跨度铁路悬索桥隧道锚在碎裂岩夹层中的受荷响应规律,建立精细化数值模型,对隧道锚的稳定性进行综合评估,论证隧道锚在碎裂岩夹层中的适用性和安全性。研究表明:碎裂岩夹层对隧道锚的变形影响显著,隧道锚后锚面及围岩的位移分布曲线呈左高右低的“驼峰状”,锚塞体界面摩阻力在碎裂岩夹层区域产生突变。锚-岩联合体的破坏从碎裂岩夹层中锚塞体拱顶区域开始,逐步向拱腰和拱底扩展,直至锚-岩界面塑性区贯通,其破坏模式为锚-岩接触带的剪切破坏。隧道锚的综合承载力以钢束受拉破坏为控制条件,综合极限承载力为2.3倍设计主缆力。隧道锚在碎裂岩夹层中的稳定性和适应性良好。

沿海地区索结构体育馆风洞试验与群风效应研究

针对两类屋面型式(上凸型和下凹型)、四种屋盖结构(单层马鞍形索网、轮辐式双层索网、索穹顶、弦支穹顶),设计制作了缩尺比分别为1∶250、1∶200两个试验模型,在B类地貌下开展了60组模型风洞试验,探究了全风向角下两类屋盖结构的风压峰值分布规律,分析了不同风向角、邻近建筑对目标建筑物风压特性的影响规律。结果表明:全风向角下来流方向无邻近建筑影响时,两类屋盖迎风面区域的负风压峰值最大,分别较上凸型和下凹型屋盖中间区域的负风压峰值高约3.0、1.5倍;屋盖中间区域风压峰值分布均匀,以承载负风压为主,仅下凹型屋盖中部出现正风压;风向角对屋盖风压分布的影响主要体现邻近建筑物的干扰上,其对屋盖平均和脉动风压系数的影响以来流方向无邻近建筑时最大、来流方向有邻近建筑时次之、尾流方向有邻近建筑物时最小;屋盖迎风面测点风压概率分布具有明显的非高斯特征,存在极大负压值,而屋盖中间和尾流区域的测点风压具有典型的正态分布特征。

浅埋超大跨隧道出口偏压段双层初期支护承载特征研究

为研究双层初期支护在开挖跨度达26.3 m、拱顶覆土约10.6 m的下北山2号浅埋超大跨4线隧道出口偏压段的工程应用效果,采用数值模拟方法比较单层初期支护和双层初期支护方案的承载特征差异,采用现场实测方法研究出口偏压段双层初期支护的受力特征。研究结果表明:1)浅埋超大跨隧道在偏压侧的右拱脚~右拱肩范围内支护结构受力偏大,存在局部应力集中,采用双层初期支护技术时的结构承载安全性和对围岩拱顶沉降的控制效果均优于单层初期支护技术;2)出口偏压段的实测水平收敛最大值为18.5 mm,荷载偏压侧的围岩沉降值达49.5 mm,二次支护施作后在拆撑施工阶段能有效稳定围岩变形;3)由双层初期支护受力的实测结果可知,传递到二次支护上的接触压力与对应位置围岩/一次支护接触压力之比为16%~33%,荷载偏压侧的右拱脚及右拱肩位置的二次支护轴力约为一次支护轴力的15%,通过二次支护的施作补强了一次支护对偏压侧的承载作用,采用双层初期支护技术提高了浅埋超大跨隧道出口偏压段支护结构的安全储备。

长锚杆/锚索改善深埋大跨度隧道初支结构受力试验研究

针对深埋大跨度软岩隧道拱脚及拱顶处初支开裂、钢架变形过大问题,提出了局部增设长锚杆或锚索的支护技术,以实现对该类隧道初支结构受力的调节改善。基于课题组自主研发的隧道结构性能测试平台,对比分析了同等围岩荷载作用下系统锚杆支护与多类长锚杆/锚索支护方案的初期支护结构受力变形特征,研究了不同环向间距与布设范围的长锚杆/锚索支护效果。研究结果表明:(1)常规支护时,大跨度隧道初期支护整体呈压扁趋势,拱顶内侧与拱脚外侧承受结构最大弯矩而最先开裂,仰拱内侧拉裂后模型加速变形进而引起结构整体失稳破坏;(2)4种增设长锚杆或锚索支护方案下,初支拱顶处结构安全系数分别为常规支护体系的4.59,2.12,1.96,1.80倍,拱脚处结构安全系数分别为常规支护的5.23,2.80,2.34,2.37倍;(3)在拱部120°范围以2 m环向间距布设长锚杆对初支结构内力改善效果最佳,支护点轴向强拉力产生的局部负弯矩组合效应抵消了拱顶处较大正弯矩;(4)不同位置长锚杆/锚索支护力整体呈从拱顶处至拱肩侧先减小后增大的规律。

浅埋超大跨四线隧道Ⅴ级围岩开挖关键参数研究

为适应城市地形及高铁选线需求,部分线路需以四线超大跨度隧道的形式面临浅埋、Ⅴ级围岩等客观条件,目前缺乏对此类隧道的规范指导,应重点关注其开挖安全。以杭台高铁下北山隧道为工程依托,采用现场测试方法研究其围岩变形、初期支护受力特征,通过三维数值模拟方法对多组工法进行开挖模拟,总结得出浅埋四线高铁隧道Ⅴ级围岩的开挖关键参数。结果表明,采用双侧壁导坑法的拱顶沉降主要发生在各导洞上台阶开挖阶段,中部岩柱开挖对拱顶沉降的贡献为62.2%;依托工程喷射混凝土结构和型钢拱架的安全性均满足施工要求,当前初期支护的安全富余较多;双侧壁导坑法对围岩变形控制效果较好,但三台阶法的围岩应力分布均匀,初期支护的安全系数也满足要求;考虑到原设计双侧壁导坑法存在较多临时支护,为提升施工效率,宜在保障围岩稳定的前提下减少开挖分部数量,探索将双侧壁导坑法优化为少临时支护的三台阶法。

半球形储煤场屋盖风压分布风洞试验研究

半球形储煤场结构跨度大且覆盖面积广,对风荷载的作用十分敏感,在结构设计中风荷载往往起到控制作用。通过风洞试验研究了半球形储煤场屋盖的风压分布情况,得到了结构在24个风向角下的平均风压系数等值线、脉动风压系数等值线及相应的屋盖分区体型系数。结果表明:在风荷载作用下,半球形储煤场结构屋盖迎风面的平均风压系数分布垂直于来流方向呈等压条带状;迎风面下部的扇形区域主要受风压力,最大值出现在半球形屋盖迎风面最下部边缘;半球形屋盖中上部、两侧及背风区域主要受风吸力作用,最大值出现在受通风口开口影响的檐口区域附近;当转运塔处在屋盖顺风向两侧区域时,转运塔附近的屋盖区域负压力会出现较大值,平均风压系数为-1.40;屋盖顶部通风口区域由于高度最高,各风向角下吸力均为最大,60°风向角下局部分区体型系数达到-2.15,更容易受到破坏。针对试验结果,对半球形储煤场屋盖提出了设计建议。

浅埋大跨度隧道大变形演化特征与防治方法

为解决浅埋大跨度隧道在施工中常出现的初期支护大变形及冒顶病害等问题,本研究依托广西壮族自治区百色市某隧道工程,分析了该隧道的大变形及冒顶灾害特征。基于PFC离散元软件,分析了隧道失稳演化规律,提出了隧道初期支护大变形处治技术。研究结果表明:浅埋大跨度隧道施工时,容易受围岩条件及支护强度等影响,从而引起围岩大变形或塌方灾害。采用地表注浆加固或临时仰拱与洞内反压等技术处理后,围岩变形得到了有效控制。现场施工时,应通过建立管理体系,加强人员培训,设置安全通道,安排安全人员,强化安全意识,建立评估与预警机制等保障措施,降低安全风险。该研究成果可为浅埋大跨度隧道施工灾害防治提供参考。

大跨度隧道主动支护施工体系及现场应用研究

深入研究了大跨度隧道主动支护施工体系及其现场应用,探讨了主动支护技术的不同类型,包括锚杆支护、预应力支护系统以及其他创新的主动支护技术,并详细阐述了大跨度隧道主动支护施工体系的整体设计原则,聚焦于施工过程中的关键环节,如钻孔作业、安装支护结构、施工监测与调整,讨论了大跨度隧道主动支护施工中的安全措施和质量控制,包括施工现场安全管理、质量控制系统、应急响应与风险管理等方面,强调了这些措施在维护工程质量和保障施工安全中的核心作用。

大跨隧道二衬施工期力学行为演变特征

为研究大跨公路隧道施工期二次衬砌力学行为的演变特征,依托实际工程展开现场监测和数值计算。通过对比分析揭示了施工期隧道二衬内力和衬砌接触压力的分布情况和演化特征,并以此评估现场二衬的荷载分摊比和衬砌施作时机,为公路隧道二衬设计提供参考。结果表明:数值模拟与现场测试结果吻合较好,二次衬砌的荷载分摊比约为0.4,表明现场二衬的施作时机合理;二衬浇注后,水化反应引起的结构体积膨胀对二衬力学行为的影响较大,水化反应的影响在3 d内达到峰值,影响时间约为二衬浇注后的2~3周;现场测试表明,水化反应结束后,二衬拱顶、拱肩和拱脚处的接触压力基本趋于稳定,各部位的接触压力分别在0~20,70~80,5~10 kPa范围,而拱脚接触压力随施工进度呈先减后增的发展趋势,并最终稳定于200 kPa左右;二衬内力随着施工进度不断增长,施工完毕时,二衬拱顶、拱墙、拱腰处的轴向压力分别为450,140,200 kN,各部位的弯矩量值较小,结构安全冗余度充足;数值计算的结果表明,当二衬浇注断面在研究断面15 m以内时,拱脚接触压力的增长速度较快,当二衬浇注断面超过研究断面45 m后,衬砌接触压力和二衬内力趋于稳定。

深汕西改扩建工程超大跨公路隧道设计与实践

为解决超大跨公路隧道在设计施工过程中普遍存在的工法选择、支护参数确定等技术难题,基于广东省深汕西高速改扩建项目双洞8车道超大跨公路隧道建设实例,通过调研、工程类比、模拟计算等方法,进行超大跨公路隧道在施工工法、支护参数、“一洞九线”大型机械化工装配置以及相关优化设计等方面的研究,并通过监控量测对设计方案进行验证。结果表明:1)现行规范中2、3车道隧道的设计方法仍基本适用于4车道隧道。2)CD法适用于深埋强风化层,且拱顶强风化层厚度不小于1倍洞身开挖宽度;三台阶法适用于深埋中风化层,且拱顶中风化层厚度不小于1倍洞身开挖宽度。3)采用?51超前中管棚、掌子面玻璃纤维锚、涨壳式预应力锚杆以及C30早高强喷射混凝土后,在Ⅳ级围岩中进行机械化施工具有较高的可行性。4)在前述超前预加固以及支护优化的前提下,当仰拱与掌子面的距离优化至106 m(CD法)、118 m(三台阶法),二次衬砌与掌子面的距离优化至160 m(CD法)、190 m(三台阶法),机械化施工可达到安全、高效的预期。

大跨度体育场风效应的大涡模拟及风洞实验研究

文章运用大涡模拟(large eddy simulation,LES)湍流模型对天长市某大跨度体育场风效应进行数值风洞模拟,得到体育场平均风压、脉动风压分布规律及风荷载时程,利用阵风荷载因子法计算体育场屋盖的风振系数及等效静力风荷载,与风洞实验结果开展对比研究。结果表明,数值模拟评估的体育场表面风压分布规律与风洞实验结果吻合较好,能够较好地反映大跨度体育场表面风压分布情况,2种方法计算得到的风振系数及等效静力风荷载也基本相同,说明大涡模拟技术能有效预测大跨度空间结构风荷载。研究结果可为大跨度体育场的抗风设计提供技术参考。

浅埋隧道预应力锚固体承载效应模型实验研究

预应力锚杆主动支护技术在隧道工程中的应用逐渐普及,对于浅埋大跨岩质隧道,其支护特性及作用机制尚未明确。为探究预应力锚杆支护体系下围岩的承载特性,以青岛地铁6号线某暗挖车站为工程背景,基于相似原理配制地层及支护结构模型实验材料,通过液压加载试验,探究了预应力锚杆及普通锚杆支护下锚固体的承载特性。结果表明:①预应力锚杆与围岩的相互作用形成了具有承载能力的锚固体,能够有效承担大部分上覆荷载。预应力锚杆的应用使得隧道失稳破坏的预警荷载值提高了42.8%,同时极限荷载值也提高了41.2%。②在上覆加载过程中,预应力锚杆经历了紧密锚固持荷阶段和脱锚卸荷阶段,衬砌经历了应变累积、应变突增和应变释放3个阶段。③较普通锚杆,主动支护下预应力锚杆与岩体间的受力协同性好,无轴力突变现象,锚杆的支护性能得到充分的利用,有效抑制了裂隙的发育,提高了隧道的整体稳定性。

考虑下层人非通道影响的大跨钢桁架拱桥抗风性能研究

大跨径钢桁拱桥是一种对风荷载较为敏感的桁架结构,现以株洲清水塘大桥为研究对象,开展了下层人非通道对全桥结构抗风性能的影响研究。首先建立了有限元分析模型,比较了有无下层人非通道对全桥结构振型与频率的影响。通过主梁节段模型风洞试验,开展了有无下层人非通道的主梁振动特性研究。研究表明,设置人非通道后,主梁涡激振动得到了显著抑制。之后,进一步通过节段模型测力风洞试验,对比了有无人非通道的断面静气动力系数的变化情况。主梁静气动力系数测力风洞试验结果表明,设置人非通道后,主梁阻力系数与升力系数均增大,升力矩系数未发生明显变化。最后,开展了全桥结构风荷载效应分析。结果表明,考虑人非通道后,主梁与拱肋横向位移极值响应有明显增大。其中,主梁横桥向位移增大约44%,主拱横桥向位移增大约18%。

隧道软岩大跨段施工方案优化研究

特大断面软岩隧道施工易引发围岩失稳塌方,为降低施工风险,一般采取短进尺、弱爆破、多步开挖并加强支护的方式,但设计多偏于保守,不经济且延误工期。文中以渝湘高铁张家山隧道为背景,从工程投资和施工工期方面,综合分析了原25 m级大跨段双侧壁导坑法施工方案及其支护体系的优缺点,并结合工程类比,对原方案进行了优化设计,优化后的月进度为原方案的2倍,可节约工期9.3个月,该研究成果可为类似工程提供参考。

某钢桁架人行天桥设计与分析

随着城市建设的不断发展,地下构筑物日趋复杂,而为了缓解交通拥堵、保证行人过街安全,大跨度人行天桥的应用越来越广泛。如何平衡桥梁设计原则和建设约束条件,已成为城市人行天桥设计中不可避免的难题。为此,以广州市某大跨钢桁架人行天桥的设计项目为依托,对该桥的结构设计、结构计算、对运营地铁的影响等进行了阐述和分析。分析内容可为以后类似工程提供参考。