摘要：盾构隧道管片中的钢筋锈蚀会对结构的承载性能和破坏形态产生重要影响。一般盾构隧道结构多呈现小偏心受压状态,当钢筋锈蚀发展到一定程度时会出现小偏心向大偏心受力状态的转变,导致结构承载力下降、危及隧道运营安全。基于盾构隧道衬砌结构压弯受荷特点,设计小偏心加载的锈蚀试验柱,等效地模拟隧道衬砌的实际受力状态,分析不同锈蚀程度下试验柱跨中应变、极限承载力及裂缝的全过程演变。随锈蚀程度加重,试验柱承载力、混凝土应变、受压区高度下降速度逐渐加快,最大锈蚀率达到68.32%时,承载力最大降幅达到53.23%。试验发现高锈蚀程度(η≥46.25%)试验柱由小偏心破坏转化为大偏心破坏的现象。基于受弯构件正截面承载力理论分析,提出隧道衬砌结构由小偏心向大偏心破坏转化的临界锈蚀率理论计算方法,通过设计有限元计算流程验证了该方法的正确性。研究结果可为盾构隧道衬砌结构耐久性设计和安全评价提供理论支撑。

摘要：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。

摘要：针对勘察设计阶段判别的隧道围岩等级与施工过程中实际揭露的围岩情况不符的问题,提出一种以隧道施工期实际揭露的围岩为研究对象的智能动态分级方法。首先,依托甘肃省渭武高速公路木寨岭隧道工程,利用单反相机采集掌子面图像,基于深度学习Res Net18网络设计T-Res Net模型,进行掌子面围岩图像特征定性识别分类;然后,利用数字图像处理技术定量识别、提取节理裂隙特征参数,进而确定掌子面完整性指标;最后,结合岩石坚硬程度、岩体完整程度、主结构面产状、地下水发育状况、初始地应力、节理延展性6个指标建立围岩分级指标体系,并采用特征加权KNN(K-nearest neighbor)算法模型实现隧道围岩智能动态分级。研究结果表明:1)T-Res Net模型在节理裂隙测试集的准确率达到83.23%,在地下水测试集的准确率达到92.86%,可以实现围岩特征的有效识别与精确分类;2)使用机器视觉方法处理现场围岩图像,可快速提取岩体完整性系数和地下水发育情况,实现现场智能化高效分析;3)KNN智能动态分级方法在依托工程具有良好的适用性和较高的准确性,可有效实现隧道施工过程中的围岩动态分级。

摘要：高烈度地震区断层的存在对工程结构产生严重影响,穿越断层隧道纵向响应有待深入研究。本文采用切向地基弹簧分析围岩–衬砌切向接触效应及隧道结构的轴向变形特征,建立断层错动作用下隧道纵向响应理论模型。首先,隧道被简化成有限长梁,采用切向地基弹簧和法向地基弹簧来体现围岩–衬砌的相互作用,在法向地基弹簧端部施加自由场位移来模拟断层错动,得到隧道结构纵向响应微分方程;通过格林函数法求解获得结构响应解析解;接着采用三维有限差分法对本文解析模型的有效性进行验证。结果表明:围岩–衬砌的切向接触效应对隧道结构的纵向响应存在显著影响,忽略导致得到的结构弯矩峰值误差达到35.33%。最后,探究断层宽度、断层弹性模量和衬砌混凝土等级对隧道纵向响应的影响;随着断层宽度增加,隧道结构内力减小;提高衬砌混凝土等级导致结构内力增大;断层区域围岩弹性模量的增加使得结构的弯矩、剪力减小,轴力增大。研究成果可为穿越断层隧道抗错断设计提供理论依据。

摘要：研究目的:为探明无导洞法连拱隧道先行洞仰拱衬砌开裂的原因,本文首先通过现场监测得到先行洞的受力规律,然后基于该受力特征提出一种考虑后行洞开挖的先行洞荷载-结构计算模型,进而结合现场监测和数值计算分析先行洞仰拱衬砌的开裂原因,最后评价先行洞二衬的安全性并给出相应的控制措施。研究结论:(1)当后行洞开挖前,先行洞二衬对称受力且各截面的安全系数大于2.4;当后行洞开挖后,先行洞二衬处于偏压受力状态,仰拱右侧的安全系数仅为1.25,其内表面恰是最大拉应力所在位置,与现场仰拱衬砌的开裂位置吻合;(2)先行洞仰拱衬砌开裂的原因是由于后行洞开挖导致的隧道偏压受力以及仰拱不均匀沉降;(3)提高支护抗力系数有助于改善衬砌结构的安全性,但支护抗力系数高于某值后安全系数变化不大;(4)本研究成果可为相关连拱隧道的设计和施工提供参考。

摘要：自1888年修建第一座隧道——狮球岭铁路隧道以来,中国隧道支护结构设计理论及方法的发展经历了起步阶段、探索阶段、发展阶段及创新阶段。隧道围岩分级由单一指标的定性分级方法,发展到基于多指标的综合分级方法;隧道围岩压力由塌方荷载,发展到形变压力;隧道支护结构内力计算方法由不考虑围岩抗力的“荷载-结构”法,发展到考虑围岩抗力的“荷载-结构”法及“地层-结构”法;隧道支护结构安全度检算由容许应力法及破损阶段法,发展到基于可靠度理论的概率极限状态法。隧道支护结构设计理论及方法总体上由依赖经验的类比设计和标准设计方法,逐渐向半定量和完全数值定量的解析设计方法转变,并向信息化、智能化方向发展。文章系统地回顾了我国隧道工程建设情况、隧道围岩分级、隧道支护结构内力计算方法及安全度检算方法的发展历程,总结了我国隧道支护结构设计理论及方法在各阶段的技术突破,展望了以主动支护为核心的隧道支护结构智能设计方法。

摘要：为在大直径盾构隧道中更好发挥接头的抗剪、定位功能,设计安装于管片环缝螺栓孔处、外套于螺栓的空心套筒,为了探究“直螺栓+套筒”新型环间接头的抗剪性能,以成都锦绣隧道为背景,建立环间接头的三维精细化数值模型,并开展足尺试验对数值模型的计算精度进行验证。结果表明:新型环间接头在抗剪过程中主要分为3个受力阶段:摩擦段、构件抗剪段和破坏失效段,其抗剪刚度随着错台的发展呈现出非线性。套筒对接头的抗剪性能有明显的强化作用,将超过其承载能力的剪切荷载平稳过渡给螺栓,避免了管片突然产生滑移错台,并对管片有一定的保护作用。套筒与直螺栓的受力配合机理为:在管片产生微小错台时,套筒发生弹性变形并承担主要剪力,随着错台量增大,套筒逐渐进入塑性状态,螺栓承担主要剪力。套筒的加入能显著改善环间接头对于微小错台的控制能力,并且由于其自身具备的导向定位功能,能在管片拼装阶段就达到降低错台率和错台量的效果。足尺试验表明新型接头的破坏形式为:套筒、螺栓进入塑性状态而失效,管片发生以螺栓孔为对称中心、与水平方向成30°~45°的对称剪切破坏,管片薄弱区域为螺栓孔附近位于管片内弧面一侧的钢筋混凝土。研究成果将为此类接头今后的工程应用提供参考。

摘要：高水压及上覆淤泥层等复杂地质条件是影响海底隧道渗流特征与防排水设计的关键因素。为系统研究海底隧道周围水压分布规律及涌水量特征,基于水力学理论,推导考虑上覆淤泥层的海底隧道渗流场解析解,并建立相应的数值模型,通过与理论结果的对比分析,验证数值模型的适用性和准确性。通过数值模拟,获得海域段隧道最优限量排水方案与合理泄压值,进一步探究淤泥层厚度和覆盖率等因素对隧道涌水量及衬砌背后水压力分布特征的影响规律,揭示上覆淤泥层对海底隧道渗流特征的作用机理。结果表明:(1)随着泄压值的增大,隧道排水量呈线性递减趋势,衬砌背后水压力呈线性增大;在相同泄压值条件下,随着环向排水盲管间距的增大,隧道排水量逐渐减小,衬砌背后水压力逐渐增大。(2)在淤泥厚度为12 m时海域矿山法段隧道最优限量排放方案为半包防水型式,排水方式选取“间隔6 m环向排水盲管+纵向排水盲管”,泄压值为400 kPa。(3)淤泥层厚度和覆盖率的增加可以减小排水量并在一定程度上降低衬砌背后水压力;在弱风化花岗岩与淤泥覆盖层交界处,衬砌背后水压力出现一定程度的突变,应重点考虑通过确定的淤泥层覆盖率或局部淤泥层厚度来合理优化排水系统的排水参数。

摘要：近年来中国钻爆法隧道大力倡导机械化全工序建造,这种机械装备集成化的现代施工模式虽可有效提升掘进效率,但超长的机械装备作业线布设距离将会严重滞后二次衬砌支护时机,对软弱破碎岩层的围岩-支护结构稳定性造成威胁。通过调研隧道设计、施工规范关于确定二衬支护时机的相关原则及控制指标,梳理机械化全工序施工的作业线布设方案,提出了钻爆法隧道机械化施工背景下二衬支护时机的动态优化方法,综合围岩弹塑性本构模型,以及喷射混凝土、钢架、锚杆、二次衬砌本构模型,建立了围岩-支护结构相互作用全历程解析方法用于求解承载极限比、荷载分担比,最后计算分析了围岩安全系数的分布规律。结果表明:通过算例分析验证了提出的机械化施工二衬支护时机动态优化方法的有效性;不同强化的初支方案对应了80~120 m的机械装备作业线布设距离(二衬最晚支护时机),且二次衬砌可分担7%~13%的围岩荷载;80、100、120 m机械装备作业线布设距离对应的初支方案下,围岩整体安全系数分别为1.19、1.30、1.26,均满足安全控制基准。

摘要：为探明不同内部结构施作方案对盾构隧道管片及内部结构的抗爆性能的影响,以公轨合建盾构隧道为工程背景,建立半装配式内部结构和现浇式内部结构的三维精细化数值计算模型,采用显式动力时程法对爆炸荷载作用下管片及内部结构的动力响应及损伤特征进行计算分析。研究结果表明:与现浇式内部结构相比,半装配式内部结构的连接位置在爆炸荷载作用下的加速度响应更剧烈,纵向加速度峰值衰减速率更快,但是其内部结构损伤程度更低。此外,管片接头处的加速度峰值会出现突变现象,而且当炸药在行车空间中部爆炸时,半装配式内部结构管片接头处的加速度峰值比现浇式内部结构管片接头处的加速度峰值低20%~49%。