马士伟[1]2003年在《单线铁路隧道全环整体模筑衬砌结构优化设计研究》文中研究说明现场调查表明，铁路运营隧道病害严重，有的危及行车安全，其健康状况不容乐观。究其原因，仅就现行铁路隧道结构形式来说(尚未考虑到施工质量、运营环境的变化、水文地质条件劣化等因素)，隧道病害有两方面值得引起人们的关注。一方面，采用现行隧道标准图施工的隧道结构形式存在着不合理性和低适应性，特别是其下部存在弊端；另一方面，采用现行广为使用的普通台车衬砌质量难以保证。本文针对单线电化铁路隧道复合式衬砌标准图存在的问题进行了结构优化设计研究，提出了全环整体模筑衬砌的概念和若干种方案，并对其进行围岩稳定性分析、技术经济比较和综合受力分析，在此基础上提出了建议采用的设计方案。最后对相配套的施工设备--单线铁路隧道全环整体模筑衬砌台车和施工工艺进行了研究，并提出建议。 本文在以下几个方面进行了重点研究，并有一定的理论创新和技术突破： 1．通过调研国内外隧道设计现状发现，我国隧道设计中采用的标准图与国外相比存在差距。具体表现在：国外隧道重视底部结构，并在一定条件下(如高速)增加基底回填的弹性。我国铁路隧道设计中普遍存在“重拱轻底”的思想，由于基底结构薄弱而引起的隧道病害问题严重。因此，对标准图进行结构优化设计势在必行。 2．在满足优化设计原则的条件下进行了单线铁路隧道断面形式结构优化设计，提出了7种备选方案。并对7种方案和标准图方案进行了隧道全断面开挖后围岩稳定性比较，从中找出隧道开挖后对围岩稳定最有利的断面形式。 3．采用目前铁路隧道设计中常用的“荷载—结构”模式，以Ⅴ级围岩条件为例，对各种方案进行了衬砌结构受力安全度比较。计算结果表明，标准图方案在隧道底部水沟附近结构安全系数偏小，是隧道病害的多发部位，这与实际的观测结果也比较符合。建议采用的优化方案在隧道底部结构安全度满足要求，并且综合力学性能也强于标准图方案。 4．对单线铁路隧道全环整体模筑衬砌台车和施工工艺进行了研究。该台车不仅能消除目前铁路隧道施工中存在的施工纵缝，特别是能减少衬砌施工对装碴运输的影响，从而提高施工速度，保证隧道衬砌质量。 本文最后就主要结论、存在的问题、以及技术展望进行了论述，提出了自己的观铁道科学研究院硕十学位论文点和见解。
高菊如, 梅志荣, 文志勇, 马士伟[2]2006年在《铁路隧道全环整体模筑衬砌结构与设备的优化设计研究》文中指出针对目前铁路运营隧道频繁发生病害等问题,本文在调研国内外铁路隧道衬砌结构设计和施工现状的基础上,提出了铁路隧道全环整体模筑衬砌结构形式和建议采用的优化设计方案。同时,通过对优化方案的结构受力比较和对比模型试验验证了其合理性和科学性。另外,本文还就上述的全环衬砌新结构的特点,研制了与之配套的新型的全环整体模筑衬砌设备。
马士伟, 章元爱, 梅志荣[3]2005年在《铁路客运专线隧道全环整体模筑衬砌结构形式的试验研究》文中提出针对目前铁路运营隧道频繁发生病害等问题,本文在调研国内外铁路隧道衬砌结构设计和施工现状的基础上,提出了铁路客运专线隧道全环整体模筑衬砌结构形式和建议采用的优化设计方案。同时,对优化方案进行了结构受力比较和对比模型试验,验证其合理性和科学性。最后,对现行铁路隧道衬砌结构的改进和发展提出了几点建设性意见。
马士伟, 梅志荣[4]2003年在《铁路隧道Ⅳ级围岩全环整体模筑衬砌结构断面形式研究》文中提出针对铁路运营隧道病害发生的原因和新建隧道底部结构质量问题,在国内外调研资料的基础上,利用有限元软件对不同衬砌结构形式进行了分析。提出了适用于新建铁路隧道全环整体模筑衬砌结构优化设计方案。
陈敬军[5]2005年在《矿山法施工的铁路隧道装配式衬砌力学特性研究》文中进行了进一步梳理从国内外装配式衬砌的发展现状来看,其主要应用于盾构隧道,而在矿山法修建隧道中应用较少。目前国内铁路隧道大多采用矿山法施工,而采用预制构件不仅可以提高工程质量和修建速度,还可以降低成本、改善施工环境。同时这也是隧道施工工厂化技术发展的必然趋势。因此装配式衬砌在矿山法施工的铁路隧道中有着广阔的应用前景,从而针对矿山法施工隧道装配式衬砌的力学特性进行研究是很有必要的。 本文根据国内外隧道设计计算的模型,运用有限元数值模拟对矿山法施工隧道的装配式衬砌的力学特性进行了研究,主要有以下几个重点研究内容: ① 借鉴国内外铁路隧道和盾构隧道的设计经验以及已有的研究成果,分析和探讨了适用于矿山法施工的装配式衬砌隧道结构计算的“荷载—结构法”和“围岩—结构法”。 ② 对单线铁路隧道标准断面进行了优化设计,并通过优化设计确定适合于装配式衬砌的隧道断面型式。 ③ 按照“综合考虑结构的受力、构件的制作与安装等因素”的构件划分原则,提出5种备选构件划分方案;通过对结构受力合理性和施工可行性等方面的对比分析,确定了适用于全预制衬砌结构的最佳构件划分方案。 ④ 采用“荷载—结构法”计算模型,有限元数值分析法研究了不同的结构设计参数、围岩弹性反力系数对衬砌结构内力状况的影响,同时分析了在考虑错缝拼装的空间效应时衬砌结构的受力特性。 ⑤ 结合矿山法施工特点和装配式衬砌结构的特殊性,采用有限元法对隧道施工动态进行了数值模拟,结果表明施工中初期支护的设置将对衬砌管片的受力和围岩塑性区产生明显影响;注浆压力的增大将使施工阶段的隧道衬砌内力增加,围岩塑性区减小,而对竣工后隧道结构的受力状况影响很小。 本文最后就主要的结论、研究的不足与建议进行了论述,提出了自己的观点和见解。
赵勇[6]2012年在《隧道软弱围岩变形机制与控制技术研究》文中研究指明当前我国大规模的隧道建设中,软弱围岩隧道的设计与施工难题一直困扰着广大隧道建设者。软弱围岩隧道通常表现为围岩变形大,甚至发生坍塌等安全事故；施工进度缓慢,严重制约工程的工期。出现这些问题的主要原因是对隧道围岩特别是软弱围岩的变形机制、发展演化规律等认识不足,采取的控制技术与方法缺乏针对性等。针对这一系列问题,本论文对软弱围岩地质特征与工程影响评价、变形机制与时空效应、支护结构与围岩作用体系、隧道软弱围岩变形控制技术等进行了系统深入研究,取得了以下主要研究成果：(1)系统总结提出隧道工程软弱围岩的含义；分析了软弱围岩的地质特征、变形特征和强度特征；根据软弱围岩的力学特征,提出了铁路隧道软弱围岩的分级标准建议,将软弱围岩分为软岩I级、软岩II级和软岩III级共叁个等级。(2)隧道断面尺寸对围岩的变形机制和变形控制基准有较大影响,为方便研究软弱围岩隧道的变形控制对策,本文提出了铁路隧道断面等级和跨度分级建议,将隧道断面分为小断面、中断面、大断面和特大断面4级,将隧道跨度分为小跨度、中跨度、大跨度和特大跨度4级。(3)分析提出了围岩变形的分布规律。围岩变形在空间上可分为叁部分,即掌子面前方的超前变形、掌子面挤出变形和掌子面后方变形,这叁部分变形是同时发生的。软弱围岩隧道变形量大、变形持续时间长、掌子面前、后方变形影响范围大、变形速度快是软弱围岩隧道变形的特点。(4)基于隧道施工过程中应力释放与应力控制动态作用关系的研究,建立了由围岩、超前支护、初期支护和二次衬砌组成的软弱围岩隧道结构体系,并阐述了各个构件在该结构体系中的力学作用。支护结构分为超前支护、初期支护和二次衬砌,其中超前支护和初期支护与围岩体共同形成承载结构,二次衬砌仅作为安全储备,主要承担附加荷载和残余变形引起的荷载。(5)建立了考虑围岩应力释放的隧道结构体系理论模型,并采用数值方法验证了其正确性,指出为避免或尽量减小出现过量围岩塑性变形,一方面要及时支,护,减小支护结构施做前的围岩应力释放；另一方面要使支护结构具有一定的刚度,尤其是早期刚度,以提供足够的支护抗力来抵制过量围岩塑性变形的发生。(6)开挖方法和支护措施是围岩变形控制的两个方面,开挖使得围岩释放应力,支护则是控制应力释放的方法,支护结构和围岩的稳定是变形控制的目标。围岩变形控制原理就是根据围岩变形的时空分布规律,采取合理的开挖方法和支护措施,控制掌子面前方、掌子面、以及掌子面后方变形,使围岩变形控制在变形基准值以内,以保持围岩和隧道结构的长期稳定。(7)软弱围岩变形预测分为施工前的变形预测和施工过程中的变形预测两个阶段。数值法和基于自身量测数据的统计分析法是比较接近实际又便于实施的变形预测法。研究提出了我国铁路隧道净空位移、拱顶下沉、掌子面前方超前变形、掌子面挤出变形、掌子面后方变形速度的管理基准建议。(8)提出了软弱围岩变形控制的方法和支护结构设计原则。即采用超前支护,控制掌子面的超前变形和拱顶下沉；采用掌子面支护,控制掌子面挤出变形；加强初期支护,控制开挖掌子面后方变形；采用辅助支护措施,控制掌子面的稳定和初期支护的拱脚位移；采用二次衬砌,合理预留支护结构的安全储备,控制隧道建成后的残余变形。研究提出了软弱围岩隧道支护结构设计的原则、设计流程和支护结构设计参数。(9)以兰渝铁路桃树坪隧道和贵广铁路天平山隧道为例,阐述了软弱围岩隧道掌子面前方变形和掌子面后方变形的控制实践,按照本课题的研究成果,均取得了很好的控制围岩变形效果。
肖明清[7]2013年在《大型水下盾构隧道结构设计关键问题研究》文中提出当前,我国正处于大型水下隧道建设的快速发展期,在国家经济发展的需求下,大批的大型水下隧道工程正开工建设,其中大量采用了盾构法修建。然而,在面临水下复杂地质环境、结构大型化的挑战时,原有的盾构隧道结构设计经验、理论、技术与方法都呈现出了一些问题,如何完善大型水下盾构隧道结构设计方法,保障隧道结构安全、经济、合理、耐久已然成为亟待解决的关键问题。鉴于此,本文针对大型水下盾构隧道结构设计中存在的若干关键问题开展研究,具有重要工程价值。论文以作者主持设计的几座典型的大型水下盾构隧道——广深港高速铁路狮子洋隧道、南京长江隧道、武汉长江隧道、武汉叁阳路长江隧道等为背景,结合国家高技术发展计划(863计划)课题——“大型跨江海隧道结构力学特征及整体化设计方法研究”等国家重大课题开展研究工作,紧紧围绕大型水下盾构隧道结构设计的关键问题,分别从整体化设计方法、荷载取值、结构合理化设计参数以及结构分析方法等多个方面开展深入的研究,得到主要研究结论如下1、提出了水下盾构隧道整体化设计的概念,建立了水下盾构隧道整体化设计的基本架构,明确了水下盾构隧道整体化设计的目标与影响因素与设计思路,提出了采用层次分析法、模糊综合评判法和专家综合评估法等数学方法建立水下盾构隧道整体化设计的评估理论和决策方法,采用线性规划、非线性规划、无约束优化方法、蒙特卡罗法和人工神经网络法等寻求最优设计方案的整体化设计构思,并采用整体化设计方法对狮子洋隧道衬砌结构设计方案进行最优化比选。2、从盾构施工对围岩的影响以及围岩-结构的相互作用两方面考量水下盾构隧道荷载的产生与作用效应,分析了泥水盾构施工过程中泥水作用、流固耦合效应、盾尾注浆及管片壁后注浆、围岩-结构的相互协调作用等“施工效应”对于水下盾构隧道荷载的影响。在此基础上,提出了考虑泥水盾构“施工效应”的修正收敛-约束法。以广深港高速铁路狮子洋隧道为例,针对软土、硬岩、软硬不均地层开展了水、土压力荷载的现场实测,证实了泥水盾构施工效应对于大断面水下盾构隧道施工期乃至最终受荷的重要影响,验证了修正收敛-约束法的适用性与可靠性,并对目前水下盾构隧道常用的荷载计算方法提出了使用建议。3、从结构受力性能、隧道防水及结构可靠性、施工难易程度以工程造价与工期等方面综合考量衬砌结构性能,提出了适应于河床冲淤变化及水位变化的非封闭内衬型双层衬砌。从管片制作、运输、安装及受力特性等方面深入对比分析,给出了大型水下盾构隧道管片衬砌结构分块方式、管片厚度以及管片幅宽的合理化取值参数。对不同螺栓连接形式、接缝防水类型对接头受力特性和防水性能的影响进行分析,并在此基础上给出了大型水下盾构隧道接头连接方式以及接缝防水措施建议。4、针对大型水下盾构法隧道结构特点及荷载复杂环境的影响,建立了以考虑接头刚度迭代算法的梁-弹簧模型为主,考虑管片开裂影响的梁-弹簧模型以及考量幅宽影响的叁维壳-弹簧模型为辅的,能够综合考量接头刚度的非线性迭代取值、管片错缝拼装效应、裂缝影响以及幅宽影响的大型水下盾构法隧道管片衬砌结构横向分析方法体系。提出了能够准确考虑管片环及接头力学特征的叁维多环轴向等效刚度模型,弥补了既有叁维骨架模型建模单元数目巨大以及建模过程复杂的不足,为大型盾构隧道管片衬砌纵向力学分析提供了实用方法。
章元爱[8]2006年在《TBM隧道围岩稳定和支护结构受力特性研究》文中提出本文在调研国内外TBM隧道资料的基础上，以辽宁省某输水工程的主体工程中TBM施工段为实际运用背景，采用数值计算方法对TBM隧道与钻爆法隧道在隧道围岩稳定性、支护结构受力性能以及支护结构的经济性等方面进行了分析比较。 本文主要对以下几方面进行了重点研究： 1．研究了地下结构以及TBM隧道的支护结构形式，现有条件下的隧道围岩分级，以及地质条件对TBM隧道的影响，提出了适合于TBM隧道的围岩分级以及TBM隧道的支护结构参数推荐表。 2．对不良地质条件对TBM隧道施工和支护的影响进行了分析，调研了相关工程的处理措施，并在此基础上总结了TBM隧道过不良地质地段的处理方法。 3．对相同围岩条件下采用TBM法和钻爆法进行施工的隧道围岩稳定性以及结构的力学性能方面进行了计算分析。计算结果表明，TBM隧道在各方面都优于钻爆法隧道。同时，在经济性方面，TBM隧道也优于钻爆法隧道，这对于经济发展和隧道工程的技术进步都是有利的。 最后对本文的主要结论、存在的不足以及展望进行了论述，提出了自己的观点和见解。
李健[9]2012年在《大断面黄土隧道初支作用机理及变形控制技术研究》文中指出随着我国高速铁路的飞速发展,相应的基础建设经验、理论也随之迅速发展。已修建并投入运营的郑西高速铁路包含有总计38座隧道、总长77km,隧道开挖断面达170m2左右。虽然此前我国有较为丰富的黄土铁路隧道修建经验,但是尚未有隧道单洞开挖面积达170m2的先例。对于这种环境下的隧道工程,如果采用之前的隧道设计理念,以经验设计为主,将很难保证能根据不同围岩地质条件,选择合理的开挖方法、超前支护、初期支护、以及有效地控制地层移动和地表沉降的技术。现有的黄土隧道设计理念将严重制约隧道建设的科学化、规范化,会直接影响隧道工程及既有地面构筑物的安全性、经济性。本文以郑西线黄土隧道洞群为依托工程,对大断面黄土隧道的支护作用机理及变形特征进行系统深入的研究,得到以下主要研究成果：(1)分别在深埋、浅埋大断面黄土隧道开展隧道变形特征研究。分别在深、浅埋大断面黄土隧道设置地表与洞内位移现场监测试验段,通过分析现场监测数据发现,浅埋段黄土隧道施工引起的地表沉降量大,而且难以控制,地表易出现裂缝,无论深浅埋隧道拱部初期支护都呈现整体下沉的趋势,且拱脚不够稳定等。(2)分别在深埋、浅埋大断面黄土隧道开展系统锚杆作用机理研究。分别在深、浅埋黄土隧道设置有、无系统锚杆对比试验段,通过分析现场监测数据发现,对于浅埋大断面黄土隧道,拱部取消系统锚杆后,能缩短各工序的施工时间,相比设置锚杆情况下反而有利于控制围岩变形；对于深埋大断面黄土隧道,设置或不设置系统锚杆下围岩变形量相当。采用理论分析手段,基于围岩变形理论及锚杆中性点理论研究黄土隧道锚杆—围岩的相互作用机制,发现黄土隧道拱部与边墙位移分布模式存在显着的不同,从而导致了锚杆在隧道不同位置处,作用不同。基于锚杆—围岩相互作用机制及离心加载有限元分析,提出了大断面黄土隧道中锚杆设计参数。(3)在浅埋大断面黄土隧道开展不同钢架形式作用机理研究。在浅埋黄土隧道分别设置型钢钢架、格栅钢架对比试验段,现场对比试验结果表明,两种钢架初期支护变形相当；两种钢架的应力均在允许值范围之内,但格栅钢架应力较小；格栅钢架围岩—初期支护接触压力分布较均匀；两种钢架组合支护在控制大断面黄土隧道拱顶下沉方面无明显差异,型钢钢架组合支护在控制隧道初期支护水平收敛位移方面具有一定优势。基于混凝土早期强度,建立组合支护与围岩的特征曲线,研究围岩与组合支护的相互作用机制,最终得到在大断面黄土隧道中格栅钢架适用条件,以及在不同围岩条件下钢架的设计参数。(4)采用现场监测、理论分析及数值计算等手段研究浅埋大断面黄土隧道地表沉降控制技术。通过理论分析、数值计算等综合手段分析试验段监测数据,揭示了浅埋黄土隧道地层沉降变形规律,并在此基础上分析地层变形的影响因素；得到了浅埋大断面黄土隧道地表沉降控制基准；提出了减小开挖面积、侧导多台阶开挖、预留核心土、快速封闭及加强超前支护、初期支护、大拱脚等一系列沉降控制关键技术,最终保障了阌乡隧道顺利下穿连霍高速公路。
刘青松[10]2010年在《油气管道隧道衬砌结构优化研究》文中研究表明目前,隧道方案已经成为长距离油气管道通过山区的一个主选方案。一般情况下这种隧道断面小,荷载条件复杂,其衬砌的受力特点与铁路、公路隧道有所区别,所以其衬砌结构设计也逐渐成为研究的热点项目。本文以“西气东输二线”油气管道隧道工程为依托,以数值模拟计算为主要研究手段,主要对以下几个方面进行了研究。(1)通过模拟不同断面形式的油气管道隧道,确定小断面隧道的合理衬砌断面形式。(2)通过对油气管道隧道整体式衬砌的断面尺寸进行调整,使之既能满足设计要求,又能降低工程造价,以期达到最优化断面。(3)通过对油气管道隧道装配式衬砌进行各种方案的装配式砌块分块设计,并且通过结合矿山法施工特点和装配式衬砌结构的特殊性,采用有限元法对采用装配式衬砌的油气管道隧道施工过程进行数值模拟,研究油气管道隧道采用装配式衬砌结构的可行性。通过对以上几个方面的研究,得出以下结论：(1)因油气管道隧道开挖断面小,其衬砌断面优先采用直墙圆弧拱形衬砌。(2)对油气管道隧道五种装配式衬砌的构件划分方案的比较,认定拱顶错缝拼装方案为最佳方案。(3)当油气管道隧道采用装配式衬砌时,需考虑初期支护和注浆压力的影响,并认为在一定范围内初期支护的设置有利于发挥围岩的自承能力,而注浆压力对于装配式砌块的受力影响不能忽视,在油气管道隧道设计中必须充分考虑。
参考文献：
[1]. 单线铁路隧道全环整体模筑衬砌结构优化设计研究[D]. 马士伟. 铁道部科学研究院. 2003
[2]. 铁路隧道全环整体模筑衬砌结构与设备的优化设计研究[C]. 高菊如, 梅志荣, 文志勇, 马士伟. 中国交通土建工程学术论文集（2006）. 2006
[3]. 铁路客运专线隧道全环整体模筑衬砌结构形式的试验研究[C]. 马士伟, 章元爱, 梅志荣. 铁路客运专线建设技术交流会论文集. 2005
[4]. 铁路隧道Ⅳ级围岩全环整体模筑衬砌结构断面形式研究[J]. 马士伟, 梅志荣. 隧道建设. 2003
[5]. 矿山法施工的铁路隧道装配式衬砌力学特性研究[D]. 陈敬军. 西南交通大学. 2005
[6]. 隧道软弱围岩变形机制与控制技术研究[D]. 赵勇. 北京交通大学. 2012
[7]. 大型水下盾构隧道结构设计关键问题研究[D]. 肖明清. 西南交通大学. 2013
[8]. TBM隧道围岩稳定和支护结构受力特性研究[D]. 章元爱. 铁道部科学研究院. 2006
[9]. 大断面黄土隧道初支作用机理及变形控制技术研究[D]. 李健. 北京交通大学. 2012
[10]. 油气管道隧道衬砌结构优化研究[D]. 刘青松. 西南交通大学. 2010
标签：公路与水路运输论文; 装配式论文; 掌子面论文; 复合式衬砌论文; 围岩分级论文; 盾构管片论文; 荷载组合论文; 支护论文;