一般隧道洞口段覆盖较薄,且常年受到日晒雨淋等风化侵蚀作用,地质较为软弱,而雪山1号隧道更是位于青藏高原腹地,受高海拔、高寒、昼夜温差大、强风等影响,洞口段围岩为多年冻土冰雪堆积层,大小混杂,空隙填充角砾、砂及粉土,无粘结力,不易形成压力拱抵抗围岩压力,给隧道的进洞施工、洞身开挖带来很大难度,并且软弱破碎围岩隧道往往伴随较大应力或偏压力,致使隧道初期支护变形、侵限。因此,怎样利用合适的超前支护方式确保隧道安全进洞,如何选择隧道洞身开挖及初期支护方法,即能保障隧道施工安全质量,又能降低工程投入、提高工作效率,是当前浅埋软弱破碎围岩隧道施工经常面临的问题,雪山1号隧道洞口段多年冻土冰雪堆积层的施工方法,可为同类地区隧道工程施工提供参考。
一般隧道洞口段覆盖较薄,且常年受到日晒雨淋等风化侵蚀作用,地质较为软弱,而雪山1号隧道更是位于青藏高原腹地,受高海拔、高寒、昼夜温差大、强风等影响,洞口段围岩为多年冻土冰雪堆积层,大小混杂,空隙填充角砾、砂及粉土,无粘结力,不易形成压力拱抵抗围岩压力,给隧道的进洞施工、洞身开挖带来很大难度,并且软弱破碎围岩隧道往往伴随较大应力或偏压力,致使隧道初期支护变形、侵限。因此,怎样利用合适的超前支护方式确保隧道安全进洞,如何选择隧道洞身开挖及初期支护方法,即能保障隧道施工安全质量,又能降低工程投入、提高工作效率,是当前浅埋软弱破碎围岩隧道施工经常面临的问题,雪山1号隧道洞口段多年冻土冰雪堆积层的施工方法,可为同类地区隧道工程施工提供参考。
为研究多年冻土隧道结构、围岩的冻融变形规律以及含水量对隧底围岩冻融循环次数和变形的影响,本文采用有限元方法进行数值模拟,采用热-力场耦合计算隧道、围岩的传热变形过程。计算结果表明:在运营期内,隧底冻土围岩及路面的融沉位移逐年减小,总体呈现向上回升趋势;冻结期隧底围岩的回冻变形减轻了融沉变形导致的隧道不均匀变形程度,因此应重点控制施工期内隧底围岩的融化沉降,加强隧底保温措施以减少围岩在运营期所经历的冻融循环次数;冻土围岩含水量越高,运营期内隧底冻土回冻速度越快,隧底围岩含水量超过27%时,融沉所导致的路面横向不均匀融沉变形将对路面的排水带来不利影响。
为研究多年冻土隧道结构、围岩的冻融变形规律以及含水量对隧底围岩冻融循环次数和变形的影响,本文采用有限元方法进行数值模拟,采用热-力场耦合计算隧道、围岩的传热变形过程。计算结果表明:在运营期内,隧底冻土围岩及路面的融沉位移逐年减小,总体呈现向上回升趋势;冻结期隧底围岩的回冻变形减轻了融沉变形导致的隧道不均匀变形程度,因此应重点控制施工期内隧底围岩的融化沉降,加强隧底保温措施以减少围岩在运营期所经历的冻融循环次数;冻土围岩含水量越高,运营期内隧底冻土回冻速度越快,隧底围岩含水量超过27%时,融沉所导致的路面横向不均匀融沉变形将对路面的排水带来不利影响。
研究目的:近年来,在我国高纬度季节冻土区,围岩冻胀导致隧道衬砌开裂、春融期渗漏水等病害时有出现,严重影响隧道和列车运营安全。本文以我国西北地区某铁路线隧道为例,采用现场测试、室内试验、数值模拟等手段研究季节冻土区隧道冬季边墙纵向开裂原因及其主要影响因素。研究结论:(1)修建在强风化砂泥岩地层中的隧道,当围岩含水率为12. 3%、围岩冻结深度达60 cm时,在冬季持续负温作用下,边墙最大拉应力为2. 28 MPa,大于C30混凝土的极限抗拉强度,边墙会出现水平冻胀裂缝,若考虑衬砌承担部分围岩荷载,边墙纵向开裂程度会加剧;(2)冻胀力荷载作用下,衬砌开裂具有对称性、季节性、积累性等特点,裂缝在冬季出现,分布在边墙中间位置,气温回升后,具有收缩性;(3)季节冻土区围岩冻胀力荷载计算宜以围岩冻结圈厚度和含水率为主要指标;(4)本研究成果可供季节冻土区隧道设计、运营维护参考。
青海省共和至玉树公路鄂拉山隧道出口段为Ⅴ级围岩、存在多年冻土浅埋段,给隧道施工造成很大困难,施工时正处于本地的夏季、雨季,洞门开挖难度大,安全风险高,因此,采用中隔壁导坑施工。论文介绍了中隔壁导坑法的施工思路、施工方法、施工工艺,给出了围岩支护参数的具体数值和工程质量控制重点,为类似工程提供参考。
季节性冻土的冻融变化是隧道产生冻害的主要原因,隧道温度场分布规律研究是季节性冻土区隧道冻害研究的技术基础。以运营的准池铁路杀虎口隧道为工程背景,通过建立数值模型对隧道温度场进行分析。研究结果表明:围岩温度场随外界气温的季节性变化而呈周期性变化,每年11月至来年3月份为冻结期,10月和4月为反复冻融期;每年相同时间的围岩冻结深度随年数的增加而逐渐增大,7～10年达到基本稳定期。
为了明确多年冻土地区公路隧道承受的围岩荷载,给其结构设计提供科学依据,针对冻胀荷载的计算方法以及围岩荷载的组合形式进行了研究。考虑围岩不均匀冻胀特性,推导了不均匀冻胀时圆形隧道冻胀荷载的解析解;建立了冻胀荷载的有限元数值分析方法,揭示了围岩性质、埋深、衬砌形状对冻胀荷载的影响规律;对冻胀荷载包络图进行简化并分解,拟合了适用于曲墙式衬砌的冻胀荷载简化计算公式,并给出了荷载分布特征参数和量值特征参数;总结了多年冻土区公路隧道荷载组合形式。结果表明:冻胀荷载实测值为0.8,1.03MPa时,提出的冻胀荷载解析公式的计算值为0.62,1.12 MPa,与实测值吻合较好;以有限元数值方法计算结果为参照,冻胀荷载的简化计算方法平均相对误差为5.13%,可满足工程应用的精度要求。
为了明确多年冻土地区公路隧道承受的围岩荷载,给其结构设计提供科学依据,针对冻胀荷载的计算方法以及围岩荷载的组合形式进行了研究。考虑围岩不均匀冻胀特性,推导了不均匀冻胀时圆形隧道冻胀荷载的解析解;建立了冻胀荷载的有限元数值分析方法,揭示了围岩性质、埋深、衬砌形状对冻胀荷载的影响规律;对冻胀荷载包络图进行简化并分解,拟合了适用于曲墙式衬砌的冻胀荷载简化计算公式,并给出了荷载分布特征参数和量值特征参数;总结了多年冻土区公路隧道荷载组合形式。结果表明:冻胀荷载实测值为0.8,1.03MPa时,提出的冻胀荷载解析公式的计算值为0.62,1.12 MPa,与实测值吻合较好;以有限元数值方法计算结果为参照,冻胀荷载的简化计算方法平均相对误差为5.13%,可满足工程应用的精度要求。
在多年冻土区隧道施工过程中,围岩温度场和冻融圈的控制是保证隧道围岩稳定性和结构安全性的关键因素。文章建立了考虑水泥水化放热的隧道围岩二维非稳态温度场的传热模型,在此基础上分析了喷射混凝土前后围岩温度场的变化规律,以及喷混凝土的施作时机与厚度对围岩冻融圈的影响规律,并与现场实测结果进行了对比分析。研究结果表明,计算结果的整体趋势与现场实测值吻合,距离洞壁0.5 m以外的围岩温度,二者误差不超过0.5℃。在喷射混凝土之前,各深度的围岩温度呈现缓慢增长趋势。喷混凝土施工完成后,由于水泥水化热影响,距洞壁深度1.0 m以内的围岩温度呈现陡升—下降—趋于稳定的规律,且当喷混凝土施工每延迟1 d,或其厚度每增加5cm时,围岩冻融圈深度增加约10 cm。