基于荷载结构法的隧道初期支护设计方法研究 被引量：28

1

作者 肖明清 王少锋 +1 位作者 陈立保 徐晨 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2018年第4期60-64,共5页

研究目的:现有隧道初期支护的设计方法主要有工程类比法、地层结构法、特征曲线法等,这些方法在实际工程应用中均存在一定的局限性和困难,且没有提出明确的安全系数要求,导致设计的可靠性降低,不便于设计应用,因此有必要研究便于量化设... 研究目的:现有隧道初期支护的设计方法主要有工程类比法、地层结构法、特征曲线法等,这些方法在实际工程应用中均存在一定的局限性和困难,且没有提出明确的安全系数要求,导致设计的可靠性降低,不便于设计应用,因此有必要研究便于量化设计并具有明确安全系数的荷载结构法。研究结论:(1)本文所建立的初期支护荷载结构模型,可以得出初期支护的具体安全系数;(2)在锚杆长度满足模型三所需安全系数的前提下,喷锚组合支护的安全系数由喷层和锚杆各自的安全系数相加而成;(3)初期支护的最小安全系数取值需要根据计算模型的计算精度、初期支护的设计作用以及隧道工程的特点等因素综合确定,建议初期支护作为承载主体时为1.8～2.1,作为临时支护时为1.3～1.5;(4)现行时速350 km高速铁路双线隧道深埋Ⅲ、Ⅳ级围岩支护参数的安全性计算结果表明,当初期支护作为承载主体时,Ⅲ级围岩支护参数具有一定的优化余地,Ⅳ级围岩支护参数能适应400 m以内埋深;当初期支护仅作为临时承载结构时,Ⅳ级围岩支护参数能适应1 000 m以内埋深;(5)隧道埋深对围岩压力影响较大,建议按照不同埋深进行初期支护设计,以提高经济性;(6)本研究结果可为隧道初期支护设计提供思路和方法。 展开更多

关键词 初期支护 设计方法 荷载结构法 安全系数法

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基于荷载结构法和强度折减法的人防工程安全性评估方法 被引量：10

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作者 曹嘉祺 王洪新 +1 位作者 王平 孙德安 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2105-2114,共10页

科学有效地对既有人防工程结构进行安全评估,已成为保证城市地下安全的关键。为了克服现有安全评估方法的不足,提出了基于荷载结构法和强度折减法的安全评估方法。利用荷载结构法,将土体对人防工程衬砌的作用转化为荷载以及地基弹簧作用... 科学有效地对既有人防工程结构进行安全评估,已成为保证城市地下安全的关键。为了克服现有安全评估方法的不足,提出了基于荷载结构法和强度折减法的安全评估方法。利用荷载结构法,将土体对人防工程衬砌的作用转化为荷载以及地基弹簧作用,采用混凝土损伤塑性模型模拟衬砌结构损伤情况,通过荷载增大法和刚度折减法得到衬砌的安全系数值K1;采用强度折减法对土体-衬砌进行有限元建模分析,得到结构或围岩土体破坏时的安全系数值K2。结构的整体安全系数K为两者的较小值。利用上述方法分析了裂缝工况、水位变化等不同因素对结构安全系数的影响。结果表明:荷载结构法和强度折减法均可用于人防工程结构的安全评估;结构的安全系数主要受裂缝和水位的影响,裂缝越深,对结构的安全越不利,安全等级越低;当地下水位高于结构底部且内部渗水时,水位越高,结构越安全;结构内部不渗水时,水位越高,结构安全系数越小。人防工程结构安全的定量评估有利于工程后续处置,研究成果为地下结构安全评估提供了新途径。 展开更多

关键词 人防工程 安全评估 荷载结构法 强度折减法

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浅埋无中导洞连拱隧道先行洞衬砌承担围岩荷载确定方法 被引量：3

3

作者 汤华 姜成业 +2 位作者 邓琴 毕钛俊 秦雨樵 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1170-1180,共11页

不同于常规隧道衬砌结构,无中导洞连拱隧道先行洞衬砌施作稳定后还要受到邻近后行洞开挖的二次扰动,后行洞开挖对先行洞衬砌受力的影响不可忽视。依托杨家寨公路隧道工程,基于考虑了后行洞开挖影响的隧道围岩压力计算方法,结合现场监测... 不同于常规隧道衬砌结构,无中导洞连拱隧道先行洞衬砌施作稳定后还要受到邻近后行洞开挖的二次扰动,后行洞开挖对先行洞衬砌受力的影响不可忽视。依托杨家寨公路隧道工程,基于考虑了后行洞开挖影响的隧道围岩压力计算方法,结合现场监测位移数据采用荷载-结构法进行位移反分析,提出了一种确定浅埋无中导洞连拱隧道先行洞衬砌承担围岩荷载的方法,最后和衬砌背后围岩荷载现场监测值进行对比验证。研究结果表明:后行洞开挖对先行洞衬砌承担围岩荷载的影响较为显著,监测点增长幅度均值高达142%;先行洞衬砌受力呈现“拱腰较小,拱顶及拱肩较大”的分布规律,且靠近后行洞一侧拱肩位置受力最大;通过现场监测位移反分析得到的先行洞衬砌受力结果和现场监测结果较为一致,论证了该方法的合理性和实用性,研究成果可为无中导洞连拱隧道结构设计提供参考。 展开更多

关键词 荷载结构法 无中导洞连拱隧道 位移反分析 衬砌受力

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含空洞-减薄病害的超大跨隧道服役安全研究

4

作者 麻建飞 贾港帅 +3 位作者 江波 陈征 凌小康 贺少辉 《浙江大学学报(工学版)》 北大核心 2025年第4期698-705,729,共9页

统计19座高铁隧道衬砌病害的分布规律,修正含空洞隧道围岩压力计算方法,数值仿真分析组合病害对服役期超大跨铁路隧道内力和安全性的影响.结果表明:空洞-减薄组合病害占统计病害的39.3%,是铁路隧道出现频率最高的病害类型;组合病害在拱... 统计19座高铁隧道衬砌病害的分布规律,修正含空洞隧道围岩压力计算方法,数值仿真分析组合病害对服役期超大跨铁路隧道内力和安全性的影响.结果表明:空洞-减薄组合病害占统计病害的39.3%,是铁路隧道出现频率最高的病害类型;组合病害在拱顶处的出现频率最高,为0.78.将空洞影响区域下降段的围岩压力替换为幂函数分布,推导出比现有线性分布方法更符合实际情况的含空洞隧道围岩压力计算方法.组合病害导致超大跨隧道衬砌结构内力和安全系数在病害作用区和影响区剧烈变化,安全系数最大降低61.68%.组合病害和衬砌劣化显著影响超大跨隧道服役安全性,服役时间越长,对结构安全性的影响越显著.以素混凝土最小安全系数为2.0、2.4、2.8和钢筋混凝土最小安全系数为1.70、2.04、2.38为界限,建立超大跨铁路隧道含组合病害的衬砌安全评价分级和管理标准. 展开更多

关键词 隧道工程 衬砌病害 荷载结构法 组合病害 数值模拟

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大跨度傍山棚洞衬砌结构安全性分析

5

作者 潘世强 李贻伟 《重庆交通大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2010年第1期76-79,共4页

运用荷载结构法,计算棚洞三维衬砌结构各单元的内力值,并根据其衬砌结构的配筋情况进行安全性计算。数值模拟表明:棚洞衬砌结构的最大轴力出现在靠山侧边墙墙脚位置,最大负弯矩出现在曲墙中央区域,最大正弯矩出现在左顶板中央区域;跨中... 运用荷载结构法,计算棚洞三维衬砌结构各单元的内力值,并根据其衬砌结构的配筋情况进行安全性计算。数值模拟表明:棚洞衬砌结构的最大轴力出现在靠山侧边墙墙脚位置,最大负弯矩出现在曲墙中央区域,最大正弯矩出现在左顶板中央区域;跨中处断面衬砌结构的安全系数较柱顶支座处断面衬砌结构的安全系数略高,整个衬砌结构的安全系数满足相关JTGD70—2004《公路隧道设计规范》要求。 展开更多

关键词 棚洞结构 衬砌 荷载结构法 安全性分析 有限元 ANSYS

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膨胀岩隧道二次衬砌结构受力特性及工程对策分析 被引量：5

6

作者 运凯 朱永全 郭小龙 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第17期7539-7548,共10页

膨胀岩对水敏感性强,遇水发生膨胀变形,并产生膨胀压力。为探究膨胀岩隧道在膨胀压力作用下的结构受力特性,以实际隧道项目为工程背景,基于荷载结构法理论,对膨胀岩浅埋隧道在不同的膨胀位置、不同仰拱矢跨比和不同仰拱厚度时的二次衬... 膨胀岩对水敏感性强,遇水发生膨胀变形,并产生膨胀压力。为探究膨胀岩隧道在膨胀压力作用下的结构受力特性,以实际隧道项目为工程背景,基于荷载结构法理论,对膨胀岩浅埋隧道在不同的膨胀位置、不同仰拱矢跨比和不同仰拱厚度时的二次衬砌结构的受力特性及变形规律进行了分析和研究。研究结果表明:隧道常规设计断面下,当围岩发生膨胀时,结构承载力不足;当围岩在隧道仰拱和边墙处发生局部膨胀,此工况下的仰拱及拱脚位置处的内力最大,仰拱隆起变形最大,对结构的危害最大;提高仰拱矢跨比和加大仰拱厚度可降低结构内力和抑制仰拱隆起变形,发挥重要作用,但二者提高到一定范围后作用减弱,工程中应视实际情况选择最优仰拱矢跨比和厚度;当围岩在隧道全环发生膨胀时,可通过提高结构混凝土强度等级和配筋率增大结构承载能力。 展开更多

关键词 铁路隧道 膨胀岩 荷载结构法 二次衬砌 力学特性

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沈阳地铁暗挖区间衬砌设计计算方法比较 被引量：1

7

作者 赵瑾 朱榆 《铁道建筑》 北大核心 2012年第11期45-47,共3页

针对沈阳地铁暗挖区间隧道,分别采用荷载结构模型与修正荷载结构模型(考虑初支影响荷载结构法模型)对衬砌结构内力进行计算,通过比较分析得出修正模型更符合沈阳地铁暗挖区间隧道工程的实际。并推荐使用此修正模型对沈阳地铁暗挖区间隧... 针对沈阳地铁暗挖区间隧道,分别采用荷载结构模型与修正荷载结构模型(考虑初支影响荷载结构法模型)对衬砌结构内力进行计算,通过比较分析得出修正模型更符合沈阳地铁暗挖区间隧道工程的实际。并推荐使用此修正模型对沈阳地铁暗挖区间隧道衬砌进行设计优化,可减少其配筋量,为沈阳地铁工程创造更高的经济效益和社会效益。 展开更多

关键词 地铁区间隧道 初支 二衬 荷载结构法

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某引水隧洞工程衬砌结构分析 被引量：11

8

作者 赵晓红 王海军 +2 位作者 张军 严俊 马超峰 《水电能源科学》 北大核心 2016年第7期104-107,共4页

某引水隧洞为大型供水工程中的重要工程,全面系统地验证其衬砌结构的安全稳定性对工程意义重大。首先采用荷载-结构法对典型断面衬砌结构的配筋情况进行复核,其次采用地层-结构法,借助三维数值软件FLAC^(3D)对典型断面衬砌结构进行仿真... 某引水隧洞为大型供水工程中的重要工程,全面系统地验证其衬砌结构的安全稳定性对工程意义重大。首先采用荷载-结构法对典型断面衬砌结构的配筋情况进行复核,其次采用地层-结构法,借助三维数值软件FLAC^(3D)对典型断面衬砌结构进行仿真模拟分析,并评估衬砌结构的混凝土强度是否满足要求。结果表明,引水隧洞衬砌结构应力满足混凝土强度要求,承载能力满足安全要求,为引水隧洞加固设计提供了参考。 展开更多

关键词 引水隧洞 衬砌 地层-结构法 荷载-结构法 FLAC3D

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基于Burgers蠕变模型的圆形隧道内力分析方法对比研究 被引量：5

9

作者 林文凯 晏启祥 +2 位作者 刘羲睿 吴聪 杨俊哲 《铁道标准设计》 北大核心 2016年第12期104-109,共6页

以高黎贡山TBM施工的特定段圆形隧道为工程对象,基于围岩蠕变的Burgers模型,提出了隧道衬砌内力计算的地层结构分析法和荷载结构分析法,对比研究两种分析方法的异同点和特点,得出以下结论:(1)地层结构分析法能模拟地层自重应力及其重分... 以高黎贡山TBM施工的特定段圆形隧道为工程对象,基于围岩蠕变的Burgers模型,提出了隧道衬砌内力计算的地层结构分析法和荷载结构分析法,对比研究两种分析方法的异同点和特点,得出以下结论:(1)地层结构分析法能模拟地层自重应力及其重分布、隧道开挖和支护效应,并能通过蠕变的非线性迭代获得隧道衬砌内力结果,在隧道开挖后围岩蠕变的整个过程中,模拟精度较高,但计算耗时稍长;(2)荷载结构分析法不能考虑地层自重应力以及隧道开挖支护效应,建模相对简单,计算耗时短,但计算前需准备等效节点荷载,对蠕变早期的模拟精度相对较差,对蠕变中后期的模拟结果与地层结构分析法较为一致;(3)综合考虑各种因素,建议围岩蠕变下的隧道衬砌内力分析优先选用地层结构分析法。 展开更多

关键词 隧道 围岩蠕变 衬砌内力 地层结构分析法 荷载结构分析法

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铁路隧道复合衬砌内力计算方法研究 被引量：11

10

作者 宋玉香 刘勇 齐键旭 《铁道工程学报》 EI 北大核心 2015年第8期73-75,110,共4页

研究目的:随着新奥法的普及,采用复合式衬砌的隧道越来越多,目前对其进行计算的方法主要分为荷载-结构法和地层-结构法。荷载-结构法通过弹簧支撑来模拟围岩对支护的约束,并不能真实的反映围岩与支护结构的相互作用;地层-结构法在围岩... 研究目的:随着新奥法的普及,采用复合式衬砌的隧道越来越多,目前对其进行计算的方法主要分为荷载-结构法和地层-结构法。荷载-结构法通过弹簧支撑来模拟围岩对支护的约束,并不能真实的反映围岩与支护结构的相互作用;地层-结构法在围岩压力释放率的问题上存在一定的经验性。本文从复合式衬砌角度出发,以荷载作用于地层边界的模型对复合式衬砌的初支及二衬进行计算,并与传统荷载-结构法计算结果进行对比。研究结论:(1)通过对比荷载-结构法与地层-结构法的优缺点,提出了将荷载作用于地层边界的共同作用模型,即用均匀施加在四周的荷载代替围岩产生的压力,同时又用围岩自身的形变来抑制支护结构的位移,将围岩作为荷载的传递介质,充分体现了围岩和支护结构的共同作用和变形协调;(2)采用共同作用模型对铁路隧道复合衬砌的初期支护及二次衬砌进行了内力分析,并与荷载-结构法所得结果进行对比,结果说明共同作用模型更能符合新奥法的思想,在考虑围岩相互作用的同时大大减少了计算时间;(3)本研究成果为复合衬砌内力分析提供了一种新的方法。 展开更多

关键词 复合式衬砌 共同作用模型 荷载-结构法 有限元法

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土质隧道角部土压力对衬砌结构受力影响分析

11

作者 高玄涛 《铁道工程学报》 EI CSCD 北大核心 2023年第6期69-73,81,共6页

研究目的:现行土质隧道衬砌结构设计顶部垂直土压力通常按均布荷载考虑,而隧道拱顶至拱腰之间的角部土压力荷载对衬砌结构受力的影响鲜有研究。为研究拱顶至拱腰之间的角部土压力荷载对衬砌结构受力的影响,本文依托成都地铁13号线四川... 研究目的:现行土质隧道衬砌结构设计顶部垂直土压力通常按均布荷载考虑,而隧道拱顶至拱腰之间的角部土压力荷载对衬砌结构受力的影响鲜有研究。为研究拱顶至拱腰之间的角部土压力荷载对衬砌结构受力的影响,本文依托成都地铁13号线四川师大站—娇子立交站区间暗挖隧道,采用荷载-结构法就角部土压力荷载对衬砌结构受力的影响进行分析论证,以期为后续土质隧道衬砌结构设计提供有益帮助。研究结论:(1)考虑隧道拱顶至拱腰之间的角部土压力荷载时,衬砌结构内力极值及配筋量较垂直土压力均布荷载作用模式均增大,其中轴力较弯矩增幅更大;(2)随着围岩条件的提高和隧道埋深的增加,考虑角部土压力荷载作用下隧道衬砌结构内力极值及配筋量增幅均逐渐减小,因此当隧道围岩条件较差或隧道(超)浅埋时,衬砌结构设计应合理考虑角部土压力荷载的影响,以确保隧道的长期安全性;(3)本研究成果可为后续土质隧道衬砌结构设计提供有益借鉴和参考。 展开更多

关键词 土质隧道 荷载-结构法 角部土压力荷载 衬砌受力

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不同衬砌结构缺陷对隧道结构整体安全性的影响 被引量：23

12

作者 孙铁军 王伟 +2 位作者 罗明睿 王万平 王亚琼 《建筑科学与工程学报》 CAS 北大核心 2017年第3期82-90,共9页

为研究不同衬砌缺陷对隧道结构整体安全性的影响,以某实体隧道工程为依托,采用荷载-结构法建立有限元数值模型,分别对衬砌在正常状态、强度不足、厚度不足及背后脱空4种工况下进行数值计算,对比分析了不同衬砌缺陷对结构安全性的影响。... 为研究不同衬砌缺陷对隧道结构整体安全性的影响,以某实体隧道工程为依托,采用荷载-结构法建立有限元数值模型,分别对衬砌在正常状态、强度不足、厚度不足及背后脱空4种工况下进行数值计算,对比分析了不同衬砌缺陷对结构安全性的影响。结果表明:当隧道衬砌存在强度不足和厚度不足缺陷时,缺陷部位单元的安全系数减小,而其他部位的安全系数基本不变,随着衬砌厚度不足程度的加深,相应缺陷位置的安全系数也随之降低;当衬砌背后脱空面积较大时,衬砌脱空部位与其相邻位置处的剪力和弯矩均发生正负突变,衬砌结构受力与变形模式发生改变,脱空区域安全系数明显减小,但脱空部位相邻区域衬砌结构的安全系数反而增大,其他部位安全系数没有明显变化,与正常状态下基本保持一致。 展开更多

关键词 隧道工程 衬砌结构缺陷 荷载-结构法 数值分析 安全系数

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盾构隧道结构设计模型综述 被引量：7

13

作者 武振国 常翔 叶飞 《隧道建设》 2008年第2期182-185,共4页

基于盾构隧道结构设计中常用的荷载-结构法,对盾构隧道的结构设计模型进行了全面归纳和总结,系统介绍了用于盾构隧道结构设计的结构模型及荷载模式,并分析了各模型的适用条件以及存在的问题。

关键词 盾构隧道 结构设计 计算模型 荷载-结构法

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敞开式TBM施工铁路隧道仰拱预制块关键设计参数研究 被引量：16

14

作者 符亚鹏 《铁道标准设计》 北大核心 2016年第8期79-83,共5页

以敞开式TBM施工特长铁路隧道仰拱预制块结构为研究背景,基于荷载结构设计理论,采用有限元软件ANSYS构建二维平面分析模型,研究了仰拱预制块圆心角、中心水沟沟槽深度、宽度等参数对衬砌结构变形、受力特性的影响规律。研究结果表明:圆... 以敞开式TBM施工特长铁路隧道仰拱预制块结构为研究背景,基于荷载结构设计理论,采用有限元软件ANSYS构建二维平面分析模型,研究了仰拱预制块圆心角、中心水沟沟槽深度、宽度等参数对衬砌结构变形、受力特性的影响规律。研究结果表明:圆心角对仰拱预制块变形、内力影响较小,设计中应根据仰拱预制块拼装技术及轨道结构要求来确定;中心水沟沟槽底至仰拱预制块底部间距h对仰拱预制块变形、内力影响较大,设计中间距h应大于复合式衬砌厚度;扩大中心水沟宽度,可有效降低集中应力值,在满足轨上结构承载能力的前提下,设计中可适当扩大中心水沟宽度来增大隧道排水能力。 展开更多

关键词 敞开式TBM 特长铁路隧道 荷载结构法 仰拱预制块 设计参数

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公路隧道衬砌火灾后力学行为分析 被引量：3

15

作者 李强 郭军 夏铃 《重庆交通大学学报（自然科学版）》 CAS 北大核心 2010年第5期693-696,共4页

公路隧道发生火灾后,衬砌结构将发生物理与力学性能的改变,如厚度变薄和弹模降低等。首先分析混凝土构件在火灾后的损伤机理、力学特性和耐火性能,然后根据混凝土火损等级,进一步研究衬砌结构厚度与弹性模量的变化对衬砌结构体系的影响... 公路隧道发生火灾后,衬砌结构将发生物理与力学性能的改变,如厚度变薄和弹模降低等。首先分析混凝土构件在火灾后的损伤机理、力学特性和耐火性能,然后根据混凝土火损等级,进一步研究衬砌结构厚度与弹性模量的变化对衬砌结构体系的影响。采用荷载-结构法分析超高次公路隧道结构体系在火损后的力学行为,探寻其残余承载能力及内力与变形规律,找出特征破坏点与破坏机制。 展开更多

关键词 公路隧道 火灾 二次衬砌 荷载-结构法

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盾构隧道衬砌CAD软件的设计及应用 被引量：1

16

作者 朱合华 杨金松 +1 位作者 郑国平 姜勇 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第5期632-636,共5页

基于荷载-结构法并采用面向对象的设计方法,介绍了盾构隧道衬砌计算机辅助设计(GeoFBA)软件编制的理论依据、软件的适用范围及特点。软件考虑了各种可能的线性和非线性模式以及规范验算方法,实现了计算的图形化输入,适用于管片通缝和错... 基于荷载-结构法并采用面向对象的设计方法,介绍了盾构隧道衬砌计算机辅助设计(GeoFBA)软件编制的理论依据、软件的适用范围及特点。软件考虑了各种可能的线性和非线性模式以及规范验算方法,实现了计算的图形化输入,适用于管片通缝和错逢拼装计算。该软件已经得到了广泛的应用,为工程设计人员和科研人员提供了有力的工具,极大地提高了设计人员的生产效率。 展开更多

关键词 盾构隧道 初砌 计算机辅助设计 CAD 荷载-结构法

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新近回填土地层隧道方案研究与分析 被引量：7

17

作者 张孝伟 肖了林 《隧道建设（中英文）》 北大核心 2019年第S02期228-233,共6页

为解决新近回填土地层修建隧道及山区沟谷地形厚层回填土明洞基底处理的难题,依托巫山县早阳隧道开展研究工作。首先,对回填土地层隧道暗挖方案和明洞方案进行详细介绍和综合比选;然后,将旋挖钻孔灌注端承桩与钢筋混凝土底板组成的桩板... 为解决新近回填土地层修建隧道及山区沟谷地形厚层回填土明洞基底处理的难题,依托巫山县早阳隧道开展研究工作。首先,对回填土地层隧道暗挖方案和明洞方案进行详细介绍和综合比选;然后,将旋挖钻孔灌注端承桩与钢筋混凝土底板组成的桩板结构用于山区沟谷地形明洞基底回填土处理;最后,针对明洞衬砌顶部承受的厚层回填土荷载及上方交叉市政道路荷载,对明洞衬砌结构进行设计计算,并对明洞回填材料及回填工艺提出要求。结果表明:1)新近回填土地层隧道明洞方案具有工程难度低、施工安全风险小、工程造价低、工期可控的优势。2)旋挖钻孔灌注端承桩与钢筋混凝土底板形成的桩板结构对于山区沟谷地形厚层新近回填土具有良好的适应性,安全高效,能够较好地解决明洞基底承载力不足及沉降问题。3)合适的回填材料及合理的回填工艺对厚层回填土明洞衬砌结构有重要的保护作用。 展开更多

关键词 新近回填土 明洞 基底沉降 地基处理 桩板结构 荷载-结构法

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