偏压连拱隧道衬砌优化分析
高速公路连拱隧道施工方法优化探究
高速公路连拱隧道施工方法优化探究摘要：连拱隧道在高速公路隧道中占据着重要地位，因占地面积较小、线性顺畅、便于管理等优点，其在高速公路隧道建设中所占的比例越来越大。
本文对连拱隧道施工的各个环节进行了优化探讨，希望能为今后的施工能够些许理论借鉴。
关键词：高速公路；连拱隧道；施工优化近年来，我国高速公路建设得到了快速发展。
尤其是在山区，公路隧道方式得到了广泛应用。
在遇到一些山岭重丘区，穿过小垭口或埋深不大、小山鼻等情况时，选择双连拱隧道的施工方式比选择路堑或小间距分离式的隧道方案要合适的多。
与分离式隧道相对比，连拱隧道对两端连接地形的要求不高，进而可节约很大一部分占地面积，接线工程量相对较小，且接线线形较为顺畅；在遇到软弱围岩（Ⅱ、Ⅲ类）的情况时也能克服困难；若采用小间距分隔式隧道方式，其岩柱处理技术和施工工艺也较为复杂，所以采用连拱隧道较为可靠。
一、连拱隧道施工简介在进行高速公路连拱隧道施工时，一般先对中导洞进行施工，然后是侧导洞和主导洞。
在隧道衬砌设计上则以新奥法原理作为指导，采用复合式衬砌方式。
目前，我国高速公路双连拱隧道在施工中多采用整体直中墙式与分片中墙式（又名曲中墙连拱式）。
具体采用哪种施工方式还要针对具体的地形和地理环境而定。
二、连拱隧道施工过程及优化（一）做好施工前的准备工作连拱隧道施工所需设备与一般隧道施工基本相同，施工前必须要做好边仰坡的临时防护与排水工作，在洞口地表沉降观察点布设埋置完成后测量初始数据。
因连拱隧道具有围岩差、埋深浅、跨度大、隧道短等特点，所以在施工中一定要做到环环相扣，每道工序紧跟，从而确保隧道的安全与质量。
为确保施工过程的安全，在每步开挖后都要及时进行初期支护，每步工序要紧跟。
两侧主洞开挖时，只有当一侧主洞二衬砼强度达到100% 时，另一侧主洞的开挖方可进行。
（二）中导洞施工中导洞的超前施工，是连拱隧道施工的关键工序之一。
其一是便于探明地质情况，以便做好记录，为确定主洞施工的方案提供依据；其二是通过初期支护和中隔墙施工，提前对导洞上部围岩进行支护，加强围岩的稳定性，以充分利用围岩自身的自承力，来抑制围岩在主洞开挖时所产生的过大变形。
隧道衬砌结构优化
隧道衬砌结构优化在隧道建设中，隧道衬砌结构是保障隧道安全和稳定的重要组成部分。
随着工程技术的进步和经验的积累，隧道衬砌结构的设计和施工方式不断优化，以提高隧道的承载能力、抗震能力和使用寿命。
本文将就隧道衬砌结构的优化进行探讨。
一、隧道衬砌结构的现状目前，隧道衬砌结构通常采用混凝土和钢材等材料进行组合，以满足隧道的强度和稳定性要求。
但是，由于隧道环境的特殊性和复杂性，衬砌结构存在一些问题，如裂缝、变形和腐蚀等。
这些问题对隧道的安全和使用寿命产生一定的影响。
二、优化隧道衬砌结构的方法隧道衬砌结构的优化可以从多个方面入手，下面将分别进行讨论。
1. 材料选择在优化隧道衬砌结构时，合理选择材料是至关重要的。
可以考虑使用高强度混凝土、耐腐蚀材料和钢纤维混凝土等，以提高衬砌结构的强度和抗腐蚀能力，并能有效减少裂缝的产生。
2. 强度分析在设计隧道衬砌结构时，应进行详细的强度分析，包括承载能力、变形能力和抗震能力等。
通过合理的强度分析，可以确定衬砌结构的尺寸和构造，并确保其具有良好的稳定性和安全性。
3. 施工工艺在衬砌结构的施工中，合理的工艺措施也是优化的重要方面。
例如，采用预制块体的方式进行施工，可以提高施工效率和质量，并减少对隧道环境的影响。
同时，应加强监测和控制，确保施工过程中的质量和安全。
4. 全生命周期管理隧道衬砌结构的优化应延伸到隧道的全生命周期管理。
通过定期检测和维护，及时发现和修复衬砌结构的问题，以延长隧道的使用寿命。
同时，应加强管理和运营，确保隧道的安全和稳定。
三、优化隧道衬砌结构的意义优化隧道衬砌结构具有重要的意义，具体表现在以下几个方面：1. 提高隧道的安全性优化衬砌结构可以提高隧道的承载能力和抗震能力，减少事故和灾害的发生，从而保障隧道的安全性。
2. 延长隧道的使用寿命通过优化衬砌结构，可以减少裂缝的产生和泄漏等问题，从而延长隧道的使用寿命，降低维护成本。
3. 促进隧道的可持续发展优化衬砌结构有利于节约资源、减少能源消耗和环境污染，符合可持续发展的要求，为隧道建设做出贡献。
2021年小研偏压连拱隧道中墙优化设计(2)
小研偏压连拱隧道中墙优化设计(2)小研偏压连拱 ___中墙优化设计可知，模型一中中墙最大应力的变化范围为1.569 Mpa～2.544 MPa，而模型二的中墙最大应力的变化范围仅为0.809 MPa～0.966 MPa。
模型二相应开挖步的应力仅为模型一的40%左右。
由此可见，优化设计大大降低了中墙的应力，提高了中墙的稳定性。
以下是两个模型在第3、5、7 施工步的应力图。
第4 施工步与第3 施工步、第6 施工步与第5 施工步、第8 施工步与第7 施工步变化趋势基本相同。
连拱 ___在修建过程中，左右导坑的施工对中墙应力的影响较小，主要因为左右导坑开挖的轮廓较小，距离中墙大约有10m。
连拱 ___中墙因承受 ___上方绝大部分的围岩压力，随着上下台阶的开挖，中墙上方的围岩在左侧形成了一个临空面，围岩应力重分布后集中向左正洞方向释放，这样传递在中墙顶部各处的应力值不一致，从而造成中墙的应力集中，主要集中在中墙左侧的中下部。
同时，在地形偏压作用下连拱 ___产生整体向 ___外侧位移，在浅埋侧 ___产生被动压力，而在深埋侧 ___产生主动压力。
因此中墙产生了从浅埋侧向深埋侧的弯矩，造成中墙浅埋侧的应力比深埋侧的大，所以中墙左侧集中了较大的应力。
这种应力增大到一定程度，中墙结构就会产生裂缝甚至破坏， ___就会失稳。
而中墙向深埋侧(右侧) ___1m 后，中墙因荷载的不对称作用产生的弯矩将减小，中墙的应力也相应地减小到比较低的水平，且主要集中在基底，故中墙稳定性大大提高。
3.3.2 中墙应变分析中墙在两个不同模型下随着 ___开挖过程其应变情况模拟结果。
可知，模型一中墙最大应变的范围为0.156×10-3～0.308×10-3，而模型二的中墙应变的变化范围为0.139×10-3～0.166×10-3，模型二最大的应变仅为模型一的50%左右，优化设计大大减小了中墙的应变，提高了中墙的整体稳定性。
隧道复合式衬砌受力分析及施工优化论述
隧道复合式衬砌受力分析及施工优化论述摘要：近年来，以客运专线为重点的全国铁路网建设已经全面展开并得到了蓬勃发展，铁路隧道建设数量和总长度均位居世界第一。
隧道建设规模的日益扩大与隧道建设理论不完善的矛盾日益突出，以经验设计方法为主导的隧道设计理论将迎來巨大的挑战。
本文重点关注隧道二次衬砌支护结构，通过理论分析、工程试验和数值计算相结合的技术手段对二次衬砌结构力学特性展开深入研究，对二次衬砌结构设计方案的优化提供借鉴。
（1）通过理论计算机ANSYS数值模拟得到，在V级围岩结构中，衬砌在拱顶及拱腰位置大偏心受压，安全系数最低，最容易产生破坏。
（2）通过在大尖山隧道现场进行的二次衬砌背后受力监控量测，深入分析了二次衬砌背后受力的时空分布特点，指出在二次衬砌拆模时，此时初支、二次衬砌间的接触压力达到峰值，二次衬砌处于最不利受力状态；通常在二次衬砌拆模后一周左右的时间，二次衬砌受力达到稳定；指出由于拱顶混凝土填充不密实，二次衬砌拱顶处接触压力较小。
（3）综合数值模拟及现场实测数据结果分析，针对二衬受力薄弱环节及传统二衬施工工艺不足的问题，对二衬浇筑工艺进行了全面优化设计，对同类工程的修建具有较好的借鉴作用。
关键词：隧道；二次衬砌；数值模拟；监控量测一、复合式衬砌受力研究目前多数的隧道工程衬砌设计仅是针对支护结构中的二次衬砌，采用荷载结构模式，让衬砌承受来自围岩的主动与被动荷载，按照现行规范中已制定的深埋按照塌方高度计算、浅埋按照临界高度来计算的荷载计算方法，验算衬砌强度，优选合理的衬砌厚度或配筋率。
随着新奥法的引入和岩体力学的发展，地层结构法开始被应用，隧道围岩不再被单纯地看作荷载，也被看成是隧道支护系统的组成部分，将隧道围岩、荷载与支护结构视为三位一体的系统。
传统的矿山法也采用与喷锚构筑法类似的喷锚支护体系，只是把喷锚支护当作了取代传统支架作为确保施工安全的一种临时支护措施，而模筑混凝土衬砌的厚度依然如故，这不能不说是一种巨大的浪费，基于喷锚构筑法的二次衬砌作为保障安全储备的必要手段，比之传统意义上的模筑衬砌厚度应有所减薄，保证隧道安全的情况下在造价上也会有所降低。
连拱隧道二衬偏压开裂整治技术
连拱隧道二衬偏压开裂整治技术王恒平摘 要:根据崇遵高速公路开肩堡 号隧道二衬偏压开裂整治的工程实际,详细分析了连拱隧道坍塌和二衬开裂的原因,并对综合治理的设计措施和施工控制进行了总结,对类似工程的施工具有一定的参考价值。
关键词:高速公路,连拱隧道,偏压,二衬,整治技术中图分类号:U457.2文献标识码:A1 工程概况开肩堡 号隧道为双连拱隧道,位于贵州省崇溪河至遵义高速公路第七合同段,起讫里程为K39+465~K39+580。
隧道全长115m,最大埋深33.93m,最小埋深4.48m,设计行车速度60km/h。
本隧道进口位于直线上,出口段位于360m半径曲线的缓和曲线上,纵坡为沿线路前进方向上坡,其纵坡为4%。
隧道区内地层有第四系残坡积层砂质粘土、碎石土,出口附近零星分布有崩塌石灰岩岩块,二叠系下统栖霞组(P q1)石灰岩及志留系中统韩家店组(S h2)钙质泥岩夹透镜状薄层泥质灰岩,隧道工程区位于新站向斜南翼,岩层倾向275~306,倾角25~58,地层综合产状:300!30,地层呈单斜产出。
隧道进口附近地形坡度5~38,植被不发育,残坡积土零星分布;出口附近地形较陡,地形坡度31~45,出口处植被较发育,隧道围岩类别为∀类,#类围岩。
2 病害情况及原因分析2.1 病害情况2003年12月16日晚,隧道右洞开挖还有不到1m就将完成,此时现场技术人员听到有些异常响声,不久又观察到洞顶有些小石块往下掉,立即通知作业人员和作业机具撤离掌子面并在远处继续观察。
约2h后右洞出口K39+558~K39+578段围岩坍塌,随后几天塌方不断扩展,直至塌顶通天,左洞上方山体也沿层面发生了较大滑塌。
由于隧道出口的坍塌,洞顶左侧围岩对隧道形成较大的偏压荷载,进而造成隧道左洞出口K39+553~K39+580段27m二衬混凝土顶部及中隔墙多处开裂、起壳、漏水,裂缝最宽处达1.8cm,另外中隔墙上部向右侧倾斜外移,最大处有8cm,在墙身与基础交界处裂缝宽度最大达0.5cm,同时右洞出口K39+ 558~K39+580段22m正洞二衬无法正常施工。
连拱隧道明洞衬砌的优化设计模型
连拱隧道明洞衬砌的优化设计模型宁培淋，史宏彦，曾锦标广东工业大学建设学院，广州（510006）E-mail ：ningbeilin@摘 要：连拱隧道衬砌造价占总造价的1/3—1/2多，本文针对明洞衬砌，建立以衬砌造价为目标函数，用罚函数内点方法（SUT ）求解的优化设计模型，其不仅满足结构要求，还降低衬砌的造价，并运用该模型对工程实例进行分析，取得理想效果。
关键词：连拱隧道，明洞衬砌，优化设计1．引言限于地形条件许多连拱隧道都不可避免地需要接筑明洞，长的有数百米，短的也有几米，如日本小束山隧道、广州黄浦大道隧道等。
连拱隧道明洞常采用全明洞、双明洞和半明半暗三种形式,为了方便与暗洞衔接，连拱隧道一般采用拱形明洞，其衬砌采用等截面整体式衬砌[1]，但造价较高，本文试从经济的角度，建立以连拱隧道明洞衬砌造价为目标函数，以罚函数方法求解的化设计模型，其不当满足结构要求，还降低衬砌的造价。
2．目标函数外轮廓线本文讨论的是《规范》推荐的两车道隧道标准内轮廓断面，连拱隧道的形式有多种，具有代表性的为整体式直中墙（图1）（其他形式可例出相应目标函数），根据公路等级的技术标准确定隧道的内部建筑限界后，结构断面几何形状可通过有关方法确定，由于优化设计的目的是在符合工程要求的情况下使造价最小，因此采用单位长度衬砌造价作为目标函数。
这里只考虑影响衬砌造价因素的可比性，即只计人主筋和混凝土的价值，其他因素如中墙、仰拱、箍筋、模板及施工费等，认为在设计方案选定中均为相等，可不计入最优目标函数内，这是比较符合实践经验的，因此，所求问题的目标函数可写成：c s f (X )C C =+ （1）式中，f (X )为每延米长隧道衬砌钢筋混凝土的造价，c C 和s C 分别为每延米混凝土和主筋的造价，其中：123102030123222222g g h g g ''h h h Cc C h[(R )(R )(R )]Cs C A [(R h )(R h )(R h )]C A [(R a )(R a )(R a )]θαβθαβθαβ=+++++=+++++++++++ （2） 式中h C 为单位体积混凝土的价格，g C 、g 'C 分别为受拉区钢筋、受压区钢筋单位体积价格, g A 为钢筋面积。
偏压连拱隧道施工优化研究
崔 洪 峰
（ 河 北 路 桥集 团有 限公 司 ．河 北 石 家庄 ０ ５ ０ ０ １ １ ）
摘 要 ： 结合 有 关 工 程 实例 ，选 取 具 有代 表 性 和 典 型性 的 浅埋 地 形偏 压 覆 土 厚 度 ， 对 不 同坡 度 情 况 下偏 压连 拱 隧道 结 构 受 力及 围岩 屈服 破 坏 等 进 行 施 工 步骤 优 化 研 究 ．可有 效 防 止 由于地 形 偏 压 而 产 生 的结 构 偏 压 受 力的 不 利 情 况 ． 实现 连 拱 隧 道 工
利用能 够 同时对材 料非线 性 和几何 非线 性进 行 模 拟 的快 速 拉格 朗 日有 限差 分Ｆ Ｌ Ａ Ｃ 程序 对 三 导 洞 工法 和 中央导洞 与半 断面相 结合 工法 进行模 拟 。具
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偏压、浅埋连拱隧道病害分析及处治探讨
洞顶 板 厚 约 ２— 为松 散 一稍 密 的碎 石 土及 破 碎 ９ｍ， 板 岩 ， 碎 石状 压 碎 结构 ； 道进 口 ９ 具 隧 ０ ｍ左 洞浅 埋 、
连通 性较 好 。
地 表 水 主 要 受 大 气 降 水 补 给 ， 址 区 地 下 水 主 隧
通 的节理 裂隙 带 中途汇合 。裂 隙带 中填 充砂石 与粘
土， 富水性 好 ， 弹性模 量 低 、 度差 ， 个裂 隙带影 响 强 整 区岩 体极 为松 散 。 施 工 掘 进 时 洞 体 围岩 难 以 自成
压力 ， 压力 主要 由左洞拱 肩 部位 围岩承 担 ， 时左 偏 同 洞拱 肩部 位 的 围岩对 左 洞拱形 隧 道结 构提 供 水平 抗 力， 隧道 结构 承受 的偏压 力在 结构 承受 范 围 内 ； 左 在 洞初 期 支护 闭合 成 环 、 拱 成 型 后 ， 仰 右洞 开挖 ， 由于
ＣＨＥ ａ ｅ ， ＯＮＧ Ｊａ ｊ ｎ Ｎ Ｈｕ ｗ ｉ ＸＩ ｉｎ ｕ
＜ ｕ ａ ｒｖ ｃ ｌ ｏ ｍ ｎｃｔ ｎ ｌ ｎｎ ．ｕｖｙ ｄｓ ｎｉ ｔｕｅ Ｃ ａ ｇｈ ， ｕ ａ １０ ８ Ｃ ｉａ Ｈ ｎ ｎｐｏｉ ｉ ｍ ｕ ｉ ｉ ｓ ａ ｉｇ ｓｒｅ ＆ ｅｉ ｓ ｔｔ， ｈ ｎｓａ Ｈ ｎ ｎ ０ ０ ， ｈｎ ） ｎ ａｃ ａｏ ｐ ｎ ｇ ｎｉ ４
４ ０ ｍ埋 深 为 ５～１ 横 向坡 较 陡 ， 在 偏 压 影 响 ； ０ｍ， 存
洞 顶 由粘 土 、 石 土 及 压 碎 岩 等 构 成 的 山坡 浅 表 松 碎 散层 ， 稳定 性很 差 ， 水 后 产 生 滑移 ， 致 出 口仰 坡 饱 导 产 生两 次 滑塌 ， 出 口施工 进 洞造 成很 大难 度 。 给 ③ 隧道 病 害 机 理 及 施 工 方 案 选 择 的 影 响 。通 过 利用 土 工软 件对 处 于偏 压 、 埋 状 态 的 该 连 拱 隧 浅 道 结构 ， 别 进行 先 施 工 深 埋 的 右 洞再 施 工 浅 埋 的 分 左 洞 和先 施工 浅 埋 的左 洞 再施 工深 埋 的右 洞 两种 施 工顺序 隧道结 构 受力 进行 二维 计算 、 拟 分析 ， 模 了解 各个 开挖 阶段 围岩 的 变化 发 展 趋 势 、 期 支 护 及 二 初 次衬砌 的受力 情 况 ， 果 表 明 ： 压 、 埋 连 拱 隧 道 结 偏 浅 在施 工 时 ， 先开 挖 偏 压 、 埋 的左 洞 ， 洞 初 期 支 首 浅 左