刘伟伟
- 作品数：12 被引量：89H指数：6
- 供职机构：长安大学公路学院更多>>
- 发文基金：国家自然科学基金教育部长江学者奖励计划更多>>
- 相关领域：交通运输工程建筑科学更多>>
- 考虑分部开挖的超大跨度公路隧道围岩压力计算方法研究被引量：3
- 2022年
- 为了提出一种新的超大跨度公路隧道围岩压力计算方法,基于邻近隧道施工力学理论,研究分部开挖各导洞围岩压力之间的影响关系,分析分部开挖法各导洞相互影响机制。通过选取3个地区5座典型单洞四车道公路隧道18个测试断面,采用现场测试的方法,获得III,IV,V级围岩上下台阶法施工和上台阶CD法施工的围岩压力测试数据,发现后导洞围岩压力受先导洞开挖影响而普遍较大的规律,提出采用导洞影响系数η定量化分析先导洞开挖对后导洞围岩压力的影响程度,进而修正隧规公式中的围岩压力增减率,提出考虑分部开挖法施工的超大跨度公路隧道围岩压力计算方法。结果表明:(1)邻近隧道周边应力的弹性解析结果表明平行(左右)隧道对周边应力影响比较显著,重叠(上下)隧道对周边应力影响较小,应重点考虑左右平行导洞开挖对围岩压力的相互影响;(2)导洞影响系数η整体以大于1为主,IV级围岩η平均值为1.12,V级围岩为1.28;(3)基于隧规提出修正后的围岩压力增减率i’=0.017(S-1);(4)与隧规相比,采用本文提出的围岩压力计算方法,IV级、V级围岩压力分别减少14.6%和2.4%,更接近实测值。
- 罗彦斌董方方王传武陈建勋朱谭谭张立鑫刘伟伟
- 关键词：隧道工程围岩压力分部开挖
- 软弱围岩隧道锁脚锚管力学特性现场模拟试验被引量：2
- 2021年
- 锁脚锚管在软弱围岩隧道安全施工方面应用广泛,其力学作用机理及合理支护参数的研究对维持结构安全稳定意义重大。以黄延高速公路扩能工程剪子岔隧道为依托,通过现场模拟试验,对软弱破碎围岩条件下隧道锁脚锚管的受力特性和变形分布规律进行了系统研究。本试验根据自主研发设计的隧道钢架-锁脚锚管相互作用模拟试验装置,分析了不同打设角度下锁脚锚管的实测应变及对应的弯曲应变,研究了锁脚锚管的内力分布及荷载响应情况,并结合不同打设角度下锁脚锚管端部位移和试验前后锚杆的变形情况,揭示了锁脚锚管的力学作用机理并提出了锁脚锚杆的合理打设长度和角度。现场试验结果表明:(1)大角度打设的锁脚锚管受力更均匀,且可以将端部荷载传递到围岩更深部位置;(2)锁脚锚管主要靠管口附近部位抵抗弯矩,且锁脚锚管在端部竖向荷载作用下主要依靠其竖向抗弯刚度提供承载力;(3)当荷载相同时,锚管端部水平位移随着打设角度的不同而不同,当打设角度为45°时其水平位移为最大,打设角度为0°时其水平位移为最小;(4)孔口围岩的塑性变形和剥离破坏集中在锚管下方部位,主要由锚管的竖向挤压变形引起。
- 石州罗彦斌陈建勋刘伟伟于海涛
- 关键词：隧道工程软弱围岩力学特性
- 木寨岭公路隧道大变形综合评价预测被引量：15
- 2020年
- 基于模糊综合评价法与层次分析法,结合木寨岭公路隧道复杂地质条件下隧道大变形的统计结果,提出了适用于软弱破碎围岩隧道施工阶段大变形快速分级预测的模糊层次综合评价方法。该方法将隧道变形分为无大变形、轻微大变形、中等大变形、严重大变形和极严重大变形5个等级,选取了对隧道大变形影响显著且在隧道施工阶段能够快速获得的岩层产状、强度、完整性和地下水作为大变形的分级和评价指标。为了充分考量4类指标对大变形的影响,共选取了结构面倾角、结构面走向与洞轴线夹角、点荷载强度、掌子面软岩比例、掌子面岩层平均厚度、岩体RQD值、每延米洞长出水量、地下水特征8项亚级指标对大变形进行分级预测。将本方法与陈子全法、孟陆波法和Jethwa法应用于木寨岭隧道5个大变形段进行了工程验证与对比分析。结果表明:实际变形量超过陈法和孟法预测范围上限值的变形量最大可达上限值的2.4倍和4.4倍,隧道大变形实测变形值均位于本研究方法预测的大变形范围内。本预测方法在木寨岭公路隧道变形段的工程实践表明:该方法的工程适用性强,准确度高,可为软弱破碎围岩隧道大变形的分级和预测提供一种新方法和新思路。
- 石州罗彦斌陈建勋刘伟伟武云飞
- 关键词：隧道工程层次分析法
- 深埋炭质板岩隧道塌方处治方法及衬砌安全性
- 2023年
- 软岩隧道拆换拱施工中发生大塌方,并造成附近二次衬砌严重开裂的报道及相关研究较少,为安全有效地进行软岩隧道塌方处治,以甘肃某高速公路深埋炭质板岩隧道大塌方处治为例,介绍了隧道塌方经过及采取的应急处治措施,分析了隧道塌方原因,制定了初支塌方段和二衬开裂段相应的综合处治方法,并根据现场实施情况以及衬砌结构安全性计算结果,评价了隧道塌方处治效果。结果表明:塌方段炭质板岩呈碎裂状松散结构,由于发生过度变形,加上注浆固结效果不佳,拆换拱时围岩以碎屑状快速溜塌、涌出,直至围岩整体失稳,塌方体填满整个隧道,进而造成了附近二次衬砌严重开裂;针对初支塌方段和二衬开裂段,宜采用先进行初支塌方段处治、后进行二衬开裂段处治的施工顺序;利用隧规公式所得隧道塌方高度偏小,建议选取基于普式理论所得塌方高度及相应荷载用于隧道塌方段衬砌结构安全性的验算。
- 王智佼陈丽俊魏小军刘伟伟王传武陈党辉
- 关键词：深埋隧道炭质板岩塌方处治措施
- 大跨度软岩公路隧道仰拱承载性能及安全性研究被引量：3
- 2022年
- 以陕西宝汉高速公路连城山隧道(双洞六车道)绿泥石片岩段为例,分析了大跨度软岩公路隧道仰拱病害原因,建立了隧道仰拱的弹性地基曲梁模型,推导了仰拱结构内力、仰拱地基反力等计算公式,分析了原设计仰拱二次衬砌极限承载力和受力规律,评价了原设计仰拱结构安全性;在此基础上,探讨了各仰拱参数对仰拱极限承载力的影响规律及敏感度,计算了参数变更后仰拱二次衬砌的极限承载力,并结合仰拱受力测试,进一步考察了参数变更后仰拱结构安全性。结果表明:隧道墙脚以沉降变形为主,导致仰拱两端承受很大的竖向荷载,而原设计仰拱本身承载力较弱,加上仰拱地基软弱并且受地下水的软化效应和高应力下的蠕变效应影响,是连城山隧道仰拱开裂破坏的主要原因;仰拱最危险截面距离仰拱端部约为半幅仰拱相应圆心角的1/5~1/4处,即位于墙脚附近,与现场观察到的墙脚附近仰拱回填开裂、仰拱与仰拱回填脱离等破坏现象一致;增大仰拱厚度、减小仰拱半径、增大仰拱钢筋直径和减小仰拱钢筋间距均能显著提高仰拱极限承载力,其中减小仰拱钢筋间距的效果相对最为显著;而由于仰拱最危险截面的受压区高度很小,提高混凝土强度等级对于改善仰拱整体安全性并不显著;参数变更后的仰拱二次衬砌采用C35钢筋混凝土,厚度为1 m,半径约为13.4 m,钢筋直径为28 mm,钢筋间距为20 cm,极限承载力可达原设计的3.6倍以上,结构安全性大幅提高;为提高材料利用率,建议仰拱混凝土强度等级采用C30。
- 王传武陈丽俊陈建勋罗彦斌刘伟伟胡涛涛陈浩
- 关键词：隧道工程大跨度隧道软岩仰拱
- 高地应力软岩隧道仰拱结构受力特性与参数优化
- 2024年
- 为探索高地应力软岩隧道施工期间仰拱结构受力特性与合理支护参数,以陕西省宝汉高速公路连城山隧道工程为依托,针对仰拱施工病害及其主要影响因子,采用现场试验与数值模拟相结合的方法,探讨了不同影响因素下的仰拱结构变形与力学响应,分析了仰拱结构变形与受力对不同影响因素的敏感性,基于仰拱结构病害特征及数值模拟结果,对仰拱半径(深度)、仰拱厚度等支护参数进行了优化,并进行了工程验证。结果表明:连城山隧道施工期间仰拱二次衬砌最大接触压力达1.034 MPa,混凝土最大应力超过其抗压强度(30 MPa),出现了仰拱回填隆起、开裂等病害,仰拱设计支护参数难以保障结构稳定;地应力水平和基底围岩劣化对仰拱结构变形与受力状态均有显著影响,其中基底软化深度的影响最为突出,地应力水平次之;减小仰拱半径、增大仰拱厚度、增大仰拱钢筋直径、减小仰拱钢筋间距均能显著抑制仰拱变形,而提高混凝土强度等级对控制仰拱变形效果不明显,且经济性较差;优化后的仰拱受力得以明显改善,有效控制了仰拱结构病害,避免了频繁拆换仰拱,保障了隧道结构安全稳定。研究成果可为类似软岩隧道仰拱变形控制及病害防治提供重要借鉴。
- 陈建勋牛嘉伟刘伟伟罗彦斌陈丽俊
- 关键词：受力特性参数优化仰拱软岩
- 单斜构造软硬互层围岩隧道变形特征及控制对策被引量：9
- 2021年
- 为探究单斜构造软硬互层围岩隧道在不同岩层倾角下的变形特征,以渭源至武都高速公路木寨岭隧道工程为依托,对炭质千枚岩和砂质板岩互层围岩隧道开展了现场调研和现场监测,分析了隧道变形特征及影响因素;利用有限差分软件FLAC 3D建立三维数值模型,研究了不同岩层倾角下的隧道变形规律;针对不同的变形特征,总结了针对性的隧道变形控制措施。结果表明:隧道变形主要受岩层倾角和地下水影响,在单斜构造地层条件下隧道呈现出明显的非对称变形,隧道一侧岩层易发生弯曲变形和破坏,建议采用"非对称布设和长-短组合搭配"的预应力锚索对围岩进行主动加固;在地下水汇集的情况下,隧道另一侧岩层易沿弱面发生顺层滑移破坏,应注意排水,避免地下水在初期支护背后汇集,减小地下水对围岩稳定性及初期支护变形的影响;当岩层倾角小于50°时,隧道变形表现为沉降大于水平收敛;当岩层倾角大于50°时,隧道变形则表现为水平收敛大于沉降;隧道最大沉降随岩层倾角呈三角函数规律变化,当岩层倾角为40°~50°时,隧道沉降达到最大值;最大收敛变形随岩层倾角呈指数规律变化,即岩层倾角越大,隧道收敛变形越显著。
- 张立鑫陈丽俊陈建勋王智佼王治才刘伟伟
- 关键词：隧道工程数值模拟初期支护
- 深埋大跨度绿泥石片岩隧道变形规律及合理预留变形量被引量：13
- 2021年
- 陕西宝鸡至汉中高速公路连城山隧道(双洞六车道)在穿越绿泥石片岩地层过程中发生了初期支护变形侵限、喷射混凝土开裂、钢架扭曲等严重大变形灾害,施工难度非常大。基于连城山隧道大变形现场调研和现场监控量测数据,统计分析了不同绿泥石片岩岩体状态下的隧道变形情况,研究了深埋大跨度绿泥石片岩隧道变形规律及合理预留变形量;在此基础上建立了深埋大跨度绿泥石片岩隧道施工变形控制基准。研究结果表明:隧道变形量与绿泥石片岩的岩体状态密切相关,绿泥石片岩呈粉末状时隧道变形量最大,绿泥石片岩呈块状或厚层状时隧道变形量相对最小;隧道变形整体上表现出拱部沉降明显大于水平收敛的特征;采用"三台阶留核心土法+拱墙部双层HK200b钢架+?108大管径锁脚锚管+深仰拱"的施工方案时,粉末状、碎裂状(粉末加块石)、薄层状、块状或厚层状绿泥石片岩段隧道沉降量值分别为358~850,234~678,153~486,27~236 mm;其中以拱部初期支护的整体沉降为主,占总沉降的55.5%~86.1%;隧道沉降主要发生在上台阶和中台阶施工阶段,占总沉降的66.7%~82.7%;仰拱施作后产生的变形占比最小,为3.3%~4.9%。建议在以上4种绿泥石片岩岩体状态下,隧道预留变形量分别取70~95,50~70,30~50,15~30 cm;在保证隧道施工场地的前提下,应尽量缩短台阶长度,减少初期支护封闭成环的时间。
- 陈丽俊陈建勋罗彦斌刘伟伟王传武
- 关键词：隧道工程绿泥石片岩深埋隧道大跨度
- 砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度换算关系被引量：1
- 2022年
- 以甘肃渭源—武都高速公路木寨岭隧道开挖揭露的砂质板岩为对象,开展了砂质板岩单轴抗压强度试验和点荷载强度试验;通过对试验数据进行正态分布检验、高度异常数据剔除和置信区间强度统计,获得了砂质板岩单轴抗压强度、点荷载强度以及两者之间的换算关系,并与岩石试验相关规范和国际岩石力学学会(ISRM)推荐换算公式进行了对比。研究结果表明:饱和砂质板岩单轴抗压强度服从正态分布,平均值为56.3 MPa,95%置信度下的置信区间为49.20~63.50 MPa;饱和砂质板岩点荷载强度与正态分布不完全一致,平均值为7.36 MPa,95%置信度下的置信区间为6.50~8.22 MPa;饱和砂质板岩点荷载强度与单轴抗压强度之间具有显著的线性正相关性;岩石强度受各试件内部节理裂隙的方向、填充物、宽度和长度等的影响,强度数据总体离散性较大;饱和、烘干状态下砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度的换算系数分别为7.72和8.72,均明显小于大多数研究中15~30的换算系数,原因在于砂质板岩内部赋存有层理或不同角度的节理裂隙等缺陷,单轴抗压强度受试件内部节理裂隙的影响较大,导致其强度平均值偏低,而点荷载强度受试件内部节理裂隙的影响较小;采用规范和ISRM推荐公式所得砂质板岩单轴抗压强度为实测值的2~4倍,用于隧道设计难免会产生较大偏差;相比规范和ISRM推荐公式,研究所得砂质板岩单轴抗压强度与点荷载强度换算关系的相对误差未超过15%,可作为规范中公式的有益补充。
- 陈建勋陈丽俊罗彦斌谢江涛武云飞刘伟伟
- 关键词：隧道工程单轴抗压强度点荷载强度
- 大跨度绿泥石片岩隧道大变形机理与控制方法被引量：17
- 2021年
- 依托宝鸡至汉中高速公路连城山隧道(双洞六车道),基于隧道变形和支护结构受力现场测试,分析了大跨度绿泥石片岩隧道大变形灾害特征和机理,总结了隧道大变形灾害综合控制方法,建立了大跨度绿泥石片岩隧道大变形分级标准,提出了各变形级别对应的支护参数。分析结果表明:大跨度绿泥石片岩隧道在开挖过程中以沉降变形为主,主要表现为拱部初期支护的整体沉降;在初期支护闭合后,主要表现为边墙的挤出变形和墙脚下沉引起的仰拱底鼓;大变形灾害主要表现为掌子面失稳垮塌、初期支护变形侵限破坏、锁脚锚管脱焊失效、二次衬砌开裂、边墙下沉以及仰拱回填隆起开裂;绿泥石片岩极其软弱、破碎及仰拱基底遇水软化,是造成隧道大变形灾害的根本原因;隧道开挖跨度大(最大开挖跨度为19.6 m)、断面扁平、拱脚地基承载力不足而缺乏有效约束,加剧了隧道支护变形侵限和失稳破坏;初期支护承载能力有限,围岩荷载不断传递至二次衬砌,是导致二次衬砌开裂的直接原因;围岩变形机制为拱部岩体黏聚力难以克服自重而产生不断向下的滑移和松动机制,以及墙脚和仰拱部位围岩低强度应力比引起的软岩塑性流动机制;通过采用"三台阶留核心土法+大预留+双层HK200b钢架分次支护+大直径锁脚锚管+围岩径向注浆+加深仰拱"的大变形灾害综合控制方法,同时对隧道大变形进行分级管理,有效避免了隧道大变形灾害的发生。
- 陈建勋陈丽俊罗彦斌王传武刘伟伟
- 关键词：隧道工程软岩大跨度隧道控制方法
