双圆地铁运营动力响应及隔振研究

研究目的:地铁列车运营引起的周围环境振动研究是近年来的热点课题,如何在贴近实际工程的情况下准确、快速地对地铁隧道及地基的振动变形作出计算预测是研究的关键所在。为研究双圆地铁运营时的动力响应问题及隔振沟的减振效果,本文基于2. 5维有限元法首次建立双圆地铁列车-轨道-地基土分析模型,分析双圆地铁运行荷载下隧道埋设深度、列车行车速度等重要因素对地基及轨道振动的影响,以及空沟、填充沟及波阻板的隔振效果。研究结论:(1)列车运行速度越大、隧道埋深越浅,地表振动强度越大;(2)在隧道隔振措施方面,空沟前振动存在放大的现象,空沟的隔振作用体现在沟后;填充沟、波阻板整体隔振效果较好,增大填充沟深度、宽度以及波阻板厚度可有效提高减振效果;(3)双圆地铁运营时的动力响应及隔振沟减振研究成果可为今后地铁振动预测及隔振措施设计提供参考。     

宜万铁路云雾山隧道穿越溶洞施工技术

宜万铁路云雾山隧道是全线八大一级风险隧道之一。主要论述如何穿越特大填充、半填充型溶腔的施工技术,施工中针对不同的部位采取不同的措施,目前Ⅰ线111m溶腔已经成功穿越,取得一些经验和教训。     

穿越断层隧道抗震结构性能振动台试验分析

穿越断层的隧道工程在中国高烈度地震区域已经较为普遍。针对这一问题,通过振动台模型试验研究在地震作用下减震缝、内外套管结构与不设防三种隧道结构的动力响应特征与破坏形式。通过对比在水平向地震作用下的峰值加速度与截面内力,可以看出:(1)减震缝显著降低穿越断层区结构截面内力,但结构水平加速度峰值较不设防区域则略微放大,进而有可能产生相对错动;(2)内外套管系统在穿越断层区域时,全设防区域的水平峰值加速度均有所降低,其外套管隧道在地震作用下截面受力与不设防隧道相似,进而发生破坏,但内套管隧道结构则拥有很高的生存率,保障隧道结构在大震过后仍能较好通行。为今后新型隧道抗震结构提出了设计参考。     

不同加固方式下盾构施工对桥梁桩基影响的研究

某城市地铁盾构隧道近距离穿越城市立交桥桩基,最小净距仅1.56 m.应用 ANSYS 建立三维非线性有限元模型分析盾构隧道施工对桥梁桩基的影响.采用接触单元来模拟桩基与土体的相互作用,分析不同加固方式下盾构隧道掘进对近接桩基位移和内力的影响.计算结果表明:盾构隧道近接施工时,既有桩基会产生侧移和附加内力;对距离隧道较近且靠近隧道侧的桩基进行花管注浆加固效果不明显;对盾构隧道穿越地层进行加固能有效降低桩基的侧移和附加内力.     

减振沟技术在地铁车辆段上盖开发中的研究及设计应用

目前我国很多城市地铁车辆段规划了物业开发,为了将减振技术与车辆段设计有效结合起来。以带上盖物业的车辆段为研究对象,系统地研究此类结构的振动机理,基于国内外研究成果,从传播路径隔振着手,利用有限元建立振动传播规律数值分析模型,并对空沟和填充沟减振技术分别从宽度、深度、设置位置进行模拟分析。研究结果表明,空沟和填充沟单独使用时减振效果不明显,基于此提出空沟和刚性填充沟合设而成的组合屏障减振沟模式,模拟验证表明,该模式能够有效降低结构振动5～7 d B,但减振沟模式不能完全消除振动带来的影响,必须综合考虑其他减振措施。上述研究成果已结合车辆段功能需求应用到工程设计中去,通过运营后实际检验,减振效果显著。     

广深港高速铁路狮子洋隧道减振无砟轨道对周边软土地层影响分析

为防止高速列车振动引起广深港高铁狮子洋大断面盾构水底隧道软土地层液化风险,轨道结构采用减振板式无砟轨道。为考察减振措施效果,分别建立列车-轨道模型、隧道-地层有限元模型,分析列车荷载作用下隧道结构及周围土层动力响应及分布规律,对比分析减振和非减振两种工况下地层动剪应力和加速度,结果表明,采取减振措施可有效降低软土地层液化风险,提高安全储备,达到了预期的目标。研究成果对隧道穿越软土地层设计具有指导意义。     

考虑近断层强震影响的铁路站房结构地震易损性分析

由于铁路选线限制，部分铁路站房修建在高烈度区，且靠近地震断层。为保障铁路站房结构的抗震安全，以某站房结构为研究对象，分析考虑近断层强震影响的站房结构地震易损性。首先，分别采用近断层抗震设计谱和规范抗震设计谱对铁路站房结构进行抗震设计，建立相应的站房结构数值模型，并对模型进行验证；然后，选取24组近断层脉冲型地震动，分析铁路站房的地震响应，并分别定义站房结构中混凝土框架、钢屋架和砌体填充墙的损伤指标；最后，对2种设计谱设计的铁路站房局部及整体地震易损性进行评估。结果表明：在8度罕遇地震作用下，考虑近断层强震影响的站房结构相较于不考虑的，其混凝土框架和砌体填充墙出现毁坏的超越概率分别下降58.26%和19.82%，整体结构出现毁坏的超越概率上下界分别下降17.27%和19.83%；考虑近断层强震影响的抗震设计能够降低站房结构发生损伤的概率，提高其抗震性能；考虑近断层强震影响的站房结构损伤概率由大到小依次为砌体填充墙、混凝土框架、钢屋架。基于此，地震断层附近的铁路站房结构抗震设计应考虑近断层强震的影响，并加强砌体填充墙的抗震构造措施。     

铁路隧道近距下穿地铁隧道的微振爆破技术

研究目的:隧道超近距下穿运营地铁隧道时,通常采用机械施工。本文基于目前最先进的起爆器材——电子雷管,采用隧道电子雷管单孔连续起爆降振技术,利用无线爆破振动监测设备测试每次爆破产生的振动,优化爆破参数和减振措施,确保运营地铁隧道和列车内人员的安全,形成超近距下穿运营地铁隧道的微振爆破技术。研究结论:(1)超近接隧道修建时,可以采用微振爆破技术,根据保护目标的要求,可适当增加减振措施;(2)采用微振爆破技术,在施工效率和经济成本方面优于机械施工;(3)掏槽区设置减振孔的减振效果明显,减振效果与减振孔孔径大小和数量有关;(4)目前的爆破振动规律或计算公式并不适合近接隧道的爆破振动控制,这种情况下建议:每炮均测试爆破振动,然后调整爆破参数满足控制标准;(5)本研究成果可为近接隧道施工提供参考。     

小净间距交叉隧道振动规律试验研究

随着国家路网建设规模的不断扩大,铁路、公路隧道出现近接平行、交叉的现象越来越普遍。受地形等因素的影响,交叉隧道的净间距也在不断减小,由此产生的工程问题逐渐变得复杂。文章以丹大铁路中的草莓沟2#隧道为例(该隧道下穿盘道岭公路隧道),开展6种不同加载工况下的振动台试验,输入地震波峰值分别为0.1 g、0.15 g、0.2 g、0.3 g、0.4 g、0.6 g,重点分析在盘道岭公路隧道的影响下,草莓沟2#隧道加速度峰值响应特征,研究成果将为近接隧道设计与施工提供良好的经验。     

减振扣件对地铁隧道-地表振动特性影响分析

研究目的:不同减振扣件对地铁隧道-地表环境振动的减振效果特性有所差异,列车运行引起的隧道和地表的振动在时域和频域上有较大区别,目前对减振扣件减振效果评价多采用不同断面进行对比分析,但其结果会受到隧道断面周围结构的影响。基于此,本文通过对普通扣件和减振扣件下列车运行引起的隧道结构及地表振动进行现场实测分析,并建立车辆-轨道-隧道-大地耦合动力分析数值模型,研究减振扣件对隧道结构-地表的减振效果。研究结论:(1)减振扣件能有效控制道床和隧道壁上的振动响应,当采用减振扣件后,道床上峰值变小且峰值出现频段向低频偏移,隧道壁上减振扣件在卓越频率范围内出现振动放大现象;(2)地面测点的振动加速度峰值和Z振级随距离振源的位置增加呈现出减小的趋势,但是在15~30 m范围内出现增大的现象,说明在该区域范围内出现振动放大的现象,但放大区间有所不同,应根据具体工程选择合适的扣件;(3)地面同一测点振动加速度峰值和Z振级呈现出W形的变化趋势,因此在进行地面振动控制时应充分考虑控制点所处位置,根据具体情况采用合理的控制措施;(4)本研究成果可为轨道交通中隧道和地表振动控制措施选择提供理论依据。     

水-土-结构耦合作用下地铁区间隧道抗震仿真分析

针对济南市地铁区间隧道结构,基于三维比奥固结渗流理论,运用时程分析方法,利用FLAC~(3D)5. 0软件建立了地铁区间隧道三维有限元计算模型,研究了水-土-结构耦合作用下区间隧道的地震反应,以及地下水渗流作用对地铁区间隧道抗震性能的影响。结果表明,考虑地下水渗流后区间隧道位移和内力地震响应规律与不考虑地下水渗流时相同,但区间隧道各点位移、洞顶和洞底的相对位移增大;渗流作用下,隧道的弯矩、剪力有所下降,轴力有所增大。     

盾构隧道结构横向抗震设计关键技术探讨

基于某沿江城市新建越江盾构隧道横断面结构的抗震设计,采用了拟静力法之一的地震系数法计算,再利用动力有限元的惯性力法进行检验,得到了隧道顶部位移时程曲线、顶底间的相对位移时程曲线、管片衬砌结构的内力图和变形图。得出的结论可以为本工程盾构隧道抗震设计和施工提供理论参考,针对盾构隧道横断面结构抗震设计采取的方法也可为类似工程设计提供参考。     

隧道结构抗震设计修正的地震系数法及其应用

通过地震系数法、塌落拱理论以及动力时程分析法计算地震荷载对隧道产生的内力,并分析了围岩应力应变的变化规律.将隧道衬砌在不同计算方法下的内力值进行比较分析,提出了对常规地震系数法的修正,并在特定工况下采用修正的地震系数法进行隧道抗震设计.     

隧道全自动结构计算软件SDC抗震模块的研发与应用

隧道结构抗震计算要求工程技术人员具备力学、隧道结构、隧道抗震知识及计算软件操作技巧,因此隧道结构抗震计算并不容易。隧道全自动结构计算软件SDC是基于通用有限元程序ANSYS和面向对象设计语言Microsoft Visual Basic,针对隧道工程设计与施工的实际需要而开发的隧道专用计算软件,其最大的特点是简便、高效、实用。该软件的隧道抗震计算模块使工程技术人员能快捷、准确地进行隧道抗震计算分析,只需要输入计算参数,便可得到隧道在地震工况下的轴力、弯矩、剪力、变形、安全系数等。应用实例表明,该软件的计算结果与汶川地震后观察到的隧道震害现象吻合较好。     

地铁盾构隧道与矿山法隧道接口段抗震计算研究

为确保地裂缝条件下地铁盾构隧道与地裂缝设防段矿山法隧道接口抗震设计满足要求,采用数值模拟与理论分析相结合的方法,针对西安地铁5号线某区间盾构隧道与地裂缝设防段矿山法隧道接口部位进行横向地震作用时程分析,并与横向地震作用的反应位移法结果进行对比,结合现有理论及规范,分析地铁隧道接口处的抗震性能及合理的计算方法,发现对于结构断面形式突变的地下结构,宜采用反应位移法进行强度及变形计算,同时采用时程分析法进行校核,明确了不同断面接口两侧隧道横向剪切刚度的差异是导致位移与变形差异的主要原因,同时提出减震层、管片柔性结构与弹性垫圈、变形缝以及加强钢筋与后浇环梁等抗震措施,在高烈度地区还可考虑将矿山法隧道设计为圆形或类圆形断面以提高整体抗震能力,研究结论可为类似工程提供参考。     

穿越活动断层隧道组合抗震缝定量设置的计算公式及试验验证

针对穿越活动断层隧道抗位错的要求,根据断层错动时隧道衬砌节段的几何变形特征,推导基于活动断层倾角、宽度和位错量等参数的隧道组合抗震缝设置数量的计算公式。以穿越龙门山中央活动断层的成兰铁路柿子园隧道工程为背景,按照1∶30的相似比建立室内试验模型,分别针对普通衬砌与按照本文计算结果设置抗位错组合抗震缝衬砌的2种工况进行逆断层位错室内模型试验。结果表明:在活动断层破碎带及其两侧设置抗位错组合抗震缝的隧道与普通隧道相比,衬砌结构的最大纵向应变大幅降低,最大环向应变有不同程度的降低,与围岩间最大接触压力有所降低,且变化范围有所减小,在试验终止时,并未沿隧道纵向出现大规模的横向及纵向裂纹、衬砌剥落和衬砌坍塌等破坏现象。试验结果验证了组合抗震缝定量设置计算公式的正确性和有效性。     

电伴热系统在浩吉铁路隧道冻结防治中的应用

隧道穿越寒冷、严寒地区,在含水环境下易发生冻结现象,严重威胁行车安全。随着我国寒区隧道的大规模建设,寒区隧道冻结防控大多采用“防、排、保温结合”的方式,保温排水系统设计包含侧沟式或中心埋置式保温水沟、中心深埋水沟、防寒泄水洞等方式。以浩吉铁路寒区隧道为例,在前期既有聚氨酯保温侧沟措施下,结合现场出现的侧沟冻结、仰拱填充层积水积冰等问题,采用在侧沟、填充层中央排水槽设置电伴热系统加热,在洞外排水暗管内设置加热电缆等保温措施,解决积冰冻害问题,确保列车运营安全。     

一种基于能力谱法的位移抗震设计方法

近几十年里提出的基于位移的抗震设计方法，直接从结构的性能目标出发，以位移为前提，受到了土木工程界的热切关注，然而，目前国内外学者提出的基于位移抗震设计方法，大多使用具有有效刚度和阻尼的等效弹性结构来代替非弹性体系的地震反应，并需要经过反复迭代计算，使得计算步骤档当烦琐，本文在Fajar改进的能力谱法的基础上，利用《公路工程抗震设计规范》（JTJ004－89）中的加速度反应谱获得了地震需求反应谱，并采用具有5％屈服后刚度比的双线性力－位移模型来得到抗震结构的能力谱，使用该方法不同线性置换结构和迭人过程即可完成结构的抗震设计，给出了单自由度桥墩的设计过程说明了本文所提方法的一种简便且有效的方法。     

隧道衬砌结构地震响应的三维数值分析

运用Ansys软件对盾构隧道在不同地质条件下的水平、竖向耦合地震的响应进行三维数值模拟，分析隧道衬砌结构的不同部位上应力和位移的分布状况，探明了盾构隧道在地震作用下衬砌结构的动力响应规律，找出了衬砌衬砌结构的受力最薄弱部位，研究可对盾构隧道的抗震设计提供理论参考。     

盾构隧道横断面地震响应的广义反应位移法分析

盾构隧道是采用管片通过环向和纵向接头连接起来的隧道,常建于较软弱的地层之中,抗震问题比较突出。为了解地震对盾构隧道的影响,保证隧道的安全,基于成层重复反射理论,采用针对工程实际场地特点而合成的人工地震波,计算出工程场地地层的地震响应;再利用反应位移法对盾构隧道横断面方向进行地震响应分析。考察了该隧道地震时产生的位移和断面内力,计算结果可供类似工程参考。并提供了一种合理和实用的盾构隧道横断面抗震分析方法。