隧道近接施工对上部既有重载铁路隧道安全稳定性影响研究

基于京张高速铁路草帽山隧道下穿唐呼铁路北草帽山隧道工程,探究不同施工方法、不同夹层厚度、不同列车轴重对既有隧道衬砌结构沉降变形、振动加速度和振动速度的影响规律,并结合现场实际监控量测数据进行对比分析。研究结果表明:重载列车激励荷载作用下,下穿隧道采用三台阶法开挖时引起既有隧道的沉降值和振动响应均较小;新建隧道下穿既有重载铁路隧道的最小安全距离约为1.0B,且随着掌子面的不断向前推进,既有隧道沉降值、振动响应幅值均逐渐增大;掌子面距交叉点约30 m范围内,既有隧道沉降值和振动响应受下穿隧道施工影响较大;既有隧道衬砌结构边墙处y方向振动速度最大,z方向次之,x方向振动速度最小;随着列车轴重的增加,振动加速度幅值明显增大。     

列车荷载作用下高铁隧道下有小净距地铁隧道穿越时的结构动力响应特性模拟分析

基于某地铁线路以极小净距下穿京张高铁盾构隧道工程,采用人工激振函数模拟列车振动荷载,分析不同工况下的隧道动力响应特性,探讨了高铁隧道结构的振动加速度、振动速度及竖向位移规律。模拟研究结果表明:隧道监测点振动幅值变化不仅与振动强度有关,还与激振源荷载作用位置有关,高铁隧道中心截面前后±15 m范围内的位移响应最大;隧道交叉位置呈现显著的振动放大现象,造成列车动荷载影响下衬砌结构薄弱区;振动响应总体趋势为自仰拱向拱顶逐渐衰减,即仰拱为隧道振动响应的最不利位置;考虑不同工况,高铁隧道结构的最大振动加速度、振动速度和竖向位移分别为110.204 mm/s~2、3.006 mm/s、0.043 4 mm,低于结构安全振动控制标准的限值,满足安全要求。     

硅藻土地层隧道基底钢管桩加固前后结构动力响应北大核心

依托飞凤山隧道工程,采用数值模拟方法研究了列车动荷载作用下硅藻土地层隧道基底微型钢管桩加固前后的动力响应特性,并引用经验公式预测了隧道长期沉降。结果表明:基底加固前后,列车动荷载作用下隧道结构振动加速度响应峰值均依次为仰拱>墙脚>拱顶>拱肩>边墙,动位移响应峰值均依次为仰拱>墙脚>边墙>拱肩>拱顶;采用钢管桩加固后,隧道结构振动加速度和动位移响应程度都得到明显控制,仰拱处的振动加速度响应峰值和动位移响应峰值分别减小了14.46%和30.58%;硅藻土地层隧道车致长期沉降主要发生在运营期前两年,钢管桩加固基底可有效减少隧道长期沉降。     

列车-CRTSⅡ型板式无砟轨道-路基系统加速度响应大型振动台试验研究

为探究高速铁路在地震作用下的响应特征,同时为高速铁路地震预警提供试验验证,开展了国内首次大比尺列车-CRTSⅡ型板式无砟轨道-路基体系振动台试验,以CRH380BL型列车为原型,钢轨、扣件、列车、轨道板等构件依据相似比进行精加工,选用黄河大桥桥址地震波进行加载。试验结果表明:路基高程对水平向加速度增幅明显;加载0.12g地震波时,轮轨相互作用竖向响应强于水平向;现行停车阈值设置合理;转向架水平向减震效果明显;地震波幅值≤0.14g时,钢轨处加速度放大系数与地震波幅值成正相关,列车的振动模式在0.14g后发生变化,放大系数起伏不定,但均值仍大于0.14g以前系数。该研究成果可为高速铁路地震预警进一步的研究提供指导。     

地铁双层交叉隧道非线性地震响应分析

以北京某地铁双洞盾构隧道近距离下穿既有矩形矿山法隧道为例,建立不同交叉角度的地铁双层交叉隧道三维数值模型,采用日本阪神波及北京人工波作为向基岩输入的地震波,研究其在水平强地震动作用下的地震响应特性,并与单层矩形/圆形隧道的地震响应特性进行比较。结果表明:双层近距离交叉隧道相互作用效应对上、下层隧道相对水平位移峰值和振动加速度均具有放大作用,且均随着交叉角度的增大而减小,对上层矩形隧道的地震应力有增大作用,对下层圆形隧道的地震应力有减小作用,且与交叉形式和基岩输入的地震波特性密切相关;上层矩形隧道顶、底板与侧墙的连接部位、中隔墙(中柱)的顶部和底部,以及下层圆形隧道的拱肩和拱腰处是结构的薄弱部位;矩形隧道和圆形隧道的地震变形模式分别近似于正弦曲线的单调递增段和反S形;场地土层的变形以剪切变形为主;土与结构的接触面是地震发生时的薄弱环节。     

爆破施工新建地铁隧道与既有运营地铁的相互动力响应研究

以深圳新建地铁3号线下穿既有地铁4号线为工程背景,采用数值分析方法,对爆破施工新建地铁隧道与既有运营地铁的相互动力响应进行模拟分析.结果表明:在爆破振动作用下,既有地铁隧道二衬的最大拉应力、最大竖向位移和最大振速均位于仰拱中心处,仰拱、拱脚、边墙及拱顶位置处的最大竖向位移和最大振速依次减少;开挖进尺为1m时,仰拱中心振速超过了爆破安全控制标准,因此在施工中应对既有地铁隧道二衬的振速进行重点监测,为安全计,建议将开挖进尺设计为0.5m;既有地铁运营对新建地铁隧道产生的最大位移为0.22 mm,最大附加弯矩为750 N·rn,最大附加轴力为30 kN,说明既有地铁运营对新建地铁隧道的影响较小,在新建地铁隧道设计和施工时可以不予考虑.     

新建隧道下穿施工对既有上卧盾构隧道扰动影响规律研究

针对新建盾构隧道下穿施工时,对既有上卧盾构隧道结构的扰动影响问题,应用非线性接触理论和多尺度混合建模技术,建立三维非连续精细化数值模型,重点分析隧道正交下穿施工扰动下,既有上卧盾构隧道管片与接头受力和变形规律。研究结果表明:新建隧道下穿施工诱发既有上卧盾构隧道整体下沉,表现为隧道结构竖向收敛波动和仰拱沉降显著;纵缝接头变形以张开为主,环缝接头变形以错台为主,且同一环中拱顶处变形最大;环缝接头应力集中明显,靠近交叉点处管片环缝的最大、最小应力均接近混凝土强度设计值,局部裂损风险高;受下部开挖影响,上卧盾构隧道环缝接头螺栓剪应力值增加显著。     

Y形柱双层地铁车站振动台试验研究

为了研究大跨度浅埋Y形柱双层地铁车站地震响应规律,通过设计相似比,浇筑车站结构模型,进行了振动台试验。试验结果表明:相同地震波下,Y形柱顶部加速度反应大于底部,即随着埋深增加,加速度反应减小;同一地震波,Y形柱底部应变幅值中部应变幅值顶部应变幅值;输入相同加速度峰值地震波,Y形柱同一埋深位置应变幅值接近;同一地震波作用下,边墙底部应变幅值顶部应变幅值中部应变幅值。     

地铁列车振动荷载对下叠并行新建城际铁路盾构隧道的动力响应分析

以新建佛莞城际铁路盾构隧道与广州地铁3号线明挖段矩形隧道交叠并行工程为依托,研究地铁列车通过明挖隧道时产生的振动荷载对下部新建盾构隧道衬砌结构的动力响应,并对不同列车振动荷载下新建盾构隧道衬砌结构的动应力进行了分析.使用激振力函数法模拟地铁列车振动荷载,选取下部新建盾构隧道典型监测断面的监测点来研究在地铁列车振动荷载作用下衬砌结构的振动加速度、应力和竖向位移响应特性.结果 表明:轨道结构质量越差,列车运行速度越快,车体质量越大,列车振动荷载的幅值也相应增大;在地铁列车振动荷载作用下新建盾构隧道衬砌结构存在着明显的动力影响区;新建盾构隧道衬砌管片竖向位移曲线呈"W"形,且拱顶处的竖向位移幅值最大;随着地铁列车运行速度加快,新建盾构隧道的竖向沉降亦随之增大,地铁列车运行速度每增加30 km/h,隧道衬砌结构的竖向沉降平均增加2.66％.     

黄土隧道仰边坡及洞口段地震动响应试验研究

随着西部大开发的进一步深入,国家对该地区的抗震减灾工作提出更高的要求。以郑西客专和宝兰客专线上比较典型的黄土隧道为工程背景进行振动台模型试验,本次试验加载的地震波形为正弦波(3~50 Hz)、汶川卧龙波和EL-Centro波,通过对试验过程中边坡和隧道洞口段的失稳破坏形式以及得到的实验数据研究分析,得出以下结论:(1)试验过程中模型在坡顶、坡面、拱顶以及拱脚处分别出现不同程度的裂缝,坡顶中部出现错台和震陷。随着地震动峰值加速度的增大边坡鼓出现象更加明显,同时存在隧道一侧滑塌破坏程度大于纯边坡一侧。(2)隧道的存在会加大坡面的加速度,坡顶边缘处的动力放大效应比较明显,当台面峰值加速度增大时会出现放大效应趋于"饱和"现象。(3)随着地震动峰值加速度的增大,仰拱和拱顶的最大土压力值位置逐渐向隧道洞内延伸,洞口段衬砌加速度和土压力沿隧道轴向一般先增大再减小,洞口段的抗震设防长度建议为5倍的最大洞径。     

近距离垂直交叠盾构隧道的列车振动响应特性及损伤规律

基于拟合的列车振动荷载,采用数值模拟方法研究当列车在上部隧道行驶时近距离垂直交叠盾构隧道的动力响应特性,以及在不同隧道净距时上部隧道的损伤分布规律。结果表明:在列车振动荷载作用下,列车距离分析断面越近,分析断面上隧道衬砌的振动加速度和振动最大主应力增量均越大;拱底的振动加速度最大,拱腰次之,拱顶最小;在交叠中心断面处,上部隧道的最大主应力增量远大于下部隧道;压致损伤和拉致损伤主要集中在上部隧道底部附近130°的范围内,且在交叠中心处达到最大。随着两个隧道净距的减小,上部隧道的压致和拉致损伤均增大;当两个隧道净距为6m时,仅交叠中心处上部隧道拱顶出现较小的压致和拉致损伤,当两个隧道净距为4和2m时,交叠中心处上部隧道的压致和拉致损伤增量较大,远离交叠处上部隧道仅出现较小的压致和拉致损伤,说明两个隧道近距离垂直交叠时,下部隧道对上部隧道的振动加速度、最大主应力增量和压致及拉致损伤具有放大效应。     

下穿隧道爆破施工对既有隧道的振动影响及对策研究

依托云南省盐津县白水江三级电站引水隧洞下穿内昆铁路手扒岩隧道的工程实际,采用LS-DYNA显式动力数值模拟及现场爆破振动监测,对既有隧道受下穿新建隧道爆破施工产生的振动影响和对策进行研究。结果表明:全断面起爆中,D(D为下穿新建隧道洞径,下同)<2.5D0(D0为基准洞径)时,既有隧道的振动速度、振动加速度均随D的增大而增加,且基本呈线性关系;2.5D0≤D<3.5D0时,振动速度及加速度均急剧增大;D≥3.5D0时,振动速度、加速度随D的增加而减小。随两隧道间距的增加,既有隧道考察点的振动速度和加速度均减小;在距离相等时,掌子面未到达前的振动响应大于掌子面离开后的响应;相同爆破参数时,距离越远,受到的振动越小;同时起爆药量越大,受到的振动越大。随围岩的变差,既有隧道处的振动速度增大,振动加速度变化较小。根据不同影响因素与振动速度关系的规律,推导了包含隧道开挖洞径、进尺长度、上下交叉隧道净距、单位药量等参数的隧道开挖爆破振动速度计算公式,并由现场爆破振动监测验证了数值模拟的正确性。同时,针对不同影响因素,提出分部开挖、分段起爆、干扰减振等减小爆破振动影响的对策措施及选择原则,并指出爆破试验及爆破振动监测在近接隧道工程中的重要性和可操作性。     

围岩空洞对重载铁路隧道动力稳定性的影响

以浩吉铁路万荣隧道为研究对象,基于围岩拱部空洞的各类参数(长度、高度、分布范围),对隧道动力响应特性、隧道衬砌应力等进行研究。在分析列车动力荷载的施加机理与施加方法的基础上,建立车辆-轨道-隧道动力有限元模型,计算在列车荷载的作用下,不同的空洞参数对隧道位移、加速度、衬砌主应力等方面的影响。研究表明,空洞加剧了隧道各部位的振动响应,其中拱顶的动力响应变化最大,空洞高度从0增大到20 cm时,拱顶的位移峰值增大了近3倍,而仰拱部位位移最小;空洞也改变了衬砌混凝土的受力状态(由受压变为受拉),这对于混凝土材料极为不利;随着空洞范围的不断增大,动力荷载对拱顶的影响加剧,拱顶的加速度峰值由无空洞状态的1.62 m/s^-2增加到3.49 m/s^-2,此时结构已处于不稳定状态。     

隧道爆破开挖作用下洞口高边坡的动力响应

惠州市四环路西坑东隧道洞口段为八级高边坡,本文采用显式动力分析方法研究了隧道内钻爆施工中爆破效应对洞口多级边坡振动特性的影响。结果表明:由于地层的反射与折射,爆破地震波由拱顶的双峰形态变为坡面处的单峰形态,且振动速度峰值由拱顶处的28.810 cm/s迅速降至坡面处的0.383 cm/s;中导洞断面起爆后,边仰坡最下层测点振动速度最大,洞口侧边坡、路堑边坡依次减小,说明距离越远振动衰减越迅速;仰坡坡面测点振动速度峰值依次为上台阶起爆下台阶起爆中导洞起爆侧导洞起爆,故装药量是影响边坡稳定性的关键因素;振动速度峰值小于规范安全允许的质点振动速度。该工程洞口高边坡在隧道钻爆施工下是安全的。     

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。     

达成高速铁路岩溶隧道围岩稳定性分析

结合达(州)成(都)高速铁路某岩溶隧道工程,建立岩溶隧道三维实体模型,利用三维快速拉格朗日法FLAC3D对隧道底部含有溶洞的围岩稳定性进行数值模拟研究,并将数值计算结果与现场监测结果进行比较分析.研究结果表明随着隧道施工接近并通过溶洞顶部,隧道拱顶处围岩向下变形,其值不断增大,拱腰处围岩沿隧道径向收敛,其值变化较小;仰拱处围岩最初向上变形,在隧道施工到溶洞顶部时变为向下变形,且其下沉值不断增大;围岩塑性区主要集中在隧道拱顶、仰拱底、拱腰和溶洞顶部处,溶洞顶部与隧道底部的塑性区有相互连通的趋势;隧道拱顶左右各约45°的范围、隧道底部以及溶洞周围的部位为应力释放区,拱腰处为应力增高区.     

地震作用下路基上列车脱轨响应的振动台试验研究

为探究路基上列车在不同特性及幅值地震波作用下的脱轨特性,开展大型振动台模型试验,详述列车脱轨系数的测量方法,加载地震波选用郑州黄河大桥桥址地震波(ZHQ)及CHY004地震.试验结果表明:模型在加载现行规范中停车阈值工况(0.12g)时,列车不同轮对脱轨系数峰值均小于0.8;随着加载地震波幅值增加,各轮对的脱轨系数峰值...     

无碴轨道桩板结构路基在地震荷载下的动力响应分析

结合遂渝线无碴轨道桩板结构路基,采用天津(1976年)地震波,基于弹塑性本构关系,建立桩、板和土体的三维实体模型,利用有限元软件ANSYS,对桩板结构路基在地震荷载下的动位移、加速度及竖向应力的动力响应进行数值模拟。分析计算结果可知,在地震荷载下桩板结构路基不同位置处的动位移、加速度响应基本一致,滞后现象不明显;桩底持力层的动位移、加速度幅值略小于其他位置。相对于输入的地震加速度,桩板结构路基响应的加速度幅值被放大,而对应的时刻都滞后于输入的加速度最大值的时刻。在桩截面处的承载板受力不利,所以在桩截面处的板截面需加固处理以满足抗震设计要求。桩的存在对周围土体的动力响应有一定的影响,但总体来说,影响程度很有限。     

基于HHT的地震作用下基覆型边坡坍塌特性研究

以川藏铁路沿线位于理塘-德巫断裂带附近的典型基覆型边坡为原型,基于相似准则,按与原型相似比1∶10设计模型,进行汶川卧龙地震波、Kobe地震波、El Centro地震波作用下边坡地震坍塌试验,利用位移响应及加速度的HHT (Hilbert-Huang Transform)谱进行边坡在地震作用下的变形和破坏特征研究。结果表明:边坡坍塌过程可分为稳定振动、裂缝扩张和坍塌破坏3个阶段;稳定振动阶段边坡内力可抵消大部分地震动能量,土体内部出现少量弹性位移,不同地震波类型造成的边坡HHT谱幅值有明显差异,且主要为低频振动;裂缝扩张阶段边坡坡面出现碎屑流,土体产生明显塑性变形;坍塌破坏阶段边坡坍塌为局部效应,坍塌相邻区域的HHT谱幅值在时域上分布较大,坍塌时伴随出现软弱夹层面的滑坡,坡面位移大小与不同地震波作用下的HHT谱幅值大小保持对应。     

一种钢筋-沥青复合隔震层的性能

针对广大农村民居低矮房屋抗震能力普遍不足的现状,根据结构隔震理论,提出了一种廉价、施工简便的钢筋-沥青复合隔震层.并以刚体质量块代替刚度较大的砌体建筑物,进行了振动台的模拟试验.结果表明,在不同加速度幅值地震波输入下,由于隔震层吸收了大部分的地震能量,质量块顶部加速度衰减40%～60%,具有较好的减震效果;在加速度幅值为0.30g以下时,隔震层钢筋处于弹性工作状态,在振后能自动复位,并能较好的满足"小震不倒"要求.加速度衰减系数βα随台面输入加速度峰值的增大而整体上呈增大趋势,隔震层上梁和下梁之间的相对位移随台面加速度幅值的增大而增加.