地下结构抗震设计方法的比较与分析

在日本阪神大地震中,地下结构遭到了严重破坏,因此地下结构的地震反应及抗震设计和安全性评价越来越被重视。首先采用矩形地下结构的两种抗震设计方法——拟静力法和反应位移法对北京地铁北宫门车站进行了抗震计算,并使用计算软件FLAC4.0对北宫门车站进行了时程分析,发现拟静力法对地震荷载过于简化,致使其过低估计了地震对地下结构的影响;而反应位移法较合理地反应了地震荷载对地下结构的影响;地震中的惯性力对地下结构的内力影响不大,地震剪应力对结构的内力影响最大;并且,通过软件FLAC时程分析,得到的位移等反应规律与反应位移法的假设相同,计算得到的弯矩值与采用反应位移法计算得到的弯矩值相近。因此,推荐首先采用反应位移法进行地下结构的抗震设计。     

浅埋单拱大跨无柱车站抗震分析研究

文章简要阐述了地铁抗震分析常用计算方法的优缺点及适用性,并结合青岛地铁4号线人民会堂站实际情况建立有限元模型,计算分析地震荷载作用下车站动力特性,通过对比结构各点内力及位移,结果表明:(1)反应位移法、反应加速度法计算地震响应结果普遍比时程分析法大,且车站刚度越大,偏差越大;(2)鉴于E3状态下结构弹塑性本构误差较大,对于截面变化不大、地层较为简单的车站弹塑性层间位移可采用弹性层间位移乘以延性系数;(3)惯性力法计算普遍比反应位移法小,但当车站惯性力起主导作用(即车站刚度相对于土体很大)时,惯性力法与反应位移法计算相差不大;(4)青岛车站基本位于花岗岩中,结构动力响应90%是由剪切力引起,不同于昆明、常州、郑州等土体抗震分析结果;(5)地铁结构层间位移角随车站埋深增大而增加,随矢跨比、围岩弹模、二次衬砌厚度增加而减少,但其中二次衬砌厚度对层间位移角影响最小,车站埋深影响最大。     

考虑围护结构的地下车站反应加速度法抗震设计

反应加速度法作为一种拟静力抗震分析方法,由于其可以考虑复杂结构形式等,因此在工程中具有很强的实用性。在介绍反应加速度法基本原理和计算流程的基础上,结合轨道交通地下车站工程实例,考虑车站围护结构的存在,借助一维土层地震反应分析,获得结构顶、底板相对水平位移为最大值时刻的各土层和结构对应埋深处的水平有效反应加速度,将其作为反应加速度法的等效荷载进行抗震计算。通过阐述具体计算过程,分析计算结果,为地下结构抗震设计提供指导。     

基于一维土层地震反应分析轨道交通区间隧道横向反应位移法的抗震设计

反应位移法作为一种较合适的地下结构拟静力抗震分析方法,其等效动荷载的确定对地下结构抗震结果的影响较大。借助一维土层地震反应分析,获得土体在地震动荷载作用下的动力反应,从而取得地下结构顶底标高处产生最大相对变形时刻的荷载参数,并以此作为确定反应位移法等效动荷载的依据。结合上海轨道交通圆形区间隧道工程实例,阐述了具体抗震分析过程,可为地下交通隧道结构的抗震设计提供借鉴。     

预筑拱控制软弱围岩变形机理的研究

软弱围岩变形主要发生在掌子面前方,控制软弱围岩变形的关键环节是控制掌子面前方变形,即预收敛。预筑拱以其横向连续性好、施工速度快等特点在控制软弱围岩预收敛方面具有良好效果。文章通过FLAC3D建立三维数值模型,分析研究了预筑拱控制软弱围岩变形的机理。研究发现:(1)预筑拱能有效地控制隧道预收敛变形、收敛变形以及隧道上方围岩变形,围岩条件变差时预筑拱作用效果更加明显;(2)预筑拱能够有效地控制掌子面前方围岩的应力释放,从而有效地控制隧道上方坍落拱的发展范围,限制拱顶区坍落拱的分布区域,减少开挖对围岩的扰动,限制围岩应力重分布程度;(3)由于限制围岩应力释放,预筑拱所受围岩荷载比传统支护所受围岩荷载大。     

盾构扩挖法建造地铁车站的监测方案设计

盾构扩挖法建造地铁车站可以解决区间盾构施工和车站施工在工期上的矛盾。选取北京地铁十号线三元桥车站起始里程18.6m范围作为试验段,开展了盾构法与明挖法结合建造地铁车站的方案研究。为了确保试验段安全顺利地施工,同时为以后推广此类车站的设计和施工收集试验数据,特编制本监测方案,包括施工安全监测和试验数据监测。针对试验段的特殊情况,重点对盾构管片位移与变形、管片张开度、基坑外地表沉降、土体位移、基坑土钉支护墙水平位移、支撑轴力、节点处结构应力和管片内力进行了监测设计。     

中庭式地铁车站结构地震动力响应机制分析

随着建筑功能需求的多样化,出现了中庭式地铁车站结构型式。为引入自然光,中庭式地铁车站结构顶板、中板的中部去除,设置横梁代替;并且为了扩大空间,地下一层不设柱,地下二层设置扁柱,这些特征使中庭式车站地震动力响应异于传统车站。文章通过中庭式地铁车站土-结构1/30缩尺模型振动台试验研究,探究不同峰值、频谱地震动作用下场地土体的放大衰减效应、结构的加速度、动力应变响应,并分析地震动力效应对结构内力的影响,为中庭式车站结构抗震设计提供参考依据。     

盆地面波效应作用下地铁车站动力响应分析

为探究浅埋地下结构在盆地面波效应作用下的地震反应特性,文章以北京某两层两跨箱型框架结构地铁车站为工程背景,利用FLAC有限差分软件,针对盆地面波效应作用与单一地震波作用下地铁车站的动力响应进行了分析对比。分析结果表明,在盆地面波效应作用下地下结构的动力响应有明显的放大作用,且随着地下结构深度的增加,相应部位的放大系数有所减小;在盆地面波效应作用下没有改变原有地下结构抗震薄弱点位置;在盆地面波效应作用下,地震波的地震动特性对地下结构的影响起着非常重要的作用。     

新建地铁隧道“零距离”下穿既有车站施工技术分析

新建地铁隧道"零距离"下穿既有运营地铁车站结构的施工将引起既有车站结构的变形,影响既有地铁正常运营。文章以北京地铁7号线下穿既有10号线双井站为工程背景,针对地铁区间隧道"零距离"穿越既有车站全断面开挖、台阶法开挖及CRD法开挖引起的既有车站主体结构、既有10号线轨道及区间隧道支护结构等的变形和受力状态进行了数值模拟,对比分析了不同开挖方案引起的既有车站结构及轨道的变形特性;以既有线轨道的变形量为控制标准,结合施工引起既有车站结构的受力变化,确定了区间隧道"零距离"下穿既有车站的施工开挖方案;同时对采用CRD法施工时的不同加固措施对既有车站及轨道变形的控制效果进行了数值模拟分析,确定了施工中地层加固范围及加固长度等注浆加固参数。现场监测分析结果表明,基于数值模拟分析优化并实施的区间隧道交叉中隔壁法(CRD)开挖方案以及在左右线隧道间的夹土层、隧道掌子面地层及隧道左右外轮廓3 m内地层进行加固的施工技术方案保证了既有线轨道变形速率不大于0.04 mm/d和既有车站主体结构累计变形量小于10 mm的要求。     

深圳地铁车站进洞施工技术

为了加快深圳地铁18标段(金水区间)施工进度，在已建好车站主体(19标段水晶岛站)中，利用车站风井作为施工竖井，增加工作面。通过对区间端头预加固，达到安全进洞的目的。本文主要内容包括：区间端头预加固方案、站内提升设备改进、洞内提升设备设计、破洞开挖方案、地下涌水处理方案。     

岭脚隧道施工过程围岩及支护结构应力响应数值分析

为了得到隧道开挖过程周围围岩及支护结构的应力响应规律,文章以岑水高速公路岭脚隧道为研究对象,通过应用有限元分析软件MIDAS/GTS,对施工过程围岩与支护结构的应力响应规律进行了数值模拟,分析隧道施工中的围岩应力状况。     

地下结构专业抗震计算软件的开发与应用

在采用反应位移法和反应加速度法进行地下结构抗震设计时,考虑到在地震动参数确定、土层地震动反应、边界条件设置等方面存在的复杂性,采用VC＋＋开发面向道路隧道、地铁区间隧道、沉管隧道、地铁车站等地下结构的专业抗震计算软件SAUS。该软件由软件界面平台、建模前处理、抗震计算分析、结果后处理四部分构成。前处理功能可自动快速地完成建模、设定单元属性、施加荷载和设置边界条件等;抗震计算提供常用的多种圆形和矩形结构的反应位移法和反应加速度法的自动计算;后处理功能提供结构的位移和内力云图显示、结果数据查询以及自动生成计算书等。通过实际工程的应用,极大提高了地下结构在抗震设计方面的工作效率。     

对建成地铁车站结构改造设计与施工的数值模拟分析

对已建地铁车站进行技术改造是一项非常复杂、风险极大的工程,需对改造结构进行技术评估,并涉及对原结构设计内力和位移附加增量的有效控制。文章针对苏州地铁1号线金鸡湖西站已建成的地下车站的围护、主体结构局部改造设计与施工存在的风险,运用有限元数值模拟分析预测结构附加应力和变位,为控制改造施工安全提出了结构构造措施和监测措施等合理化建议,可供类似工程提供借鉴。     

联络风道中段结构的设计和环境保护

联络风道是连接延安东路隧道南线２号井和北线２号风塔的地下通道。文中就最关键的联络风道中段结构的设计与施工作了分析论述。中段结构从北线隧道的中央控制室和综合办公楼之间穿越，两楼相距仅９．５ｍ，而中段结构包括地下连续墙就有７．２ｍ，加上内衬结构和地下墙的施工误差，地下墙与两楼净距仅１ｍ左右。为选择最优方案，设计过程中论述了顺、逆筑法的施工方案，从中选择了逆筑加地基加固对限制位移和地面变形较好的施工方案     

基坑开挖对近接地铁车站的影响规律研究

文章依托广州地区某邻近运营地铁车站的基坑工程,使用数值分析方法,建立了考虑车站结构-土体-基坑围护结构共同作用的二维非线性数值计算模型,研究了基坑与车站间隔距离、基坑开挖深度等参数变化情况下,地铁车站结构的变形规律及振动响应特性。计算结果表明,基坑开挖明显改变了邻近地铁车站的变形场。基坑开挖越深,距离车站越近,影响越加明显。基坑开挖引起地铁车站的变形表现为竖向隆起和向基坑内侧移动;随着基坑开挖深度的增加,车站结构水平位移变化较为明显,最大竖向位移变化不大,但竖向位移差变化明显,对结构影响较大;在列车动载作用下,随着基坑开挖深度增加和间隔距离的减小,对基坑围护结构本身和邻近车站结构的振动响应特征都将产生影响,而且这种影响均是加剧结构的振动。文章进一步提出了控制车站结构变形的技术措施,为类似地铁车站设计和施工提供了参考。     

超小净距隧道结构设计与施工稳定性分析

文章依托某城市地下互通式隧道工程中一处超小净距隧道工程,对超小净距隧道的三种结构形式进行比选,研究确定了无中隔墙的超小净距隧道结构方案,采用锚杆注浆加固中夹岩柱并加强一次衬砌和微震预裂爆破技术的分步挖掘施工方案;利用有限元数值模拟超小净距隧道支护施工过程,得到其各个施工步序下围岩及支护结构应力、应变状态,分析其稳定性,优化并验证设计参数,有效指导设计与施工。     

大跨浅埋暗挖地铁车站中洞法施工安全性分析

采用多块多工序施工的大跨度车站,以位移量作为监测控制值在测读和评判分析上有一定难度,而以应力应变体系作为监测及评判量有一定的优势,对于了解隧道支护结构的受力机理及结构的安全性能可提供直接有效的依据.文章针对大跨浅埋地铁车站的施工工法特点,选择合理的监测手段及技术,对北京地铁5号线天坛东门站施工过程中围岩压力、变形及结构内力进行了系统监测及数值分析,并对中洞法施工过程中的围岩及车站结构受力、变形特点和与施工进度的关系进行了分析,对中洞法施工的安全性进行了论证,可供同类工程设计施工参考.     

悬索跨越管道地震响应分析

悬索跨越管道在地震作用下易受破坏,其地震响应分析、抗震设计方法的研究己成为管道跨越工程设计中的重要课题。文中建立了ANSYS分析模型,运用大质量地震输入方式,以典型的地震波作用于悬索跨越管道,进行非线性动力时程分析,得到悬索跨越管道地震响应结果,分析了悬索跨越管道地震响应的规律和特点。结果表明：悬索跨越管道在地震作用下,弯管处受力最大,管跨中点位移最大,地震波轴向和竖向分量对结构响应更强烈。     

大型地下车站洞室结构设计施工技术

红旗河沟车站是重庆轻轨3号线与地铁6号线的地下换乘车站,也是当前全亚洲建设规模最大的地下暗挖车站.依托该工程,介绍了大型浅埋暗挖洞室主体结构设计方法、支护衬砌设计与施工技术,包括洞群组成、主洞与附属洞的衔接方式、埋置深度确定、主洞断面设计、高边墙式大断面主洞开挖工法、支护类型等；着重研究了十字交叉节点的结构设计方法,并采用有限元方法进行了结构受力特征分析与开挖过程施工力学计算.通过施工过程的力学分析与精细化设计,红旗河沟车站成功建成,相关设计施工方法对今后类似超大型地下洞室工程具有一定参考价值.     

木寨岭隧道大变形控制技术

对于隧道大变形控制,需综合考虑加固围岩、大刚度支护、适度应力释放、合理工法以及强化建设管理等手段,多措并举。文章以木寨岭特长隧道施工大变形控制为工程实例,总结和分析斜井及正洞施工中不同程度的大变形段落支护结构调整及变形控制理念。结果表明:(1)对于一般大变形段,适当提高隧道支护结构强度和刚度即可有效抑制变形和支护破坏;(2)对于中等大变形段,可进一步提高支护结构强度和刚度,或者辅以径向注浆、加长加密锚杆、局部增设套拱等措施,变形也能得到基本控制;(3)对于严重—极严重变形段,必须采取超前应力释放、长短锚固体系加固围岩、分层施作大刚度支护等综合措施才能有效控制变形,保证施工及结构长期安全稳定。