浅埋大直径盾构隧道衬砌的抗震计算方法适用性研究

浅埋大直径盾构隧道衬砌抗震性能攸关其自身及毗邻和交叉建筑物的安全性,抗震设计需要采取合理的抗震计算方法。文中建立了某外径12.4 m盾构隧道工程的平面应变有限元模型,采用动力时程分析法、反应位移法、反应加速度法和整体式反应位移法等抗震计算方法,对比分析砂土、粉质黏土等不同土层条件、90%～320%的隧道直径埋深时隧道衬砌结构的弯矩、剪力和轴力变化规律。结果表明,反应位移法和动力时程分析法的内力变化规律相似、计算值最接近,反应加速度法和整体式反应位移法的计算结果偏差较大。在隧道埋深浅、土层均匀的情况下,可采用反应位移法进行盾构隧道衬砌抗震设计。     

高地震烈度下超大直径海底盾构隧道地震响应分析

运用FLAC3D软件采用动力有限元法对高地震烈度下超大直径海底隧道地震响应进行分析。通过分析得出如下结论:①与单纯自重应力场作用下相比,地震作用会造成结构内力增大,拱顶及拱腰为其受力薄弱部位;②在重力及地震共同作用下,衬砌结构的拉应力主要出现在拱顶附近,最大拉应力超过C60混凝土的抗拉强度设计值,拱顶的衬砌管片可能出现局部脱落;③衬砌结构的最大受力和位移一般发生在地震2-6 s的时间段;④各关键点位置的位移、弯矩、剪力、轴力时程曲线具有相似的变化规律;⑤隧道衬砌最大水平位移为3.6 cm,最大竖向位移为3.7 cm。     

近海淤泥地层超大直径盾构工作井设计

随着城市建设的推进,超大直径盾构隧道逐渐涌现于各种重大工程之中,而大尺寸、超深工作井也随之得到了应用。如何更好地对工作井的围护及结构进行设计,成为了超大直径盾构研究的重点之一。本文以珠海某近海淤泥地层超大直径盾构工作井为例,通过启明星软件对其围护结构的安全性及侧移进行了分析计算,同时采用Midas Civil软件建立三维模型,计算其结构弯矩及剪力,结果表明该工作井方案能满足各规范的要求,可为类似工程提供借鉴。     

海底盾构隧道地震响应影响因素分析

运用FLAC3D软件采用动力有限元法对高地震烈度下超大直径海底隧道地震响应影响因素进行分析.通过分析得出如下结论:1)隧道变形形态受地震波入射方向影响较大,地下结构抗震不能忽略竖向地震荷载而仅考虑水平地震荷载；2)随着管片厚度的增大,其轴力、剪力和弯矩都增大,在满足结构受力的前提下,降低管片厚度有利于提高结构的抗震性；...     

超大直径盾构隧道纵向弯曲变形性能分析模型研究

基于某大型海底盾构隧道工程，建立了考虑螺栓非线性本构特征的超大直径盾构隧道纵向不连续实体模型，采用简易的荷载模式，对其纵向弯曲变形性能进行分析。结果表明:①对于超大直径盾构隧道而言，平截面假定不再适用；②随着弯矩值的增加，盾构隧道的纵向变形呈现出明显的弹塑性特征，其中性轴的位置几乎不发生变化；③螺栓的规格对盾构隧道的纵向变形影响显著，同等量值弯矩作用下，螺栓直径越大，隧道的变形越小。     

基于时程分析法的地铁盾构隧道抗震设计

地铁工程一旦遭遇地震作用的破坏,后果严重。目前地铁隧道常采用盾构法施工,为研究地震作用对盾构隧道的影响,先分析盾构隧道的抗震性能目标,再提出基于直径变形率的盾构隧道在性能要求I时和性能要求II时的变形限值,后采用midas软件进行非线性时程分析。分析表明,在E2地震作用下,盾构隧道承载力满足规范要求,变形满足性能要求I,即中震弹性;在E3地震作用下,盾构隧道变形满足性能要求II,即大震局部弹塑性。     

大跨连续刚构桥施工阶段地震响应分析

为了研究大跨度连续刚构桥施工阶段桩-土效应对地震响应的影响,以赤水河大桥为例建立考虑桩-土效应和不考虑桩-土效应的两种MIDAS有限元模型,分别采用响应谱法和动态时程分析法对施工过程中最大悬臂端进行地震响应分析,通过对最大悬臂端位移、加速度及墩梁刚接处和墩底的弯矩、剪力的对比分析,得知考虑桩-土效应时,桥梁整体刚度下降,结构变柔,桩-土效应影响桥梁的某种动力特性;桥梁最大悬臂端位移、加速度及墩梁刚接处和墩底弯矩、剪力随着激励方向不同产生不同的变化。     

既有连拱隧道在桩基影响下的地震响应分析

采用FLAC3D对桩基施工前后既有连拱隧道在地震荷载作用下的动力响应进行了时程数值分析,研究了桩基对既有隧道的动力影响。计算结果表明:在地震荷载作用下,桩基的施工对隧道衬砌轴力、弯矩数值及分布形态均产生了变化,尤其是近邻桩基一侧隧道拱腰至边墙脚的力学响应变化最大,中隔墙右上、右侧隧道拱腰至边墙脚,是连拱隧道抗震的薄弱部位。     

弹塑性钢减隔震支座在桥梁抗震设计中的应用

为了给桥梁抗震设计提供参考,以减轻桥梁结构在地震中遭受的损伤,介绍一种弹塑性钢减隔震支座(NDQZ)的结构特点及其减隔震原理,并以(83+140+83)m双塔双索面预应力混凝土斜拉桥为实例进行减隔震分析。采用有限元分析软件SAP2000建立全桥有限元模型,在E2地震状态下分别进行非减隔震支座桥梁和NDQZ支座桥梁地震动力时程分析。结果表明:NDQZ支座可实现全桥协同抗震,减隔震效果良好;采用NDQZ支座后,桥梁前3阶自振周期平均延长133%,在顺桥向和横桥向墩底弯矩分别减小了40%和83%,墩底剪力分别减小了39%和70%;承台底弯矩分别减小了39%和74%,承台底剪力分别减小了34%和60%;弯矩和剪力分布均匀。     

大跨径钢筋混凝土拱桥的地震时程响应分析

针对某在建150 m跨径钢筋混凝土箱形拱桥,采用开发的基于ANSYS的大跨桥梁抗震分析计算模块进行地震加速度时程响应分析。选用天津波和EL-Centro波两种加速度时程曲线,采用一致激励和行波激励分别进行地震时程响应分析。结果表明:与一致激励相比,考虑行波效应时,拱脚弯矩、l/4截面轴力和弯矩均有显著增大,拱脚轴力、拱顶轴力和弯矩则有所减小;各部位的顺桥向位移均增加。开发的抗震分析模块应用于实际工程中效果较好。     

琼州海峡隧道超大直径盾构新技术展望

为适应跨江越海隧道工程建设不断发展的需要,盾构正在向超大直径、超长距离、超大埋深方向发展。以琼州海峡隧道为工程背景,结合其超大埋深、超高水压、超大断面、特长距离及地质复杂多变等特点,在详细分析国内外大埋深超大直径盾构技术发展的基础上,对琼州海峡隧道等类似大埋深超大直径盾构工程所面临的超大直径盾构设计制造、盾构特长距离掘进、超高水压条件下盾构密封及特长隧道水下对接等技术挑战进行了论述,并对预期可望获得的大埋深超高水压条件下的超大直径盾构总体设计及集成技术、高效破岩及长寿命刀盘刀具优化设计技术、盾构防水密封设计与制造技术、常压换刀装置设计技术、特长距离掘进地中对接施工装备技术等盾构新技术进行了展望。     

苏埃通道工程

苏埃通道工程路线全长6 680 m,隧道长5 300 m,按Ⅰ级公路技术标准设计,兼具城市道路功能,双向6车道,设计行车速度为60 km/h。苏埃通道工程是我国首座位于8度地震烈度区的超大直径海底盾构隧道,也是国内首条采用超大直径盾构穿越复杂地层的海底隧道,工程综合难度和风险在目前我国同类型工程中最高,具有大、浅、高、强、险等特点和难点。采取开展超大断面盾构隧道的地震物理模型试验研究、对盾构进行创新性设计、对海域球状风化体（孤石）进行提前探测等应对措施。工程于2016年4月开工,计划2020年3月30日建成通车。     

意大利Sparvo隧道超大断面盾构施工关键技术

意大利Sparvo隧道采用直径为1555 m、开挖断面达到15615 m的土压平衡盾构进行掘进施工,是当时世界上最大直径的盾构法隧道工程之一,其施工风险高、技术难度大为业界所公认。扼要介绍意大利Sparvo隧道工程所采用的一些关键技术： 1）盾构装备的选型; 2）衬砌管片的设计与生产,包括混凝土配合比设计、配筋设计与调整、管片接头、管片止水带以及管片预制厂情况; 3）超大断面盾构隧道掘进施工关键技术,包括土体改良、易燃易爆混合气体的对策和盾构原地掉头。这些技术较好地解决了该隧道施工中出现的诸多难题,可为今后同类工程提供借鉴与参考。     

武汉地铁工程紧邻四孔平行盾构隧道的地震响应分析

针对国内少见的武汉地铁工程紧邻四孔平行盾构隧道,为其评价抗震性能,采用有限元法计算分析了在武汉人工合成波作用下的三维地震响应规律:地震荷载引起隧道结构剪力增幅较大,轴力增幅较小,水平位移最大值仅1.93cm。计算分析结果表明,紧邻多孔隧道满足抗震要求。     

近十年来中国超大直径盾构施工经验

随着国内城市基础建设的快速发展,在采用盾构法建设隧道面临直径更大、埋深更大、距离更长以及地质条件更加复杂的情况下,中国已经应用不同的超大直径盾构完成了各类项目,文章结合工程案例对盾构设备、隧道内部结构施工、盾构始发和到达施工工艺、近距离穿越建(构)筑物等对国内超大直径盾构的应用进行了介绍,并探讨了相关施工技术经验。     

深软场地盾构隧道横向地震反应分析

为了研究强震作用下深软地层盾构隧道的地震反应特性,以某海底盾构隧道为工程背景,选取不同的隧道横断面,采用弹性力学孔口问题解,分析了盾构隧道横向地震内力;分别采用反应位移法、反应加速度法对盾构隧道横向地震反应分析,并与动力时程分析结果进行对比。主要结论:圆形隧道结构的内力沿环向呈鹅蛋形分布,轴力和弯矩的最大值分别处于拱肩和拱脚位置;反应位移法和反应加速度法的计算结果差异很小,且两者的差异受地震动强度、频谱特性等因素的影响较小。     

大跨度过江隧道结构在地震动作用下响应分析

以南京过江隧道工程为研究对象,在复杂地质条件下,对大断面双层过江盾构隧道与竖井连接处进行三维数值模拟计算,根据分析结果提出了针对性的工程抗震措施.地震动力响应分析采用三维动力有限差分方法,对其模型输入不同方向的南京波与修正后的汶川波,得出了过江隧道结构在三维围岩环境下的动力响应、应力、变形特征等.研究表明最大压应力一般集中在拱腰处,在仰拱部位和盾构与竖井连接处会出现受拉区,最大位移一般出现在拱顶和盾构与竖井连接处;输入修正后的汶川波比南京波所引起的位移和应力都要大得多.最后提出了能进一步增强隧道抗震性能的建议.     

长江隧道衬砌结构地震响应的三维数值分析

以武汉长江隧道为工程依托,运用Ansys软件对盾构隧道在水平、竖向双向耦合地震作用下采用3种不同衬砌材料的地震响应进行三维数值模拟,分析这3种工况下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.     

不同围岩和埋深条件下土-结构接触界面对衬砌结构横向地震响应特性的影响分析

土与地下结构在强震作用下易发生错动滑移,会对地下结构的抗震性能产生较大影响。为确保隧道的长期安全性,运用有限元分析方法研究不同围岩和埋深条件下土-结构接触面对盾构隧道衬砌结构横向地震响应特性的影响。结果表明： 1)随着土质条件的提高,无论土-结构接触界面有无考虑错动滑移情况,隧道衬砌结构的轴力极值均显著增大,而剪力和弯矩极值均显著减小,且由土-结构接触界面错动引起的隧道衬砌结构动内力变化幅度显著减小; 随着隧道埋深的增加,由土-结构接触界面错动引起的隧道衬砌结构动内力变化幅度逐渐减小。2)考虑土-结构接触界面错动滑移时,随着土质条件的提高和隧道埋深的增加,隧道衬砌各部位水平滑移量均逐渐减小。3)当隧道围岩条件较差或埋深较浅时,隧道衬砌结构的横截面抗震设计应充分考虑土-结构接触界面对隧道抗震性能的影响。     

高水压公路隧道的结构受力特征及对围岩稳定性的影响

以四川省某公路的高水压隧道为对象,采用有限元软件ANSYS11.0,对其结构的受力特征和围岩的稳定性进行了研究。结果表明,水压力对隧道所受的轴力、弯矩、剪力影响最大,受水压力的影响,轴力增加69%以上、弯矩增加97%以上、剪力增加203%以上。在水压力作用系数相同时,在衬砌背后排水系统排出的地下水时,衬砌内力、塑性应变、隧道位移最大值要大于从衬砌渗出的数值,但增幅很小。无论是蛋形断面还是圆形断面,隧道轴力、位移矢量、竖向位移的最大值均有一定程度的减小,两种断面的减小幅度非常相近,圆形断面对隧道结构受力与围岩稳定性要比蛋形断面好。水压力分布不均匀的衬砌内力、塑性应变、隧道位移最大值比分布均匀的要大,其中弯矩、塑性应变最大值增加非常明显,分别增加了100%、443%,水压力分布不均匀对隧道结构受力、围岩稳定性影响较大。