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。     

浅埋偏压隧道地震动力特性及稳定性分析

基于土-结构相互作用模型．利用粘-弹性边界条件,运用时程分析方法研究浅埋偏压隧道在水平地震、垂直地震以及45°方向作用下的全时程动力反应规律。对围岩和衬砌受力、注浆锚固范围等隧道工程特性进行分析研究,以期为浅埋偏压隧道抗减震设计提供一定参考.     

非关联流动准则对浅埋隧道稳定性影响的上限分析

基于非关联流动准则和极限分析上限理论,通过构建浅埋隧道的简单破坏模式,推导了非关联流动准则下浅埋隧道围岩压力的计算公式.基于内外能耗守恒原理,结合强度折减技术对一定围岩压力下浅埋隧道稳定性进行了分析,并应用非线性优化方法,得出了浅埋隧道围岩压力和一定围岩压力下浅埋隧道稳定性上限解析的优化解答.研究结果表明:岩土材料的剪胀特性和围岩侧压力系数均对浅埋隧道和稳定性有较大影响,且岩土侧压力相关系数对浅埋隧道稳定性的影响程度更为显著.     

超浅埋偏压小净距隧道的施工力学行为分析

浅埋偏压隧道是山岭隧道中常见的一种隧道类型,隧道受偏压影响衬砌结构受力复杂,山坡岩体稳定性差,施工难度极大。以广乐高速大源一号隧道为工程背景,针对双洞并行隧道复杂的受力状态,采用有限元方法对超浅埋偏压小净距隧道进行了考虑施工顺序的数值模拟,对隧道衬砌结构的受力及变形进行了分析,对围岩的加固处理方式对衬砌结构造成的影响进行了计算分析。结果表明:对浅埋偏压小净距隧道,先施工埋深较浅一侧的洞室可使得衬砌结构所受到的内力较小;对大源一号隧道采取灌浆等措施可有效减小衬砌结构所受到的内力。     

大跨径隧道浅埋段施工监测研究

通过对大跨径隧道浅埋段的围岩变形进行现场监测与分析,获得了各施工阶段隧道围岩的地表沉降、拱顶下沉和水平收敛情况,有效地控制了浅埋段隧道围岩变形,为隧道的支护体系设计优化提供了依据,指导了隧道现场施工.     

浅埋隧道掘进爆破及其振动效应数值模拟研究

文章以玉渡山隧道为工程背景,采用完全重启动分析法对浅埋隧道掘进爆破破岩过程进行数值模拟,同时结合现场监测结果,对浅埋隧道掘进爆破及其振动效应进行研究,并对研究结果进行分析得出,浅埋隧道钻爆施工,应重点控制爆破振动对开挖区隧道上部围岩、初衬结构的影响,需要特别注意的问题是当浅埋隧道穿越地表上方存在重要建筑物时,已成形隧道形成的爆破振动放大效应对建筑物产生的影响不能忽视。     

大断面浅埋小净距隧道衬砌计算研究

通过对浅埋小净距隧道围岩压力的计算进行分析,得出隧道围岩压力的计算公式。以白山大断面小净距隧道为例,采用荷载结构法对隧道衬砌进行了检算,得出衬砌安全系数,并与规范值进行对比,以此评定隧道衬砌设计的合理性,对大断面浅埋小净距隧道的设计有一定的指导意义。     

浅埋软弱围岩隧道掌子面失稳破坏模式研究

将浅埋隧道掌子面稳定性问题简化为二维平面问题,构造了更符合实际工况的隧道掌子面破坏模式。在此基础上,采用极限分析上限法得到浅埋隧道掌子面支护反力的目标函数,并建立了优化变量约束条件。利用Matlab编制计算程序进行优化求解,通过算例得到了不同边界条件下维持浅埋隧道掌子面稳定所需支护反力系数,解释了浅埋隧道掌子面失稳机理,并分析了影响掌子面失稳的主要因素。     

浅埋偏压隧道洞口施工技术

针对隧道洞口存在浅埋、偏压、围岩破碎、稳定性差等不良地质情况,以榆商线南沟隧道工程为依托,对隧道洞口施工过程中的围岩变形情况进行分析,提出了隧道洞口施工的技术措施,总结了黄土地段浅埋偏压隧道的进洞经验．确保了依托工程隧道进洞的安全及隧道施工质量。     

立交隧道地质敏感度及结构适应性研究

针对立交隧道新建隧道下穿既有隧道工程,提出采用地质敏感度方法对该复杂工程进行研究。将国内十一省市上百座已建/在建的浅埋隧道或隧道浅埋段近似为立交隧道工程进行调查研究,通过大量数值模型计算,得出了不同埋深、不同地质条件下立交隧道新建隧道下穿既有隧道不同地质敏感区的敏感度阈值及相应的层厚阈值,针对敏感度分析结果提出相应的结构适应性方案,并进行适应性效果研究,结果表明研究成果与实际相符。此外,利用隧道调研结果,制定相应的结构适应性措施,并验证了结构适应性措施的效果及其合理性。     

偏压浅埋连拱隧道施工过程的三维数值模拟

针对一座浅埋偏压条件下的双连拱隧道，分别按三导洞先墙后拱法和中导洞法对其施工过程进行了三维弹塑性有限元模拟分析。计算结果揭示了该条件下双连拱隧道衬砌结构的受力和变形以及围岩的塑性区分布都具有明显的非对称特性，衬砌内侧的拱部和内外侧仰拱承受了较大的拉应力而成为结构的薄弱环节，中隔墙因在不对称水平推力作用下发生偏转成为影响衬砌结构稳定的关键因素，并在此基础上对提高结构的稳定性提出了建议。     

浅埋大跨隧道平行下穿既有地下商业街施工技术研究

新乡市平原路隧道为双向4车道,下穿既有建筑物610.55 m,与既有建筑物底板净距仅2.0~4.5 m,属浅埋大跨隧道下穿既有建筑物工程,施工难度非常大。根据工程类比,提出了分离式、双连拱和双孔矩形等隧道断面形式,通过数值模拟分析既有建筑物受影响的规律,最终确定采用双孔矩形隧道,CRD法施工,并提出了双孔矩形隧道的优化方案:双孔矩形隧道与地下商业街紧贴,充分利用商业街作用,施工中辅以适当范围的超前注浆措施,但设计参数不宜过高,否则不但施工中难以实现,而且对提高加固控制变形的效果不明显。研究成果可为其他类似工程设计提供一定的借鉴。     

正交型立体交叉隧道的动力响应研究

随着更多复线工程的修建或者受地质条件、既有建筑物的限制以及城市地下空间综合开发的需求，不可避免的会出现许多近接或者交叉的隧道。为解决正交型立体交叉隧道结构地震动力响应特性及相互影响规律等问题，在单向El地震波作用下完成了3种地震烈度、5个工况的交叉隧道振动台试验，并分别对正交型立体交叉隧道中上跨和下穿隧道环向及轴向应变在不同加载工况下的应变峰值进行分析研究。试验结果表明: 1）地震烈度越高，隧道各特征点的地震环向应变越大，下穿隧道环向应变峰值整体大于上跨隧道；下穿隧道边墙部位向应变峰值最大，下穿隧道仰拱部分次之，其次是上跨隧道的仰拱与边墙部分应变峰值。2）当地震烈度较小时，两交叉隧道的环向应变峰值基本持平。3）当地震烈度较大时，下穿隧道的环向应变峰值远大于上跨穿隧道。下穿隧道轴向应变峰值整体大于上跨隧道，且上跨隧道仰拱轴向应变峰值最大，上跨隧道仰拱次之，上跨隧道与下穿隧道拱顶轴向应变峰值最小。最后对上跨隧道与下穿隧道的动力响应规律进行了对比分析。     

单双线盾构隧道下穿对油罐群变形影响的数值分析

随着城市建设的不断推进，城市建（构）筑物日渐密集，新建盾构隧道不可避免地会下穿既有建（构）筑物。分析盾构穿越对周边结构在全寿命周期内的影响，对既有结构物的维护极为重要。基于此，本文采用三维有限元方法分析某越江盾构隧道穿越工程地面油罐群变形的影响，重点研究施工期隧道穿越、运营期隧道内发生火灾及地震工况下地面油罐群的沉降情况，并对比分析采用单管双层盾构与双管单层盾构隧道建设方案造成的影响。研究结果表明： 施工期盾构顶推时，双管盾构造成的地层扰动大且范围广，故双管方案导致的地表油罐群沉降及倾斜率大于单管方案；当油罐群下方范围隧道发生火灾时，双管盾构同时发生火灾对油罐群的变形影响大于单管盾构发生火灾时带来的影响，而双管盾构中某一条隧道发生火灾对油罐群的影响介于以上二者之间；地震作用下，建设单管隧道与双管隧道后地面油罐的地震响应相对于未建隧道时的地震响应差异不大。     

综合管廊抗震分析研究进展综述

针对目前城市综合管廊建设方兴未艾、抗震防灾需求日益凸显的现状，总结评述目前综合管廊抗震分析的研究进展。首先，归纳总结综合管廊结构的震害特点和关键影响因素，并在此基础上对国内外综合管廊抗震研究的发展历程和重要突破进行综述；然后，重点从影响综合管廊地震响应机制的关键要素出发，即从输入地震动特征、工程场地特性、管廊结构形式与构造特点3个方面对综合管廊抗震研究现状以及存在的不足之处进行综述；最后，对综合管廊减隔震研究现状进行讨论。研究表明： 1)输入地震动特征会对综合管廊地震响应产生显著影响，对于浅埋结构还应关注地表Rayleigh波的作用； 2)工程场地特性研究聚焦在饱和液化地层、断层破碎带等不利场地条件对综合管廊结构地震响应的影响机制方面； 3)新型管廊结构形式和节点构造层出不穷，但目前的研究工作主要关注管廊结构自身的地震响应特征。建议后续研究重视综合管廊功能性对抗震安全性的需求，进一步加强“结构-功能”一体化抗震性能设计方法与指标体系的研究工作。     

高填矩形、拱形截面明洞土压力差异性规律研究

为了得到矩形、拱形截面明洞土压力随填土高度的变化规律,采用模型试验与数值模拟相结合的方法进行研究,得到以下结果： 1）截面形式对明洞土压力大小影响很大,且基础刚度不同,差异性明显。拱形截面明洞洞顶轴线处竖向土压力大于矩形截面明洞。2）刚性基础拱形截面明洞洞顶同一平面竖向土压力变化呈减小-平缓的趋势,而柔性基础呈减小-增大-平缓的趋势; 矩形截面明洞呈增大-减小-平缓的趋势。3）刚性基础明洞洞顶同一平面水平土压力分布形式呈现出2个拱形,而柔性基础明洞仅在洞顶上方出现1个拱形。4）刚性基础拱形、矩形截面明洞洞顶至0.6倍洞高范围内土体位移分别呈“W”、“双V”形分布,0.6～3倍洞高内均呈“V”形分布,3倍洞高以上无相对沉降,而柔性基础明洞土体位移在0～3倍洞高内均为“V”形,3倍洞高以上无相对沉降。     

隧道稳定性分析与设计方法讲座之一：隧道围岩压力理论进展与破坏机制研究

本文作为一个讲座对以往研究成果做一个综述,回顾了围岩压力理论的发展过程与隧道破坏机制研究的进展,通过模型试验与弹塑性有限元强度折减法,得出浅埋拱形隧道的破坏在拱顶,深埋隧道的破坏在侧壁的破坏机制,并可求出隧道围岩破裂面位置与形态。分析了矩形隧洞与拱形隧道破坏机制随埋深增加而变,矩形隧道可划分为浅埋顶部破坏阶段、深埋压力拱破坏阶段和深埋两侧破坏阶段3个阶段,而拱形隧道不存在压力拱破坏阶段。     

V型冲沟落石防护结构设计

为了解决危岩落石对山区高铁运营的威胁,并改善乘车的舒适度,以宝兰客运专线南马棕山隧道和千家沟隧道之间的大水沟落石防护结构设计为背景,提出锚索(锚杆)框架梁边坡防护与拱形明洞相结合的综合防护设计方法;根据地形、地质情况,结合受力分析,拱形明洞防护结构独立于桥设计,其基础采用纵梁+墩、钻孔桩;应用有限元对落石的运动轨迹、冲击能量及拱形明洞结构进行数值模拟,验证了结构布置的合理性及安全性。     

黄土隧道结构的振动台模型试验研究

为了研究黄土隧道结构在不同地震波及降雨条件下的地震响应和橡胶减震层的减震效果，按相似理论分别设计制作了缩尺比为1∶40的减震黄土隧道及非减震黄土隧道，在总降雨量50 mm，降雨强度10 mm·h^-1的条件下，分别加载近、远场地震波El-Centro波和Taft波，对比了地震波不同加速度条件下黄土隧道各测点的地震响应情况及土压力变化情况，通过减震模型和非减震模型各测点的应变变化情况分析了黄土隧道的减震效率。结果表明：在调幅和持时一致的情况下，黄土隧道结构对于不同的地震动具有明显的选择性，El-Centro地震动条件下的动力响应大于Taft地震动条件下的动力响应，说明黄土隧道结构的动力响应不仅取决于地震动的强度及持时，也与地震波的频谱特性有关，黄土隧道结构对近场地震波的响应大于远场地震波；对模型横向加载，模型各点的横向加速度和竖向加速度均有变化，横向的加速度响应大于竖向的加速度响应；拱顶位置的土压力较大，拱脚位置虽然土压力较小，但应变变化较大，应力集中现象明显；通过设置减震层可使衬砌不同部位的应变值均有所减小，且应变越大的部位减震率越高，不同工况下拱顶及拱脚的应变减震率接近50%，设置减震层不但可以减小衬砌结构的变形，而且能吸收地震能量，发挥围岩结构和衬砌结构的协同作用，减小土体的裂缝宽度及深度。     

克拉2气田盐水沟隧道地震响应特性分析

通过对克拉2气田盐水沟山岭隧道震害调查分析,发现了洞口段和洞身段的裂缝较为密集。因此,借助连续介质离散元软件CDEM,研究了在高烈度地震区地震情况下隧道的整体地震响应特性和隧道进出口段、围岩改变及山岭隧道埋深变化的洞身段的地震响应特性,并在此基础上分析了隧道产生大量裂缝的震害机理。