基于ANSYS的地铁明挖隧道衬砌结构设计与力学分析

隧道施工过程中围岩变形引起衬砌结构的不均匀沉降,威胁着隧道的安全运行。为全面分析地铁隧道衬砌特性,采用有限元法,通过大型有限元软件ANSYS,结合荷载结构法,对地铁明挖隧道进行仿真分析。同时,对明挖隧道衬砌结构的设计进行力学分析,通过对衬砌结构变形图、剪力图、弯矩图、轴力图的分析以及对变形、衬砌结构混凝土的验算等,评价结构安全性,并提出相应的构造处理措施。     

基坑对既有地铁隧道衬砌的影响及变形控制

基坑工程位于地铁隧道之侧,基坑开挖卸荷导致地铁隧道衬砌产生位移,水平位移朝向基坑内侧,而竖向位移主要表现为隆起,地铁隧道衬砌竖向隆起量要大于水平位移;地铁隧道衬砌位移随着基坑开挖逐渐增大。地铁隧道离基坑越远且地铁隧道埋深越深,地铁衬砌竖向隆起量及水平位移就越小。以枫亭隧道明挖基坑为工程实例,采用地连墙+4道横撑+2道竖向支撑的支护方式、盆式开挖方法、合理的地连墙嵌固深度等方式来控制地铁隧道衬砌的变形,并以"地铁隧道结构的绝对竖向位移及水平位移要≤20 mm"为控制标准,对基坑开挖进行了数值模拟,结果显示控制措施能保证地铁隧道正常运营安全。     

近景摄影在隧道新奥法中的应用研究

采用近景摄影的方法, 以获取隧道开挖的实态轮廓线, 从而获得任意断面的超挖、欠挖数据． 另外, 通过前后两次的测摄可获取围岩的变形数据, 利用以上数据可对隧道围岩结构进行受力分析、计算, 也可确定最佳二次衬砌时间．     

砂卵石地层半盖挖地铁车站深基坑变形特性

采用半盖挖法施工的地铁车站深基坑工程往往具有施工规模大、支护结构复杂、开挖深度大、施工场地狭小等特点,而砂卵石地层稳定性差,受荷载易变形,导致基坑安全事故时有发生。以成都地铁某半盖挖车站为例,采用有限元分析软件PLAXIS 3D,对基坑开挖过程中地表沉降及隆起、围护结构侧移、立柱变形情况进行数值模拟分析。受到基坑不对称开挖影响,基坑两侧结构及地表沉降变形略有差异:明挖侧顶部出现了朝坑外的位移,盖挖侧围护桩深层水平位移比明挖侧大;明挖侧累计地表沉降值比盖挖侧小;立柱在开挖过程中的竖向位移会受到上部荷载、坑内土体沉降及坑底隆起的共同作用,立柱上部结构会出现朝向明挖侧的弓形水平变形。     

盾构法修建地铁隧道的技术现状与展望

随着我国城市地铁的大力发展,盾构法作为安全、环保、快速的建设手段,在地铁隧道修建中得到了广泛应用,已逐渐成为国内外研究的热点.通过综述我国城市地铁盾构隧道修建技术的发展历程及近期新的发展趋势,讨论了采用盾构法修建地铁隧道存在的技术问题,介绍了近期国内外盾构设备制造技术与选型技术、盾构施工对环境的影响及控制、复杂条件下盾构隧道结构性能、盾构隧道衬砌结构劣化特征与耐久性的相关技术研究与新进展,展望了未来我国地铁盾构隧道关于特种断面盾构的制造与应用、盾构扩挖修建车站技术、灾害与事故的影响与评估,以及衬砌结构安全性评价与维修养护体系的建构等的发展方向与研究趋势.      

近景摄影在隧道新奥法中的应用研究

采用近景摄影的方法,以获得取隧道开挖的实态轮廓线,从断面的超挖的实态欠挖数据,另外,通过前后两次的测摄获围岩的变形数据,利用以上数据对对隧道围岩结构进行受力分析,计算,也可确定最佳二次衬砌时间。     

郑州地铁康宁路车站明挖深基坑监测分析研究

在城市建成区进行地铁明挖深基坑施工时,需对深基坑本身及其周边既有建(构)筑物或主干管线进行变形监测,以保证地铁基坑和周边安全稳定。基于郑州地铁轨道交通5号线康宁路车站明挖基坑工程,通过对项目概况和深基坑监测内容的分析,研究明挖地铁深基坑周围护体的水平位移、周边建筑物沉降、主管线沉降和地表沉降监测数据变化规律,并运用信息化技术,及时掌握施工环境改变,提前采取相应措施,确保地铁安全施工。     

运营地铁隧道上方近距离明挖施工技术研究

新建明挖基坑上跨运营地铁隧道时,区间隧道会产生上浮变形,影响地铁运营安全。结合工程实例,采取双排桩围护+两道混凝土支撑、地层分区加固、基坑分区分层开挖等施工措施,经数值模拟分析及现场量测验证,施工结果满足既有隧道运营安全要求,可为类似工程提供借鉴。     

某隧道穿越含炼油废渣地层的设计方案

随着国内地下工程日益发展,难免会在对人体有害的地层修建地下工程,因此研究其安全有效的结构形式具有重要的理论意义和现实意义。某铁路隧道浅埋段穿越含炼油废渣地层,为确保施工和线路运营安全,同时满足环保的要求,对该浅埋段采取明挖施工。明洞结构采取了特殊的防水防渗措施,对明洞衬砌混凝土结构进行了加强,采用"双层衬砌+双层全包防水"的设计方案。为了减少对原有地层的扰动,降低废渣污染物对周边环境的影响,对该隧道明挖段采取了围护桩结构,确保基坑施工安全。对同类隧道的设计与施工有借鉴作用。     

明-暗挖结合地铁风亭结构受力及抗震分析

为研究明-暗挖结合地铁风亭结构的建筑布置、受力及抗震性能,并针对可能出现的问题给出应对措施,以某地铁区间风亭为例,基于Midas-GTS有限元软件对基坑、隧道开挖过程进行数值模拟分析。每一工况下结构的变形及内力计算结果显示,各受力构件刚度匹配,构件整体承载能力强,具有一定的安全储备。基于此,提出了风井采用明挖法,正线隧道采用暗挖法,活塞风道采用倒挂井壁法的明-暗挖结合的设计方案。经三维抗震验算,论证了该结构设计方案合理可行。研究表明,该方案能够有效保护周边环境,且结构整体性能良好,符合地铁结构设计要求;由于该风亭处于断层破碎带,同时明-暗挖节点为抗震设防的重点部位,在节点位置可采用型钢、附加钢筋等加强措施;对于明-暗挖结合的复杂结构,应严格按照先施工明挖结构,再施工暗挖洞室,最后施工明暗挖连接部分的工序,以降低后期施工对已完成结构的影响。     

砂卵石地层地铁明挖车站动力响应分析

以某地铁明挖车站为实例,结合车站砂卵石地层的地质特色,采用MIDAS岩土隧道有限元软件GTS建立三维有限元模型,对车站结构抗震进行动力响应计算分析,并与车站结构的静力计算及反应位移法计算的结果进行对此。结果表明:在砂卵石地层下,地铁明挖车站结构的正截面承载力配筋由准永久荷载组合作用下的裂缝计算控制,抗震工况不起控制作用,在局部抗震薄弱部位需加强构造措施。     

地铁隧道超近距离下穿既有线安全施工技术

新建某地铁矿山法隧道下穿既有线(已建宁芜货线先期实施段)明挖隧道,新旧两线结构最小净距为1.7 m,最小角度为7°,在下穿施工过程中,必须保证地铁隧道施工和已建铁路隧道结构的安全。     

高速公路隧道二次衬砌裂损机理及安全分析

隧道衬砌裂损影响衬砌结构的整体稳定性,使隧道衬砌承载能力减弱,严重威胁隧道内行车安全,缩短了隧道的维护周期和使用寿命。基于衬砌裂损机理分析,文章对围岩变形机制与衬砌受力及变形机制进行了研究。结合重庆已竣工验收的5个高速公路隧道项目,采用荷载结构法建立计算模型,对拱部衬砌欠厚及脱空缺陷、边墙衬砌欠厚及脱空缺陷、不同部位衬砌欠厚及脱空缺陷分别进行了安全分析。该研究为衬砌裂损产生原因分析提供了借鉴,也为后续隧道衬砌裂损的防治与加固修复打下了基础。     

隧道过断层受力机理相似模型试验研究

为研究山岭隧道过断层衬砌结构的受力变形规律及破坏机制,以我国西南某地区山岭隧道过断层工程为例,基于相似模拟法进行隧道过断层的相似模型试验。研究结果表明:距离断层区域越近,隧道衬砌结构受到的影响越大;断层错动对隧道衬砌结构拱顶产生的应力集中在下盘区域,对隧道仰拱产生的应力集中在上盘区域,其破坏形式主要表现为张拉和剪切破坏。通过分析可知,该断层对隧道衬砌结构的影响范围在30 m以内,因此,须对该影响范围内的隧道衬砌结构进行加固。     

两车道公路黄土隧道变形规律

依托国道主干线GZ35青岛至银川高速公路陕西境内吴堡至子洲沿线上7座单洞两车道分离式黄土隧道,现场测试了隧道施工变形,并对测试结果进行了回归分析。分析结果表明:台阶法施工过程中黄土隧道拱部沉降远大于净空收敛;黄土隧道变形大致经历了急剧变形阶段(开挖初期)、持续增长阶段与缓慢增长阶段;黄土隧道的变形规律符合对数函数规律,由于对数函数具有发散性,故无法由此预估围岩的最终位移,围岩变形将长期处于缓慢增长状态;按照规范规定的最终速率值预估二次衬砌施作时机不符合工程实际要求,不能保证隧道围岩和支护结构的稳定和施工安全,因此,在黄土隧道的施工中,需要以控制拱部的沉降来控制隧道的变形。施工中必须秉承"快挖、快支、快封闭"的原则,采取加强初期支护,增设锁脚锚杆,仰拱和二次衬砌边墙基础紧跟,二次衬砌适时施作的措施,避免拱部围岩发生过大的沉降,确保隧道结构稳定。     

既有建筑物下明挖基坑施工对桩基及周围地层的影响研究

以广州某市政公路隧道下穿Z大厦桩基托换后,明挖法修建隧道为例,以数值仿真为手段,预测并分析了在既有建筑物下明挖基坑施工对周围地层、既有桩基及上部结构的影响,并对不同施工步序下引起周边位移、变形等的结果进行了比较,提出了更为适合此种条件下的明挖基坑施工工序.相应的结果可为类似的工程提供借鉴及参考.     

爆炸作用下超挖回填层对隧道衬砌动力响应分析

破碎岩体中隧道的超挖回填层,对隧道衬砌结构的受力将产生较大影响。基于LS-DYNA动力有限元数值分析软件,建立了爆炸荷载下隧道衬砌结构动力响应的计算模型。通过改变回填层介质弹性模量,得到了隧道衬砌结构竖向位移、竖向加速度和有效应力的变化规律,探讨了对隧道衬砌动力响应的影响。同样通过改变回填层厚度,探讨了回填层厚度对其的影响。结果表明,回填层弹性模量为围岩弹性模量的1/60、厚度为20cm时爆炸防护效果最好。研究成果为相关工程设计和施工提供了理论依据。     

某市政管廊基坑上跨既有地铁隧道的衬砌变形控制

某市政管廊基坑从既有地铁5号线上方通过,基坑开挖会导致地铁衬砌隆起,从而影响地铁衬砌运营安全。从三个方面来控制地铁衬砌的变形:(1)基坑分为3个部分依次进行开挖;(2)采用SMW工法桩进行围护,内插HN700×300型钢,隔一插一,形成封闭基坑结构,坑内设置冠梁、支撑;(3)基坑底部打入Φ203钢管棚,并与双拼45c工字钢焊接形成抗隆起的管幕结构。并通过数值计算,得出了基坑开挖过程中地铁衬砌的变形情况,结果显示以上措施能有效地控制衬砌变形。     

明挖地铁车站深基坑有限元分析与模拟

以南京地铁某明挖车站深基坑为工程背景,利用大型通用有限元软件,对深基坑支护结构变形进行了2维有限元分析计算,并将计算结果同现场实测数据进行了对比分析,验证了2维有限元计算方法在长条形地铁深基坑中的的实用性,为今后的基坑工程计算提供参考。     

千枚岩隧道施工变形与稳定性分析

以某高速公路千枚岩隧道为研究对象,采用数值模拟分析和现场监测两种方法研究了千枚岩隧道施工过程中初期支护的变形规律和二次衬砌的受力状态,并与现场实测数据进行对比分析。在开挖过程中隧道衬砌支护结构变形量大,完工后逐步趋于稳定;二次衬砌主要承受压应力,局部承受拉应力,但均小于极限应力值,衬砌结构稳定,相关研究结论对指导类似隧道施工具有工程实践意义。