台湾海底隧道之接头与管段变化研析及对策

台湾唯一之海底隧道系采沉埋方式施工,该隧道不仅处于具高度盐份腐蚀之不利环境,且位于软弱地盘上.于营运二十余年后,轻微异状已有显现,如管段接头锈蚀、管体渗漏及管体裂损等异状.上述异状可能为接头构件变形、管体变位/变形及结构劣化等影响隧道安全之前兆,甚至降低其耐震能力;因该隧道肩负港区及区域经济发展之运输重任,如何藉由整体性体检进行安全评估及研订适当之维护补强对策,为计划执行重点;故本文将说明隧道接头、结构体等隧道重要构件之检测调查(如地球物理、钢筋腐蚀、裂缝深度、氯离子试验、防蚀电位、接头防水等项目)、数值分析及自动化监测(接缝计、单元沉陷仪、结构倾斜仪、电位计等)等综合评估结果及维护补强对策,以提供工程界日后参考.     

基于有限元的浅埋隧道受力分析及变形破坏处理

采用有限元软件对浅埋隧道受力进行分析,分别从垂直向位移、主应力及剪应变来分析隧道围岩受力情况,分析结果与实际变形破坏一致。垂直向位移最大发生在拱顶,主应力最大集中在拱顶及拱脚,剪应变最大在拱脚。根据分析结果制定合理的隧道变形破坏处理方案,处理后,隧道变形较小,结构稳定。     

隧道开挖支撑收敛约束法之外显分析

收敛约束法理论为隧道支撑设计之简化分析方法。使用隧道收敛计测资料,借以建立隧道掘进效应函数,并依据地盘与支撑系统之组成律模式,推导在静水应力状态下圆形隧道开挖支撑互制行为之解析解。采用约束损失之递增方法,利用简易试算表工具,提出模拟隧道开挖支撑非线性行为之外显分析。经由外显分析与有限元素分析之比较结果显示,相关收敛约束曲线均呈现一致的趋势。外显分析法提供了模拟隧道开挖支撑互制行为之简易且直接的计算分析方法,收敛约束法理论为隧道支撑设计之简化分析方法。使用隧道收敛计测资料,借以建立隧道掘进效应函数,并依据地盘与支撑系统之组成律模式,推导在静水应力状态下圆形隧道开挖支撑互制行为之解析解。采用约束损失之递增方法,利用简易试算表工具,提出模拟隧道开挖支撑非线性行为之外显分析。经由外显分析与有限元素分析之比较结果显示,相关收敛约束曲线均呈现一致的趋势。外显分析法提供了模拟隧道开挖支撑互制行为之简易且直接的计算分析方法。     

岩石隧道受震反应之工程影响因子研究

地震发生频繁区域之岩石隧道受震破坏案例已发生多起,其相关研究课题已日渐受重视,惟土层隧道耐震设计已有规范遵循,岩石隧道者者尚缺乏深入探讨。研究采经岩石隧道震后破坏案例及解析解等验证正确性之动态数值分析模式,探讨岩石隧道受震工程影响因子,包括衬砌刚度、衬砌与岩盘互制、围岩加劲及围岩弱化等。由分析结果知,衬砌劲度越大,震波引致最大应力增量正规化值愈大,即震波引致应力增量值愈大,因此隧道衬砌耐震设计不能全以提高劲度为主要方法;隧道衬砌与岩盘互制作用研究结果显示,采用匀滑开挖、防水膜及衬砌与岩盘填补增加滑动性材料等,可减少衬砌受震引致轴向应力增量,达到减震效果;岩石隧道混凝土衬砌外侧之再加厚衬砌与辅助工法等加劲措施,经采用等值劲度模拟分析结果显示,采用如一次支撑及辅助工法提高围岩劲度,将增加衬砌轴向应力,但减少剪应力及挠曲应力;加大加劲范围可减少衬砌轴向应力,但将增加剪应力及挠曲应力;开挖引致的松动区减少围岩劲度,将减少衬砌轴向应力,但增加剪应力及挠曲应力。     

考虑Pasternak地基模型的基坑开挖诱发既有隧道纵向变形理论分析

邻近隧道进行基坑开挖会破坏周围土体平衡状态，引起既有隧道结构不均匀沉降，最终将对隧道安全运营产生不利影响。为控制基坑开挖所导致的既有隧道纵向变形，基于Pasternak地基模型提出双基坑开挖引起邻近既有隧道纵向变形影响的两阶段简化分析方法，分析软土中双基坑开挖对隧道竖向沉降的影响。对比简化理论计算与三维有限元数值模拟，结果吻合较好，由此可得： 该简化解析法精度较高并且计算简便。此外，针对基坑侧壁与隧道轴线距离、基坑开挖深度和基坑间距等不同工况，分析双基坑平行隧道、双基坑垂直隧道、双基坑斜交隧道3种布置情况下双基坑开挖对邻近隧道竖向变形的影响，分析结果反映了隧道变形的规律。     

湛江湾跨海盾构隧道管片变形与受力分析

以湛江湾跨海盾构隧道工程为背景,应用数值分析方法,建立了单环衬砌结构的三维有限元精细模型,研究了在不同水头作用下单环管片结构以及接缝部位的变形情况。采用修正惯用法得出在最大水头作用下管片结构的内力分布,由此推算出管片内、外侧的环向钢筋应力,并与现场的应力监测数据进行对比。研究表明： 1）高水压作用下,单环管片衬砌的变形呈现“横鸭蛋形”,且管片结构变形和接缝张开量均与外水压力变化呈线性关系; 2）作用水头每增加10 m,衬砌结构中各接缝张开量绝对值约增加0.5 mm; 3）采用修正惯用法计算得到的钢筋应力与实测结果较为吻合,较好地反映了隧道管片的实际受力状态。     

钻炸损伤对隧道开挖塑性区之发展影响探讨

针对钻炸隧道周围损伤区域之工程特性进行探讨,利用三维数值分析软件FLAC 3D进行模式建置与数值模拟。首先就隧道假设没有损伤之情况模拟轮进开挖,针对三维应力再分配及塑性区发展等进行探讨;接着模拟隧道钻炸开挖产生损伤情况,再将此2种情况进行分析对比,最后归纳汇整出钻炸损伤对隧道应力变形、塑性区之发展影响。     

大断面地铁渡线隧道开挖工法优化研究

以深圳地铁9号线鹿丹村站后渡线隧道为例,采用数值模拟的分析方法,对大跨度地铁渡线隧道施工过程进行数值模拟,分析E断面分别采用双侧壁导坑法和CRD法施工对衬砌内力和变形的影响,并对CRD法开挖顺序进行探讨,对隧道的施工方法和开挖顺序提出优化建议。     

潜盾隧道近接既有桥墩之施工监测与分析成果

探讨潜盾施工对既有桥墩之影响性及评估桥墩保护工法之成效,系都会区推动地下捷运及电缆洞道等隧道工程安全分析之重要课题。为此,以二维有限元素软件PLAXIS为数值分析工具,幷以高雄某地区之潜盾隧道环片外缘与沿线既有桥墩净距1.4～3.0 m且为复合地盘之工程实例,进行一系列分析且与监测资料相互比对。在桥墩之保护工法方面,该工程配合工址之施工特性采用微型桩于不同施作位置、间距等情形下之既有桥墩保护措施。综合数值分析与监测资料比对结果显示两者之变形趋势相似。数值分析成果亦显示潜盾隧道施工过程对于微型桩壁体、桥墩或基桩之变形,土壤漏失率之影响显著高于微型桩间距、角度及位置等因素,综合本工程实例之相关成果应可供未来类似工程之参考。     

软土地层盾构隧道与邻近桩基合理施工顺序研究

软土地层盾构隧道与邻近建筑物会因近接施工使二者之间互相产生附加变形,对隧道及建筑物结构产生不利影响。以温州市域铁路温南区间拟建盾构隧道近接穿越龙湾区瑶溪北片生活区工程为依托,采用二维有限差分数值分析方法对相互邻近区间隧道和建筑物基础在不同建设顺序下引起的结构附加变形和内力进行了研究。计算结果表明:在盾构区间隧道建设完成后,再进行邻近的建筑物基础施工,能相应降低近接施工产生的不利影响,减小附加变形。     

地下掘进之地盘——机械互制与可挖指标研探

地下机械式之掘削效率乃为进度、成本及品控之关键要因,一般工程思考皆多考虑工法与机型对应各类不同地层之"可挖性"作探讨,即针对地质材料选择适应之切削面盘,鲜能再对地盘——机械开挖互制行为作一"适确性"研析,而本研究先由微观之量纲分析及力学尺度探讨并建立指标,运用至巨观推力、扭矩之施工良窳、可挖性及正常施作或异况破坏之分析。机械式掘削接触地质与产生之互制行为相异性极大,故由地质破坏特征作为切削地盘材料之分类,藉此提供该广义式之探讨方针;其次在施工判准所建立之可挖指标上,使用量纲分析方法进行具代表力学行为之因子解析,作为建置指标的依据;再者,应用现场调查以资搜机械式开挖所量测的推进力系数值,进而佐证其适确性,最终完整研析机械式掘削开挖之行为与可挖性指标之应用。     

地铁车站结构施工对上部密贴公路隧道结构变形影响的数值分析

北京地铁15号线奥林匹克公园站线路走向与既有大屯路隧道走向基本相同,车站主体结构位于大屯路隧道正下方,顶板与大屯路隧道底板密贴。为了解地铁车站结构施工对大屯路隧道的影响,采用数值方法,计算分析了地铁车站结构与大屯路隧道横向相对位置和车站结构施工期间土体注浆范围对大屯路隧道附加变形(沉降)的控制作用,结果表明横向相对位置不同与注浆区域不同对大屯路隧道变形均有明显影响。     

建筑物下地铁车站穿越施工数值模拟方法分析

随着城市地下空间的开发利用,浅埋隧道穿越地面建筑物施工问题引起了越来越多的关注。以北京某地铁车站为例,采用3类数值模拟方法对建筑物下地铁车站动态施工全过程进行了模拟计算,对比分析了不同模拟方法对地表、围岩及支护结构受力变形的影响。结果表明:在不考虑建筑物及其荷载情况下地表、围岩及支护结构的应力、变形最小;在考虑建筑物存在情况下地表沉降量、基础沉降差及地表水平位移量较小,但沉降槽宽度较大;将建筑物上部结构简化成均布荷载时,基础存在与否对地表沉降曲线影响不大,但基础的存在可以减小地表水平位移、车站拱顶下沉、支护结构变形及立柱轴力。文章最后将计算沉降值与实测值进行了对比,考虑建筑物存在情况下的计算沉降值与实测值最为接近。     

地铁盾构隧道弯矩和变形控制值研究

为评估紧邻基坑施工对地铁盾构隧道结构安全和运营安全的影响,需确定盾构隧道结构的弯矩和变形控制值。以广州地铁一号线黄沙车站地铁上盖基坑工程为背景,首先,根据盾构管片尺寸、配筋和接头螺栓情况,计算盾构隧道管片的弯矩控制值,评估依托工程盾构隧道结构的应力水平;其次,通过等效轴向刚度模型理论和简易接缝张开量计算方法,分析盾构隧道纵向变形曲率与管片环缝接头张开量的关系;然后,结合地铁盾构隧道保护经验和管片环模型试验结果,提出盾构隧道变形的控制值;最后,通过依托工程地铁盾构隧道结构的三维变形实测数据分析,评估目前盾构隧道结构的安全现状,并对隧道变形的监测工作提出建议。研究成果可为今后类似工程地铁盾构隧道的安全保护提供指导。     

车辆阻挡效应对隧道火场燃烧及烟流之影响研究

近期国际曾发生多起重大隧道火灾灾难,隧道火灾安全议题已获得全球普便之重视。目前学术界与工程界多采用缩小尺寸实验或数值模拟方法对隧道火场环境进行研究与探讨。然不论实验或计算机模拟最重要的关键为能否充分地反应出实际隧道之火场情境,方能获致合理且有意义之研究成果。检视现今之隧道火害研究,可发现几乎所有的相关研究皆仅简化地假设火场上游无车辆回堵现象,此有违火场上游应发生车辆回堵之实际隧道火灾情境,因此将无法合理地模拟火场上游车辆阻挡风机气流对火场燃烧及烟流所造成之影响。针对此项尚待厘清之议题,本研究首先执行缩小尺寸实验,以均匀风速施加于隧道横断面模拟风机作动所产生之气流,探讨隧道塞车情境对火场燃烧所造成之影响。复执行全尺寸纵流式排烟模式(轴流风机)隧道火灾情境计算机数值模拟,针对火场上游是否有车辆回堵、回堵车体尺寸、火源与回堵车体距离等变因对火场燃烧、温度及烟流所造成之影响进行探讨。研究结果发现火场环境及烟流将受有、无车辆回堵、回堵车体大小及火源与车体距离等因素而有不同程度之影响。     

地震荷载作用下柔性支撑梁的动力响应分析

提高结构在地震时的承载能力通常是从材料、截面形状等方面来考虑。在构件端部设置一定的约束支承也可以提高构件的抗震能力。为此,必须研究特定约束条件下梁在地震作用下的动力响应,这些约束表现为弹性支承刚度和阻尼特性。文中提出了一种等效单自由度分析方法,应用拉格朗日方程建立了端部弹性与阻尼支承梁的动力方程,并将动力计算结果与有限元计算结果对比验证单自由度分析方法的正确性。应用上述方法对地震作用下柔性支承梁的跨中相对位移、端部绝对位移以及弹性刚度、阻尼系数的敏感性进行了分析讨论。结果表明:等效单自由度分析方法计算准确,可以精确分析地震作用下柔性支撑梁的动力响应;合理设置弹性支承或弹性阻尼支承可以有效减小梁跨中与端部的相对位移,从而提高结构的抗震能力;但采用柔性支承减小构件相对位移的同时可能会增大构件端部的绝对位移。     

系统思考于长隧道防灾之研究

长公路隧道空间潜藏之危险可能造成重大灾害之伤亡及交通运输路网系统功能失效,其空间内之安全防灾系统及防灾应变作业必需经过严谨的考量,以因应其空间之复杂及防灾功能性要求,故于灾害管理信息整合及应用上也更趋重要。救灾工作系与时间在赛跑,对于时间延迟的影响,是整体防灾目标达成之关键因素;然救灾仅以灾害后果之情境来模拟,恐无法展现各系统因果关联与灾害信息滞延之后遗症影响,此外对于救灾工作跨组织协调、应变工作派遣、救援资源、疏散避难等面向,皆无法完整真实反应防救灾系统。有鉴于此,对于长隧道空间之防灾及安全管理应谨慎进行评估。本文系以系统思考为出发点,考量长公路隧道具有空间复杂、跨领域防灾知识及科技研究限制等特性,针对系统内具时间延迟特性进行灾害冲击探讨,藉由各子系统之因果关系,探究灾害防治问题与灾措施,最后结合长隧道空间灾害信息,尝试以系统性结构建立定性分析模型,希冀本文研究内容可强化灾害防治工作与救援策略,并避免灾害带来的后遗症累积,而所提出之灾害管理之系统思考,将有助于未来系统建立动力模式与进行风险管理之基础建立。