隧道支护结构与抗震层及围岩系统抗震性能研究

基于刚度匹配原理,提出抗震层概念,即设置在隧道支护结构与围岩之间的泡沫混凝土层,其刚度介于隧道衬砌刚度与围岩刚度之间。并提出采用损伤指标和能量指标进行强震作用下隧道结构的抗震安全评价,包括利用损伤指标反映隧道抗震薄弱部位的损伤累积和渐进破坏过程。通过有无抗震层的隧道结构抗震安全评价,考察抗震层的抗震效果,研究结果对高烈度地震区隧道的抗震设计具有借鉴作用。     

临近建筑物对黄土地铁隧道地震响应的影响

新建地铁隧道临近地表既有建筑物,在地震作用下地面临近建筑物的存在必然会对地层产生扰动,引起地铁隧道结构抗震性能的变化。该文以双线地铁隧道侧向下穿某既有多层建筑物为研究对象,构建地面建筑-土层-地铁隧道结构共同作用体系二维数值计算模型,分析临近建筑物对地铁隧道结构地震反应特性的影响。同时研究了隧道与建筑相对位置变化及不同的地震波对地铁隧道抗震性能的影响。研究结果表明:1临近建筑使得地铁隧道拱顶与拱底相对位移有所增大;2地表建筑物存在,使得隧道衬砌结构动内力比无建筑时明显增大,拱肩与拱脚处内力最大;3建筑物与隧道相对位置改变也会对地铁隧道抗震性能产生影响。     

初始损伤条件下地铁管片力学特性试验研究

为了解初始损伤对盾构隧道衬砌管片力学特性的影响,基于6组具有初始损伤的盾构隧道衬砌管片进行足尺试验研究。在考虑初始损伤位置以及初始损伤位置处钢筋有效面积减小等因素的情况下,对试件破坏过程、破坏模式、极限承载力、变形规律以及初始裂缝扩展机制进行了研究和分析。试验结果表明:初始损伤的存在对盾构隧道衬砌管片的极限承载能力影响不大,但对其正常使用功能影响很大;初始损伤位置处钢筋有效面积减小不仅影响盾构隧道衬砌管片的正常使用功能,更大大降低了其极限承载能力;增加轴力会削弱初始损伤对盾构隧道衬砌管片的不利影响;初始损伤在加载点比在跨中对盾构隧道衬砌管片更不利;初始裂缝基本沿径向或偏向跨中方向直线扩展。相关研究结果可为建立服役期间盾构隧道衬砌结构健康评估与预知理论、以及进一步开展损伤缺陷盾构隧道数值模拟和极限承载力分析提供借鉴和参考。     

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。     

砂卵石地层地铁隧道上方基坑开挖卸载影响与对策分析

在富水砂卵石地层条件下,地铁盾构隧道上方基坑大范围开挖卸载会对下卧盾构隧道产生不利影响。为确保地铁运营安全,对下卧盾构隧道隆起与变形趋势进行研究,从减小基坑开挖卸载的影响程度与增大隧道纵向刚度2方面着手,通过在盾构隧道内设置预应力锚索、轨道道床内设置暗梁结构并与管片叠合处理以及临时槽钢纵向固定等措施的综合应用,减小纵向不均匀变形趋势,同时采用管幕法超前支护形成压顶梁,并对上方基坑开挖采用"竖向分层、纵向分段、先支后挖"的基本原则,将盾构隧道的变形控制在毫米级范围,满足了地铁正常运营要求。     

高速铁路隧道结构动力累积损伤模型试验研究

为探讨高速铁路隧道衬砌结构在列车振动荷载长期作用下的动力累积损伤特征,阐述混凝土结构动力相似材料模型试验原理,以武广高速铁路金沙洲隧道为原型,利用微粒混凝土作为相似材料,构建隧道与围岩动力相互作用全断面试验模型,施加高速列车振动荷载对相似材料模型进行动力累积损伤试验;试验过程中同步测试隧道衬砌结构各特征点动应变、超声波速度以及隧道底部围岩接触应力的时程响应数据,分析隧道衬砌结构动力响应特征与累积损伤规律。得出了在设计使用寿命期内,高速列车振动荷载长期作用下,隧道衬砌结构动力累积损伤效应不明显,而隧道底部围岩累积损伤破坏则应引起足够重视等研究结论。     

考虑流固耦合效应的基坑开挖施工对地铁隧道结构影响分析

邻近地铁沿线的建设工程施工不可避免地会对已建成的地铁结构设施的安全和运营产生影响,为确保地铁结构设施的稳定和运营安全,需要对建设工程的设计、施工方案进行审查,评估工程施工对地铁结构设施的影响。以某工程为例,运用流固耦合分析方法研究了在地下水作用下,考虑水和岩土体耦合作用的基坑开挖过程对地铁隧道结构的影响,并分析了桩基础施工对地铁隧道结构的作用效应。基坑开挖过程中降水会引起基坑范围内较大幅度的地表沉降,该过程与基坑开挖卸荷效应联合作用,对地铁隧道结构的变形应力产生复杂的影响;另外,邻近地铁隧道结构的桩基施工加载也会引起隧道结构的下沉变形,需要在实际工程中予以重视。     

双洞隧道洞口段抗减震振动台试验

以西南高烈度地震区某拟建隧道为背景,开展了隧道洞口段抗减震振动台模型试验研究.通过对有无减震层体系的对比试验,研究了减震层的减震效果;并针对目前振动台试验普遍采用的多次加载方案产生的损伤累积问题进行了分析,同时给出了围岩和衬砌的裂纹发展过程及破坏形态.结果表明:在围岩与隧道之间设置减震层可以有效减弱围岩与结构之间的动力相互作用,从而起到减震效果;在评价结构抗震性能时需要考虑多次加载产生的损伤累积和裂纹效应的影响.研究结果可为结构在地震作用下的开裂分析提供参考.     

海底盾构管廊隧道结构病害分析及治理技术

水下隧道在长期运营过程中受各种因素的综合影响,尤其结构处于海水侵蚀下,极易引起隧道结构不同形式的病害,若不及时地进行有针对性的治理,必将对隧道结构及运营安全带来严重威胁。本文通过对病害的检测,判析隧道结构缺陷及病害对隧道结构稳定性的影响,并对病害产生的原因进行分析;针对不同类型的病害,提出有针对性的治理及修复措施,并严格科学施工,取得了较好的治理效果。本文研究可为水下盾构隧道的长期安全运营提供保障,同时,可为水下盾构隧道的病害治理提供依据。     

大面积深基坑施工对运营地铁结构影响分析

以武汉金地中核凤凰商业城项目的大面积深基坑施工近邻运营的武汉轨道交通蔡甸线地铁车站和区间隧道为背景,对其过程进行数值模拟分析,研究了深基坑开挖施工对运营的地铁车站和区间隧道结构可能产生的影响,并提出施工保护和控制措施建议,确保地铁车站及区间隧道的近接运营安全。研究结果表明:模拟计算结果与实际施工监测的沉降趋势较为吻合;在现有保护控制措施下,大面积深基坑施工对地铁车站及区间结构的变形影响较小,车站和区间结构安全整体可控。     

紧邻地铁隧道深基坑支护技术及监测分析

为确保既有轨道交通线路的正常运营,必须严格控制轨道交通线路周围施工对运营线路的影响。以广州市某运营地铁隧道侧方深基坑工程为背景,对深基坑紧邻地铁隧道侧的支护设计、施工方案及地铁隧道变形监测结果进行分析总结。主要得出以下结论： 1）需严格控制紧邻地铁隧道侧深基坑的施工,选择合理的基坑支护设计和施工方案对地铁隧道的结构安全至关重要; 2）紧邻地铁隧道侧分段施工,部分区段采用双排桩加直撑的支护形式,在提高支护刚度的同时方便基坑开挖,且施工时预留土台,可有效控制双排桩的变形,降低对地铁隧道的影响; 3）通过变形监测分析,地铁隧道变形满足规范要求,同时能确保基坑的安全。     

地铁列车振动荷载作用下隧道底部土层孔隙水压力及变形特性研究

为研究地铁列车振动荷载长期作用下隧道底部土层的孔隙水压力及变形特性,以北京地铁7号线2期（东延）工程为背景,利用ADINA有限元计算平台建立典型隧道区间断面的有效应力分析模型,进行上限速度行车荷载作用下饱和场地土层-隧道体系水土耦合动力响应分析,研究典型位置处孔隙水压力时程变化规律,并预测地铁振动荷载作用下引起的沉降量。同时,对北京地铁7号线粉细砂进行土工室内试验,进一步研究隧道底部土层在地铁行车荷载作用下的孔隙水压力及竖向变形发展规律。结果表明： 1）在长期列车振动荷载作用下,隧道底部土层孔隙水压力逐渐增大,且增大值随土层深度的增加而减小; 2）土体的累积超孔隙水压力比和累积应变量随着荷载幅值的增加而增大; 3）与非均等固结条件相比,均等固结条件下的超孔隙水压力比较大,但累计应变量小; 4）列车振动引起的超孔隙水压力和应变均较小,超孔隙水压力在列车停运期间足以消散完毕。     

隔水帷幕深度对苏州地铁隧道结构影响分析

随着城市地铁周边建设工程项目越来越多,研究邻近地铁的基坑施工对地铁隧道影响具有重要意义。基于苏州地铁1号线某基坑工程,采用FLAC 3D程序,分析研究在既有地铁隧道周边,基坑采用不同的隔水帷幕深度情况下,地下水渗流作用对地铁隧道的影响。数值模拟中考虑在2种不同的隔水帷幕深度时,基坑降水后隧道的位移场以及隧道管片应力。研究结果表明:1)增长隔水帷幕深度有利于控制隧道周围孔隙水压力降低,有利于减小隧道结构变形。2)随着隔水帷幕深度增加,减小了基坑降水引起隧道结构应力的降低。     

基于数值模拟分析的隧道衬砌质量缺陷影响研究

由于设计、施工等因素导致的我国地铁区间隧道渗漏水,衬砌掉块、厚度不足、开裂、脱空以及不密实等病害频发,严重危及地铁的运营安全。针对地铁区间隧道施工造成的衬砌质量缺陷,在分析缺陷成因基础上,对不同隧道缺陷的形式及缺陷的特性进行了统计分析。基于统计分析,对隧道衬砌施工中存在典型缺陷对隧道结构受力特性的影响进行了数值模拟研究,分析了衬砌背后空洞、不密实、厚度不足以及组合缺陷等条件下隧道衬砌的安全特性。基于数值模拟分析,提出了施工中隧道衬砌缺陷地质雷达无损检测的测线布置方式,指导了区间隧道衬砌质量的检测作业,取得了良好的效果。     

两个水平密贴地下结构的地震响应分析

为了研究相互邻近的地下结构的地震响应特征,以某新建地铁车站结构和上部密贴的既有公路隧道结构为对象,利用有限元分析软件MIDAS-GTS,对水平密贴的两个地下结构的地震响应进行数值模拟,分析公路隧道结构在有、无地铁车站结构时的地震响应,探讨结构接触面性质对水平密贴结构的地震响应的影响。计算结果表明:1)在设定条件下,地铁车站结构对公路隧道结构水平位移的影响幅度小于5%,但公路隧道顶板与底板的相对水平位移峰值增大了20%,水平加速度峰值增大幅度大于5%,隔墙动应力峰值增大11%,底板结构应力峰值增大150%;2)影响公路隧道结构动力响应的结构接触面性质主要是切向刚度,切向刚度增大,接触面范围内的公路隧道底板下侧的动应力减小,而接触面两侧的公路隧道底板的动应力却有明显的增大。     

考虑收敛变形的通缝拼装盾构隧道纵向等效抗弯刚度计算分析

为了研究运营地铁通缝拼装盾构隧道长期沉降过程中衬砌结构横向变形对其纵向变形和受力的影响,基于上海轨道交通8号线西藏北路站—中兴路站运营盾构隧道现场试验监测数据,对等效连续化模型进行修正,考虑隧道收敛变形对结构纵向变形的影响,并将该计算方法与现有计算方法进行对比分析。结果表明:1)弯曲状态下,环缝位置不考虑剪切作用时,随着隧道收敛变形的增加,拱底环缝张开量最大值、管片拉压应力和螺栓拉应力均略有减小。2)结构纵向变形曲率半径越小,隧道收敛变形对其影响越显著。3)在大曲率半径隧道结构纵向变形状态下,隧道收敛变形对结构纵向变形的影响可以忽略;不考虑轴向拉伸导致结构纵向变形条件下,结构弯曲导致的拱底环缝张开量较小。     

长期循环压缩荷载下饱和软黏土的应变速率特性

为了研究长期循环压缩荷载作用下饱和软黏土的变形性状,对珠江三角洲的典型饱和软黏土进行了室内循环三轴压缩试验,着重研究了饱和软黏土的累积应变速率特性.试验结果表明:初始静偏应力与动偏应力的耦合作用以及不同的排水条件对软黏土累积应变速率有较大的影响;在长期循环压缩荷载作用下,软黏土的累积应变速率随循环次数的增大而减小,应变速率对数与循环次数对数间的关系可用直线描述.     

矩形波纹钢地下综合管廊结构抗震性能分析

本文以矩形断面波纹钢综合管廊结构为主要研究对象，结合有限元软件建立土层-结构数值模型，系统地探究了地震加速度峰值、波纹钢结构刚度、土体刚度等因素对矩形断面波纹钢综合管廊结构抗震性能的影响规律，明确了矩形断面波纹钢综合管廊结构在地震荷载作用下不同工况的最不利受力和变形位置。研究结果表明管廊结构内力与变形随地震加速度峰值增大而增大；管廊结构刚度增大，结构内力随之增大，相反地结构变形随之减小；管廊结构内力、变形和层间位移角均随土体刚度的增大而减小，且土层刚度越小，对结构变形影响更为明显。     

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。     

沉管隧道基槽爆破开挖作用下邻近地铁隧道力学响应

为确保邻近地铁隧道在沉管隧道基槽爆破开挖过程的安全性,通过现场实测评价地铁隧道运营现状,借助数值分析法探索地铁隧道对沉管基槽爆破开挖的力学响应特征,并制定既有隧道结构的安全判据和沉管基槽爆破振动安全距离。研究表明： 既有地铁区间隧道现状累计最大沉降为1.89 mm,近半年最大沉降速率为0.01 mm/d,均小于规范规定的控制值,隧道结构现状处于稳定状态;沉管隧道基槽爆破振动引起的地铁隧道结构最大振速为0.359 cm/s,远小于振速安全阈值（2.0 cm/s）,说明地铁结构受爆破振动影响较小,且爆破振动的安全距离为25 m; 基槽开挖应力扰动后引起的地铁隧道累计最大沉降为3.16 mm,小于位移预警值,隧道结构处于稳定状态。