寒区隧道温度场变化规律及空气幕保温效果

隧道洞口段铺设保温层不能完全解决寒区隧道的冻害问题,为此提出一种新型寒区隧道空气幕保温系统,采用叠加原理、分离变量法和贝塞尔特征函数建立列车风影响下寒区隧道温度场计算模型,研究不同列车运行速度和运行间隔时寒区隧道温度场的分布规律,验证了新型寒区隧道空气幕保温系统保温效果. 研究结果表明:当外界气温为 ?30 ℃,围岩地温为5 ℃时,隧道洞口段铺设保温层已无法满足寒区隧道保温需求,应与主动保温措施联合;寒区长大隧道结构防寒不应仅在洞口段,若列车运行速度大（大于200 km/h）、列车运行频率高（间隔小于30 min）,寒区长大隧道需要全隧道防寒;50 m的保温空气幕联合1 050 m的保温层可以满足外界气温为 ?30 ℃、围岩地温为5 ℃、列车运行速度为300 km/h、列车运行间隔为10 min这种极端情况下寒区隧道的保温需求.      

深埋隧道复合式衬砌内力和位移的荷载结构法

研究目的:研究任意形状的深埋隧道复合式衬砌的内力和位移具有重要理论意义和工程应用价值。本文首先通过弹性力学理论,导出轴对称荷载作用下,圆形隧道复合式衬砌的轴力和位移的解析解,并与数值解进行比较,确定初支、二衬间相互作用的杆单元弹性模量的合理取值;之后分析了Ⅳ级围岩中非圆形隧道复合式衬砌的轴力、弯矩和位移,围岩对初支、初支与二衬间的约束作用均采用杆单元模拟,其弹性模量分别取地层和初支的弹性模量;最后讨论了侧压系数对非圆形隧道复合式衬砌力学性能的影响。研究结论:(1)轴对称荷载作用下,圆形隧道初支和二衬的轴力和位移的解析解与数值解的误差不到5%,确定了使用杆单元模拟非圆形隧道初支和二衬间相互作用时,其弹性模量可以采用初支或二衬的弹性模量;(2)非圆形隧道二衬的轴力和弯矩均比相应位置处初支的大,初支和二衬分别在拱腰和拱底取得轴力最大值,均在拱脚取得弯矩最大值,均在拱底取得竖向位移最大值;(3)对于侧压系数在0.1到0.3范围内的Ⅳ级围岩,侧压系数的改变对非圆形隧道二衬最大的轴力、弯矩和位移的影响都比较小;(4)本研究结果可应用于隧道、竖井、管桩等工程结构。     

浅埋隧道局部存水冻胀作用机制与安全性评价

为揭示寒区隧道局部存水冻胀作用机制并提出有效的衬砌结构安全评价方法, 设计了三维地质力学模型试验, 通过设置3种积水范围冻胀试验工况, 观测冻胀过程中裂缝开展和衬砌结构受力等情况; 改进了局部存水冻胀数值计算方法, 建立了基于岩体力学法并耦合冻胀力和围岩荷载的冻胀数值模型, 对比了不同存水位置、不同局部存水厚度和不同存水范围下隧道冻胀力和结构内力的变化规律, 进一步揭示了局部存水冻胀对隧道受力的影响机制, 评判了衬砌结构的安全性。分析结果表明: 局部存水冻胀具有显著的区域性特征, 衬砌冻胀开裂发生在局部存水与非存水交界处, 冻胀力大小取决于交界处冻胀产生的应力集中效应, 衬砌裂缝多为纵、斜向裂缝; 衬砌局部存水冻胀最不利位置由优到劣依次为拱脚、边墙、仰拱、拱腰和拱顶, 衬砌受力随局部存水厚度的增大而增大, 局部存水范围的增大有利于衬砌受力均匀化; 不同部位局部存水冻胀条件下衬砌结构容许压应力比均小于1, 满足抗压检算要求; 拱顶、拱腰和仰拱容许拉应力比均大于1, 不满足抗拉检算要求, 实际工程应针对上述部位采取适当的防冻胀措施予以处治; 揭示的隧道局部存水冻胀作用机制和建立的衬砌结构安全性评价方法为寒区隧道冻害防治提供了一定理论依据。      

软土盾构隧道施工阶段上浮计算模型探讨

文章首先对管片上浮作用机理进行了分析,确定了盾构隧道施工阶段上浮计算模型荷载分布规律和计算方法;其次指出了弹性支撑法和修正惯用法直接运用于盾构隧道上浮阶段设计所存在的问题,即弹性支撑法计算得到管片底部向下位移,与实际上浮阶段管片隆起不符,而修正惯用法又不能考虑拱顶上覆土体反向压缩特性;最后,基于弹性支撑法并利用修正惯用法思想提出了能规避上述两个问题的反转抗力力学模型。结果表明:提出的计算模型与施工阶段管片上浮变形特征吻合度高,施工阶段管片上浮状态下弯矩、轴力和剪力最值较弹性支撑法和修正惯用法获得的结果分别增加68%、21%和51%以及34%、69%和22%,说明按本文推荐计算模型进行上浮管片设计可避免实际工程配筋不足造成的管片破损、开裂或渗漏。其结论可为盾构隧道设计提供一定理论支撑和参考。     

浅埋暗挖洞桩法的三维有限元模拟分析

针对浅埋暗挖洞桩法的主要特点，利用三维有限元进行计算模拟，通过对浅埋暗挖洞桩法主要施工工序分别引起的洞周围岩位移量的对比分析，总结了浅埋暗挖洞桩法的地层沉降规律，并对施工过程提出了一些建议。     

乌鞘岭隧道F4～F7断层区段压力、应力实测与分析

乌鞘岭隧道是兰新线重点控制工程,是国内最长的单线铁路隧道。该隧道穿越四条区域性大断层,地应力高,围岩软弱、破碎,隧道变形大。针对高应力条件下的软岩隧道大变形特点,在F4~F7断层区段,开展了系统、全面监控量测。根据实测数据,深入分析了支护压力、支护应力的规律及特征,及时将信息反馈给设计与施工,为工程施工提供了主要的技术支持。     

两种超前预支护技术控制地层沉降效果对比研究

针对广州市城市街道人行隧道在施工过程中实测地表沉降量超出容许沉降量 ,为分析其原因和寻求更合理方案 ,利用三维有限元对该隧道的施工过程分别进行了实际方案和对比方案的计算模拟 ,通过计算结果的对比分析 ,指出原方案的不适用性 ,而采用水平旋喷桩对整个隧道周边地层进行加固处理则可以有效地控制地层沉降。     

青藏铁路风火山隧道洞内外温度实测与分析

风火山隧道是世界上海拔最高的隧道,高原、缺氧、严寒及多年冻土等地质及环境条件极端恶劣,严重危及人员健康和工程安全。在施工过程中对洞内外环境温度进行了长期系统的观测与分析,为风火山隧道施工提供了决策依据,也为高寒区冻土隧道及类似工程积累了大量宝贵的技术数据。     

广州东湖车站暗挖段施工三维动态过程数值模拟分析

广州市轨道交通6号线浔峰岗至燕塘段东湖车站暗挖段,采用三维空间数值模拟计算方法对东湖车站管棚超前预支护中洞法施工方案的施工动态进行数值模拟计算,以确定施工过程中的安全性及稳定性,对现场施工提出建议以指导施工。     

大伙房水库输水隧洞TBM安装洞室稳定性分析

大伙房水库输水隧洞工程长度大、支洞多，断面形式和围岩类别复杂。对TBM施工掘进速度、长距离掘进机可靠性以及对不良地质适应性要求高，TBM洞内安装(拆卸)洞室大、边墙高。为了合理设计和施工，利用平面有限元对TBM安装洞室稳定性进行了计算分析，并对其施工动态进行了三维模拟计算，所得结论可供相关工程参考。