下穿隧道爆破施工对既有隧道的振动影响及对策研究

依托云南省盐津县白水江三级电站引水隧洞下穿内昆铁路手扒岩隧道的工程实际,采用LS-DYNA显式动力数值模拟及现场爆破振动监测,对既有隧道受下穿新建隧道爆破施工产生的振动影响和对策进行研究。结果表明:全断面起爆中,D(D为下穿新建隧道洞径,下同)<2.5D0(D0为基准洞径)时,既有隧道的振动速度、振动加速度均随D的增大而增加,且基本呈线性关系;2.5D0≤D<3.5D0时,振动速度及加速度均急剧增大;D≥3.5D0时,振动速度、加速度随D的增加而减小。随两隧道间距的增加,既有隧道考察点的振动速度和加速度均减小;在距离相等时,掌子面未到达前的振动响应大于掌子面离开后的响应;相同爆破参数时,距离越远,受到的振动越小;同时起爆药量越大,受到的振动越大。随围岩的变差,既有隧道处的振动速度增大,振动加速度变化较小。根据不同影响因素与振动速度关系的规律,推导了包含隧道开挖洞径、进尺长度、上下交叉隧道净距、单位药量等参数的隧道开挖爆破振动速度计算公式,并由现场爆破振动监测验证了数值模拟的正确性。同时,针对不同影响因素,提出分部开挖、分段起爆、干扰减振等减小爆破振动影响的对策措施及选择原则,并指出爆破试验及爆破振动监测在近接隧道工程中的重要性和可操作性。     

列车荷载作用下地铁重叠隧道的响应分析

以深圳地铁一期工程区间近距离重叠隧道为背景，研究地铁运营期间，列车振动荷载对隧道结构的的影响。首先根据车辆－轮轨模型，确定列车振动荷载。然后采用释放荷载方法模拟地铁的开挖效应，确定初始应力场，并通过对地铁结构体系进行模态分析，得到体系的振型和频率，以确定合理的阻尼系数和时间积分步长。最后运用Newmark隐式时间积分法，分别研究在上行动载，下行动载和上下交会动载3种情况下，区间近距离重叠隧道的动力响应，确定在列车振动荷载作用下衬砌结构的薄弱部位及其相应的位移和应力。     

单线铁路隧道斜切式隧道门模型试验研究

采用几何相似比为1∶30的模型对单线铁路隧道斜切式隧道门的2种型式———正斜切式和逆斜切式隧道门进行了相似材料模拟试验,试验考虑了仰坡坡度和隧道门与线路中线夹角的影响.试验结果表明,洞口段围岩压力和结构内力与覆盖层厚度、仰坡坡度和隧道门与线路中线夹角有关———洞门正交时,结构底部仰拱处围岩压力和弯矩最大;洞门斜交时,结构拱腰处弯矩最大.     

深圳地铁重叠隧道列车振动响应测试与数值分析

在对深圳地铁重叠隧道各典型断面现场振动加速度测试的基础上,结合相关车辆体系的振动理论,得到了重叠隧道各典型断面列车振动荷载的数学表达式,进而采用有限元法分析了各典型断面隧道结构的动力性态。分析表明:计算结果和实测值符合良好;对于单洞双层的隧道结构,最不利受力位置出现在隔板与边墙的连接处,而双隔板结构对列车振动的反应小于单隔板结构;结构设计受静力控制,但需要考虑列车振动对结构的影响。     

城市地铁盾构施工引起的地表沉降分析

地层损失是盾构施工产生土体变形的主要原因.以成都地铁1号线某盾构区间隧道为工程背景,根据现场前期监测结果,提出了基于地层损失概念的"约束一释放"法来模拟土压平衡盾构开挖过程,运用三维有限差分模型对不同地层损失量下的地表沉降横向分布和地表土层水平横向应变进行了研究.结果显示,最大地表沉降值与地层损失量基本呈线性关系;地表土层水平横向应变存在拉压分区,其拉压分界正好与横向沉降槽的反弯点吻合;且不同地层损失量下沉降槽的反弯点不变;结合现场监测结果,认为地层损失量取1%的计算值与实测值较为吻合.     

洞室开挖后围岩应力集中系数的特征分析

通过对洞室开挖后应力集中系数的研究,讨论了该系数与开挖后隧道洞室稳定性的关系,并重点分析了影响洞室开挖后应力集中系数的因素。     

基于现场实测的隧道初期支护受力模式分析

为研究隧道初期支护的受力模式,以蒙华铁路在建隧道为工程依托,开展隧道洞周位移和初期支护受力状态的现场测试。结果表明:1)初期支护普遍受压,结构处于小偏心受压状态;2)隧道洞周位移收敛值较小,且隧道整体向净空侧变形,与初期支护普遍受压的受力模式一致;3)洞周位移、锚杆轴力和初期支护的受力状态均不符合塌落拱式的受力模式,而符合围岩与支护相互作用而产生的形变压力特征;4)格栅钢架对结构的抗压-剪承载力贡献非常小,初期支护斜截面的抗剪强度主要由混凝土控制,格栅钢架的作用仅是在混凝土开裂后提供峰后韧性。     

重叠隧道结构内力演变的三维弹塑性数值模拟

为了探讨重叠隧道近接施工引起的结构内力演变规律，以深圳地铁老街一大剧院区间重叠隧道为背景，进行了三维弹塑性有限元分析．考虑了“先上洞，后下洞”和“先下洞，后上洞”2种施工顺序．研究结果表明：随着后施工隧道的掘进，先施工隧道的环向内力发生偏转，产生纵向内力，并呈现明显的波动性以及受开挖影响的局域性和临时性；后施工隧道的纵向影响范围，在Ⅲ级围岩中约为3倍洞径，在Ⅴ级围岩中约为5倍洞径。     

列车动载引起下穿隧道振动三维数值分析

以上海轨道交通9号线R413标段的三孔并行盾构隧道下穿沪一杭铁路干线为背景,采用3D动力有限元对列车动载引起下穿隧道的振动影响进行了研究.结果表明:当对向行驶的两列车机车的后转向架轮载同时作用在B隧道正上方时,为隧道结构的最不利位置;在动载作用下,拱顶竖向压力随埋深呈多段非线性变化;下穿隧道拱顶竖向压力沿纵向呈悬练线形分布,最大值出现在双线铁路的中线处,向两侧逐渐减小,影响约在铁路中线两侧各12m范围,结构产生了显著的纵向拉、压力;经对计算振动加速度和测试结果比较,两者规律基本一致.     

提高侵蚀环境下山岭隧道衬砌混凝土耐久性施工对策研究

通过调查发现,我国既有山岭隧道结构耐久性普遍不足,许多隧道运营后不久衬砌结构就出现了开裂、渗漏水、溶蚀结晶、甚至出现拱顶掉块,造成隧道结构耐久性不足,其原因有设计原因也有施工方面的原因.文章针对既有隧道的病害表现,分析了隧道衬砌耐久性不足在施工方面的原因,并提出了解决新建隧道衬砌混凝土耐久性的主要施工对策:采用多元复合胶凝材料及合适的混凝土搅拌工艺;采用低水胶比、低用水量和高性能减水剂;采用先进的灌筑和振捣工艺、合理的养护技术及拆模和养护时间等.