非连续边界荷载影响下隧道围岩压力计算方法

浅埋隧道施工中经常面临堆载、孤石等工况，为了确定其形成的非连续边界荷载对围岩压力取值的影响，以隧道上覆岩体破坏迹线建立压力模型，将堆载、孤石按照作用范围、位置等效为均布或者集中边界荷载，以其随岩体深度变化及偏压情况为条件，按照太沙基理论建立轴对称边界荷载影响下围岩压力微分方程，以非连续边界荷载和为条件求解方程，将求解的压力值与附加弯矩在半无限空间体中产生的应力组合，形成非连续偏压边界荷载影响下围岩压力计算方法。通过与拉林铁路隧道群围岩压力监测值的对比，验证模型的可行性。得到以下结论： 1）非连续边界荷载在岩体分布的有效长度可作为围岩压力计算方法的选取依据。2）在非连续边界荷载影响下，围岩压力取值与隧道衬砌不同位置的角度呈线性关联。3）将孤石等效为集中或者均布边界荷载，2种围岩压力计算值存在一定的偏差，压力差值与隧道埋深有关；当埋深小于7 m时，将孤石作为非连续均布荷载的围岩压力计算值与监测值相近； 当埋深大于8 m时，将孤石作为非连续集中荷载的围岩压力计算值与监测值较为接近。     

西安地铁盾构施工地表沉降随机介质预测研究

研究目的:针对应用随机介质理论预测盾构施工过程中诱发的地表沉降量时盾尾隧道断面收敛量的确定问题,文中在考虑盾构施工工艺的基础上,结合工程地质条件,并运用弹性力学的相关理论知识计算出随机介质理论预测地表沉降所需的参数。本文意在利用随机介质理论预测地表沉降量时,将预测计算所需参数可以进行量化计算,并能对影响其大小的各个因素针对施工环境进行优化。研究结论:通过对西安地铁隧道盾构施工诱发的地表沉降分析表明:(1)在盾尾断面收敛量的影响因素中,偏心超挖的影响最为敏感,而且最不容易控制;(2)盾尾应力释放引起的收敛变形是控制地表沉降的关键因素,而在弹性变形范围内,适当的增大注浆压力可以控制盾尾应力释放引起的隧道断面收敛量,有效地减小地表沉降;(3)使用本文提出的计算断面收敛量的方法并结合随机介质理论预测得到的地表沉降数据和沉降曲线趋势与实际结果符合;可对土体结构致密、强度较高的黄土地层中盾构施工中地表沉降控制措施的采取提供一定的理论依据。     

地铁隧道对邻近既有桥桩影响及施工方法优化

隧道开挖会对周边土层造成扰动,导致既有桥桩发生变形,从而影响桥梁的运营安全。以西安地铁3号线区间隧道为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件对比分析隧道不同施工方法对既有桥梁桩基的影响,并综合考虑各种因素,提出环形开挖预留核心土法作为该区间隧道的施工方法。通过现场监测分析表明,该施工方法能够有效降低地表沉降及对既有临近桥梁桩基的影响,对黄土地区该类隧道工程具有一定的借鉴价值。     

碳纤维加固既有铁路桥梁结构技术的应用

通过对加固后的桥梁进行验算以及采用桥梁结构专用分析软件QUC进行数值模拟计算,研究了碳纤维加固对16 m跨径钢筋混凝土T形梁桥承载能力的影响.结合黄陵-李章河麦洛安西大桥加固工程实例,介绍了碳纤维材料的特点,碳纤维加固桥梁结构的机理、加固方案的选取以及采用碳纤维布黏贴加固方法和施工工艺.通过对麦洛安西既有铁路桥梁采用碳纤维加固处理后的现场检测与理论计算的对比,证实碳纤维加固有效提高了桥梁的承载能力,满足了该桥现有使用功能的需要.     

钢管混凝土拱架在地铁隧道中的应用研究

浅埋暗挖法施工的地铁区间隧道初期支护体系常使用格栅拱架承担围岩荷载,然而这类钢拱架钢材用量大,制作工艺复杂.钢管混凝土拱架是一种承载力高、安装简易、经济性能良好的新型支护形式.用钢管混凝土拱架替代格栅拱架不仅可以降低工程成本还能加快施工速度.以荷载-结构模型分析计算钢管混凝土拱架,采用弹性中心法计算其截面内力.对钢管混凝土拱架的设计计算以大偏心受压为主,计算结果表明:钢管混凝土拱架在技术上是可行的,在工程实例中钢管混凝土拱架的支护成本仅为格栅拱架的61%.     

滑坡滑向与轴线正交条件下隧道衬砌内力分析

文章以西宝高速公路唐家塬隧道为工程背景,针对滑坡滑动方向与隧道轴线正交情况下的直墙拱形隧道,根据隧道与滑面的位置关系,探讨分析了作用于隧道衬砌上的滑坡推力大小和方向的影响因素。采用结构力学方法,取隧道全拱结构作为研究对象,得出滑坡滑动方向与隧道轴线正交情况下半圆拱形隧道衬砌内力分布的理论计算方法。结合唐家塬隧道工程,利用理论计算方法得出隧道衬砌的内力分布情况,并采用有限元分析软件对理论计算公式的正确性与合理性进行了验证。结果表明,该方法可作为滑坡滑动方向与隧道轴线正交情况下隧道的衬砌内力计算方法,为隧道衬砌设计与施工提供一定的参考依据。     

地铁隧道工程开挖过程中地下管线的受力情况分析

地铁隧道工程开挖过程中的地层运动对地下管线影响较大。基于温克尔弹性地基梁经典理论,着重分析了隧道工程开挖影响下的地下管线受力情况,推导出了地下管线的沉降、弯矩和剪力的表达式。结合西安地铁3号线延兴门站—咸宁路站区间具体工程,分析了不同因素对管线变形影响的规律。研究表明:地下管线的不均匀沉降及内力随管线与隧道倾角增大而增大,管线刚度变化对管线沉降影响极小。     

湖底隧道施工中混凝土水化热温度变化规律研究

在湖底隧道施工中会遇到大体积混凝土浇筑问题,若混凝土温差较大,将导致裂缝的发生,影响结构的安全。通过对某湖底隧道混凝土浇筑过程中水化热温度变化情况进行的观测,得出混凝土在水化热阶段的温度变化规律,为混凝土温度变形裂缝控制和施工组织提供了依据。     

考虑隧道围岩蠕变的复合式衬砌受力规律

将锚杆作用力视为体力作用于围岩内, 将初期支护与锚杆锚固范围内的围岩视为围岩加固体, 建立了围岩力学模型, 基于统一强度理论分析了隧道蠕变条件下的围岩应力与变形规律, 推导了复合衬砌应力与变形表达式, 分析了隧道围岩蠕变过程中支护结构受力特点及不同初期支护强度下二次衬砌受力变化规律。分析结果表明: 当初期支护按照“初期支护应与围岩共同受力且能保证施工阶段安全”的原则进行设计时, 在围岩蠕变作用下, 锚杆与喷射混凝土最大受力分别为48、286kPa, 与开挖阶段相比分别增大了57.5%、13.7%, 且超过支护结构最大承载力, 说明在进行初期支护设计时, 仅满足隧道开挖过程中围岩稳定而不考虑蠕变产生的附加应力影响, 可能造成隧道运营过程中初期支护结构破坏, 不利于隧道稳定; 当二次衬砌厚度由300mm增大至500mm时, 二次衬砌最大受力增大了40.5%, 荷载分担比由25.2%增大至36.2%, 而增大初期支护强度后, 二次衬砌受力减小了14.5%, 荷载分担比由25.2%减小至22.3%, 说明二次衬砌荷载随初期支护强度增大而减小, 而随自身强度增大而增大, 应重视初期支护与二次衬砌支护强度的协调配置, 实现围岩压力的合理分配; 在软岩地质条件下, 应保证隧道施工过程中围岩稳定并避免围岩蠕变过程中发生结构破坏, 以实现初期支护与二次衬砌共同承担蠕变引起的附加应力。      

外圆内椭管片结构内力计算模型

为了使地铁隧道适应地层荷载的不均匀性,参考异形管片结构形式,同时兼顾制作与施工等因素,提出外圆内椭管片结构,以保证管片结构最不利位置的刚度满足安全要求,并适当降低管片其他位置的刚度,充分利用材料特性;采用刚度阶梯折算法求解外圆内椭管片的柔度系数与自由项,建立外圆内椭管片的计算模型;参照实际工程地质条件,研究外圆内椭管片的内力分布特点;利用《铁路隧道设计规范》(TB 1003—2016)对外圆内椭管片的安全性进行评价。计算结果表明:相比于等刚度管片,在相同的荷载条件下,外圆内椭管片减小了管片结构拱顶与拱底的弯矩,将最大弯矩与最大轴力转移至拱腰,在验算时重点分析管片结构拱腰处的内力能否满足安全条件即可,简化了安全验算内容;在稳定性方面,等刚度管片在拱顶、拱肩与拱腰处的安全系数分别为3.07、18.05和2.45,外圆内椭管片在拱顶、拱肩与拱腰处的安全系数分别为2.79、14.86和2.21,虽然较之等刚度管片略有降低,但仍然大于安全验算要求规定的最小值2.0,可充分发挥混凝土的材料特性;在内部空间方面,外圆内椭管片在外径与等刚度管片一致的情况下,等刚度管片的内部空间面积为22.9m2,而外圆内椭管片的内部空间面积为23.76 m2,明显大于等刚度管片面积,因此,可在不扩大外径的条件下,增加了内部空间面积,提高了内部空间利用率。