地铁隧道地震动力响应三维数值分析

文章依托广州地铁花都广场站—马鞍山公园站区间隧道工程,建立地铁隧道地震动力响应三维数值分析有限元模型,计算分析水平向地震荷载作用下的地表位移、隧道结构动力响应,并计算分析了不同阻尼、边界条件等计算参数对隧道结构动力响应的影响。     

高烈度地震区隧道紧急停车带与主洞交叉处地震动力响应分析

隧道紧急停车带与主洞交叉处断面结构形式变化较大,刚度不连续,不利于抵抗地震作用,是隧道断面的薄弱环节。基于土—结构相互作用模型,利用黏—弹性边界条件,运用时程分析方法,结合云南保腾高速公路勐连隧道工程实际,对隧道紧急停车带与主洞交叉区段进行三维地震动力响应分析,总结得出了交叉区段位移及应力的动力响应及分布特性,给出了抗震加固部位及范围。研究结果可为高烈度地震区隧道的薄弱部位抗减震设计提供参考。     

地铁双层交叉隧道非线性地震响应分析

以北京某地铁双洞盾构隧道近距离下穿既有矩形矿山法隧道为例,建立不同交叉角度的地铁双层交叉隧道三维数值模型,采用日本阪神波及北京人工波作为向基岩输入的地震波,研究其在水平强地震动作用下的地震响应特性,并与单层矩形/圆形隧道的地震响应特性进行比较。结果表明:双层近距离交叉隧道相互作用效应对上、下层隧道相对水平位移峰值和振动加速度均具有放大作用,且均随着交叉角度的增大而减小,对上层矩形隧道的地震应力有增大作用,对下层圆形隧道的地震应力有减小作用,且与交叉形式和基岩输入的地震波特性密切相关;上层矩形隧道顶、底板与侧墙的连接部位、中隔墙(中柱)的顶部和底部,以及下层圆形隧道的拱肩和拱腰处是结构的薄弱部位;矩形隧道和圆形隧道的地震变形模式分别近似于正弦曲线的单调递增段和反S形;场地土层的变形以剪切变形为主;土与结构的接触面是地震发生时的薄弱环节。     

地下交通隧道开挖段纵向地震响应分析

为了探讨隧道的纵向地震响应特性,本文采用TDAPⅢ软件,结合反应位移法对日本一地下交通隧道A号线的开挖段进行纵向地震响应分析。通过建立合理的隧道模型,考虑土与隧道结构之间的相互作用,探讨了隧道中连接设计对地震响应的影响,得到了隧道结构的内力和变形。分析结果表明:在地震作用下,隧道结构剪力、连接弹簧剪切变形量及其张开量均未超过相应限值,而结构的弯矩在389 m处测点附近非常接近限值,应当将此处作为抗弯薄弱位置并加强该处的抗弯性能。     

新建电缆盾构隧道近距离下穿既有地铁影响分析

以深圳北环电缆隧道南线下穿深圳既有地铁2号线岗厦北站-华强北站区间工程为依托,通过有限元数值模拟分析新建电缆盾构隧道近距离下穿地铁线路时对既有地铁的影响规律。研究结果表明,既有地铁的竖向沉降随着电缆隧道与既有地铁交叉角度的增加而减小;电缆隧道盾构掘进过程中会对既有地铁结构产生扰动,使其结构发生变形,最大沉降值发生在掘进掌子面后方15~20m;数值分析结果与现场实测数据趋势接近。     

地铁盾构隧道与矿山法隧道接口段抗震计算研究

为确保地裂缝条件下地铁盾构隧道与地裂缝设防段矿山法隧道接口抗震设计满足要求,采用数值模拟与理论分析相结合的方法,针对西安地铁5号线某区间盾构隧道与地裂缝设防段矿山法隧道接口部位进行横向地震作用时程分析,并与横向地震作用的反应位移法结果进行对比,结合现有理论及规范,分析地铁隧道接口处的抗震性能及合理的计算方法,发现对于结构断面形式突变的地下结构,宜采用反应位移法进行强度及变形计算,同时采用时程分析法进行校核,明确了不同断面接口两侧隧道横向剪切刚度的差异是导致位移与变形差异的主要原因,同时提出减震层、管片柔性结构与弹性垫圈、变形缝以及加强钢筋与后浇环梁等抗震措施,在高烈度地区还可考虑将矿山法隧道设计为圆形或类圆形断面以提高整体抗震能力,研究结论可为类似工程提供参考。     

跨断裂地铁隧道地震动力响应特征研究

研究目的:活动断裂在我国分布较广,然而在长距离工程选线及设计中,线路往往会穿越或邻近活动断裂带。断裂粘滑作用常造成地震发生,加之地震动力作用下地铁隧道的地震响应和受力变形问题又是隧道设计的重点和难点,因此本文对地铁隧道跨越活动断裂进行地震荷载时程分析,从定量角度研究跨断裂地铁隧道地震动力响应特征。研究结论:(1)地表断裂位置处PGA放大系数最大,向两侧逐渐减小,具有典型的上盘效应;(2)地震作用改变了断裂附近隧道结构接触压力,在地震过程中,拱顶最大接触压力在上盘增大下盘减小,而拱底最大接触压力在上盘减小下盘增大,接触压力的主要变化范围在上盘40 m和下盘30 m范围内;(3)地震荷载下断裂附近隧道结构拱顶轴力在上盘增大下盘减小,而拱底轴力在上盘减小下盘增大,此外,在断裂位置处隧道结构弯矩和剪应力数值明显增大;(4)基于地震作用下跨断裂地铁隧道内力显著变化范围,给出了地震动力作用下跨断裂地铁隧道的纵向设防长度建议值为上盘40 m、下盘30 m,在此区域内应采取设置减震层、加固围岩和采用柔性接头等抗震设防措施;(5)本研究成果可为跨断裂地铁隧道抗震设防提供科学参考和理论依据。     

大断面黄土地铁隧道CRD法施工诱发的地表沉降规律

以西安地铁3号线胡家庙站—石家街站区间(ZDK33+116~ZDK33+141)工程为例,采用FLAC数值模拟与现场实测相结合的方式对大断面黄土隧道CRD(交叉中隔壁)法施工诱发的地表沉降变化进行研究。通过对监测数据的分析,得到了CRD工法施工引起的纵横向地表沉降的变化规律。该变化规律可为黄土地铁隧道施工引起的地表沉降变化及其控制技术提供参考。     

黄土场地条件下地铁车站诱导缝三维地震响应研究

自20世纪90年代地铁车站结构诱导缝概念提出以来,诱导缝已在我国大、中等城市地铁车站中得到广泛应用,但其抗震性能尚未得到验证。以西安黄土地区地铁车站工程建设为研究背景,基于ABAQUS非线性有限元软件平台,建立黄土场地与地铁车站结构动力相互作用三维数值模型,通过大型地震模拟振动台试验与数值模拟的对比研究,验证了数值模型及分析方法的可靠性。基于上述数值分析方法,进一步建立原型结构数值计算模型,研究不同频谱特性及不同峰值加速度地震波作用下黄土场地中地铁车站诱导缝的地震响应规律。研究结果表明：诱导缝断面处结构更易发生较大水平相对位移而产生破坏,为地铁车站结构的薄弱面,且其两侧结构水平相对滑动沿地铁车站结构从下往上逐渐增大;诱导缝两侧结构竖向相对错动沿地铁车站截面宽度方向呈现出两端较大、中间相对较小的规律;在低频成分丰富的西安人工波作用下,诱导缝处余留纵向钢筋塑性变形发展贯穿整个地震作用过程,塑性应变累积效果更显著。研究结果初步揭示了设诱导缝地铁车站的地震响应特征及规律,对进一步探索设诱导缝地铁车站在地震作用下的结构损伤、破坏发展的内在动力与作用机制有一定参考价值,可为黄土地区地铁地下结构诱导...     

基于活塞效应的地铁隧道风井设置优化方法

以采用非全封闭站台门的北京地铁2号线安定门站及其邻接区间为分析对象,采用流体力学计算软件Fluent14.5的动网格模型,模拟不同风井设置模式和设置位置,以及不同区间长度条件下,列车运行过程中地铁车站及邻接区间内空气流动特性随时间变化的规律,对比分析风井设置模式和设置位置以及区间长度对风井排风率和地面出入口进风率影响的规律,研究地铁隧道风井的优化设置。结果表明:基于计算软件Fluent14.5的动网格模型计算地铁活塞风的方法是有效的;与双风井模式相比,采用只在进站端设置活塞风井的单风井模式,并适当加大风井与站台进站端的距离,以及在区间隧道较长时增加1个风井,可以较好地利用地铁列车在隧道内运行所产生的活塞效应,改善地铁车站内的空气环境,减少车站通风空调系统的能耗。