基于力学效应的隧道车行横通道布置方式

以汕昆高速公路龙川至怀集段金门隧道为依托,采用三维有限元仿真和现场试验相结合的方法,基于力学效应对隧道车行横通道不同的布置方式进行了研究与分析。结果表明:车行横通道开挖将导致主隧道围岩位移增大,但相比于主隧道施工的影响较小;车行横通道与主隧道的交叉角度越小,横通道施工引起的围岩变形越大,产生的应力集中越明显;相比于紧急停车带与车行横通道相邻的情况,紧急停车带与主隧道相对时,围岩总体变形和附加应力均较大;依托工程采用车行横通道与主隧道60°相交,紧急停车带与车行横通道相邻布置时,围岩变形满足规范要求。     

考虑横、纵向不规则的大型盾构隧道横通道抗震分析

杭州环城北路两条盾构隧道之间拟设置横向疏散通道,主隧道与横通道无论是结构型式还是结构尺寸均有巨大差异,尤其是在双线不等高、管片纵向不能同步推进的不规则情况下,地震时可能会进一步加剧在主隧道与横通道接口部位的局部附加应力和变形。为了掌握地震时横通道和主隧道相连接部位的受力情况,检验和改进结构设计,采用三维模型对其进行了动力学数值模拟计算,包括了横、纵向地震激励。计算结果表明,结构内力及相对变形均较大,根据分析结果,结合工程功能特点,建议取消该横通道,改为纵向逃生救援方案,辅以两端工作井设置车行横通道解决车辆沟通问题。     

采动区设缝沥青路面结构设计方法研究

采用弹性力学理论推导了地表不均匀变形引起沥青路面结构附加应力的解析表达式,得出了其力学行为变化规律;建立路面结构与地基相互作用的有限元模型,得到了设缝沥青路面结构和变形缝的抗变形能力,并提出了设缝沥青路面结构的设计方法。     

钱江隧道火灾疏散可靠性分析

为评估钱江隧道火灾疏散的可靠性,从而为钱江隧道逃生通道设置方案决策提供参考依据,基于改进的公路隧道需用安全疏散时间RSET计算法,采用Monte Carlo随机数值试验方法,针对钱江隧道的特点,对3种不同的逃生通道方案进行公路隧道火灾人群疏散随机性仿真模拟,从而可计算不同疏散逃生方案、不同人群疏散荷载下疏散的失效概率.通过对计算结果分析可得:不考虑隧道各项火灾控制与疏散的有利因素,可用安全疏散时间取规范值时,横通道疏散可靠性相对最高,纵横结合逃生方案次之.     

盾构隧道联络横通道地震响应振动台试验

为探讨盾构隧道与联络横通道采用不同连接方式时的地震响应特性,基于考虑横向弯曲刚度有效率的等效刚度模型,采用4~28Hz的正弦拍波作为输入地震波,开展了几何相似比为1∶40的振动台模型试验,模型制作中将盾构隧道与联络横通道分别浇筑后采用不同刚度的材料进行粘接,以模拟盾构隧道与联络横通道的刚性连接方式和柔性连接方式,同时研究了地层和结构的加速度响应规律以及结构关键位置处的应变频谱特性。研究结果表明:地震动沿隧道横断面方向输入时,地层在竖直方向上加速度放大倍率随高度增加而增大;盾构隧道与横通道连接位置拱顶处的环向应变远小于纵向应变;盾构隧道与横通道连接位置拱脚处的主应变响应峰值最大;刚性连接下联络横通道对盾构隧道衬砌应变影响区域在3倍横通道横断面宽度范围左右;柔性连接可有效减小盾构隧道和联络横通道结构上各点的应变峰值,但不会改变其频谱特性;柔性连接可使联络横通道对盾构隧道衬砌应变影响范围减小至2倍横通道横断面宽度左右。     

某铁路隧道内紧急救援站防灾通风方案及影响因素研究

为确定铁路隧道内紧急救援站防灾通风机合理的布置方案,分析相关因素对防灾通风的影响规律,合理简化防灾通风计算,以某铁路隧道内紧急救援站工程为依托,利用SES程序建立防灾通风计算模型,对风机仅布置于正洞、横通道及同时布置于正洞和横通道内3种方案进行比选,并研究自然风、火灾位置、火灾规模及隧道纵坡等因素对救援站防灾通风的单一及其综合影响规律。结果表明:对于左右分离式隧道内紧急救援站,将风机布置于救援站前后两端的正洞内时,满足防灾通风要求的风机数量最少,是较优的布置方案;各因素均会对防护门处风速产生影响,影响程度依次为自然风、火灾位置、火灾规模、隧道纵坡;同时考虑自然风和火灾因素作用时,最不利工况下需要的风机数量约为不考虑其影响时的1.9倍。     

新建车行横通道对既有隧道结构的影响研究

对既有隧道结构的改造将引起原隧道衬砌结构与围岩的应力重分布,改变其受力状态。针对新建车行横通道对既有隧道结构的影响,以某高速公路新建复线隧道与既有隧道间车行横通道建设为例,采用三维有限元进行数值模拟研究,分析新建横通道施工过程中既有隧道结构与围岩的受力和变形特性。研究结果表明:新建横通道破坏了原隧道围岩的成拱效应,导致接口处衬砌应力集中,但影响范围局限在2倍横通道跨径距离内。该研究成果可供类似工程参考。     

从人员安全疏散的观点研究特长隧道横通道间距

隧道的消防设计应以保护人员的生命安全为首要目标,横通道作为隧道的安全地带,其间距的设置在人员安全疏散中是至关重要的。本文以雪峰山隧道为工程实例,阐述了一种计算横通道间距的方法,并简述了该方法的应用。首先根据特长隧道火灾特点,从人员安全疏散的观点出发,模拟分析特长隧道4种不同火灾场景下的典型自然疏散过程,并运用火灾模拟软件FDS计算不同火灾场景、不同横通道间距情况下的危险时间,然后与相应的包含人员疏散行为特征的疏散时间相比较,得出最适宜的横通道间距,并分析其经济性。其方法和结论可为特长隧道消防系统的设计、紧急疏散方案和引导指挥体系的建立提供理论依据。     

小间距隧道围岩变形控制条件及其工程应用

为了探讨小间距隧道围岩的变形稳定性,进行稳定安全的净距设计,基于地下洞室围岩的容许变形规定或规范,以及大量的现场监测信息和变形规律数值模拟结果,利用统计学方法,对围岩为石灰岩和千枚岩的小间距隧道建立了容许变形控制方程,该方程综合考虑了小间距隧道跨度、间距大小、埋深、围岩变形规律及强度特性等影响因素。依据该方程对围岩为石灰岩和千枚岩的小间距隧道工程的稳定安全性进行了检验分析,并与现场实测位移进行了比较分析,其可用于中硬岩和硬岩小间距隧道围岩周边水平容许位移和拱顶垂直容许下沉位移的计算。     

马王槽主隧道与横通道交叉部施工受力特征数值模拟分析

通过采用三维有限元数值模拟主隧道与横通道组成空间复杂交叉结构的施工过程,得出横通道施工将导致交叉部开口一侧结构变形不对称增加,围岩拉应力区显著增大以及交叉连接部两侧应力集中的施工受力特征。与主隧道与横通道正交情况相比,二者以60°角斜交,应力集中系数将由1.5提高至2.0倍。从设计角度出发,尤其需要对斜交横通道锐角一侧,进行重点加固设计以确保施工期间交叉部结构的安全。     

河床冲淤作用下公轨合建盾构隧道纵向力学性能研究

为研究河床冲淤作用下公轨合建盾构隧道的纵向力学性能，以某公轨合建隧道为工程背景，建立三维实体地层-结构模型，对隧道和内部结构的变形、内力以及地表的沉降进行了分析，研究了河床冲淤作用下盾构隧道的纵向受力及变形规律。研究结果表明。(1)内部结构能够增大隧道的刚度，减小隧道的不均匀沉降；河床淤积高度达到13 m时，考虑内部结构时隧道的竖向位移较之无内部结构时减小了9.4%;河床冲刷深度8 m时，考虑内部结构隧道跨中位移仅回弹了30.2%。(2)内部结构能够分担河床淤积所产生的部分荷载，使得管片内力减小，提高隧道的承载能力；在河床淤积作用下，考虑内部结构隧道最大MISES应力较未考虑内部结构时减小了27.2%。(3)隧道与内部结构在受到河床冲刷作用时发生回弹，当管片在横向上恢复的变形与内部结构在横向上恢复的变形不协同时，内部结构就会在上层侧墙与管片连接处产生挤压，产生较大的应力值，因此该部位应作为关键部位进行适当加强。(4)隧道的内部结构能够减小由于河床淤积所引起的地表沉降以及河床冲刷所引起的地表回弹。(5)内部结构在变形缝位置时的MISES应力值大于其他部位，在施工时应当注意内部结构变形缝的...     

联络通道冻结法施工三维力学分析

应用人工冻结土体技术开挖隧道的联络通道,涉及到土体冻结的热力学作用以及冰冻土体与隧道结构相互影响等一系列复杂的物理力学过程。采用FLAC3D建立主隧道、联络通道及冻结管的三维数值模型,综合考虑了温度计算、冻土与非冻土的转变及土体的冻胀作用,研究了人工冻结法对隧道管片及周围土体的力学响应。通过对冻胀率参数敏感度分析,研究土体冻结变形、冻胀力及隧道管片内力的变化,所得到的初步结果对冻结法施工有着实际的工程意义。     

不良地质条件下隧道管棚预支护技术研究

本文从实际工程出发,通过建立数值模型和pasternak弹性地基模型,分析研究管棚支护的力学行为,通过对比理论值确定隧道施工时的最不利位置,并在此基础上研究管棚支护参数对该位置的影响。     

低瓦斯公路隧道横通道附近流场分析及优化

在公路隧道建设过程中,施工机械产生的废气以及从隧道围岩渗漏出来的有毒有害气体会对施工安全造成一定的影响。针对米仓山公路隧道巷道式通风系统横通道附近瓦斯不能及时排出的问题,通过CFD数值模拟对横通道附近空气流动和危险气体的扩散规律进行研究。结果表明： 沿横通道向掌子面方向的部分区域存在风速小于0.5 m/s的危险区域。为达到消除危险区域的目的,提出增大隧道进口风速、增大风管出口风速和增设射流风机3种方法对横通道附近流场进行优化。通过对比分析发现： 增设射流风机是消除危险区域最有效的措施,并且当在进风隧道横通道前方50 m处设置射流风机时,可使得整个隧道中不存在危险区域。     

钱江隧道工程简介

钱江隧道及其南、北接线共同组成了钱江通道,全长43.6km,北接沪杭高速,经桐乡、海宁,穿越钱塘江,再经萧山、绍兴,南接杭甬高速,是浙江省的重点项目工程。其中,钱江隧道是钱江通道的过江部分,是整个项目的关键性工程,全长4.45km,设计为双向6车道,速度80km/h,投资近36亿。隧道采用盾构法施工,盾构直径为15.43m,是世界上最大直径的盾构机,而钱江隧道建成后将是世界上最大直径的盾构法施工隧道之一。在钱江隧道稳步推进的同时,钱江隧道南、北接线工程也在紧锣密鼓地进行着。按照目前的工程     

横系梁对双柱墩混凝土曲线梁桥地震反应的影响分析

为研究地震作用下,钢筋混凝土曲线梁桥中横系梁设置位置、刚度对结构受力的影响规律,以设置2道横系梁的双柱墩曲线梁桥为背景,考虑曲线梁桥的弯扭耦合效应和主梁间的非均匀碰撞效应,运用大型有限元软件ABAQUS建立桥梁的三维多尺度模型,设置6种横系梁位置工况,采用时程分析法分析不同位置横系梁对桥梁主梁、支座和桥墩的地震反应影响。最后,选择上述计算结果中较为合理的工况为背景,进一步研究横系梁刚度对桥梁地震反应的影响。研究结果表明:横系梁位置的变化对地震作用下曲线梁桥的主梁横向位移、支座受力、墩顶横向位移及墩底扭矩有比较明显的影响;横系梁沿墩柱较为均匀地分布时,对桥梁地震反应行为最为有利;适当地提高横系梁刚度可以减小桥梁的地震反应。     

公路隧道巷道式施工通风瓦斯分布研究

为探究瓦斯公路隧道巷道式施工通风中瓦斯的体积分数分布规律,利用流体力学研究软件FLUENT建立三维隧道模型并进行了数值仿真计算,通过对隧道内部整体、掌子面附近和主洞与横通道连接处瓦斯体积分数分布的研究,分析了隧道内部瓦斯分布的具体特点并深入探讨了内部回流区、涡流区和瓦斯容易聚集的位置。模拟结果表明： 瓦斯从一侧主洞涌出后,不会对另一侧造成污染; 涡流区瓦斯体积分数明显大于周围区域; 风管所在一侧截面上瓦斯体积分数分布明显低于异侧。     

岩溶发育位置对近接高铁隧道施工影响分析

为研究岩溶发育位置对三台阶七步开挖法隧道施工稳定性的影响规律,建立隧道施工力学数值模型,分析四种工况下隧道围岩应力场、隧道变形和支撑结构应力的变化情况.结果表明:岩溶发育位置在隧道侧边时,比岩溶发育在顶部、底部,对隧道施工稳定性的影响更大.     

佛开高速公路软基路堤拓宽沉降控制标准研究

以在建的佛开高速公路拓宽工程为背景,分析在拓宽路基边载的作用下,新老路基的沉降变形规律.在此分析的基础上,根据新老路基路面结构路用性能以及变形稳定的要求,并结合现场观测资料,对软基上高速公路拓宽工程的沉降控制标准进行了研究.研究表明,对于拓宽工程软基应采用“三指标”的控制标准,即:拓宽路基施工期老路容许的横坡度变化率、新老路基工后容许横坡度变化率、拓宽路基的容许工后沉降量.     

现浇混凝土综合管廊变形缝设置间距优化研究

为科学合理地确定综合管廊变形缝的间距,以合肥市高新区明珠大道段现浇混凝土综合管廊为工程背景,分标准段管廊和双标准段管廊2 种情况,变形缝设置间距分别为20、30、40 m,管廊上部覆土厚度分别为2. 5、3. 5、5 m,运用有限元软件Midas GTS NX 建立三维数值模型,计算得到现浇混凝土综合管廊正常使用阶段的应力和变形,分析综合管廊变形缝间距变化对结构受力变形的影响。通过理论分析和数值计算结果得出以下结论: 1)交通荷载对管廊结构受力和变形有显著影响; 2)综合管廊变形缝间距小于30 m 时,管廊结构变形变化不大,变形缝间距大于30 m 后,随着标准段长度的增加,管廊的变形有较明显的增大; 3)合肥典型地质条件下现浇混凝土综合管廊变形缝间距设置为30 m 时,管廊的应力和变形均远小于规范允许值,因此可以经过科学计算将变形缝间距设置为40 m。