盾构隧道地震响应及减震措施研究

文章提出了一种能够有效模拟盾构隧道衬砌管片动力行为的有限元计算模型,即用旋转弹簧模拟管片横向接头,而将多个管片环对应的剖面用剪切弹簧单元连接,从而模拟环间接头的多层平面应变分析模型。同时以显式形式将多次透射边界条件引入动力分析控制方程,以模拟无限域的影响。随后利用该方法对武汉长江隧道工程盾构段典型横断面进行了隧道地震响应分析,研究了不同的结构及接头参数对结构受力与变形的影响规律以及地基加固的减振效果。分析还表明,对盾构隧道周围的土体采取适当方法进行地基加固处理,能有效降低结构的内力和变形,减振效果显著。     

层状岩体隧道的地震响应规律研究

基于层状岩体的横观各向同性特点,文章研究了层状岩体中隧道的地震响应规律。首先,综合隧道抗震计算自由场变形法和三维横观同性介质相速度的研究成果,推导出了层状岩体中隧道抗震计算公式;其次,结合某层状岩体物性参数和隧道参数,以地震波入射角、岩层倾角和层面内与层面法向弹性模量比为变量,进行了大量的数值计算;最后,对比分析计算结果,得出了隧道响应规律及最大应变对应的工况。     

断层错动隧道地震响应规律及减震模拟研究

文章以内马铁路一期项目三标段2号隧道为工程依托,运用ANSYS软件建模,对断层错动和地震作用下隧道地震响应及减震措施进行模拟研究。结果表明:在竖直方向断层位错作用和水平方向的地震作用下,隧道侧壁的地震响应均最为明显;断层错动导致隧道在重力作用以及地震作用下发生应力重分布,其中主应力极值、X-位移极值和最大加速度明显增加,加速度增加幅度最大;断层错动和地震作用下隧道地震响应随减震层阻尼比增加而明显减小,较大阻尼比的减震层可以有效降低断层错动导致的隧道地震响应的应力、位移和加速度增加幅度;砂-橡胶混合物和砾石-橡胶混合物,配合土工格室加筋是一种潜在合适的隧道减震材料。     

单洞双线盾构隧道扩挖地铁车站方案研究

在单洞双线盾构隧道基础上通过浅埋暗挖等工法扩挖形成地铁车站可以解决车站段与区间段施工工期的矛盾,避免盾构机拖拉过站,减小车站施工对周围环境的扰动。文章依托北京地铁机场线西延北新桥站工程,开展了盾构隧道扩挖地铁车站方案研究,设计了采用PBA工法扩挖形成两连拱车站和三连拱车站两种方案。采用MIDAS对两种方案进行数值模拟计算,推荐采用三连拱扩挖方案作为最优方案,并对三连拱车站结构合理设计参数进行了优化研究。     

上穿双线隧道开挖对既有隧道变形规律研究

在上穿隧道修建过程中因不同的施工顺序既有隧道围岩将受到三次、四次扰动.为研究新建上穿隧道施工造成的既有隧道围岩变形规律,以重庆市9号线某区间隧道为研究背景,对上穿隧道开挖过程进行模拟计算和分析,运用数值模拟手段对比研究了3组不同开挖顺序工况下既有隧道的围岩变形.结果表明:上穿双线隧道施工会造成既有隧道拱顶产生隆起变形,...     

大直径盾构隧道双层衬砌横向抗震性能研究

为探明有无双层衬砌、双层衬砌不同施作方式（复合式、叠合式）对盾构隧道横向抗震性能的影响,以甬舟铁路金塘海底铁路隧道为工程依托,建立盾构隧道双层衬砌三维精细化模型的同时考虑了隧道材料与接触的非线性行为,采用隐式动力时程法进行了抗震性能研究。结果表明：（1）双层衬砌与管片的连接刚度越大,隧道变形越小;（2）复合式衬砌对隧道环向抗震性能提升有限,其变形、损伤及应力规律与单层衬砌基本一致;（3）叠合式衬砌能有效提升隧道抗震性能,充分利用材料力学特性,但需要重点关注隧道的损伤情况;（4）抗震设防等级要求较高的区段建议采用叠合式双层衬砌,防水、防火要求较高的特殊区段建议采用复合式双层衬砌。     

多因素下双线盾构隧道施工引起的土体变形研究

考虑多因素(土体损失、正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆力)的作用下,文章首先提出了改进统一土体移动模型的方法,其次建立了力学计算模型,对双线水平平行盾构隧道施工引起的土体变形计算方法进行研究。根据弹性力学Mindlin解,对多因素中后3个因素引起的土体变形理论解进行计算,基于统一土体移动模型解对土体损失引起的土体变形理论解进行计算,最后叠加得到多因素下总的土体变形理论解。采用该方法对杭州地铁1号线的纵向地表沉降、纵向水平位移及不同深度处的土体竖向位移进行计算,研究其变化规律;同时对水平位移变化的影响因素进行分析。研究结果表明:随深度改变,在最大沉降量附近10~13 m横向范围内的土体沉降会产生改变;土体水平位移方向随计算点和隧道的位置关系变化而发生改变;随着两隧道间距J的增大,双线隧道深度附近的土体水平位移减小,地表附近处的水平位移值变化值不大。     

盾构隧道联络通道的地震响应分析

文章以某越江盾构隧道联络通道为工程背景,采用快速有限差分法和自由场边界,分别施加水平横向和纵向的加速度进行动力分析;重点考察了盾构隧道和联络通道结合部位采取柔性搭接情况下的应力分布和应力随时间的变化规律、盾构隧道和联络通道某些位置点的位移表现特点,指出了盾构隧道联络通道抗震薄弱部位和联络通道动力计算应注意的几个问题。计算结果可供类似工程参考。     

盾构隧道管片拼装纵缝变形规律研究

文章基于对管片拼装阶段的拼装过程以及管片受力情况的分析,采用有限元软件对不同拼装椭圆度、不同封顶块位置下的纵缝张角变化规律进行了研究,并在此基础上计算得出封顶块处于最不利位置时密封垫处的最大内外张开量。研究结果表明,在管片拼装阶段,拼装椭圆度与管片间张角呈线性关系;在相同拼装椭圆度下,封顶块位置对张角的大小有影响,在封顶块位置角度为±32.7276°时张角最大,并且在该位置下椭圆度为±5‰D时密封垫处的最大张开量为5.1 mm。     

盾构隧道管片横向接头刚度对内力影响的研究

在应用有限元法对盾构隧道管片内力进行研究的过程中,用接头单元来模拟管片之间的连接,并从理论上推导出管片横向接头刚度的近似表达式,进而计算分析在土体及管片自重作用下,接头刚度对管片内力的影响.文章推导了接头刚度的计算公式,并结合工程实例,给出了计算结果,可为管片的设计提供参考.     

汶川地震公路隧道震害规律研究

结合汶川地震灾区公路隧道震害资料,文章制定了公路隧道震害量化指标并进行分级,对汶川地震公路隧道震害规律进行了研究。研究结果表明:隧道衬砌开裂长度占隧道总长度比例最高,二次衬砌垮塌及仰拱错台长度次之;多数震害类型在V级围岩中发生的比例均高于其它级别围岩;X、XI度地震烈度区,断层段破坏程度最严重,其次是洞口段;震害严重程度随震中距增加而迅速衰减,发生严重以上震害的隧道集中于10 km以内,近三分之二发生于20 km范围;坚硬岩体中的隧道,震害程度随埋深增加而减轻,软弱围岩中的隧道,震害程度与埋深关系不明确;发生严重以上震害的隧道,实际地震烈度均高于设防烈度,出现中等震害的隧道,近三分之二的隧道实际地震烈度高于设防烈度;隧道轴线与发震断层交角为60°~90°,震害严重,轴线与发震断层交角为30°~60°,震害相对较轻;防水板致使初期支护和二次衬砌在地震时不能协同工作,增加震害风险。     

柔性比对隧道地震动力响应影响研究

地震作用下隧道与围岩动力相互作用的强弱与隧道和围岩的相对刚度关系密切,为分析地震作用下隧道衬砌与围岩相对刚度对结构内力的影响,文章引入柔性比的概念进行抗震数值计算分析。通过对地震波、边界条件进行处理,建立计算模型分析在不同围岩等级、衬砌厚度、混凝土强度等级、隧道直径情况下结构内力的变化情况,并给出了不同柔性比条件下隧道衬砌地震反应的基本规律。结果表明,柔性比越大,地震作用下隧道的内力越小;在进行隧道结构多道设防时,相邻结构的刚度应逐渐变化,且每一层的厚度不应过大。     

软土地区轨道交通盾构隧道运营期纵向沉降规律研究

软土地区隧道沉降是多种因素影响的综合反映,大体可以分为自身施工扰动、运营期内部因素影响和运营期外部环境变化引起的3大类。结合上海轨道交通多年沉降监测数据,对软土地区盾构隧道纵向沉降的主要构成、基本规律进行了分析和研究,提出控制隧道纵向沉降的主要措施,供类似工程参考。     

盾构隧道管片裂缝开展规律数值试验

管片裂缝会影响盾构隧道衬砌结构性能。为研究管片裂缝开展规律,文章以西安地铁某区间隧道涌水事故导致管片裂缝病害为背景,利用ANSYS软件SOLD65单元建立三维非线性模型,分析管片裂缝开展规律。结果表明:(1)无空洞条件下,荷载小于2倍设计值时,管片无裂缝;当荷载位于2.5倍设计值和4倍设计值之间时,裂缝数量逐步增加,裂缝数量与荷载关系近似呈s曲线;(2)依托工程空洞条件下,当施加设计荷载时,出现偏压现象,随着荷载增大裂缝开展较快,当施加荷载达到2.7倍设计荷载时,裂缝急剧增加,裂缝分布不对称,空洞周边裂缝密集,大于3倍设计荷载时,结构失稳破坏。文章研究结果可为病害处治提供理论依据,为类似工程提供借鉴。     

双线盾构隧道近接下穿既有隧道结构沉降变形与施工节点控制分析

城市新建地铁隧道穿越引起既有隧道变形的规律是工程领域研究的热点.文章依托某新建盾构隧道近接下穿既有盾构隧道工程,对施工全过程的实测数据进行整理,结合数值模型计算结果,重点分析了新建左、右线依次穿越过程中既有双线隧道沉降变形规律,进一步对阶段受扰动土体稳定性进行分析.结果表明:(1)时间维度上,穿越过程中既有结构竖向变形...     

盾构隧道整体道床剥离病害规律研究北大核心CSCD

盾构隧道整体道床的剥离病害已严重影响地铁的安全运营。为研究整体道床剥离病害的规律,文章以国内某运营地铁线路为工程背景,建立整体道床-管片-注浆层数值模型进行分析研究。结果表明:列车轮组作用在道床一侧靠近伸缩缝位置时会引起较大的道床剥离变形,是最不利位置;列车荷载在振动作用下引起的剥离量远大于静载作用时的,且两者间存在函数关系;伸缩缝位置是最易发生剥离的区域,剥离首先发生在伸缩缝两侧边缘,随列车动载作用时间增加,剥离区域扩展至伸缩缝1.5 m范围内;注浆层刚度与接触面黏结强度均是影响剥离量的重要因素,提升注浆层刚度和道床-管片接触面的黏结强度可有效减少剥离量。     

双孔平行地铁隧道盾构施工地表沉降分布规律研究

盾构法施工中不可避免地会对周围地层产生扰动影响,故加强盾构施工变形控制显得尤为重要。文章以某城市地铁盾构隧道工程为研究背景,采用理论分析和数值模拟方法,研究了双孔平行隧道施工地表沉降分布规律及影响因素,提出了改进的双线隧道地表沉降预测方法,并与现场实测数据进行了对比分析。研究结果表明:隧道间距越大,形成"W"形沉降曲线特征越明显;隧道埋深越小,沉降曲线由"V"形向"W"形转变所需的隧道间距L越小;土质条件越好,地层扰动影响范围越小,"W"形沉降槽特征也越显著;采用C=L/2i来描述双线平行隧道地表沉降分布特征是可行的,随C值增大地表沉降曲线分布由"V"形—"锅底"形—"W"形发展,"W"形非对称性分布特征与隧道相对间距有关;由本文提出的双线盾构施工引起的地表沉降计算公式计算出的地表沉降预测值与实测沉降曲线吻合较好,可用于双线隧道施工地表沉降变形预测,对盾构隧道研究具有重要理论指导和实践意义。     

砂-粘土复合地层盾构隧道地表沉降规律研究

文章依托深圳地铁11号线宝—碧区间盾构隧道工程,基于现场实测地表沉降数据和数值模拟分析,探究砂-粘土复合地层盾构隧道施工引起的地表沉降规律。采用高斯峰值函数对隧道横断面沉降数据进行拟合,得到沉降槽宽度系数、最大沉降量和地层损失率等表征横断面沉降特征的重要参数。与软土地层和砂卵石地层沉降槽宽度系数比较,砂-粘土复合地层沉降槽宽度系数小于软土地层且大于砂卵石地层。采用数值模拟计算结合实测数据的方法,研究了在砂-粘土复合地层中隧道埋深、上覆地层条件和隧道洞身处地层条件对地表沉降的影响。研究结果表明,地表沉降受上覆地层条件影响显著,与接近地表地层性质密切相关。     

高烈度地震区公路双连拱隧道地震动力响应研究

针对目前尚未对高烈度地震区双连拱隧道这种特殊的结构形式进行具体深入的动力响应研究的现状,从土-结构相互作用模型出发,运用数值分析方法对连拱隧道进行了三维弹塑性分析,主要研究水平方向上传播的剪切波所引起的双连拱公路隧道的地震动力响应。从计算结果看出,随着埋深的增加,双连拱隧道衬砌的水平位移逐渐减小,衬砌内力逐渐增大,而变化趋势逐渐平缓;随着中墙厚度的增加,隧道衬砌水平方向的位移峰值逐渐增大,因此建议采用2.2 m厚中墙。研究结果表明,连拱隧道衬砌的仰拱、墙脚及拱肩为抗震的薄弱环节。     

盾构隧道开挖引起邻近桩基响应的时空效应

为研究软粘土地层中隧道开挖期和运营期的桩基响应,文章借助有限差分软件FLAC3D,通过采用精细模拟法进行CVISC模型下盾构隧道分步开挖数值模拟,得出了桩基响应随隧道开挖和流变时间的变化情况,全面分析了考虑土体流变特性时盾构隧道开挖引起邻近桩基响应的空间效应、时间效应以及群桩的遮拦效应.结果表明:隧道开挖对桩基的影响主...