铁路隧道结构计算荷载问题分析讨论

铁路隧道复合式衬砌结构的计算荷载,按有关资料建议取值存在主观操作差异,设计失之指导与规范。通过进一步分析隧道工程状态,认为应规范化区别各级围岩及其级内差异和支护强度,以体现不同围岩衬砌的受力差异和平衡同级衬砌受力水平,为合理确定结构荷载提供条件;综合新奥法和传统矿山法分析,衬砌结构“远期”都承受相当的围岩压力,经结构验算和实测压力分析比较,并参考公路隧道设计细则,确定铁路深埋隧道坍方荷载按现行公式计算,Ⅱ、Ⅲ级衬砌荷载为坍方荷载的40%; Ⅳ、Ⅴ级衬砌分别为50%和70%; Ⅱ、Ⅲ级单线衬砌可视为安全储备,当跨度增加时,应全面满足构造、工程类比和结构检算要求;各级围岩侧压力系数按规范沿用,可以此统筹当前设计。建议通过系统性实测统计分析和试验研究,为进一步完善结构设计方法提供条件。     

公路隧道运营安全设防分级标准的研究

简述了公路隧道运营安全评价总体思路,重点介绍公路隧道安全设防等级划分的方法。认为公路隧道运营安全设防等级的划分是进行隧道运营安全评价的前提,在进行公路隧道运营安全设防等级划分时,应重点处理好安全设防等级和隧道重要程度、隧道规模、隧道设计交通量、车速、交通组成以及服务水平的关系。同时,认为隧道安全设防等级的划分应该重点考虑隧道重要度、长度和设计交通量三因素。最后,根据三者关系,将隧道的安全设防等级划分为5级,并给出了具体的划分方法。     

关于公路路基设计规范中挡土墙倾覆稳定方程表达式的商榷

《公路路基设计规范》 (JTG D30—2004)对挡土墙的设计首次提出了以荷载分项系数法为主的设计方法，即滑移和倾覆稳定采用分项系数法设计、地基承载力采用容许应力法设计。根据荷载分项系数法，相同的分项系数因荷载对挡土墙结构的不同作用效果必须取用不同的数值。但是，规范对倾覆稳定方程表达式表述含混，容易出错。根据分项系数的不同取值，对挡土墙倾覆稳定进行了大量计算，并与总安全系数法的计算结果进行比较，提出了倾覆稳定方程的修正表达式，供大家商榷。     

大型跨海桥梁基础结构正常使用极限状态的可靠度分析

针对大型跨海桥梁基础结构正常使用极限状态的设计条件不同于一般桥梁的特点,对各类不同设计领域的设计分项系数、目标可靠度指标及风荷载系数进行了分析和比较;然后以JCSS模式规范为基础,通过可靠度计算的验算点法,经过多次试算,建议了目标可靠度指标分别为1.5、2.0和2.3的三级可靠度水平及相应的可变荷载频遇值系数和准永久值系数.通过实际的结构设计证明了建议值是合理的,且对于大型跨海桥梁基础结构的设计和安全评估具有重要意义.     

关于公路桥梁结构设计可靠性的探讨

按照规范设计准则进行公路桥梁结构设计，只保证了公路桥梁结构件极限状态的可靠度对目标可靠度的最小偏离，实际上无法得知构件的状态窨是安全的还是不安全的；并且由于规范仅仅采用一次二阶矩的方法来确定分项系数，对于多设计点的问题，分项系数的合理性就难以保证了。为此从结构设计中设计参数的确定方法出发，对设计过程进行了几何描述，阐述了设计参数确定的途径，指出按照这种分析方法得到的设计参数并一定能保证结构的可靠性。问题解决的方法是对结构构件进行可靠度分析。通过对算例的分析说明了按可靠度进行结构设计的设计参数的确定原。     

新建隧道三台阶方法对既有隧道安全性影响

文章以承唐高速公路承德段隧道工程为依托,采用三维建模方法,对不同的围岩类别,在一般情况和偏压情况下,新建隧道施工过程对既有隧道衬砌结构安全性进行了分析;并通过安全等级的划分,确定了既有隧道衬砌风险等级;通过对衬砌安全等级评定从而确定邻近隧道合适的净距。     

公路隧道安全分级标准研究

世界各国对于公路隧道安全等级的划分标准各有异同.对美国、澳大利亚、日本和欧洲国家的隧道安全分级标准及安全设备设置情况进行比较分析,以此作为制定我国公路隧道安全分级标准的参考依据.在此基础上,根据我国公路隧道长度、交通流量等因素,将公路隧道安全分为5个等级,提出应设置安全设备的种类,并针对我国公路隧道安全分级标准与后续研...     

低等级公路隧道内轮廓拟定方法探讨

隧道内轮廓的确定是隧道设计中最重要的环节。由于低等级公路隧道未能像高等级公路隧道一样形成较为完善的设计体系,而现行规范仅给出了原则性的规定,造成各设计单位在同一区域设计时采用的标准差别较大。以省道S306仙莲线德兴城区段改建工程中猪油岗隧道为例,对低等级公路隧道内轮廓拟定方法进行详细讨论,并且分析了其受力情况。结果表明:隧道内轮廓的拟定在满足建筑限界的条件下,结合隧道受力情况尽量提高断面利用率,同时应进行必要的机构受力分析保证结构安全。     

悬索桥锚碇设计采用分项系数法的建议

以组成悬索桥三大体系之一的重要构造——锚碇为前提,根据工程实践,分析了传统的抗滑稳定系数法及分项系数法的现实及客观性,提出了锚碇设计采用分项系数法的合理性及必要性。以某悬索桥重力式锚碇为例,采用规范法及分项系数法对比计算了锚碇所需混凝土的体积,结果表明采用分项系数法设计可大大节约混凝土方量,具有良好的经济性,可供同行参考。     

公路隧道总体设计与分项设计的制约关系分析

本文从实用设计出发，对公路隧道总体与分项设计的关键环节及其相互间的制约关系进行分析。并提出以叫体设计为主要手段，缓解分项设计难度的方法。达到既简捷又经济的目的。文中对隧道引线给了定义和设置方法，对隧道通风、照明、噪声等方面之间的和与总体的相互影响提出解决问题的方法。     

隧道稳定性分析与设计方法讲座之三：隧道设计理念与方法

本文作为一个讲座对以往研究成果作一综述。回顾了当前采用的3种隧道设计方法,提出了基于数值极限分析的地层－结构法,克服了地层－结构法缺点,可以求得设计所需的围岩稳定安全系数,解决了当前设计中的人为性问题。对隧道深浅埋分界线进行了探索,叙述了基于散体理论的隧洞深浅埋分界标准。提出了基于弹塑性理论的隧洞深浅埋分界标准,并对2种分解标准的优缺点进行了评述。阐述了隧道设计计算的5个基本理念： 1）隧道设计必须满足运行和施工中安全要求,提出初期支护后围岩安全系数必须保证施工安全; 2）隧道设计计算模型必须适应不同工程地质条件、围岩压力特征,符合隧道实际受力情况; 3）必须符合现代围岩压力理论与现代支护原理,充分发挥围岩自承作用; 4）隧道结构计算模型也应符合结构实际受力状态,树立初期支护作为围岩加固材料,按塑性理论计算的新理念; 5）采用合理的计算方法与计算参数,确保隧道设计计算的科学性。最后以一个地铁车站为例,采用本讲座提出的方法介绍了Ⅱ、Ⅲ、Ⅴ级围岩中隧道的设计方法与成果。     

复合式衬砌隧道总安全系数设计法修正与应用研究

为评价复合式衬砌这一整体结构的安全性,对以往所建立的复合式衬砌隧道总安全系数设计法的不合理之处进行修正,并再次分析不同铁路隧道的安全性,同时与挪威Q法支护参数进行对比,最后结合案例说明该方法在断面形式比选方面的应用。结果表明： 1）所建立的总安全系数设计法可以为初期支护和复合式衬砌的支护构件选择、量化设计和整体优化设计提供一定的理论基础。2）采用总安全系数设计法对不同铁路隧道安全系数计算的结果与现场实际施工情况、既有隧道病害情况基本相符。3）挪威Q法提出的支护参数如果用于我国时速350 km的高速铁路双线隧道,Ⅲ、Ⅳ级围岩总安全系数满足要求且较为经济,但Ⅴ级围岩安全系数偏低;采用耐久性锚杆有利于充分发挥锚杆-围岩承载拱的支护作用,从而可以减少喷层和二次衬砌的强度,提高经济性。4）总安全系数设计法可以用于隧道断面形式与支护参数的精细比选。     

基于强度折减法和现场监控量测的大断面隧道开挖工法适用性研究

为明确微台阶Ⅰ法在Ⅳ级围岩地层中进行快速掘进施工的适用性,依托郑万高铁保康隧道工程,采用基于强度折减法原理的数值分析方法,以位移突变和计算不收敛等为主要判据指标,对微台阶Ⅰ法施工过程中的围岩稳定性进行分析,并通过现场监控量测方法来分析隧道采用微台阶Ⅰ法施工时结构的安全性。结果表明： 1）隧道拱顶和拱肩位置的竖向位移对折减系数较为敏感,而拱脚和边墙部位的水平收敛对折减系数较为敏感; 2）采用传统的三台阶法和大机配套施工的微台阶Ⅰ法所得到的折减安全系数较为接近,微台阶Ⅰ法对施工围岩稳定性影响较小,可以保证隧道安全快速掘进,在Ⅳ级围岩地层中具有良好的适用性。     

粉土层越江盾构隧道结构受力演化分析和安全评价方法——以苏通GIL综合管廊为例

为了研究粉土层越江盾构隧道结构受力演化过程以及提出对应的隧道结构安全评价方法,依托苏通GIL综合管廊工程,以水陆交界粉土地质区段错缝拼装盾构结构为对象,采用梁单元嵌入方式,建立考虑斜螺栓连接构造的三维仿真计算模型,分析泥砂淤积和淤滩作用下管片结构应力分布与变形裂损发展过程,揭示外力影响下结构力学损伤演化规律;进而结合设计、规范要求及类似工程实例,提炼粉土层隧道结构长期安全变形控制指标,制定基于最不利原则的安全评价分级标准。研究表明： 1）在淤积和淤滩作用下,结构损伤次序均为混凝土达单轴抗压强度、混凝土达三轴抗压强度和钢筋屈服; 2）淤积工况的竖向收敛依次为606、81、1138 mm,淤滩工况的竖向收敛依次为861、1172、1479 mm,淤滩导致的竖向收敛13~15倍于淤积工况收敛,计算数据基本符合工程经验; 3）取便于监测的钢筋应力、螺栓轴力和接缝张开作为长期健康监测变形控制指标,根据结构损伤状态和设计要求,制定4级评价标准。     

大跨分岔式隧道结构设计关键技术研究

以深圳市东部过境高速公路莲塘隧道为工程背景,对大跨分岔式隧道结构设计中的关键技术进行研究。通过有限元计算,对＂2＋2车道＂和＂2＋3车道＂分岔的断面形式,连拱段结构设置的必要性,钢支撑的选型以及系统锚杆的布设方案进行分析和对比。主要结论：1）在满足交通功能的前提下,应尽量选取＂2＋2车道＂的设计形式;2）小净距段隧道受力状态及施工工法前后转换方面均较连拱段有优势,建议取消连拱段;3）大跨分岔式隧道分岔部一般设置在隧道工程地质较好地段,以方便大跨分岔结构的实施,如莲塘隧道将分岔部设置在Ⅲ级围岩段,而对于开挖跨度接近30m的大跨段,初期支护一般应设置钢格栅,此时应优先选用＂钢筋格栅＋喷锚＂的初期支护形式;4）莲塘隧道分岔部位于Ⅲ级围岩段,系统锚杆设计长度以5 m为宜,应于拱部、侧墙均匀布设。     

不同火灾规模下地下共用结构安全性研究

为探明在不同火灾规模下地下共用结构的整体安全性，进而为类似地下结构防火设计提供参考依据，以义乌商城大道隧道工程为依托，采用有限元软件ANSYS建立火灾下地下共用结构非线性瞬态热-力耦合分析模型，重点研究地下共用结构在不同火灾规模下的位移、应力变化规律以及结构各截面的安全系数。研究结果表明： 1）隧道内火灾规模的扩大会使混凝土力学性能劣化程度愈加严重，在地层荷载作用下受火结构顶板位移急剧增大，而其相邻水平共用结构顶板位移逐渐减小，进而改变共用结构的整体变形形态；且火灾高温作用会使得隧道共用结构发生应力重分布，其应力变化程度随火灾规模的增大而显著增大。2）隧道内大型客车发生火灾时，受火结构对其相邻的水平共用结构应力及安全性有较大影响，而对竖向共用结构影响较小，但可保证共用结构整体安全。     

小净距空间交叉隧道台阶法施工安全性研究

为分析小净距交叉隧道台阶法施工过程中新建隧道和既有隧道的衬砌安全性,基于断裂力学的Griffith准则,提出了判定衬砌开裂的开裂安全系数CF,并假定CF>1时衬砌开裂,CF<1时衬砌安全;依托实际工程,结合开裂安全系数和规范中的衬砌截面安全系数,采用有限元软件ANSYS分析交叉隧道的衬砌安全性。分析发现： 施工过程中,交叉断面新建隧道衬砌环向安全系数小于纵向安全系数,但基本满足规范要求;既有隧道二次衬砌开裂安全系数CF远小于1,其开裂安全系数CF云图关于新建隧道轴线对称。分析结果对新建隧道的施工和既有隧道衬砌的防护具有重要意义。     

基于动静结合的公路隧道洞口设计综合评价体系研究

随着国民经济发展、人民精神生活的丰富,隧道洞口设计由于影响驾驶体验而逐渐受到重视,但目前针对公路隧道洞口的设计评价主要从结构安全出发,对洞口景观环境和洞口美学的考量较少,缺乏对隧道洞口设计综合评价体系的研究;并且评价角度主要从静态视觉角度展开,忽略了行车过程中驾驶人的动态视觉特性,缺乏对洞口设计安全性问题的思考。鉴于此,以层次分析法为基本评价分析框架,建立隧道洞口设计综合评价体系;采用德尔菲法、灰色系统理论确定以功能、景观环境、美学为准则层的评价指标,并通过层次分析法计算得出功能、景观环境、美学指标的权重为0.662∶0.232∶0.106;基于模糊数学理论,提出了以专家和普通群众为评价主体、采用专家打分法和驾驶模拟试验的公路隧道洞口设计综合评价方法;并考虑洞口设计在动态视觉特性下对驾驶安全的影响,针对隧道洞口设计安全性问题提出了眼动仪测试评价方法,构建了一套公路隧道洞口设计综合评价体系。以云南省富龙高速板仑隧道洞口设计方案为例,采用综合评价体系计算得出隧道洞口设计方案为结构安全、环境友好、景观优美的优秀方案;并通过对试验者眼动数据的分析得出隧道洞口设计方案不存在安全隐患问题。该案例验证了综合评价体系的合理性,可为隧道洞口设计及综合评价提供一定的借鉴参考。     

基于正交试验设计的薄壁结构耐撞性优化设计

为了提高薄壁结构的耐撞性能,本文提出了一种高效的设计方法:。利用二次回归正交组合试验设计方案来选取设计点,在设计点处用有限元法代替传统试验来获取试验数据。然后通过最小二乘法建立了刚性墙最大位移、撞击力峰值和总质量的高精度响应面。综合考虑厚度的变化范围、安全性和轻量化要求,运用可行方向法对建立的响应面进行优化计算,得到了一组最优值。结果:表明本文的设计方法:具有很高的精度和计算效率,实现了提高薄壁结构耐撞性的目的:。同时也为车身复杂结构(如前纵梁、吸能盒等)的耐撞性设计提供理论依据和参考方法:。     

郑万高铁大断面岩质隧道掌子面稳定性评价及控制措施

为建立施工阶段大断面隧道掌子面稳定性评价方法,结合郑万高铁大型机械化特点,对郑万高铁湖北段隧道掌子面地质信息进行统计分析,将掌子面稳定性分为A整体稳定、B局部掉块、C上半断面不稳定和D全断面不稳定4个级别,并建立以岩石坚硬程度、岩体完整程度和地下水状态3个指标的掌子面稳定性定性分级方法,得出围岩级别与掌子面稳定性的对应关系。研究结果表明： 1）岩石坚硬程度、岩体完整程度和地下水状态是围岩分级指标中使用率最高的3个指标; 2）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级围岩的掌子面稳定性为A级。