重载铁路隧底结构动力响应分析

通过建立重载铁路隧道三维有限元计算模型,计算确定重载列车荷载施加形式,对不同列车轴重下重载铁路隧底结构进行动力响应分析及对比,结果表明:同一列车轴重下,仰拱结构以受拉状态为主,轨下仰拱处受到更大的列车振动荷载;填充层受力比较复杂,同时存在较大拉动应力及压动应力,对结构产生不利影响;仰拱及填充层结构动应力随着轴重的增大有明显的增长,且轴重越大,动应力增长速率越大。     

高地应力软岩隧道仰拱施作方法研究

为研究不同的仰拱施作方法对高地应力软岩隧道稳定性的影响,根据时速为200 km/h的双线铁路隧道的标准设计图建立有限元模型,基于三台阶七步开挖法研究了四种不同的仰拱施作方法.分析了不同仰拱施作方法下隧道的拱顶、边墙及仰拱的变形和应力,进一步讨论了初期支护的安全稳定性.研究结果表明:高地应力软岩隧道三台阶七步开挖法中下台阶核心土带仰拱一次开挖,仰拱先填充碎石土后换填混凝土的施作方法最优,该方法能有效控制围岩变形,建议高地应力软岩隧道施工中采用该法;传统的仰拱施作法因初期支护封闭滞后等问题,围岩变形较大;下台阶核心土带仰拱一次开挖,仰拱中部填充碎石土的施作方法不可行,左、右边墙安全系数小于2,不满足规范要求.     

不同仰拱深度的公路黄土隧道仰拱受力特性分析

仰拱是隧道衬砌结构的重要组成部分,不同仰拱深度设计很大程度上直接影响衬砌结构的承载性能、稳定性和耐久性。合理设计公路黄土隧道仰拱结构不仅可以减少衬砌结构病害的发生,而且可以提升衬砌结构的耐久性,延长其使用寿命。通过有限差分软件建立不同仰拱深度的公路黄土隧道三维分析模型,研究不同仰拱深度的两车道公路黄土隧道仰拱结构的受力特性,相关研究成果对科学设计公路黄土隧道的仰拱深度具有重要的技术指导意义。     

大跨无仰拱隧道二次衬砌墙脚结构受力分析

对于普通大跨度隧道,一般采用仰拱设计,更好地进行受力支撑。若超大跨断面处采用无仰拱衬砌类型,结构受力很不利,但当满足某些特定条件时可采纳无仰拱设计。通过对某隧道大断面无仰拱情况拟定不同高程的墙脚进行数值模拟,分析二衬结构受力,并总结拱顶下沉随着墙脚厚度变化的规律,找到最优墙脚高度,确定设计施工方案。     

浅谈隧道仰拱的技术要点及病害机理

为全面分析隧道仰拱的重要作用,避免隧道仰拱在运营过程中产生各类病害,在详细阐述隧道仰拱承载原理的基础上,深入分析了仰拱的设计、施工及其管理的技术要点,并结合工程实例,研究了隧道仰拱的病害形成机理。研究成果为类似工程的设计、施工及病害处治提供参考。     

堰筑隧道结构设计关键技术探讨

分析堰筑隧道工程特点及典型案例,重点关注结构设计方面存在的问题,从减小堰筑隧道埋深的措施和高水头深埋大跨结构处理等角度,进行堰筑隧道结构断面形式比选,提出“折板拱 + 仰拱”的组合断面形式。以某堰筑隧道工程为例,对比分析隧道结构采用“折板拱 + 仰拱”组合断面形式的合理性。结论可为类似隧道结构断面设计提供参考。     

地铁区间渡线段大跨无仰拱隧道设计研究

以青岛地铁2号线某区间渡线段暗挖隧道为背景,通过对地质条件的研判分析,进行地铁暗挖大跨隧道不设置仰拱的研究与设计。计算结果及工程实践反馈,暗挖大跨无仰拱隧道的初支及二衬受力和变形在设计范围内,可供今后类似条件下地铁暗挖隧道结构设计参考。     

黄土公路隧道仰拱曲率对结构受力的影响分析

采用有限差分数值分析软件对黄土公路隧道仰拱二衬不同曲率进行三维力学性能分析，并通过室内模型试验验证了数值分析结果，探究了仰拱曲率对于隧道受力变形的影响规律，得到了使支护结构受力较优的仰拱二衬曲率半径。     

高铁泥岩隧道仰拱底鼓变形研究现状及关键科学问题探讨

我国高铁建设的规模和数量、尤其是高铁隧道的总量已稳居世界首位,高铁基础设施的安全性、稳定性和耐久性成为具有重要现实和长远意义的重大课题.考虑到我国泥岩地层分布广泛,高铁泥岩隧道数量众多且近年来出现不少仰拱底鼓变形等病害,着重从隧道仰拱底鼓变形机理与控制对策、泥岩工程地质特性与水-岩反应、泥岩隧道及围岩变形控制、隧道结构受力特点、隧道结构与工程研究方法等方面进行全面调研总结,并据此提出若干关键科学问题,亦即:高速铁路泥岩隧道仰拱基底围岩变异的复杂性、仰拱底鼓对上部轨道结构的量化影响和基于仰拱基底围岩变异的高速铁路隧道结构耐久性预测、评价及控制;并提出了初步的研究思路和方法,以期为提高我国高铁泥岩隧道的基础理论研究、设计建造和运维管理的技术水平提供有益的参考.     

公路软岩隧道底鼓注浆加固厚度数值模拟

通过对某位于构造剥蚀沉积岩低中山区高速公路隧道的全面检测,分析隧道产生底鼓的原因,采用FLAC3D模拟不同厚度仰拱时围岩塑性区变化情况,分析仰拱厚度不足对隧道的危害,验证隧道全断面注浆的可行性。通过计算模拟不同厚度的注浆圈,提出合理的注浆圈厚度,为施工及加固提供一定的技术参考。     

富水黄土、泥岩隧道塌陷段施工技术

富水黄土、泥岩分层隧道塌陷段由于受拱部黄土易失稳、坍塌影响,施工开挖极为困难。阐述了在通过地质雷达有效超前预报的情况下,采用密集超前管棚和临时拱架形成悬托结构能有效抑制隧道拱部富水黄土塌陷,施工中合理预留核心土尺寸和掘进进尺,配合监控量测数据,仰拱及时闭合,做好临时排水能有效解决此类地质情况下隧道施工难题。     

隧道仰拱不同施作方法对结构受力的影响分析

某铁路双线隧道,为对比仰拱三次施作与一次施作对结构受力和围岩变形的影响,采用数值模拟对两种工况进行计算分析,根据计算结果,定性分析两种工况对围岩和结构的影响。结果表明,一次整体浇筑仰拱对初支结构的受力和围岩变形的不利影响较小,结果为类隧道施工可提供参考和借鉴。     

衬砌纵向开裂隧道地震响应振动台的试验研究

为了研究高速铁路双线隧道衬砌纵向裂缝对结构抗震安全性的影响,针对《铁路隧道设计规范》（TB 10003—2016）IV级围岩开展大型振动台模型试验,试验采用改进的静动耦合剪切模型箱,考虑隧道埋深、衬砌开裂位置和开裂形式3个影响因素,分析隧道衬砌的地震动应变和结构内力响应规律. 试验结果表明:在地震剪切波作用下,浅埋隧道和深埋隧道衬砌结构的破坏形式分别为受拉破坏和受压破坏,破坏位置均首先出现在拱腰,对应的无裂缝衬砌破坏时振动台台面输入波峰值加速度分别为0.8g和0.9g;拱顶和边墙处裂缝对隧道衬砌结构抗震安全性影响较小,而拱腰处裂缝影响显著;浅埋和深埋条件下,拱腰处有裂缝的衬砌破坏时振动台台面输入波峰值加速度分别为0.5g和0.6g;纵向裂缝的开裂形式不同,衬砌破坏时对应的峰值加速度基本相同;在深埋条件下,相比于正截面裂缝,拱腰处斜截面裂缝导致衬砌结构破坏后变形速度加剧.      

地铁隧道邻近地裂缝带的地震响应

采用数值模拟方法, 在不同震级人工地震波作用下, 研究了具有近距离平行地裂缝的地铁隧道的加速度、位移和内力特征, 计算了地裂缝的影响区域、围岩动土压力变化规律和隧道与围岩接触动土压力变化规律。研究结果表明: 在地表距隧道水平距离约25~50m范围内加速度响应存在一个附加放大区域; 当输入地震动强度较小时(50年超越概率为63%), 地铁隧道拱顶和拱底处相对水平位移都较小(约为0.39mm), 但随着输入地震动强度的增大(50年超越概率为2%), 拱顶和拱底的相对水平位移均逐渐增大, 最终增大至1.53mm; 在地震动作用下, 隧道结构的左、右拱肩和拱脚处的轴力都较大, 其中右拱脚处的轴力最大, 为1 926kN; 隧道结构的左、右拱腰处的弯矩和剪力都较大, 其中最大弯矩与最大剪力在右拱腰处, 分别为78.54kN·m与1 830kN; 随着地震动强度的增大, 隧道结构的内力逐渐增强; 地裂缝附近的动土压力较大, 并向两侧逐渐减小; 在中震作用下隧道拱顶处, 地裂缝上盘影响宽度为25m, 下盘影响宽度为20m, 在拱底处, 地裂缝上盘影响宽度为26m, 下盘影响宽度为22m;在大震作用下, 地裂缝上、下盘影响宽度较中震时增大约35%;地裂缝附近的隧道拱顶和拱底的动土压力变化规律与无地裂缝时基本一致, 但隧道结构附近的动土压力较大, 其最大值为138kPa; 在地震动作用下, 隧道结构拱腰处的接触动土压力增量较大, 右拱腰处即靠近地裂缝一侧最大, 增量为45.27%, 拱顶次之, 增量为13.41%, 拱底最小, 增量为6.86%。      

落石冲击下拱形明洞结构受力的模型试验研究

为研究落石冲击下拱形明洞结构的受力特点,通过改变落石质量及回填土厚度,利用1∶30缩尺模型试验分析了结构落石冲击所在断面不同部位的横向应变、轴力及弯矩等内力响应最大峰值的大小及分布特征,对各内力最大峰值随回填土厚度的变化趋势进行了分析,最后利用结构变形、弯矩及轴力图,对落石冲击下有回填土拱形明洞结构受力模式进行了总结. 研究结果表明:拱顶部位力学响应最显著,拱肩次之,拱腰及仰拱最小;结构受力形态可描述为拱顶部位轴向受拉、拱肩及以下部位为轴向受压的力学模式;与静力学分析隧道或明洞衬砌结构的荷载-结构模式不同,现行隧道设计规范中按素混凝土偏心受压构件对拱顶结构进行安全检算的方法并不适用于落石冲击工况;回填土厚度的增大有利于结构拱顶、拱肩及仰拱结构的受力,但对拱腰部位影响复杂,在设计时需结合落石规模、边墙形式及回填方式等进行具体分析.      

盾构隧道联络横通道的振动台试验与数值模拟

联络横通道与隧道主体形成的空间交叉结构是隧道抗震的薄弱环节. 为探讨联络横通道采用刚、柔两种连接形式时对盾构隧道地震响应的影响,以相似理论为基础,通过室内土工试验确定了振动台试验中地层和结构相似模型的材料参数及配比,分别建立了振动台试验结构模型和数值分析模型;将第1组试验得到的地层卓越频率15.0 Hz作为其余试验工况和数值计算中地震动频率的输入依据,通过试验和数值计算相结合分析的方法对主隧道与联络横通道的地震响应规律进行了研究. 研究结果表明:结构与相同深度位置地层的加速度响应变化规律基本相同,离地面越近,地层加速度的放大效应越明显;联络横通道采用刚性连接时,其最大应变反应出现在结构的拱顶和两侧拱脚处,而采用柔性连接可较好的降低结构各处的应变反应,且输入地震峰值加速度越大其减弱效果越明显;主隧道横断面上,靠近联络横通道连接处的位置易受其影响而产生应力突变,采用刚性连接时,其受到的影响更大;振动台试验与数值结果规律基本一致,采用刚性连接时,联络横通道对主隧道纵向的影响范围约为3.0倍联络横通道宽度,而采用柔性连接时其影响范围则减小至1.5～2.0倍.      

隧道抗震研究概述

长期以来,人们认为地震荷载对于隧道结构是不重要的,因为历次地震中,与地面建筑物相比,隧道结构的震害都较少且程度较低,因此关于隧道结构的抗震研究就没有受到重视,隧道结构抗震研究的水平相对滞后。     

风积沙围岩隧道施工新技术研究

针对风积沙的特点,通过对不同施工方案的比较与分析,介绍了水平旋喷桩和三台阶临时仰拱法在风积沙隧道施工中的应用,实践表明三台阶临时仰拱法具有很多优点,值得推广。     

暗挖海底隧道地震动水压力响应分析

考虑黏弹性人工边界与流固耦合作用,建立了衬砌结构一土一海水相互作用的力学模型,基于Newmark算法,利用ANSYS有限元软件分析了在不同地震激励和埋深条件下动水压力的影响机理与隧道衬砌的振动响应规律．计算结果表明：在含有竖向分量的地震激励下,动水压力对浅埋海底隧道的内力影响较大,分析时不容忽视;当隧道埋深超过一定值后,结构地震反应变化微小可忽略．同时,针对圆形海底隧道进行的有限元计算结果可为海底隧道的工程抗震设计提供参考．     

隧道地震反应分析

针对北京地铁隧道,采用弹性地基模型,以EI地震波为地震荷载,进行了平面有限元动力计算分析。该计算结果既可为相似的隧道设计提供一定的参考依据,也可为地下结构的抗震设计规范的修订提供一定的计算数据。