高铁隧道衬砌缺陷气动荷载影响研究

随着高铁列车运行速度的提高,气动荷载成为隧道结构重要的附加荷载,尤其是素混凝土二次衬砌存在初始缺陷时,气动荷载将对衬砌安全有较大影响。针对素混凝土二次衬砌存在初始裂纹和厚度不足缺陷的情况,分别采用基于断裂力学的数值流形方法和基于荷载-结构模型有限元法,对2种衬砌缺陷在气动荷载作用下的影响开展研究。研究结果表明：隧道素混凝土二次衬砌存在初始缺陷时,气动荷载对缺陷部位的耐久性和长期稳定性有很大影响;隧道衬砌存在裂纹时,在气动荷载作用下,裂纹尖端应力强度因子增大150%以上;衬砌厚度不足时,在气动荷载作用下,缺陷部位拉应力增大54%,衬砌处于“拉-压”循环受力状态。研究结果可为高铁隧道素混凝土结构的长期稳定性及耐久性设计提供参考。     

围岩空洞对重载铁路隧道动力稳定性的影响

以浩吉铁路万荣隧道为研究对象,基于围岩拱部空洞的各类参数(长度、高度、分布范围),对隧道动力响应特性、隧道衬砌应力等进行研究。在分析列车动力荷载的施加机理与施加方法的基础上,建立车辆-轨道-隧道动力有限元模型,计算在列车荷载的作用下,不同的空洞参数对隧道位移、加速度、衬砌主应力等方面的影响。研究表明,空洞加剧了隧道各部位的振动响应,其中拱顶的动力响应变化最大,空洞高度从0增大到20 cm时,拱顶的位移峰值增大了近3倍,而仰拱部位位移最小;空洞也改变了衬砌混凝土的受力状态(由受压变为受拉),这对于混凝土材料极为不利;随着空洞范围的不断增大,动力荷载对拱顶的影响加剧,拱顶的加速度峰值由无空洞状态的1.62 m/s^-2增加到3.49 m/s^-2,此时结构已处于不稳定状态。     

某铁路隧道衬砌拱腰拉裂拱顶压溃病害原因探析

隧道衬砌缺陷致害研究是当前热点,对衬砌病害产生原因进行探析对隧道施工及设计来说尤为重要。通过结合相关资料、建立FLAC2D二维模型对某隧道出现的拱腰拉裂、拱顶压溃病害原因进行初探,研究结果表明:(1)拱顶背后存在空洞是引起隧道衬砌拱腰拉裂、拱顶压溃病害的主要原因。(2)拱顶背后存在空洞将引起衬砌受力发生显著变化,具体表现为拱部由衬砌背后无脱空工况下的洞内侧受拉转变成洞外侧受拉,且拱顶衬砌内表面处出现压应力集中。     

地质雷达无损检测在隧道二次衬砌中的应用

研究目的:运营隧道二次衬砌的病害检测、维修加固对于保证隧道的行车安全和衬砌的受力安全等具有重要的意义.本文以地质雷达检测蕉溪岭隧道群二次衬砌的病害,以直刚法研究空洞病害对二次衬砌的影响,并分析其原因,同时针对空洞大小提出一些相应的整治措施.研究结论:二次衬砌的病害原因主要是拱顶背后存在空洞及渗漏水.空洞的存在使得二次衬砌的受力复杂、不利,且拱顶和拱腰为受力的薄弱位置.拱顶背后空洞存在的主要原因是施工单位对设计意图理解不到位,未按新奥法施工,其次是二次衬砌封顶困难等.拱顶背后空洞较多时必须进行处理,以使二衬结构处于良限的受力状态,确保营运安全.     

地质雷达无损检测在隧道二次衬砌中的应用

研究目的：运营隧道二次衬砌的病害检测、维修加固对于保证隧道的行车安全和衬砌的受力安全等具有重要的意义。本文以地质雷达检测蕉溪岭隧道群二次衬砌的病害，以直刚法研究空洞病害对二次衬砌的影响，并分析其原因，同时针对空洞大小提出一些相应的整治措施。 研究结论：二次衬砌的病害原因主要是拱顶背后存在空洞及渗漏水。空洞的存在使得二次衬砌的受力复杂、不利，且拱顶和拱腰为受力的薄弱位置。拱顶背后空洞存在的主要原因是施工单位对设计意图理解不到位，未按新奥法施工，其次是二次衬砌封顶困难等。拱顶背后空洞较多时必须进行处理，以使二衬结构处于良限的受力状态，确保营运安全。     

列车振动荷载作用下近距离空间交叠盾构隧道的动力响应特性及损伤规律分析

采用拟合的列车振动荷载,研究在上部列车振动荷载作用以及不同围岩等级、不同隧道间距条件下空间交叠盾构隧道的动力响应特性和损伤分布规律。结果表明:上部隧道衬砌振动加速度在拱底最大,拱腰相对较小,拱顶最小,下部隧道衬砌振动加速度在拱顶最大,拱腰相对较小,拱底最小;上部隧道的压致与拉致损伤均在拱底最大,拱腰次之,其余各处相对较小,且上部隧道底部约130°范围为损伤主要区域;随着围岩等级的提高,上部隧道衬砌的最大主应力逐步增大,最大主应力峰值由拱腰逐渐向拱底转移;随着隧道间距的增大,上部隧道衬砌的最大主应力逐步减小。     

地铁列车振动荷载对下叠并行新建城际铁路盾构隧道的动力响应分析

以新建佛莞城际铁路盾构隧道与广州地铁3号线明挖段矩形隧道交叠并行工程为依托,研究地铁列车通过明挖隧道时产生的振动荷载对下部新建盾构隧道衬砌结构的动力响应,并对不同列车振动荷载下新建盾构隧道衬砌结构的动应力进行了分析.使用激振力函数法模拟地铁列车振动荷载,选取下部新建盾构隧道典型监测断面的监测点来研究在地铁列车振动荷载作用下衬砌结构的振动加速度、应力和竖向位移响应特性.结果 表明:轨道结构质量越差,列车运行速度越快,车体质量越大,列车振动荷载的幅值也相应增大;在地铁列车振动荷载作用下新建盾构隧道衬砌结构存在着明显的动力影响区;新建盾构隧道衬砌管片竖向位移曲线呈"W"形,且拱顶处的竖向位移幅值最大;随着地铁列车运行速度加快,新建盾构隧道的竖向沉降亦随之增大,地铁列车运行速度每增加30 km/h,隧道衬砌结构的竖向沉降平均增加2.66％.     

爆破振动对邻近铁路隧道衬砌结构的影响北大核心

依托海南西环铁路新建隧道爆破工程,选择三角形等效爆破荷载模拟爆破过程。结合现场爆破振动监测,验证隧道爆破三维模型的准确性。进而逐级提高爆破荷载,分析5、10、15、20、25倍五种爆破荷载工况下,隧道围岩塑性区分布情况、既有铁路隧道衬砌结构的爆破振动速度和拉应力变化规律。结果表明:新建隧道爆破开挖时,既有隧道衬砌结构迎爆侧拱肩爆破振动合速度最大,仰拱一直处于受拉状态;随着爆破荷载不断提高,隧道围岩塑性区范围不断扩大,既有隧道衬砌结构最大爆破振动速度和最大拉应力均不断增大;当采用20倍爆破荷载作用时,既有隧道衬砌结构迎爆侧边墙最大爆破振动速度为29.90 cm/s。     

隧道二次衬砌安全评价及缺陷预防探讨

针对一铁路隧道检测发现的二次衬砌结构病害问题,运用ANSYS软件对隧道二次衬砌缺陷段结构受力及配筋进行计算分析安全评价。结果表明:该隧道拱顶二次衬砌结构受到的压应力及拉应力均满足极限抗压强度及极限抗拉强度要求,且拱顶部位的实际配筋量满足承载要求,但不满足构造配筋要求。针对钢筋间距局部不满足设计要求这一情况,提出了具体的整治措施及施工管理预防措施,以利于后期运营维护。     

盾构隧道拱顶背后空洞引起管片裂损机理研究

同步注浆不均则衬砌管片背后易形成不密实或者空洞,导致管片变形、裂损和掉块。针对这一问题,依托一地铁盾构隧道建立三维地层结构模型,采用扩展有限元法对拱顶背后空洞引起混凝土管片裂纹的应变及变形特性进行探究。研究结果表明:拱顶背后空洞范围对管片裂纹的分布位置、扩展方向、最终裂纹形状都有很大影响,管片最大位移出现在拱顶背后空洞范围的中心,且随着空洞范围的增大而增大。     

地震作用下隧道衬砌背后空洞影响机制研究

研究目的:由于隧道衬砌背后空洞的存在对隧道抗震影响很大,本文以高烈度地震区的敦煌-格尔木铁路阔克萨隧道为研究背景,研究隧道衬砌背后空洞位置、空洞大小、围岩级别和隧道埋深等因素对隧道结构的地震动力响应规律及影响机制,并提出合理的加固方案,确保地震作用下隧道运营安全。研究结论:(1)空洞的存在降低了衬砌结构的变形性能和抗震特性;(2)对空洞隧道拱顶最大主应力影响最敏感的因素是围岩级别,其后依次为空洞环向大小、空洞位置、空洞径向大小和空洞轴向大小,而隧道埋深则是最不敏感的因素;(3)回填注浆加固方案可降低隧道衬砌的拉应力,改善衬砌的内力和应力分布,回填注浆+套拱加固方案要比回填注浆+锚杆方案作用效果好,回填注浆+锚杆+套拱组合加固方案抗震效果最佳;(4)本研究成果对隧道衬砌背后存在空洞时在地震作用下的空洞影响机制和加固方案选取具有一定的指导意义。     

高速铁路隧道仰拱结构受力现场实测分析

针对高速铁路隧道仰拱受力状态复杂且对高速列车行车安全至关重要的特点,现场测试兰新第二双线福川隧道返工后仰拱混凝土和钢筋的应力,分析仰拱结构中混凝土和钢筋的受力特征及应力变化规律。结果表明:受隧道二衬自重及上部围岩荷载、隧道基底围岩膨胀、轨道道床及列车荷载的作用,返工后仰拱混凝土经历了受压、出现局部拉应力、拉压应力稳定的变化过程;仰拱中混凝土和钢筋的最大拉应力均出现在仰拱中心上部,从仰拱返工到隧道运营的整个过程中,混凝土的最大拉应力为1.9MPa,最大压应力约为8MPa;地下水大量补充后,隧底围岩膨胀释放大量荷载,使得混凝土应力、钢筋应力以及土压应力迅速增大。基于监测结果及地质条件,提出将福川隧道仰拱底鼓分为轻微、中度和严重3种程度,针对每种程度的底鼓给出相应的控制措施。     

爆炸荷载作用下交叉式人防隧道动力响应研究

对于位于地下空间的人防结构，其安全问题至关重要。当地面发生巨大爆炸时，产生的冲击波势必会对地下结构产生一定影响。为研究地下人防结构在爆炸荷载作用下的动力响应，依托某地下人防工程，借助ANSYS/LS-DYNA软件，对地下交叉式人防隧道在土中爆炸冲击荷载下的响应进行数值模拟，分析冲击波在土中的传播规律及人防结构位移、应力等力学响应，以期为地下人防工程爆破施工与安全防护提供参考。结果表明：爆炸荷载作用下，拱顶位置最早出现振动响应，在结构同一断面拱顶振速曲线峰值明显高于拱腰振速曲线峰值，边墙次之，拱脚处最低；随爆心距增大，衬砌结构振速峰值与最大拉压应力均随之减少，且拱顶部位最易受顶部爆炸荷载作用影响，在实际设计与施工中应予以重视。     

铁路路基上跨既有公路隧道受力变形影响分析

新建路基开挖卸载施工对下方既有隧道的覆盖地层产生扰动,导致既有隧道围岩和结构应力状态的改变,影响既有隧道结构安全。文章依托新建赣深铁路路基上跨既有S29从莞高速公路石山隧道工程项目,采用地层-结构与荷载-结构相结合数值分析方法,进行了上方开挖施工对既有隧道结构受力变形影响分析,并提出施工控制措施。结果表明:在上方路基开挖施工过程中,既有隧道结构以竖向变形为主,在相交位置处隧道拱顶产生最大竖向变形1.86mm,结构变形较小;采用荷载-结构法进行二次衬砌受力分析,结构受力最不利部位为拱顶,最小抗压安全系数为3.94,最小抗拉安全系数为4.05,结构安全性满足要求。     

背后存在空洞时盾构隧道管片的开裂机理及承载能力分析

为探讨盾构隧道管片背后存在空洞时管片空间受力特征及承载力变化情况,基于扩展有限元原理,采用载荷-结构计算方法,以长沙轨道交通2号线为研究背景,建立隧道衬砌三维计算模型,分别对衬砌结构16点位和2点位背后存在空洞时衬砌结构空间受力特征进行分析比较,根据分析结果,再对衬砌结构2点位背后存在空洞时衬砌结构极限承载力变化情况、开裂形态进行模拟分析。研究结果表明:衬砌结构16点位和2点位背后分别存在沿环向20°,30°和40°范围空洞时,空洞处衬砌应力集中明显,但均未出现开裂现象;随着荷载的增大,管片开裂主要位于管片环8点位和2点位方向,8点位处表现为内侧纵向开裂,2点位处表现外侧环向开裂;空洞的存在明显降低了衬砌结构的极限承载力,当衬砌结构2点位背后存在沿环向40°空洞时,衬砌极限承载力下降了30.68%。该研究可为隧道衬砌裂缝诱因分析、衬砌病害防治与修复研究提供一定的参考与借鉴。     

重载列车作用下隧道结构的动应力分析

以朔黄铁路三家村复合式衬砌隧道为工程背景,采用C64k型敞车编组列车以70 km·h-1速度通过隧道时基底填充层表面实测加速度时程曲线作为激振荷载,运用ANSYS软件进行重载列车作用下隧道结构的动应力分析.结果表明:该列车通过隧道时,填充层横向和竖向动应力均呈现先拉后压,最大横向拉、压及竖向压动应力分别约为20,70和50 kPa,均出现在靠近边墙的1#和4#钢轨下,最大竖向拉动应力约为15 kPa,出现在1#-4#钢轨下方;仰拱上表面竖向主要受压,最大压动应力约为15 kPa,出现在钢轨正下方位置,横向主要受拉,最大拉动应力约为40 kPa,出现在道心;拱顶和拱腰内表面竖向和横向的拉、压动应力均较小,在20kPa以下;边墙内表面竖向受到较大的拉、压动应力,最大拉、压动应力分别约为55和25 kPa,横向拉、压动应力均小于1 kPa.总之重载列车对基底结构的影响最大,边墙次之,拱腰及拱顶最小.     

背后空洞引起高速铁路隧道衬砌裂缝形态的FEM对比分析

衬砌背后空洞和衬砌开裂是威胁高速铁路隧道行车安全的最主要问题。高速铁路隧道衬砌背后空洞不仅是威胁隧道结构安全的重要因素,更是造成衬砌结构开裂最主要的原因。通过基于虚拟裂缝模型的扩展有限元方法(XFEM)和基于弥散裂缝模型的常规有限元分析方法(CFEM)的地层结构模型,对高速铁路隧道衬砌拱肩背后一定范围内空洞引起的衬砌开裂形态进行数值模拟分析,开裂形态表现为拱肩背后空洞近拱顶边缘的二次衬砌内侧开裂,同时初期支护环向贯通开裂。研究表明,扩展有限元法能较好地描述衬砌开裂的走向、长度等开裂形态以及扩展规律等,而ANSYS中的SOLID65单元能实现对衬砌背后空洞引起衬砌开裂范围的定性描述,两者之间相互补充和相互验证能较为准确地描述衬砌开裂的几何信息,进而有助于衬砌结构开裂应力场分析。     

特大跨度隧道穿越断层破碎带时的施工模拟及受力特点

结合某特大跨度隧道穿越断层破碎带的工程,建立仿真模型进行计算分析。研究了断层破碎带内台阶法施工的拱顶沉降情况,分析了断层内二次衬砌的结构受力情况,并以结构第一主应力为标准提出了断层破碎带的影响范围。分析计算得到的结论为:断层破碎带对台阶法开挖时的拱顶沉降影响极大;断层破碎带会明显延后拱顶沉降的收敛时机;断层破碎带会明显增大二次衬砌结构的侧压力,且断层处边墙存在拉应力集中现象;以二次衬砌边墙第一主应力为标准,断层影响范围约为其自身宽度的3.5倍。     

泡沫混凝土在隧道衬砌背后空洞中的处治技术研究

泡沫混凝土是一种新型独特的多功能建材,具有轻质、整体性能好、低弹减震性好等特点。结合G312线六盘山隧道加固改造工程背景,对隧道在施工过程中进行了衬砌背后空洞区探测,综合分析衬砌背后空洞原因,确定采用泡沫混凝土对衬砌背后空洞进行处治;重点讨论了材料优点和使用要求以及隧道衬砌背后空洞处治施工工艺。通过该方法和手段保证了衬砌背后空洞的受力安全,降低对隧道衬砌的附加荷载,并形成缓冲层,为隧道加固改造工程及类似施工提供技术参考。     

隧道衬砌裂缝产生原因分析

通过对隧道开裂现象的调查,总结隧道开裂的规律性,将隧道二衬作为受力实体,从温度应力、不均匀沉降、拱部不均匀受力3个方面进行分析,得出隧道衬砌背后"马鞍形"荷载分布对衬砌的影响特点,并采取相应措施以减小或消除"马鞍形"荷载分布对隧道衬砌的影响.