大范围地震液化条件下地下结构设计研究

研究目的:结合太原地铁2号线设计过程中遇到的大范围饱和砂土地震液化地层,分析液化地层对地下结构的作用机理,以发生地震液化后保证结构安全为目的,借助于理论解析、数值模拟与模型试验相结合的手段,揭示液化后地层对地下结构的不利影响,并提出相应的控制措施,进行相应的针对性设计。研究结论:(1)明挖围护结构可与底板以下非液化土层形成一个封闭围合结构,仅需对结构底板及以下的液化砂层进行处理;(2)盾构隧道具有一定柔性,易受地震液化影响,液化砂层位于洞身及以下范围时,地层发生液化对结构内力及变形影响较大,需对该部分液化砂层进行加固处理;(3)其他情况,只需在结构设计中考虑发生液化时的附加应力影响;(4)该研究成果可作为大范围地震液化地层条件下的地下结构设计的参考。     

可液化地层叠落盾构隧道抗震分析及对策

饱和砂土地层的盾构隧道可能因液化影响产生变形及内力变化引起隧道破坏,地层液化对叠落隧道的影响可能因结构间的相互影响而加剧.基于工程实例,采用有限元分析软件Midas GTS建立三维模型,对可液化地层叠落隧道进行水平和竖向抗震动力时程分析,分析了液化地层在隧道不同位置以及不均匀分布情况对隧道的不同影响,对液化与非液化情况的隧道结构内力及变形进行对比,研究了地层加固对液化地层的处理效果.液化情况下隧道内力及变形均有一定程度的增加,其中液化地层处于隧道底部、液化地层分布不均匀对隧道影响程度较大,竖向地震作用主要影响隧道的竖向变形.综合考虑多种加固方案,中等液化程度时盾构隧道采用径向注浆加固地层有较好的效果.     

地震液化对地铁地下结构影响的振动台试验研究

研究目的:当地下结构位于地震液化地层中时,地震液化引起地下结构内力重分布,相关的实测数据罕见且不易搜集。以往相关研究主要依靠理论分析和数值模拟方式对地下结构的响应进行探讨,并不能真实地重现地震液化过程地层与结构的变化。为取得第一手数据,通过在振动台上建立相似比模型,并以不同的地震波作为地震液化的输入条件,对地震液化过程中的试验数据进行归纳总结,得出相应规律。研究结论:(1)地震液化地层中的地铁车站结构,在长度方向中部受到的液化土压力值最大;(2)横向土压力与振动台最大加速度成正比关系;(3)车站结构顶部、底部和周围地层的孔隙水压力,随着振动作用累积上升而最终趋于稳定;(4)地铁车站围护结构的围封具有一定的抗液化作用;(5)本研究成果可为地震液化地层中地铁地下结构的抗液化措施提供参考。     

可液化砂土地层盾构隧道地震响应研究

研究目的:本文以佛山地铁2号线盾构区间工程为依托,现场取样砂土,通过动三轴试验获取原状土体和加固土体计算参数,运用有限元分析软件ANSYS进行计算分析,对可液化砂土地层盾构隧道在横向地震波激励下的动力响应和地层加固减震效果进行量化研究与评价。研究结论:(1)在横向地震荷载作用下,地层与结构的地震响应峰值与地震波峰值在时间上并不同步,且地层与结构的地震响应发展规律差异亦较大,衬砌第一主应力最大值1.69 MPa;(2)隧道周围地层采取加固措施后,地层强度参数越大,管片位移降幅越大,主应力增(减)幅越大,可满足隧道强度和运营要求;(3)考虑到盾构掘进过程对邻近建筑物的影响,建议砂土地层地基加固采用每立方米掺入400 kg超细水泥的加固方案;(4)本研究结果可应用于可液化砂土地层盾构隧道抗震设计和选取加固措施。     

硬岩地层浅埋暗挖隧道成拱效应分析

研究目的:随城市化进程步伐的加速,浅埋暗挖法地铁隧道修建作为发展地下交通的重要手段。为研究浅埋暗挖隧道成拱效应,本文以青岛地铁工程的修建为研究对象,通过复变函数法弹性解析解及围岩应力和位移解析解计算围岩压力反推拱顶可承载厚度;通过拱盖变形量反推隧道拱盖承受的上覆荷载,进而说明在浅埋隧道也存在"成拱效应"。本文采用理论推导和数值模拟方法对浅埋暗挖隧道成拱效应进行模拟分析,并结合某车站现场实测数据进行说明。研究结论:(1)浅埋暗挖隧道围岩自身能承担上覆地层80%多的荷载,证明硬岩地层浅埋暗挖大跨车站也存在显著的自成拱效应,在设计与施工中需重点考虑;(2)硬岩浅埋隧道在一定覆岩厚度条件下存在成拱效应,围岩承受了大部分载荷,初支承受的荷载很少,印证浅埋大跨车站成拱效应存在;(3)本文研究结果可为今后硬岩地区浅埋暗挖隧道施工提供理论参考依据,并为类似隧道工程的施工与设计提供参考。     

液化场地地铁区间隧道抗震设计研究

借鉴建筑结构抗震设计理念及以往工程实践,总结了液化场地条件下地铁隧道抗震概念设计和构造设计的原则,并基于有限差分程序FLAC3D研究了地铁隧道与液化层处于不同相对位置关系时结构的动力反应,从而提出地铁隧道计算设计的抗液化处理原则。研究结果表明:当液化层位于地铁隧道拱顶附近及以上时,如不影响施工,可以不对液化层进行处理;液化层位于隧道拱腰及以上时,地层液化对结构内力及变形将产生一定影响,建议对该部分液化层进行加固处理;隧道周边土体全部为液化层时,地震时结构的内力和地层变形会大幅增加,必须对液化层进行加固处理。不论地铁隧道与液化层相对位置关系怎样,一般均应进行抗浮验算。     

隧道施工地层扰动特性分析

研究目的:地铁修建过程中面临大量穿越或临近建(构)筑物的情况,为确保施工安全,应把握施工引起的地层变形规律。本文利用三维非线性有限元模型和相关解析理论,展开对隧道施工后在不同埋深和不同施工控制水平下地层变形规律的研究。研究结论:(1)隧道施工影响半径受埋深和施工控制水平的双重影响;(2)施工影响范围随拱顶沉降的增大而增大,当拱顶沉降增大到一定值后,影响半径达到最大值,此时地层发生剪切破坏;(3)在粉土和粉砂土为代表的典型复合地层中,地表沉降与拱顶沉降的关系、影响半径和拱顶沉降的关系、影响半径与地表沉降的关系分别可用考虑埋深影响的线性函数、二次函数、幂指数函数公式表示;(4)地表沉降斜率与地表最大沉降量的关系可用幂指数函数形式表示,埋深越大,地表沉降斜率越小;(5)本研究成果可应用于地铁穿越工程。     

公轨合建大直径盾构隧道车辆振动响应数值分析

对于大直径水下盾构隧道,研究并讨论列车振动荷载对隧道结构安全性及地基稳定性具有重大意义。以三阳路公铁合建长江隧道工程为背景,采用2.5维数值计算程序对三阳路长江隧道段典型断面处进行计算分析,研究地铁振动荷载和汽车振动荷载耦合作用对隧道结构及隧道下覆粉细砂层稳定性的影响。计算结果表明:(1)在地铁振动荷载与汽车振动荷载联合作用下,隧道衬砌结构的位移振动响应量值及受力情况均较小,振动荷载不会对衬砌结构自身产生不利影响;(2)列车和汽车车队耦合荷载引起隧道下覆饱和粉细砂层超静孔隙水压力在隧道正下方衰减较为缓慢;(3)隧道下覆饱和粉细砂地层由正常的地铁振动荷载及汽车荷载激发的超静孔隙水压力不会超过1 kPa,在正常地铁荷载及正常汽车荷载单独作用或联合作用下,该饱和粉细砂地层能够保持稳定,不会发生液化失稳。     

太原地铁1号线工程地质条件及主要地质问题研究

结合太原地铁1号线地铁特有的地层岩性、地质构造、岩土特征、水文地质,分析与地铁隧道、车站建设相关的工程地质条件、水文地质条件特征。研究太原地铁1号线的主要工程地质问题,即交城活动断裂、地面沉降、地震液化、湿陷性土。在此基础上,对地铁车站基坑以及区间隧道开挖可能面临的工程地质问题进行分析和研究,得出结论:交城活动断裂带内不宜设置地下车站,地下站基坑开挖易产生流沙、基坑边坡失稳,地面沉降对工程影响不大。     

软土地层盾构隧道长期沉降规律及预测研究

研究目的:模型试验是研究隧道工程问题的一个重要手段,为分析软土地层隧道长期沉降的主要原因,本文以宁波地铁1号线一期工程为研究背景,在考虑其地质及工程条件的同时,采用离心模型试验模拟淤泥质黏土和砂土的长期沉降,同时考虑隧道下卧层土层含水率变化、盾构管片不渗漏水和渗漏水对盾构隧道长期沉降的影响。研究结论:(1)盾构隧道下卧层含水率对工后地层沉降影响很大,土层含水量不同,隧道的长期变形可表现为上浮或下沉;(2)处于淤泥质黏土层中的隧道后续沉降不易稳定,砂土有漏水时,隧道的长期变形主要表现为沉降,且沉降稳定的时间较快;(3)利用对数曲线模型推求的沉降预测值与离心模型试验所得的工后沉降值进行对比,两者沉降值基本一致,对数曲线预测模型可为实际工程建设提供技术参考。     

中欧抗震规范关于地基土砂土液化的判别研究

地震时地基土产生液化将会使地基土的强度或刚度降低,从而导致地面建筑物的破坏。本文根据国家规范《建筑抗震设计规范》(2016年版)和《铁路工程抗震设计规范》(2009年版)及欧洲规范《结构抗震设计》(BS EN1998-5:2004)为基础对各规范中关于地基土砂土液化判别方法进行研究,并结合"一带一路"上具体工程实例进行分析。结果表明,中欧规范中关于地基土砂土液化的判别都考虑了地下水埋深、砂土埋深及标准贯入锤击数的影响,但欧标多考虑了上覆土层有效应力的影响。通过对国标与欧标关于地基土砂土液化的研究,为今后欧洲市场类似项目的开展提供借鉴。     

可液化土层对地下结构地震反应的影响研究

为了研究砂土液化大变形对地铁车站结构产生的重要影响,使用FLAC~(3D),采用PL-Fin土体液化本构模型,总结地下结构位于可液化土层时,液化土层从液化初始到产生液化大变形时刻,土体液化、结构位移变形和结构周围土体应力与结构应力变化规律,并与非液化场地下的地下结构地震反应进行对比。主要结论有:地铁车站结构从底部开始液化,引起两侧土体的移动和结构的倾斜上浮;由于结构两侧土体液化较轻微,结构左侧墙临近土体应力及结构应力在液化和非液化场地中的变化规律比较类似,底部土体液化较严重导致液化地层中结构底板及底板相邻土体应力变化同非液化土层存在较大差异。     

可液化土层对地下结构地震反应的影响研究

为了研究砂土液化大变形对地铁车站结构产生的重要影响,使用 FLAC3D,采用 PL-Fin 土体液化本构模型,总结了地下结构位于可液化土层时,液化土层从液化初始到产生液化大变形时刻,土体液化、结构位移变形和结构周围土体应力与结构应力变化规律,并与非液化场地下的地下结构地震反应进行了对比。主要结论有：地铁车站结构从底部开始液化,引起两侧土体的移动和结构的倾斜上浮;由于结构两侧土体液化较轻微,结构左侧墙临近土体应力及结构应力在液化和非液化场地中的变化规律比较类似,底部土体液化较严重导致液化地层中结构底板及底板相邻土体应力变化同非液化土层存在较大差异。     

可液化土层对地下结构地震反应的影响研究

为了研究砂土液化大变形对地铁车站结构产生的重要影响,使用 FLAC3D,采用 PL-Fin 土体液化本构模型,总结了地下结构位于可液化土层时,液化土层从液化初始到产生液化大变形时刻,土体液化、结构位移变形和结构周围土体应力与结构应力变化规律,并与非液化场地下的地下结构地震反应进行了对比。主要结论有：地铁车站结构从底部开始液化,引起两侧土体的移动和结构的倾斜上浮;由于结构两侧土体液化较轻微,结构左侧墙临近土体应力及结构应力在液化和非液化场地中的变化规律比较类似,底部土体液化较严重导致液化地层中结构底板及底板相邻土体应力变化同非液化土层存在较大差异。     

桥桩施工对邻近既有地铁隧道影响实测研究

研究目的:杭州市备塘路高架改造工程邻近已运营的地铁1号线,桩距离地铁最近为12.43 m,桩长67.9 m。因地铁1号线已有裂缝、渗水等状况出现,桩采用全套管钻孔灌注桩施工。为研究高架桥桩施工对邻近地铁隧道变形的影响,在桥桩施工过程中对周围深层土体水平位移、孔压、隧道结构水平位移和沉降进行监测。研究结论:(1)已运营地铁隧道出现渗水、裂缝现象时,在邻近既有隧道的桩基施工时采用全套管钻孔灌注桩施工对地铁影响较小,满足地铁隧道安全保护要求;(2)全套管钻孔灌注桩施工时,孔压对埋深较浅隧道的影响波动较大,但恢复也较快,对埋深较深的隧道影响恢复较慢,相对于埋深较浅的隧道来说,其变形较大;(3)全套管钻孔灌注桩施工时,上层土体位移较大,对埋深较浅的道床沉降产生较大的影响,而深层土体位移较小,对埋深较大的隧道影响较小;(4)本研究成果对桩邻近已运营地铁隧道等类似施工工程具有参考价值。     

呼和浩特地铁2号线北段线路敷设方式研究

研究目的:城市轨道交通项目在规划设计阶段会遇到外部边界条件发生变化的情况,结合项目特点科学合理地选择敷设方式,可使城市空间优化配置,最大程度地发挥轨道交通的综合效益。本文以呼和浩特地铁2号线为工程实例,深入分析比较线路北段高架敷设、局部高架敷设、地下浅埋敷设、地下盾构敷设4种不同敷设方式对使用功能及工程造价的影响,旨在为修改2号线北段线路敷设方式提供技术支撑。研究结论:(1)城市轨道交通线路敷设方式需结合城市规划、城市景观、环境影响、工程实施条件、车站使用功能、运营条件,并进行充分的经济技术比较后科学选择确定;(2)综合考虑工程条件与建设实施难易程度,本工程该段地下浅埋设站方案与地下盾构设站方案土建工程估算差异不明显;(3)推荐2号线北段线路敷设方式采用地下盾构设站方案;(4)本研究结论可对类似工程敷设方式的选择提供参考。     

岩溶地区某浅埋箱型隧道沉降成因及控制

研究目的:岩溶地区侧方基坑桩基施工及土方开挖过程中,浅埋明挖箱型地铁隧道结构出现突发沉降,尤其是变形缝部位沉降显著,本文通过箱型地铁隧道沿线及变形缝两侧的位移监测数据,分析隧道结构突发沉降产生的原因,并研究了浅层回灌水、深层回灌水和注浆加固等沉降控制措施的效果。研究结论:(1)支护桩施工诱发浅埋箱型隧道最大累计沉降为3. 3 mm,应重视其在岩溶地区的施工影响;(2)嵌岩工程桩施工揭露溶洞,承压岩溶水突涌桩孔,是侧方浅埋箱型地铁隧道结构突发沉降的主要原因;(3)浅层回灌水可短时间内使地层补水,抬升隧道,抑制隧道急剧沉降;长期实施深层回灌、桩基泥浆护壁施工,可维持地下水位,控制侧方隧道沉降,但存在深层回灌水可能通过岩溶裂隙或通道进入溶洞,降低回灌水补充效率的问题;(4)"双排桩+对拉钢绞线+对称开挖"有效控制隧道的最大水平位移为3. 0 mm;(5)箱型地铁隧道周围进行垂直和斜向钻孔注浆可起到加固和止水的效果,考虑到变形缝的敏感性,应实时控制注浆压力;(6)该研究成果可供类似岩溶地区浅埋箱型地铁隧道侧方基坑工程参考。     

南京地铁1#线区间隧道地基的地震液化判别

南京市地铁1#线的城区段为浅埋地下铁道，所穿越的土层有相当区段为地震作用下极易液化的饱和粉土或粉细砂。按照国家地震区划，南京市的设防烈度为7度，位于地震危险区。因此，有必要对这些土层的液化情况进行研究，以便采以相应的工程技术措施。地基液化判别分为原位试验、室内试验及理论计算3种方法。原位判别方法有标贯法、静力触探法、剪切波速法，判别结果的正确与否依赖于试验结果的准确性和经验公式的可靠性；室内试验主要利用动三轴或动直剪试验，试验结果受到土样扰动和荷载波形模拟的影响；理论计算方法不仅可以计算自由场地，还可以考虑地铁天挖后的情况，但很多参数难以正确取值。鉴于各种方法均有特点，而我国现行的抗震设计规范对地基土的液化判别方法不尺相同，同时考虑到地铁区间的特殊性，文中采用铁路工程抗震设计规范、动三轴试验及有效应力的理论分析相结合的方法，对南京地铁1#线区间隧道地基土在7度地震情况下的自由场、地铁区间隧道开挖后的土层液化情况进行分析，得出当隧道底板坐落在Ⅱ5层，且Ⅱ5层较厚时的液化区出现在隧道衬砌底板处；局部地段液化区出现在隧道顶部及拱腰；大部分地段的液化区出现在隧道顶板上方的结论。     

砂土液化地层盾构隧道加固设计研究

砂土液化地区盾构隧道后期运营沉降量大、管片病害多、维修难度高,采用有效的地面加固形式有利于减少盾构掘进期间地层损失、土体固结造成的地面沉降及盾构隧道运营期间的病害。以佛山地铁2号线工程为实例,基于连续介质模型的基本原理,简化建立地层-结构空间计算模型,计算分析盾构掘进时不同洞内加固及地面加固形式对地面沉降的影响规律,并通过现场监测数据进行验证。结果表明,当采用洞内加固及地面加固方案1时,能有效控制盾构掘进后管片的后期沉降,减少沉降率达60%及83%;在砂土液化地层洞内注浆时,注浆压力需控制在0.3～0.5MPa,注浆流量控制在10～15L/min。     

土岩复合地层地铁车站结构抗震分析研究

为研究土岩复合地层地铁结构在地震作用下的受力状态和变形规律,结合大连市某地铁车站工程,采用Midas GTS有限元数值软件,建立三维模型进行动力时程计算,研究结果表明:地下结构跨越土岩分界面地层比在均匀土层中的受力更加复杂,是结构抗震的薄弱部位;结构侧墙各测点的位移随着土岩分界面埋深的增加而增加,在结构底板位置位移达到...