桥隧相连工程多源损伤模型试验方法研究

桥隧相连工程是桥梁、隧道结构及围岩、洞口边仰坡岩土体及其防护工程的复杂组合体。其中,桥梁和隧道结构各部位及周围岩土体的力学行为及损伤机理与其结构和基础类型、相对位置、地形地质条件及外部荷载情况等密切相关。针对目前国内外对桥隧相连工程这一特殊工程实体研究较少的现状,结合相关工程实例开展Ⅳ、Ⅴ级围岩条件下的桥隧相连工程多源损伤室内模型试验方法研究:依据相似理论并结合桥隧相连工程的特点,采用量纲分析法分析模型试验中桥、隧及洞周岩土体各结构或部位中各物理量的相似指标与相互关系;拟定桥、隧模型的相似比及围岩相似模拟材料的配合比,并进行相关的材料试验。文中介绍的模型试验平台及测试方法,可为同类模型试验提供参考。     

高速铁路桥隧搭接结构地震响应振动台试验方法研究

振动台模型试验是目前研究复杂结构抗震能力与破坏机理的重要手段之一。为揭示软弱围岩与桥隧搭接结构各部位在地震作用下的动力响应特点、累积损伤效应及动力灾变行为的产生机理和宏细观特征,在考虑不同地震动参数对桥、隧结构动力特性影响的基础上,依据相似理论和模型试验技术,结合既有工程实例开展了高速铁路桥隧搭接结构地震响应振动台模型试验方法研究。同时,分析桥隧搭接振动台模型试验方法的特点,介绍了试验平台及测试方法。试验初步结果表明,提出的试验方法可较好地模拟软弱围岩条件下桥隧搭接结构在地震作用下的动力响应及灾变行为,是一种行之有效且重复可操作性强的试验方法,可供今后同类试验参考。     

《铁路隧道设计规范》修订内容评析

研究目的:通过对行业标准《铁路隧道设计规范》(TB 10003—2016)全面修订涉及的规范适用范围、设计使用年限、围岩分级、洞口工程、隧道防排水、衬砌配筋、无砟轨道及不良地质衬砌设计等主要内容的介绍和评析,指明今后隧道设计应重视和完善的新内容,使隧道工程设计更好地适应铁路建设发展要求。研究结论:(1)修订了规范适用范围,增加了隧道跨度分类标准,补充了隧道各部分结构设计使用年限要求;(2)引入了围岩基本质量指标BQ,补充了施工阶段围岩亚分级,完善了隧道围岩分级方法;(3)完善了洞口设计规定,增加了掘进机法及盾构法隧道衬砌设计要求,修订了衬砌受力钢筋的最小配筋率及构造要求;(4)优化了隧道防水等级标准及适用范围,补充了防排水措施、隧底排水要求;(5)新增了岩溶、瓦斯、高地应力区、黄土、寒区等不良地质及特殊岩土隧道设计规定,新增了施工方法及措施内容,增加了环境保护设计规定;(6)本研究成果可为铁路隧道设计施工提供借鉴。     

大尖山隧道主要工程地质问题及防治措施分析

地质灾害问题常常是影响长大隧道施工中的关键问题,通过对大尖山隧道前期勘察资料的分析研究,详述了隧址区的工程地质条件及施工中的主要地质问题。该隧址区地质条件复杂,施工开挖后可能产生围岩失稳、断层破碎带塌方、涌水突泥、洞口边坡滑塌等地质灾害。在重点分析隧道围岩稳定性的基础上,针对各地质灾害的特征提出了相应的防治措施。     

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。     

高速铁路桥隧工程养修模式与关键技术

科学养护维修是确保高速铁路桥隧工程使用寿命的关键。基于我国高速铁路技术特点,从不间断运营导致维修困难、大密度高速列车影响、桥隧结构服役环境复杂以及维修作业空间受限等方面,总结确保高速铁路桥隧工程使用寿命的难点;梳理我国高速铁路养护维修技术管理体系及其技术标准体系,阐述信息化技术、健康管理系统以及无损检测新技术在我国高速铁路桥隧工程检测中的应用;结合高速铁路桥梁竖向沉降整治技术和隧道衬砌预防式注浆技术创新案例,指出预防式维修是我国高速铁路桥隧工程养护维修的发展趋势。     

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。     

深埋软岩盾构隧道围岩压力控制方法研究

以广佛环线东环隧道工程为背景,从盾构隧道动态施工全过程出发,参考考虑开挖面空间效应的二阶段分析方法,拓展盾构隧道施工全过程的两阶段分析方法,以此分别建立盾构隧道施工第一阶段和第二阶段分析模型,研究围岩蠕变过程中围岩应力释放率、填充层厚度、填充层弹性模量对大埋深软岩盾构隧道围岩和支护结构相互作用规律的影响。结果表明:(1)施工过程中可从两方面控制围岩压力,分别为第一阶段中围岩的应力(位移)释放率及第二阶段中管片和填充层的联合支护效果;(2)第一阶段,超挖量、盾壳长度及填充层滞后距离越大,围岩传递到管片衬砌上的荷载越小;(3)壁后填充层在管片衬砌与其的联合支护体系中能起到缓冲作用,使围岩传递到管片衬砌上的荷载更均匀;(4)壁后填充层的弹性模量存在临界值,其值在50～200 MPa范围内,当壁后填充层的弹性模量远大于此临界值时,能分担较多围岩压力,当其弹性模量小于临界值时,围岩能释放一定的围岩应力,以此减小管片衬砌所受围岩压力;(5)第一阶段应力释放率对管片衬砌变形和内力的影响程度在围岩的蠕变作用下有所减小,但填充层厚度及其弹性模量对管片结构的作用规律几乎不受围岩蠕变的影响。     

季节冻土区隧道洞口衬砌开裂机理及防治

研究目的:近年来,在我国西北、东北等高纬度季节冻土区,短隧道或长隧道洞口段冬季衬砌开裂、春融期渗漏水等病害时有出现,严重影响隧道结构和列车运营安全。本文以东北地区某铁路线ZEST隧道为例,采用现场试验、数值模拟等手段研究案例隧道冬季洞口段衬砌开裂、春融期渗漏水的发生机理,比较不同整治措施后,提出适合该类隧道病害的整治措施。研究结论:(1)隧址区每年冰冻期约5个月,极端温度年较差60℃以上,年平均气温2℃,属典型季节冻土区;(2)衬砌开裂段主要穿过粉质黏土层,含水率大,衬砌开裂主要由围岩冻胀力荷载作用所致;(3)建议采用喷涂12~13 cm厚保温层+防火砂浆,水沟中铺设电伴热电缆,并对既有损伤衬砌结构进行锚杆补强和对衬砌裂缝进行环氧树脂嵌补处理的整治措施;(4)从隧道病害整治效果来看,本文提出的整治措施效果显著,衬砌开裂、春融期渗漏水等问题得以解决。     

五尖大山长大隧道快速施工方法

正1工程特点及难点分析五尖大山隧道为武广高速铁路重点隧道工程SDⅠ标段,全长6857m,断面净空有效面积为100m2;且隧道软弱围岩地段长,不良地质发育。其中:Ⅲ级围岩3760m,占全隧54.8%;Ⅳ级围岩2459m,占全隧35.9%;V级围岩638m,占全隧9.3%。隧道洞身岩层     

基于双层永久衬砌结构的桩基托换施工力学行为研究

以西安地铁1号线矿山法区间下穿太平河桥工程为背景,运用有限元方法分析研究基于双层永久衬砌结构的桩基托换体系的施工力学行为,并论证超前注浆预加固地层的效果。研究结果表明:基于双层永久衬砌结构的桥梁桩基托换体系安全可靠、环境影响小,可为后续类似桩基托换提供宝贵的借鉴和参考;桥桩托换段桩基出露施工环节对桥跨结构的沉降变形影响较大,是衬砌结构洞内托换群桩基础的关键工序,故施工过程中应予以重点关注;基于双层永久衬砌结构的桥梁桩基托换体系在完成承载体系的有效转换后托拱结构节点处产生明显的应力集中现象,因此应适当加厚桩基托换节点处结构厚度并增加配筋量以满足结构安全要求;桩基托换施工过程中桩基开挖暴露长度愈短,托换体系施工引起的桥跨结构沉降变形及桩基托换节点区域主应力值愈小;洞内预注浆加固能够显著降低桥跨结构沉降变形及托拱结构受力,从而确保隧道修建时桥梁结构的安全性。     

复杂地形、地质情况下大跨度隧道洞口段设计

研究目的:大跨度隧道洞口地段地形地质情况复杂,对隧道施工和结构影响较大,结合渝怀线大板溪隧道洞口特殊地段的处理,对复杂地形、地质情况下大跨度洞口段设计进行小结。研究方法:针对本工程的地形、地质条件,采用工程类比和结构分析的方法,确定经济合理的处理措施,并对结构进行检算和分析。研究结果:针对大板溪隧道洞口段特殊的地形、地质情况采取有效的处理措施,取得了良好的效果。研究结论:大跨度隧道洞口段,对顺层偏压地段,可于靠山侧适当范围设置预加固桩,消除山体滑移对线路和结构物的危害;对地形十分陡峻,且衬砌基础存在软弱围岩地段,为减少开挖对山体的扰动,于靠山侧设置锚杆挡墙减少刷方高度,采取反压混凝土及配合超前大管棚的施工方法,解决了进洞难的问题;同时设置两侧边墙不等厚的衬砌结构形式,软弱围岩基础设置桩基托梁,将衬砌外侧基础置于桩基托梁上,解决了衬砌结构设计的难题。     

地铁隧道对邻近既有桥桩影响及施工方法优化

隧道开挖会对周边土层造成扰动,导致既有桥桩发生变形,从而影响桥梁的运营安全。以西安地铁3号线区间隧道为工程背景,采用FLAC3D数值模拟软件对比分析隧道不同施工方法对既有桥梁桩基的影响,并综合考虑各种因素,提出环形开挖预留核心土法作为该区间隧道的施工方法。通过现场监测分析表明,该施工方法能够有效降低地表沉降及对既有临近桥梁桩基的影响,对黄土地区该类隧道工程具有一定的借鉴价值。     

铁路客运专线相关技术研究

铁路客运专线技术新,标准高,工程庞大,系统复杂。经研究和论证,提出客运专线建设总体技术路线,分析了铁路客运专线在速度目标值、线路平纵段面、路基工程、桥梁工程、隧道工程、轨道工程、站场等方面的主要技术特点,并围绕无砟轨道和高速道岔设计理论等方面的关键技术开展研究。通过采用CFG桩、预应力管桩等设计和工程措施,控制路基沉降,建立路基沉降变形精测系统网,定期观测与评估。对桥梁基础沉降与梁的徐变,采取基础沉降控制、预应力混凝土梁徐变变形控制和区域沉降地区的桥梁沉降控制等措施。隧道施工采用台阶法、交叉中隔壁法和双侧壁导坑法,衬砌采用复合式衬砌或整体式衬砌。     

小净距隧道下穿既有建筑物稳定性研究

近接施工引起的结构稳定性一直是城市地下工程关注的热点问题。以合肥小净距隧道穿越利海大厦办公楼工程实践为依托,建立三维数值力学模型,研究建筑物桩基变形特性、小净距隧道围岩塑性区分布和衬砌力学响应。研究结果表明:上台阶开挖引起桩基沉降占整个断面通过后总沉降量较大比例,上台阶施工过程控制尤为重要;接近隧道入口的桩基沉降量最大,从外向内逐渐减小;隧道通过20 m后,桩基沉降基本稳定。小净距隧道围岩塑性区主要集中在边墙、中隔墙和拱脚,建议设置中隔墙对拉锚杆和拱脚锁脚锚杆;先行洞洞周变形大于后行洞,先行洞隧道拱肩、中夹岩柱侧边墙二次衬砌安全系数最小,应作为施工阶段重点监测部位。研究成果对复杂环境城市地下工程设计、施工提供参考和借鉴。     

二衬厚度对盾构隧道双层衬砌纵向力学性能的影响

盾构隧道作为一种复杂的三维线性地下结构,容易受围岩特性不均等因素影响产生不均匀变形,引发结构局部破坏等病害。为研究双层衬砌盾构隧道在运营过程中的纵向力学行为,结合武汉地铁8号线越江隧道工程,建立纵向三维壳-弹簧力学分析模型,结合工程实际探讨二次衬砌厚度对盾构隧道双层衬砌力学性能的影响,以期获取合理的二次衬砌厚度取值。研究结果表明:(1)盾构隧道双层衬砌结构的纵向等效弯曲刚度随二次衬砌厚度增加呈线性增加;(2)施作二次衬砌可降低隧道纵向不均匀沉降量及管片间的错台量,二者随二次衬砌厚度增加而减小,但幅度不大;(3)在隧道纵向出现极端不均匀变形条件下,施作二次衬砌会导致位移突变点附近部位的管片局部内力及环缝张开量增大;(4)综合分析盾构隧道管片衬砌变形及受力,同时考虑工程造价和二衬是否设置配筋等因素,对于直径12 m级盾构隧道,其二次衬砌厚度建议取20~35 cm。     

基于结构受力模式主动调整的高速铁路单线隧道预制拼装衬砌设计选型研究

基于荷载-结构模型分析了不同等级围岩条件下350 km/h单线隧道断面整体衬砌内力特征.在此基础上,通过主动调整结构受力,在整体衬砌对应的弯矩极大值处将衬砌结构分为7部分进行预制,分析了不同围岩等级下接头刚度对预制装配式衬砌受力与变形的影响.结果表明:相对于整体衬砌,Ⅲ,Ⅳ,V级围岩条件下预制装配式衬砌最大轴力分别增加5.6%,6.5%,7.3%,最大弯矩分别减少39.9%,43.0%,54.6%,最大横向位移分别增加22.4%,36.4%,64.7%,最大竖向位移分别增加41.8%,44.6%,52.5%;边墙、拱脚和仰拱安全系数略有下降,拱顶和拱肩安全系数大幅增加,接头刚度不宜大于45 MN·m/rad.     

砂卵石地层盾构侧穿高架桥桩基的施工控制技术

为探究盾构近接侧穿既有高架桥桩基时各相关施工控制技术的适应性,以成都地铁5号线科园站—高升桥站区间盾构侧穿二环路高架桥为工程背景,提出钢管隔离桩、袖阀管注浆加固、洞内注浆加固、综合加固4种施工控制技术。通过数值模拟,结合现场监测分析,得到结论如下:盾构侧穿高架桩基时双洞间的桩基础位置为施工的高风险区域,局部的施工保护措施可有效阻隔隧道-围岩-桩基-地表的变形传递,出现左右线高低双驼峰现象;由于隧道-围岩-桩基之间的变形传递和互相协调,靠近隧道的桩身均出现局部位移偏移,综合加固技术对控制桩基侧向位移具有良好效果;局部的保护措施对盾构衬砌局部的变形具有显著的改善作用。