考虑多因素耦合的高填明洞垂直土压力计算方法研究

文章基于传统土压力计算理论,通过定义明洞宽度、断面型式、填土性质、边坡坡角和槽宽比等影响系数,对传统土压力计算公式进行修正,提出了四个影响系数下高填明洞洞顶垂直土压力计算公式。首先,将不均匀变化的土压力采用荷载等效的方法转化为均布荷载,同时采用数学回归法、数值模拟法等确定了高填明洞洞顶垂直土压力回归曲线数学表达式,分析影响系数随H/W(填土高度与明洞宽度比值)的变化规律,得到影响系数对高填明洞洞顶垂直土压力的影响程度和影响趋势,以此来确定高填明洞洞顶垂直土压力的计算公式。随后,对建立的计算公式选取两种铁路明洞设计工况进行验证。结果表明,提出的计算公式的计算结果与数值模拟结果的平均相对误差为1.68%,验证了该计算公式的正确性。     

不同减载措施下高填黄土拱形明洞结构受力研究

高填明洞比常规明洞承受的荷载大、结构更加复杂,减载后的土压力变化是否有利于明洞结构受力尚不明确。文章通过室内模型试验,研究了两种减载措施下沟槽式高填黄土拱形明洞受力特性,得到了明洞周围土压力和外侧应力随填土高度的变化规律及减载效果。试验结果表明,EPS板、EPS板+土工格栅减载可将明洞拱圈上方土压力转移至明洞两侧,使拱顶、拱底土压力减小,两侧土压力增加;明洞外侧各截面应力均减小,铺设减载材料对截面不同位置的外侧应力影响程度依次为拱腰侧墙拱顶拱肩拱底。采用有限元平面应变模型,对试验过程进行数值模拟分析。结果显示,明洞周围土压力、外侧应力与试验结果平均相对误差分别为11.7%和14.6%;随着填土高度的增加,明洞内力减载量增加,且其变化率增大。因此,实际沟槽式明洞减载工程中,在保证明洞衬砌结构安全情况下,应合理选择减载材料及基础刚度。     

天山新二号双线铁路隧道断层坍方处理设计计算

天山新二号双线铁路隧道施工中,由于地质情况不明发生了断层破碎带坍方。根据坍体形态,对空腔地段采用明洞通过,对堆碴地段采用固结注浆大管棚支护、侧壁导洞法开挖,顺利地通过了坍体。文章对管棚结构承受的荷载及受力进行了探讨和检算,对明洞结构的护拱及缓冲层进行了设计计算论证。     

高填黄土矩形、拱形明洞减载结构土压力差异性规律研究

高填明洞会使结构受力增加,影响结构安全。文章通过模型试验、数值模拟手段,考虑EPS减载、结构截面形式及其基础刚度,研究了明洞洞顶土压力、土体位移随填土高度的变化规律。结果表明,高填明洞减载结构洞顶土压力随填土高度的变化呈非线性变化,拱形截面减载效果优于矩形截面,柔性基础明洞减载效果优于刚性基础;矩形截面从洞顶中心点到两侧的土压力呈现先增大后减小、最后趋于稳定的趋势,在明洞两侧边界处出现最大值,EPS减载和柔性基础会使最大峰值与洞顶中心点数值的差距减小;拱形截面明洞洞顶同一平面竖向土压力呈现先减小、最后趋于稳定的趋势,最大值出现在明洞洞顶中心点。矩形截面明洞洞顶同一平面土体沉降曲线由减载前的"双V"型变化为减载后的"U"型。随后,对试验过程进行数值模拟分析,两者计算结果平均误差为11.0%,验证了试验数据的正确性及计算参数的合理性。最后,从填土横向应力上探讨了不同截面、基础刚度的明洞减载结构土拱效应的差异。     

不均匀地层地铁隧道拱顶荷载计算方法研究

对于断面内地层起伏的盾构隧道,其地层参数差异较大且地层分界线起伏变化,而计算参数的选取将影响荷载的计算精度。文章在经典太沙基松弛土压力公式的基础上,对起伏地层盾构隧道拱顶荷载的计算方法进行研究,分别推导了隧道断面内水平地层和倾斜地层拱顶荷载计算的修正方法。对于水平地层分界线情况,通过分析断面内上部地层所占比例,给出了滑移面宽度取值方法;对于倾斜地层分界线情况,在水平地层分界线情况的基础上,分别对隧道左右侧滑移面宽度进行分析并给了出取值方法。通过对某直径为6 m的起伏地层盾构隧道的侧向土压力进行现场测试,并与经典理论公式进行对比,其结果表明:修正公式计算结果与实测值吻合较好,验证了修正公式的适用性。文章提出的计算方法可为城市盾构隧道工程提供参考。     

双线并行盾构隧道横向地震响应规律研究

为研究双线并行盾构隧道的横向地震响应规律以及隧道—土体—隧道的相互作用机理,文章以深圳地铁13号线区间盾构隧道工程为背景,运用MIDAS/NX有限元模拟软件,计算分析日本阪神波及北京人工波下不同角度并行的双线盾构隧道地震响应规律。结果表明:与单线隧道相比,双线并行的空间组合方式对土体的动力响应具有放大效应,尤其是近距离隧道的中夹土;水平并行隧道动力响应最大,是线路抗震设计的最不利组合方式;双线隧道靠近侧的X型区域内力与变形最大,是结构抗震设计的薄弱环节;隧道—土体—隧道相互作用区域可根据距径比划分为3个等级:严重影响区、中度影响区及轻微影响区。     

以色列复合地层盾构土舱压力计算方法分析

以色列特拉维夫"红线轻轨"项目盾构隧道穿越以粉细砂、粉土质砂、库卡(砂岩)为主的复合地层,针对复合地层盾构土舱压力难以合理计算的问题,将在建盾构区间的地层组段划分为4个岩土组,在确定每个岩土组物理力学参数的基础上,将普氏理论结合欧洲规范下常用的经验法、JS法和AK法,对4个岩土组的土压力进行计算,并对计算结果进行了分析。分析表明:采用三种计算方法的平均值可有效避免单种方法计算土压力时的局限性,且土舱压力随地下水位高度的变化而变化,与隧道上覆土层厚度无关。通过将该方法的计算结果与实际的开舱压力进行对比,验证了采用该方法计算以色列复合地层盾构土舱压力的准确性,可为类似工程的施工参数提供借鉴和指导。     

基于实测数据统计的盾构隧道土压力分布规律研究

盾构管片所受土压力大小与盾构隧道施工过程中同步注浆、盾构机姿态、管片及地层刚度等因素紧密相关,上述问题的复杂性决定了已有理论公式和经验方法并未较好地反映盾构管片实际受力状态。文章通过收集35座盾构隧道的52个典型土压力监测断面实测数据,基于实测数据统计分析了盾构隧道土压力分布规律和影响因素。结果表明:(1)盾构管片所受土压力在0~400 k Pa之间的占样本总量的90%以上,经验注浆压力取0.3~0.4 MPa较为合理;(2)管片所受土压力与埋深近似呈指数关系,最大土压力与稳定土压力差值随埋深增大而减小;(3)侧压力系数λ范围为(0.5,2.3),部分超出了规范推荐的Ⅵ级围岩(0.5,1.0)取值区间,直接沿用规范建议值有失稳妥;(4)管片所受土压力与管-土刚度比近似满足二次函数关系,管-土刚度比ψ=1.0时,管片受力最为合理;(5)粘土地层管片所受土压力时空分布具有典型的4个阶段,即拼装阶段—注浆影响阶段—固结收缩阶段—土压力回升阶段,环向土压力具有不对称分布特性;砂土地层土水压力监测曲线分别呈"弱衰减脉冲式波动"和"双驼峰"分布特征,稳定后环向土压力对称分布特性显著,水压力具有"下大上小"的灯泡型分布形态。其结论可为研究盾构隧道土压力作用机理及管片设计方法的完善提供参考和借鉴。     

列车荷载下跨地裂缝地铁隧道围岩土压力分析

文章根据相似理论设计了跨地裂缝地铁隧道-地层动力相互作用模型试验,通过对模型试验结果的分析系统研究了以不同分段形式跨越地裂缝的马蹄形地铁隧道在列车荷载作用下的围岩土压力以及围岩与隧道衬砌结构的接触压力。通过对相关试验数据分析,可以得到以下结论:分段隧道在地裂缝上盘没有产生下降活动时,围岩土压力与整体式隧道工况相差不多,但地层下降以后,产生的附加土压力与整体隧道工况相差较大;分段隧道在地裂缝活动下产生的附加土压力比地裂缝未活动前有所增大;尽管如此,两种隧道模式下地裂缝活动所产生的接触压力的分布和大小都比较接近,但上盘下降以后,位于上盘地层中的Y_1列土压力由于地裂缝活动脱空导致数值上比处于下盘地层的Y_2列土压力有了较大幅度的减小。     

轨道交通单洞双线类隧道人员疏散问题的探讨

结合国内已有的轨道交通单洞双线类隧道工程特点,对单洞双线类矩形隧道疏散方案进行定性及仿真分析分析了不同疏散方式、不同疏散间距方案下的疏散效果,推荐合适的疏散方案。同时,与常规单圆盾构隧道的疏散效果进行对比分析,得出其在疏散方面的优劣性。     

考虑围岩软化与膨胀对松动围岩压力的影响研究

传统围岩松动压力计算理论不能考虑膨胀土隧道增湿软化和膨胀效应引起的应力增量。文章以南京平山软弱膨胀土隧道为工程背景,对松动围岩压力的计算方法进行改进,基于太沙基理论将围岩强度软化、增湿膨胀的影响加以考虑,进而提出一种新的围岩压力数值计算方法——"极限平衡数值法"。文章运用有限差分软件FLAC3D分析了围岩在增湿软化、膨胀前后应力变化情况,并分析了隧道埋深、降雨影响深度和围岩膨胀率的影响效果。结果表明:围岩松动压力可以通过"极限平衡数值法"得到,且其大小受围岩软化、膨胀特性影响显著;随着降雨影响深度以及围岩膨胀率的增大,松动围岩压力逐渐增大;适用于膨胀土隧道松动压力计算公式中的修正系数的大小与降雨影响深度以及围岩膨胀率成正比,与隧道埋深成反比。     

列车动载引起下穿隧道振动三维数值分析

以上海轨道交通9号线R413标段的三孔并行盾构隧道下穿沪一杭铁路干线为背景,采用3D动力有限元对列车动载引起下穿隧道的振动影响进行了研究.结果表明:当对向行驶的两列车机车的后转向架轮载同时作用在B隧道正上方时,为隧道结构的最不利位置;在动载作用下,拱顶竖向压力随埋深呈多段非线性变化;下穿隧道拱顶竖向压力沿纵向呈悬练线形分布,最大值出现在双线铁路的中线处,向两侧逐渐减小,影响约在铁路中线两侧各12m范围,结构产生了显著的纵向拉、压力;经对计算振动加速度和测试结果比较,两者规律基本一致.     

太沙基土拱理论计算隧道受力存在的问题

太沙基土拱理论已广泛应用在隧道结构的受力计算中,但太沙基公式中涉及的计算宽度、侧压力系数和摩擦系数以及土拱模式尚未得到充分的理论解释和实验验证,工程技术人员对模型参数的物理意义认识不够清楚,参数选择不够准确。文章详细分析了计算宽度、侧压力系数和摩擦系数以及土拱模式的物理意义,对比了这些参数之间的异同,给出了选择不同的参数对土压力计算结果的影响。分析计算表明:计算宽度和土拱模式的选择对土压力具有较大的影响,应该根据实测结果选择计算宽度和土拱模式或者在施工扰动范围较大时选择更大的计算宽度和更保守的土拱模式;选取主动土压力系数是偏于安全的;摩擦角的选取对土压力也有较大影响,建议选择临界摩擦角或者临界摩擦角的一半进行计算。     

深圳地铁盾构隧道近距离上跨既有线引起的结构变形研究

随着城市轨道交通网络的不断加密,新建地铁隧道近距离穿越既有隧道的现象越来越多。盾构近距离上跨施工对既有线隧道的影响问题,比常规地铁隧道施工更为复杂。文章针对深圳地铁新建9号线双线盾构隧道近距离上跨既有1号线隧道,形成双层隧道四线叠交的特殊工况,采用有限元数值模拟和现场自动化监测结合的方法,研究了盾构隧道上跨施工引起的既有线水平和竖向的变形规律,并分析了土压力对既有线变形的影响。研究结果表明:现场自动化监测结果和数值模拟结果基本一致;上跨施工时,先行隧道开挖对既有线的影响大于后行隧道;既有线竖向整体呈现上浮状态,最大累积上浮量为2.2 mm;既有线的水平偏移与盾构推进方向一致,最大水平偏移量约为1.4 mm;土压力对既有左右两线水平位移的影响大致相同,水平位移随土压力的增大而增大;土压力对既有左右两线的竖向位移影响不同,随着土压力的增加,既有线左线的上浮量逐渐减小,而既有线右线的上浮量不断增大。研究成果可为同类型地层条件下盾构隧道近距离穿越既有结构的设计与工程施工控制提供依据,具有一定的理论意义与应用价值。     

双孔平行地铁隧道盾构施工地表沉降分布规律研究

盾构法施工中不可避免地会对周围地层产生扰动影响,故加强盾构施工变形控制显得尤为重要。文章以某城市地铁盾构隧道工程为研究背景,采用理论分析和数值模拟方法,研究了双孔平行隧道施工地表沉降分布规律及影响因素,提出了改进的双线隧道地表沉降预测方法,并与现场实测数据进行了对比分析。研究结果表明:隧道间距越大,形成"W"形沉降曲线特征越明显;隧道埋深越小,沉降曲线由"V"形向"W"形转变所需的隧道间距L越小;土质条件越好,地层扰动影响范围越小,"W"形沉降槽特征也越显著;采用C=L/2i来描述双线平行隧道地表沉降分布特征是可行的,随C值增大地表沉降曲线分布由"V"形—"锅底"形—"W"形发展,"W"形非对称性分布特征与隧道相对间距有关;由本文提出的双线盾构施工引起的地表沉降计算公式计算出的地表沉降预测值与实测沉降曲线吻合较好,可用于双线隧道施工地表沉降变形预测,对盾构隧道研究具有重要理论指导和实践意义。     

隧道-洞口滑坡平行体系受力变形模式与计算方法研究北大核心CSCD

我国目前对隧道-滑坡工程的设计尚无可供参照的行业标准,尤其是滑坡洞口段隧道缺少相应的计算理论。文章首先以平行体系中隧道-洞口滑坡为研究对象,通过归纳总结滑坡地段隧道衬砌的病害特征,构建了相应的工程地质模型;然后将剩余滑坡推力视为导致隧道变形破坏的直接原因,通过荷载传递规律得到作用于隧道结构上的附加荷载,将其与围岩压力叠加推导出了隧道外荷载的计算公式;接着采用弹性地基梁理论,推导出滑坡推力作用下的隧道内力计算方法,从而得到隧道-洞口滑坡的受力变形模式及计算理论;最后通过模型试验对其合理性进行了验证分析,结果表明该方法与实际工程相符,能够为滑坡地段洞口隧道的设计提供参考。     

隧道压力波数值模拟软件开发与应用

文章主要介绍了隧道压力波数值模拟软件的原理与应用.该软件以一维可压缩非定常流动模型为基础,采用特征线法计算列车通过隧道时产生的压力波及相关的空气动力参数.计算结果可以为确定隧道净空面积及探索隧道压力波减缓措施提供依据.     

远程实时监测系统在隧道明洞结构中的应用

针对川黔线某滑坡附近的隧道明洞结构,采用远程实时监控系统对围岩压力、钢筋应力、混凝土应力进行连续监测。实时监测系统具有数据采集、远程数据传输、数据曲线实时显示、监测预警等功能。明洞结构的监测数据显示,在明洞结构覆土完成后,结构内力随着施工荷载的减少及土体的固结,结构受力逐步趋于稳定,结构两侧边墙钢筋及混凝土表现为外侧受拉内侧受压,表明结构受到偏压作用,与实际情况相符。工程案例表明该实时监测系统既能及时掌握结构的受力情况,又不会影响线路的正常运营,特别适用于运营期隧道明洞结构的长期监测。     

考虑土拱效应的浅埋隧道松动土压力计算方法

随着浅埋隧道拱顶位移的增加,土拱结构分别经历上凹拱、三角拱、下凹拱、矩形拱这4个阶段。对于浅埋隧道施工而言,土拱结构以下凹拱和矩形拱为主,随着拱结构的不断变化,土拱效应的影响也在不断变化。文章首先建立拱结构判断的标准:假定隧道拱结构为下凹拱,根据拱顶位移δ得到理论边部位移δ′1;当隧道施工监测边部两处的位移沉降δ1大于下凹拱理论边部位移δ′1,认为此时土拱结构发展到矩形拱;反之,则认为土拱结构为下凹拱。在上述基础上,通过薄层微分层析法,给出了浅埋隧道的松动土压力计算公式。算例表明:浅埋隧道松动土压力与土拱结构有直接关系,当土体从下凹拱发展到矩形拱时,松动土压力会大幅减小,即土拱效应的影响会增加。上述研究对于丰富浅埋隧道松动土压力计算理论有着重要意义。     

两种高架桥T梁现浇施工方法对下穿既有明洞影响研究

高架桥跨越既有铁路隧道明洞施工具有典型的近接工程特征,高架桥施工过程对围岩产生应力重分布,尤其是T梁现浇施工时会对明洞产生附加荷载,对既有隧道衬砌结构轴力、弯矩等内力分布状况产生影响,进而影响结构的安全性。文章依托贵阳至都匀高速公路心焦坡桥跨越黔桂铁路摆梭隧道明洞工程项目,结合ANSYS有限元数值模拟和工法分析,对满堂支架、下设条形基础和梁柱支架跨越隧道两种施工方法进行了分析比较,评估近接施工对下穿明洞安全性的影响,并得出结论:两种方案的明洞素混凝土结构的最小安全系数分别为3.1和3.7,从经济因素考虑满堂支架、下设条形基础方案更有优势。