盾构隧道壁后空洞注浆对管片受力特性的影响

为研究盾构隧道壁后空洞注浆浆液的扩散机理及其对管片受力的影响规律,基于修正达西定律对黏性土中浆液的扩散半径和管片产生的压力计算公式进行了推导,并以西安地铁某区间隧道涌水事故为依托,利用推导的注浆压力公式,采用地层-结构模型得到了管片壁后空洞注浆部位及注浆压力对管片受力的影响规律。结果表明:同一注浆位置,当注浆压力不断降低时,管片的轴力值、弯矩值以及管片上浮呈不断降低的趋势;除了控制截面有稍微旋转之外,设计工况下的管片轴力值、弯矩值与模拟过程中注浆压力为0.3 MPa时的情况相近,注浆压力超过0.9MPa时,结构产生明显的偏压,甚至出现管片裂缝以及结构破损;不同注浆部位施加相同注浆压力时,当注浆位置为隧道顶部和底部时,管片的力学形态发生了较大的变化,特别是弯矩值,增加幅度可达1.5~2倍,隧道侧面注浆使弯矩分布发生一定程度的旋转,甚至反转。     

四车道大跨度浅埋黄土隧道开挖方案数值分析

为保证四车道浅埋黄土隧道的施工安全,优化施工方案,采用数值模拟手段对大断面黄土隧道开挖常用的三台阶七步开挖、中隔壁、交叉中隔壁和双侧壁4种方法进行系统的对比和分析。结果表明:(1)四车道浅埋黄土隧道与普通的两车道隧道变形存在较大差异,拱顶下沉显著增大,水平收敛较小且拱脚有向外挤出的趋势,故变形监测应以拱顶下沉为主;(2)地层竖向位移随深度的增加线性增大,距拱顶4m范围内呈指数型增大,且与洞周形成塑性区有关;(3)围岩应力均未超过其强度极限,初期支护应力较大,起到了主动承载和控制围岩松弛的作用,其与围岩共同承担大部分荷载,二次衬砌应力普遍较小,可为隧道结构提供安全储备;(4)变形控制要求严格的地区推荐使用双侧壁法,允许较大变形的情况优先采用三台阶七步开挖法。结论可为黄土隧道设计和施工方法的选择提供理论依据。     

松散堆积体隧道围岩空间位移特征分析

为研究松散堆积体隧道施工引起围岩空间位移的变化,采用弹塑性非线性有限元法对隧道开挖过程进行仿真模拟,将空间位移分为地表沉降、周边围岩位移和掌子面挤出变形3部分进行分析,并与既有理论和现场测试数据进行对比。数值计算结果表明:隧道开挖引起的围岩变形具有明显的三维特性,掌子面前后方影响范围均约为20m,横向沉降槽呈明显的"深沟"形,沉降槽宽度较小,与塞形曲线拟合度最高;周边围岩拱部下沉和隧底隆起范围与量值均较大,水平收敛较小,下台阶支护封闭成环后变形趋于稳定;上台阶掌子面挤出变形呈中间大、周围小的"圆形放射状",下台阶掌子面挤出变形总体较小;与现场测试值相比,拱顶下沉和净空收敛偏大,地表沉降两者基本一致。     

季冻区隧道冻胀力影响因素交互性及敏感性正交试验分析

为探究影响季冻区隧道衬砌冻胀力各个因素的交互性及敏感性,依托承担冬奥会人员转运工作的延崇高速主线翠云山隧道,通过建立ANSYS数值模型,对冻胀率、冻融圈厚度、衬砌弹模等冻胀力影响因素进行了正交试验。研究结果表明：(1)考虑各个因素对冻胀力的影响时可只考虑其主效应。(2)融圈厚度、冻胀率、衬砌弹模、冻结围岩弹模以及未冻结围岩弹模均对冻胀力的影响较为显著;各因素敏感性排序为：冻结围岩弹模＞冻胀率＞未冻结围岩弹模＞冻融圈厚度＞衬砌弹模。(3)相比于原始参数,实验最优参数各部位冻胀力均有所减小且降幅均超过30%,最小降幅发生在拱顶为34.20%,并据此提出了控制冻胀力的措施,为河北地区季冻区隧道建设提供指导。??     

西安地铁盾构下穿古城墙沉降分析及加固效果

为研究双线盾构下穿过程诱发地表沉降的规律及上部古城墙的变形特征,依托地铁4号线区间隧道下穿和平门古城墙工程,通过数值模拟和现场测试手段对沉降及加固效果进行分析。结果表明:在袖阀管注浆加固及门洞钢拱架支护等作用下,城墙地基区域地表沉降值减小4mm,城墙结构沉降减小约2.2mm,避免了地基局部隆起过大和倾斜率超限;城墙地基区域加固工况下地表横向沉降曲线为宽而浅的单峰沉降槽,未加固工况下表现为窄而深的双峰沉降槽;左、右线隧道施工存在相互影响,且变形稳定后右线隧道地表沉降峰值大于左线。现场实测与数值计算的结果吻合良好,分析方法和研究结果可为日后黄土地区类似的盾构穿越工程提供有益的参考。     

黄土地层盾构隧道衬背空洞注浆过程变形规律

为了研究黄土地层盾构隧道衬背空洞注浆过程变形规律,采用渗流-应力耦合三维非线性有限元方法,系统分析了西安地铁某区间隧道衬背空洞注浆病害治理过程中隧道结构体系变形规律,并与实测位移成果进行对比分析、相互印证。实测结果表明,注浆过程中,地表累计沉降值为31mm,累计隆起值为5mm;管片累计横向位移值为45mm,上浮量达55mm,最终导致了管片破损和位移。耦合数值分析表明,地表累计沉降值为41mm,累计隆起值为62mm;管片累计竖向位移值为65mm,累计收敛峰值为47mm。基于渗流-应力耦合改变地下水位的方法计算得到的管片竖向位移和收敛结果与实测结果吻合良好,由于未考虑渗流过程中水流携带泥沙侵蚀空洞的复杂因素,地表沉降值与实测值相差较大,但变化趋势基本一致。     

砂土地层污水干管顶管施工处治数值分析 赖

为研究在砂土地层中顶管施工注浆处治的加固效果,以西安某污水干管顶管施工注浆处治为对象,通过现场调查、GPR探测,确定管顶上方存在的空洞和松散范围,利用弹塑性有限元模型,对注浆处治前后管道周围土体的位移及应力变化规律以及不同注浆压力下的注浆效果进行研究。结果表明:(1)与无注浆加固工况相比,注浆处治能明显改善土体的竖向位移、横向位移和应力不均现象,并且经过注浆加固处理后,管道周围的塑性应变区明显变小;(2)通过比较0.25、0.3 MPa注浆压力下位移和应力变化规律发现,0.25MPa的注浆压力足以达到实际需要的处治效果;(3)注浆作用下,距管道外径3D(D为管道外径)范围内土体的横向变形较明显,距管道外围2D范围内土体竖向应力变化较明显,土体横向应力变化明显的区域为横向约为4D,竖向约为2D。     

厚圆板与无限层土地基的动力相互作用

用半解析元法分析了厚圆板基础与无限层土地基的三维动力相互作用，提出了一种新的半解析位移函数。采用在水平两方向解析，在竖向进行离散化的方法，使三维动力相互作用的问题简化为一维数值计算问题，大大减少了计算工作量。数值计算表明，在结构和地基相互作用分析中，地基的计算厚度可取为地基深度H与基础的半径R之比(H／R)大于10，地基的计算面积可取为地基计算面积与基础面积之比(S1／S2)大于30；同时在基础设计过程中，应该考虑各层土特性对系统动力特性影响的差异。     

水平旋喷组合结构中管棚受力特点数值分析

为研究隧道预加固管棚水平旋喷桩组合结构中管棚的力学行为、管棚搭接处的受力特点,采用三维弹塑性有限元方法,对比分析在开挖过程中,管棚水平旋喷桩组合结构和超前管棚注浆结构中管棚的轴应力、剪应力、弯矩分布特点。结果表明:管棚水平旋喷桩组合结构中,钢管所受弯矩和剪应力约为超前管棚注浆结构的10%,所受轴应力约为超前管棚注浆结构的40%;钢管的受力特点与超前管棚注浆结构存在较大差异。2种结构的管棚搭接处的力学行为均较为特殊,在分析管棚水平旋喷桩组合结构中钢管的受力情况,或对超前管棚注浆结构考虑管棚搭接效应进行受力分析时,应将现有受力简化模型进行修正。     

车辆荷载下综合管廊应力响应及疲劳损伤分析

作为一种浅埋隧道,综合管廊不可避免会受到车辆荷载的影响。为保证管廊结构运营期安全,有必要研究循环动荷载对管廊结构的影响。依托某综合管廊工程,使用ANSYS建立管廊-车辆荷载三维模型,研究了综合管廊在不同车辆荷载条件下的应力响应,发现在车辆荷载一个作用周期内,管廊的主拉应力时程曲线可分为上升区、峰值区及下降区;各车辆工况下管廊上部应力变化幅度在10%~15%左右,下部应力变化幅度在1%左右,距离地表越远的部位应力变化幅度越小。在得到管廊应力时程数据后,基于3种不同的疲劳公式编写程序对管廊进行疲劳分析,发现按Cornelissen公式及吕培印公式计算,管廊结构的最低使用寿命分别为0.42年及24.8年,不满足其设计使用年限,因此有必要考虑管廊在车辆荷载下的疲劳效应;其中管廊疲劳损伤主要集中在管廊的5个部位,中舱顶板、两中隔墙的顶端和底端,其中中舱顶板所受疲劳损伤最大,这5个部位应是综合管廊结构设计以及运营期间应重点关注的部位。