中低速磁浮列车双线隧道交会时的气动特性研究

为探明速度140 km/h的中低速磁浮列车在双线隧道内交会时隧道壁面和车体表面压力变化情况,文章采用数值计算方法研究了车/隧不同参数对隧道壁面和车体表面气动性能的影响,并对比了不同编组长度的列车和不同隧道净空面积对列车车内压力的影响。研究结果表明,4车编组的磁浮列车在双线隧道中部交会时,隧道壁面测点的压力变化峰峰值与隧道净空面积的1.379次方成反比,车体表面压力测点的变化峰峰值与隧道净空面积的1.231次方成反比。当隧道净空面积为66.2m^(2)时,在气密性指数为0.5s条件下,8车编组列车在隧道内交会引起车内测点的3s压力变化值相较于4车编组列车增加102.2%,而在气密性指数为8s条件下该比例降低至50.4%。文章的研究结果可为中低速磁浮隧道工程建设提供参考依据。

盾构双线隧道随机有限差分法地表变形研究

研究目的:准确预测盾构双线隧道开挖引起的地表问题对保障线路周边安全十分重要。基于随机场理论框架,将非侵入式随机分析、有限差分法和响应面法有机耦合,建立非侵入式盾构双线隧道地表变形分析有限差分模型,系统研究土体参数与双线隧道间距对地表变形的影响特性。研究结论:(1)土体参数变异系数与双隧间距对地表变形特征曲线变化影响明显;(2)地表变形曲线特征与土层参数随机分布密切相关,由于低刚度占优效应与模量呈现对数正态分布;(3)相较蒙特卡罗法,PCE法的计算精度相近,精度随阶数增加而提升,计算效率优势突出;(4)本研究成果可为设计参数选取提供一种快速可靠简便方法,也可为类似工程提供参考。

基于改进GA-PSO的双线隧道开挖地表沉降的智能反分析法

为解决随机介质理论在双线隧道沉降研究中ΔA_(1)、ΔA_(2)(先行隧道和后行隧道的断面收敛面积)和tanβ_(1)、tanβ_(2)(先行隧道和后行隧道的主要影响角的正切值)取值准确性的问题,提出一种基于改进遗传算法-粒子群算法(GA-PSO)的智能位移反分析方法。该方法利用拉丁超立方采样法在多维参数空间内获取初始样本,并采用实数编码和君主选择交叉策略对标准遗传算法(GA)进行改进,进而通过粒子群算法(PSO)对改进GA进化筛选出的优良个体进行进一步的全局搜索和局部搜索,保证高效地搜索最优参数。在北京地铁12号线西坝河站-三元桥站区间断面实例反分析中,比较计算值和实测值,获取合适参数取值,并对后续开挖的隧道沉降进行预测。结果表明:双线隧道多参数更符合工程实际情况,通过对比计算沉降值和实测沉降值,发现其相对误差为1.36%~12.28%。同时,改进GA-PSO混合算法相较于单一改进GA、PSO算法精度有所提高。该研究结果扩大了随机介质理论的适用范围,丰富了双线隧道随机介质理论参数取值方法。

地铁盾构双线隧道地表横向变形特性与预测

地铁盾构双线隧道地表变形因素影响众多,需深入分析其地表变形规律,有效开展变形预测研究。以北京地铁盾构双线隧道实测资料为基础,采用数值模拟方法研究了隧道中心埋深、隧道中心水平间距等对地表横向变形的影响。首次定义了双线隧道的相对间距系数,并建立了地表变形预测公式。研究结果表明:随着隧道中心间距的增加,双线隧道地表沉降槽逐渐由V形(或U形)转变为W形,双隧空间位置关系不同地表变形形态也不同;相对间距系数R_(1),R_(2)可用来描述双线地表变形形态变化;工程实测资料拟合得出地层损失率V_(l)和宽度参数k的统计结果,为地表变形预测参数的取值提供了参考;典型工程案例验证结果表明,地铁盾构双线隧道地表变形预测公式具有很好的适用性。

双线隧道矿山法施工引起地表沉降及建筑物变形规律研究

以福州某分离式双线矿山法隧道施工为背景,利用数值模拟建立隧道下穿建筑物模型,研究施工过程中地表沉降特征,及隧道以不同角度穿越建筑物施工后建筑物的扭曲变形。研究结果表明:在监测断面处地,表沉降有较大增幅;建筑物影响范围内的地表沉降值,比无建筑物时相同隧道埋深工况下的地表沉降值大而陡;建筑物与隧道开挖轴线夹角为30°时的最大地表沉降值,明显大于其它角度的沉降值;建筑物与隧道开挖轴线夹角越大,建筑物扭曲变形越大,对建筑物造成破坏也越大。

电力双线隧道下穿既有建筑变形预测及施工保护措施

文章以西安东北部330 kV输电线落地迁改工程为例,通过经典Peck模型及Midas/GTS NX数值模拟两种方法预测出盾构施工双线下穿既有建筑可能引起的沉降曲线,从而制订出合理可行的施工方案及保护措施。结果表明,文章采用的Midas/GTS NX数值模拟与施工中建筑沉降监测数据较为吻合,且Peck模型的计算值过于保守,故电力双线隧道沉降不能简单理解为单线隧道沉降值的叠加作用。根据数值模型计算预测值,对比国家规范《建筑地基基础设计规范》(GB 50007—2011)中的地基变形允许值,可判定下穿建筑物时的安全性,并合理确定施工保护措施,避免在设计方案制订及施工过程中因沉降计算不足所造成的工程损失及人员伤亡。

软土地层双线隧道地表沉降计算公式修正

由于双线隧道存在复杂的耦合作用,盾构施工引起的地表沉降规律极为复杂,所以准确计算地表沉降较为困难。基于Peck公式和Chapman修正参数,考虑先行隧道的施工影响和双线隧道的相对位置关系,通过参数的经验量化,建立双线隧道地表沉降的计算公式。此外,依托苏州市轨道交通S1号线工程,讨论公式在不同土层中的适用性及参数取值范围,在此基础上采用PLAXIS 3D有限元软件对双线隧道盾构施工进行了数值模拟。结果表明:在软土地层中进行盾构施工,应用所建修正公式计算得到的地表沉降值与数值模拟和现场实测结果均较为吻合。所建修正公式考虑了双线隧道的位置信息,可以定量反映隧道埋深和双线隧道间距对地表沉降的影响。研究成果可为软土地区双线隧道盾构施工沉降计算提供参考。

高速列车过双线隧道气动效应及列车风特性

为加深对隧道内气动效应和列车风特性的认识,采用RNGκ⁃ε湍流模型模拟高速列车偏心通过隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车高速运动,对列车通过时隧道内的气动效应及列车风进行研究。通过将数值计算结果与现场试验结果进行对比,验证了数值方法的准确性。研究表明:隧道入口处气动压力变化规律与隧道内有很大差别;列车两侧对称测点的最大正压值及峰-峰压力变化幅值分别相差13.1%和7.3%,近隧道侧列车风纵向速度分量与合速度最大值分别为远隧道侧的2.1倍和1.9倍,列车偏心通过对列车周围气动压力影响不大,而对列车风影响非常显著;列车表面边界层对列车风纵向分量影响显著,对横向速度分量和垂向速度分量几乎无影响;隧道内列车后方产生交替出现的复杂尾涡结构,与明线时差别很大;隧道内列车风风速衰减较慢,持续时间更久。

高速铁路双线隧道列车风特性与人员安全性分析

根据三维不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,以我国高速铁路普遍采用的100m2双线隧道为研究对象,对高速列车在隧道内运行时列车风的变化规律和分布特征进行了深入研究,计算隧道内两侧疏散通道上不同位置在列车运行过程中的最大风速,进一步分析在列车风作用下人员的安全性.研究表明:列车风是随时间和空间而变的复杂三维流动,人员应避免在危险时段活动,单车正常运行和存在列车事故时列车风均有可能对人员造成安全威胁,需采取相关措施避免事故发生.

盾构双线隧道下穿通信铁塔近接影响分析

地铁双线隧道盾构下穿通信铁塔,风险程度较高。研究盾构近接施工对铁塔位移的影响,对于保证施工中铁塔稳定具有重要意义。以天津地铁6号线盾构隧道下穿通信铁塔为例,通过有限元数值分析软件ABAQUS对盾构施工过程进行模拟。将地表沉降计算值与地表实测值进行对比,验证盾构模拟的合理性。对地铁双线隧道不同位置处下穿通信铁塔时铁塔位移变化进行研究,得到各位置处铁塔位移分布规律。同时分析铁塔受影响较大区域,结果表明在左线隧道开挖过程中,距隧道中心2倍洞径范围内铁塔受影响程度最大;右线隧道开挖过程中,左线隧道左侧2倍洞径至右线隧道右侧2倍洞径范围内铁塔受影响程度最大。

招宝山超小净间距双线隧道控制爆破监测

在大量实测的基础上，得到了超小间距双线隧道施工中，不同爆破方式造成的爆破振动对隧道的影响，测定了隧道围岩、特别是中隔墙的爆破扰动范围，对目前国内类似的隧道工程施工具有参考价值。

双线隧道联络通道地震响应的并行数值分析

以上海某大型双线隧道为例,考虑隧道地基的动态接触作用,建立了隧道-联络通道-地基系统的大型三维有限元模型,采用接触均衡的显式并行计算方法在上海超级计算机曙光5000 A上完成计算,解决了计算量大的问题,分析了联络通道处结构及变形缝在横向和纵向水平地震激励下的动态响应,结果可为联络通道和变形缝设计提供参考.

贵广铁路双线隧道钻爆法施工机械化配套及适用性分析

为分析双线铁路隧道机械化配套的适用条件,以贵广铁路双线隧道机械化配套的施工资源配置情况为例,从进度、安全、质量和经济指标等要素入手,采用定量与定性相结合的方式,对双线隧道机械化配套适用性进行系统地分析。主要结论与建议如下:1)预测了隧道施工机械化配套在当前及今后不同阶段的适用范围;2)建议隧道钻爆法施工应优先推广混凝土喷射机械手和沟槽台车的使用,并在Ⅱ级和Ⅲ级围岩占比例较高的大断面长大隧道钻爆法施工中应尽可能地实施机械化配套,最终逐步实现隧道钻爆法施工的全面机械化配套;3)展望了高度机械化配套的改进方向。

时速300～350km高速铁路双线隧道微气压波激化作用及缓解措施研究

列车高速进入隧道时,前方的空气受到挤压,这种挤压状态的空气以声速传播至隧道出口,骤然膨胀,产生一个被称为微气压波的次声波。日本在其长隧道现场试验中发现了无砟轨道对微气压波的激化作用,我国在武广高速铁路现场试验中也发现了类似的情况。由于无砟轨道对微气压波激化作用的存在,需要缓解措施具有更大的气压梯度缓解能力,原有的缓冲结构设计参数不一定满足需求。因此,本文以武广高速铁路大瑶山1号隧道和沪昆高速铁路雪峰山1号隧道现场试验为基础,开展了时速300~350km高速铁路双线隧道微气压波激化作用及缓解措施的研究。通过研究,提出了考虑微气压波激化作用下时速300~350km高速铁路双线隧道缓解措施需要达到的缓解率,并提出了对应的缓解措施设计参数建议。

高速铁路双线隧道内列车风分布及流场特性

为研究高速列车非对称通过标准高速铁路双线隧道引起的列车风分布规律及列车周围流场分布特性,基于有限体积法理论,采用数值计算方法模拟CRH380A高速列车通过双线隧道全过程,应用滑移网格技术模拟列车与周围环境相对运动。研究结果表明:隧道内气动压力系数计算结果与国内现场实测结果变化规律基本一致;列车车头、车尾通过时,纵向、横向列车风风速均突然增大,在列车通过阶段,纵向列车风经历正向—负向—正向流动,横向列车风由背离列车向指向列车转变;列车两侧空间纵向列车风风速在车尾通过之后达到最大,车顶上方空间的纵向风速在车头经过后达到最大;车尾通过之前,横向列车风变化规律基本相同,车尾经过后,横向列车风波动程度增加,而纵向列车风在车头通过之前变化规律相同,车头通过后,风速波动程度增加;车头、车尾及车身表面存在较大的速度梯度,近隧道侧纵向列车风速较远隧道侧的风速大;中间列车周围速度分布基本一致,而列车尾部尾流效应对近隧道侧列车风影响非常显著;列车头部、尾部附近流场结构变化严重,中间列车周围流场分布规律基本稳定;环状空间内纵向列车风与到列车表面距离的关系呈指数函数变化。

深埋并行双线隧道顺序施工过程的时效理论分析

在流变岩土体中进行并行双线隧道施工时,隧道施工过程、布置方式对应力、位移的时空分布有显著影响。针对粘弹性岩土体中双向不等的应力作用下的双圆形隧洞顺序施工问题,本文推导得到了各施工时段开挖增量位移和应力的理论解。推导中利用Laplace变换给出粘弹性解答与弹性复位势的关系,并根据各时段受力情况,应用粘弹性叠加关系导出最终解答。理论解与相同条件下有限元解进行了比对,结果吻合得较好。根据解答分析了两隧道空间布置方式对应力和位移的影响,以及倾斜布置时侧压系数的影响。相比数值方法,理论解答可更方便地进行参数分析和初步设计。

高速列车单列通过时双线隧道内列车风分布规律研究

为得到高速列车单列通过双线隧道引起的列车风分布规律,采用三维、可压缩、非定常的Navier-Stokes方法对隧道内的流场进行数值模拟研究。研究结果表明,隧道内列车风主要由纵向分量构成,横向分量和垂向分量对列车风的影响较小,在靠近列车运行一侧,列车风峰值出现在列车尾部经过时,而远离列车运行一侧,列车风峰值出现在列车未到达时;同一截面位置处列车风在车尾经过前,表现出较强的一维效应,在车尾经过后表现出明显的三维效应;在远离列车运行一侧,当距离隧道中线超过4 m后,列车风峰值的横向分布基本保持不变。在隧道中线位置,从垂向高度1 m到垂向高度2 m纵向列车风速度峰值迅速下降,垂向高度大于2 m后列车风速度峰值差别较小;隧道内不同位置处的动压值基本稳定在1 000~1 300 Pa。

双线隧道开挖对邻近隧道影响的两阶段分析方法

随着我国很多大城市地铁隧道的兴建,大多数隧道设计施工方案都采用双线平行盾构法或暗挖法施工。在地下空间越来越拥挤的城市地区,最重要的研究问题是新建双线平行隧道对既有隧道产生的影响问题。合理预测双线平行隧道施工穿越既有隧道引起的变形是确保既有隧道结构安全和新建双线平行盾构的顺利掘进的关键。考虑新建双线平行隧道施工中对周边土层和既有隧道产生的叠加效应,提出了预测新建隧道引起的邻近隧道纵向变形的两阶段分析方法。首先,考虑新建双线平行隧道引起地层位移的不对称性,计算新建双线平行隧道开挖作用在既有隧道上引起的广义附加荷载。然后,将既有隧道考虑为Pasternak地基上的Euler-Bernoulli梁,基于Galerkin法求解既有隧道纵向变形影响的基本微分方程。通过与工程沉降实测数据进行对比,验证该文提出的预测方法的合理性和结果的准确性。

半解析数值法在地铁工程双线隧道分析中的应用

国内外半解析数值法研究一般是针对于板、壳、柱、环、三维体、多层板、地下岩洞等实体或单连通结构。而本文利用经典的数学、力学理论，对双孔隧道沿横截面上周向和径向构造出合理的半解析位移函数，实现了多连通域相互作用问题的半解析化数值模拟。计算结果表明，本文所构造的半解析数值方法是一种对地下隧道计算简便、有效的工程分析方法。

南宁地铁盾构双线隧道地表沉降预测模型研究

依托南宁地铁2号线土压平衡盾构施工的双线隧道,通过对施工现场地表沉降的监测分析,揭示了双线隧道左、右线先后开挖过程中的地表横向沉降规律与地表沉降变形的历时变化规律。在此基础上,采用Peck沉降槽理论,考虑双线隧道盾构施工的相互影响,引入左线隧道施工对右线隧道地表沉降影响系数和右线隧道施工对左线隧道地表沉降影响系数,并提出这两个影响系数的确定方法,对相互影响范围内的双线隧道地表沉降公式进行修正,从而提出了一种采用分段函数形式表达的地铁双线隧道盾构施工引起地表沉降的预测模型,并验证了该预测模型的可靠性。