锚杆止浆塞排气与稳压作用机理研究

为解决既有中空锚杆注浆饱满度不足、锚固效果差的难题,以锚杆止浆塞的止浆效果为优化目标,提出了一种新型的中空锚杆止浆塞。采用数值模拟方法系统研究了止浆塞的排气稳压机理,并详细分析了新型锚杆止浆塞的止浆效果。研究结果表明:新型止浆塞通过排气槽、闭气坎构造和内外塞的相对挤压实现排气稳压功能。在不改变现场施工工艺流程的前提下,解决了常规锚杆注浆过程中的排气稳压问题,保证了锚杆注浆密实度。

铁路隧道复合式衬砌初期支护可靠性分析

《铁路隧道设计规范(极限状态法)》(Q/CR 9129—2018)使得概率极限状态法在铁路隧道结构设计中得到迅速发展,但其规定的设计方法以及目标可靠指标都是针对二次衬砌结构的,尚不适用于初期支护的设计。为将规范的适用范围扩大到初期支护,以8套铁路隧道衬砌通用参考图的复合式衬砌结构为研究对象,建立初期支护与二次衬砌共同作用的荷载-结构模型,用梁单元模拟初期支护与二次衬砌,采用杆单元模拟初期支护与二次衬砌之间的弹性链杆、围岩与支护间的弹性约束。对正态分布的随机变量,取截断正态分布。用蒙特卡罗法对初期支护荷载效应进行统计分析,以JC法对初期支护进行可靠度分析,通过校准法确定初期支护的目标可靠指标。通过与国内外相关规范的比较以及对材料性能的分析,推荐二级安全等级的隧道初期支护的目标可靠指标分别为2.7、3.2。

宁芜铁路矩形明洞结构可靠度分析

为将Q/CR 9129—2018《铁路隧道设计规范(极限状态法)》规范的适用范围扩大到明洞结构,以宁芜铁路工程为依托,采用蒙特卡罗法对荷载效应进行了统计分析,以JC法对明洞结构进行了可靠度计算,并对基本输入参数进行了概率敏感性分析。研究表明:(1)按规范对二次衬砌的规定,矩形明洞结构满足可靠度和极限状态法的设计要求;规范对二次衬砌的目标可靠指标和分项系数规定,能够适用于矩形明洞结构;(2)概率灵敏性分析表明,对功能函数的变异性来说,结构参数(结构厚度)的灵敏性高于围岩参数(围岩重度、内摩擦角);在对矩形明洞结构进行可靠度分析时,应该加强对结构厚度的关注;(3)可靠度分析、极限状态法与安全系数法所得内力规律相近,结构受压,轴力在边墙最大、在顶板最小,内侧受拉弯矩最大处位于底板中部;三者的设计指标的变化规律相似,计算指标均远大于规范规定的目标指标。

基于乘员耳感舒适性的时速600km磁悬浮单线隧道最优净空面积研究

为探明时速600 km等级磁悬浮列车高速通过隧道产生的压力脉动对乘员耳感舒适性的影响,提出时速600 km等级磁悬浮单线隧道的有效净空面积。采用三维可压缩黏性流体N-S方程和k-ε双方程湍流模型,研究磁悬浮列车单车通过隧道时,隧道净空面积、隧道长度以及车体动态气密指数等参数对车内外压力变化的影响规律,接着按照交变压力作用下的人体舒适性考核指标,获得了不同气密指数下时速600 km磁悬浮列车单线隧道最优净空面积。研究结果可为高速磁悬浮隧道工程设计提供有力的技术支撑。

杭州市庆春路过江隧道工程设计

在建的杭州市庆春路过江隧道是下穿钱塘江的第一条交通隧道工程,隧址工程地质条件及河段水文条件复杂。隧道过江段采用盾构法施工,南北岸边段采用明挖法施工。文章介绍了庆春路过江隧道工程的建设环境和建设标准,并从隧道平面布置、纵断面及横断面设计方面对总体设计方案进行了介绍。最后,结合该工程特点,对大直径盾构结构设计方案、高承压水作用下深基坑设计方案以及水底隧道防灾系统设计等进行了较详细的论述。

盾构施工中不利工况下隧道结构的力学行为

钱江隧道是目前世界上最大直径的软土盾构隧道工程之一。采用有限元分析方法,对盾构掘进与管片拼装阶段中常见的K块挤入、壁后注浆缺陷、环面不平整、盾构纠偏或曲线推进等不利工况,分析隧道结构的受力和变形特征。结果表明:K块挤入对邻接块的受力状态的影响最为明显,K块宜位于衬砌环腰线以上区域。环面不平整、壁后注浆缺陷和盾构纠偏(或曲线推进)将显著影响盾构推进阶段的衬砌的受力和变形。当环面不平整超过1 mm时,壁后注浆缺陷超过1 m2,或盾构纠偏顶部推力最大时,极易造成管片结构局部开裂、破损。在今后的设计和施工控制中应予以充分考虑。

盾构直接切削围护墙的设计探讨

在国内地下工程中,盾构进出洞一般采用人工凿除盾构范围的围护墙后再进行掘进的方式,该种方式对地层加固和止水要求相对较高,且存在一定的施工风险,施工费时费力。采用GFRP(玻璃纤维)筋代替围护墙中盾构直径范围内的钢筋,可使盾构在进出洞时直接切削围护墙进行掘进,这样既可以加快施工进度、减少施工风险,同时还可以降低围护墙前地层的加固范围及地层与围护墙间的止水要求,是一种比较经济的施工方法。

盾构隧道管片计算模型参数的敏感性分析

目前国内盾构隧道设计没有统一的国家规范,因而各设计单位主要参考国际隧道协会推荐的设计方法及日本等国规范、并结合设计者自己的工程经验进行设计。由于大和超大直径盾构隧道管片结构试验很少,管片设计参数取值只能参考日本规范和国内通过试验获取的有限资料。这些资料提供的参数取值范围较大,因而管片设计参数的取值具有一定的随意性。结合国内常用的管片结构计算方法——惯用计算法和梁-弹簧模型法参数取值进行分析,提出设计中应重点关注的参数取值建议。结论为:管片结构的抗弯刚度及纵向接头的抗剪刚度对管片内力影响显著而复杂,匀质圆环模型中的刚度折减系数及错缝拼装中的弯矩提高系数对计算管片变形和内力的准确性影响很大。

渗流条件下三维盾构隧道开挖面极限支护压力

通过有限元数值模拟,对水位变化条件下盾构隧道开挖面的孔压分布特性进行了研究,并进一步分析了水位高度、隧道直径和隧道埋深对开挖面渗流力的影响,结果表明开挖面平均渗流力与水位高度近似呈线性关系。基于梯形楔形体模型,结合渗流数值模拟结果获得楔形体滑块边界上的平均渗流力,建立了考虑渗流影响的隧道开挖面总极限支护压力计算公式。与不考虑渗流影响的支护压力对比表明,总支护压力大部分用于平衡渗流力,且总支护压力随水位高度近似呈线性增长。将建立的模型用于钱江隧道工程,通过选取5个典型截面计算支护压力,获得了钱江隧道极限支护压力的变化规律。

盾构法隧道管片拼装过程中的衬砌内力解析

传统的盾构隧道管片衬砌设计常常将拼装完成的整环衬砌承受水土等外部荷载作用视为最不利工况,但隧道衬砌均要经历成环前拼装及成环后承受外部荷载作用等两个阶段,每个衬砌环所产生隧道变形又构成了后续衬砌环拼装的先期变形条件。特别是对于超大直径管片隧道或在较为困难的施工条件下,较大的先期变形将对隧道拼装内力产生显著影响。显然这种影响与管片接头构造及施工过程密切相关,不合理的设计与施工可导致管片碎裂、渗水等现象而影响隧道的长期使用与耐久性。针对这种情况,对盾构管片衬砌的整个拼装成环过程进行力学解析,并在计算中创新性地引入环间螺栓孔错位的影响。通过计算实例分析一般变形条件下管片分步拼装成环阶段的基本受力特点,以期可以据此优化盾构隧道衬砌结构与构造设计、管片制作及拼装施工控制等,提高隧道衬砌环的施工质量。

江(海)底公路隧道安全疏散设计初探

结合杭州钱江通道及接线工程隧道的工程实例,分析了过江公路隧道的火灾危险性,并通过对国内外典型公路隧道工程的分析比较,探讨了过江(海)隧道的安全疏散设计,提出了解决江(海)底公路隧道安全疏散问题的基本方法。

盾构隧道管片无衬垫接头抗弯刚度研究

在考虑接头细部构造特征的基础上,通过合理的假定和简化,建立了无弹性衬垫的管片接头抗弯刚度计算模型,并对接头抗弯刚度计算公式进行了推导。该模型考虑了接触面几何尺寸、螺栓数量、螺栓位置、螺栓预紧力以及接头弯矩、轴力等因素对接头抗弯刚度的影响。文中得出公式与接触力学模型计算结果相比,当受压区混凝土在弹性范围内时二者吻合良好,当超过弹性范围后偏差较大。因为正常使用阶段混凝土一般处于弹性状态,且本模型计算过程简便快捷,故可作为盾构隧道设计的参考。

盾构管片接头抗弯刚度影响因素研究

研究目的:推导盾构隧道管片接头抗弯刚度计算公式,研究不同影响因素作用下接头抗弯刚度的变化规律。研究结论:管片接头的接触面有效高度和接触面偏心距对管片接头抗弯刚度的影响显著,因此管片结构设计中,通过改变管片接头构造尺寸来调整管片接头刚度是一种有效的手段。

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。

地震作用下盾构隧道横通道对主隧道的影响分析

对盾构隧道联络通道的设置对主隧道结构的抗震性能的影响(包括应力和位移)进行了分析和研究。将整个场地加速度大小规定为随时间呈余弦曲线变化作用在沿联络通道轴线的方向,以简化实际地震中复杂的加速度-时间曲线,同时隧道结构被简化为连续介质。研究表明,联络通道的存在对主隧道在场地加速度作用下的应力和位移有较大影响,影响范围大致是联络通道两侧各2.5倍联络通道直径的距离。

甬舟铁路金塘海底隧道总体设计与关键技术研究

金塘海底隧道为甬舟铁路重要控制工程,具有大直径(外径14.0 m)、高水压(最大水压0.843 MPa)、长距离、地中对接、复合地层及海床演变复杂等特点。基于隧道复杂的建设条件,详细阐述隧道平、纵、横断面总体设计控制因素,提出高水压条件下管片外侧双道并排布置型的接缝防水方案,创建了长距离高速铁路盾构隧道轨下适用于机动车辆行驶的纵向贯通疏散通道技术;为有效降低海底地中对接风险,提出将对接点置于覆岩厚度最大断面与注浆加固的土木式对接方案。

越江隧道涌潮作用下振动实测分析

钱江隧道由于其特殊地理位置面临涌潮冲击作用,涌潮产生的动载对河床形成冲击将引起隧道结构振动。目前对此振动影响评价尚不明晰。基于隧道结构现场动力测试,得到涌潮作用下隧道结构振动响应。测试结果表明:涌潮主要引起隧道竖向振动,通过与施工环境振动比较,涌潮引起振动加速度峰值小于施工状态下局部竖向振动,不构成影响隧道安全运营的控制因素。

河床冲淤对越江隧道纵向变形的影响

引起越江隧道纵向变形的因素众多,河床冲淤便是其中之一,尤其是对于钱塘江这种河床高层年季变化较大的大冲大淤型河床。以钱江隧道为工程背景,基于Winkler假定和弹性地基梁提出了河床冲淤对于隧道纵向的分析方法,并与模型试验结果进行对比,论证了该方法的合理性。并以此方法探讨了钱塘江越江隧道在最不利工况下的受力变形特征,为工程实际提供一定的理论依据。

涌潮作用下隧道动力响应的模型试验

钱江隧道位于钱塘河口,因其特殊地理位置面临涌潮冲击作用。涌潮产生动载,对河床形成冲击将引起隧道结构振动。目前对此振动影响评价尚不明晰,因而有必要进行深入研究涌潮作用下隧道结构动力响应,尤其是隧道纵向振动特性。依托钱江隧道工程,针对涌潮荷载作用下的钱江隧道进行了室内模型试验,用激振器产生的激振力模拟涌潮产生的动荷载,用加速度计测试隧道的动力响应。最后,通过与动力有限元程序计算结果进行对比,探讨了影响隧道动力响应的规律。

列车通过变截面长大海底隧道时的隧道内瞬变压力和列车风研究

在建造长大海底隧道时,为了加固隧道结构并节省成本,通常会改变隧道部分区段的截面面积,这将导致隧道内的空气动力学特性发生变化。本文通过对比变截面(VCS)隧道和常规(CCS)隧道,研究了突变截面对长隧道内压力瞬变和列车风的影响。数值模拟采用RNG k-ε湍流模型,通过动模型试验进行了验证。结果表明,越接近突变截面VCS隧道和CCS隧道内的正峰值压力之间的差异越大,在5.43 km处达到最大值7.63%。在两种隧道之间纵向列车风的差异最高达18.7%,但在其他两个方向上几乎相同。此外,突变截面对隧道不同区域的影响不相同。本研究对长大变截面隧道的参数设计和隧道内附属设施的布置具有参考价值。