高速铁路预制装配式大跨度明洞衬砌地震响应的数值分析

结合某拟建高速铁路大跨度明洞穿越地层的工程地质和地貌,建立了地层与装配式明洞衬砌的三维有限元模型,并基于粘弹性人工边界,采用时程分析法研究了装配式大跨度明洞衬砌的地震响应,给出了装配式明洞衬砌受地震影响的薄弱部位。结果表明:在高烈度震区装配式明洞衬砌拱肩和拱脚部位以及管片接头处的应力和位移响应较大,是装配式明洞衬砌的薄弱部位,在结构设计时需加强此部位的配筋。此外,与EI波和汶川波相比,天津波对预制装配式明洞衬砌的影响较大。

自行式跨钢支撑三步台车在高铁明挖隧道中的应用研究

近些年,高铁明挖隧道设计在平原地区被广泛应用,深基坑结构施工过程受力体系转化可通过设置临时倒撑解决的,但其限制了常规模板台车的使用。通苏嘉甬高铁汾湖隧道出口明挖段设计有1~2道倒撑,实际施工中通过与台车生产厂家联合设计自行式跨钢支撑三步台车,解决了明挖深基坑隧道不能使用台车的局限性。研究结合工程实际情况,从成本、进度、质量、安全、环保等方面综合考虑后,通过应用自行式跨钢支撑三步台车,使施工工序简单、便捷,结构施工功效高,提高了混凝土外观质量,减少了搭设、拆除满堂脚手架时间,减少了周转材料用量,同时也节约了施工成本。经实践证明,该施工技术可行、可靠,并达到了预期的效果,以期为类似工程提供借鉴。

大断面切眼一次成巷施工工艺优化与应用

随着井工煤矿开采深度逐渐增加,井下巷道及采掘工作面受地应力的影响越来越大,导致巷道支护难度增大。顺和煤矿针对大埋深高应力下巷道支护难的问题,通过优化施工工序以及增加支护强度,采取高强应力锚杆+W钢带+单体柱与π型梁搭配联合支护的方法,实现了综采工作面切眼大断面一次成巷,成功解决了大埋深高应力巷道支护和快速掘进问题。

高填方深覆土明洞衬砌裂损原因探究

为探究高填方区深覆土明洞隧道裂缝、错台、扭转等病害产生原因,依托重庆下穿江北机场明洞隧道工程开展研究。通过数值模拟对基底承载力、边墙回填土抗力、隧道纵向和横向基底承载力差异等进行考察,揭示该明洞隧道衬砌典型病害的机理。结果表明:(1)隧道衬砌拱部和仰拱纵向裂缝主要是由于基底弹性抗力不足引起的明洞整体沉降过大和部分边墙回填不密实所致;(2)基底承载力减小,不仅会导致整体沉降增加,还会加剧隧道上方回填加载的影响;(3)隧道衬砌错台以及变形缝挤压、拉伸、剥落掉块等现象,主要由于基底承载力纵向不均匀致纵向不均匀沉降造成;(4)基底横向承载力不均匀使得明洞衬砌产生扭转变形。

某高速铁路明挖隧道黄土深基坑变形规律分析

依托实际工程,对某高速铁路明挖隧道黄土深基坑施工过程中钻孔灌注桩桩顶及桩身水平位移、钢筋混凝土内支撑轴力以及基坑周边山体边坡的沉降开展实时监测,研究基坑的变形规律,阐释发生机理。结果表明:钻孔灌注桩桩顶的水平位移随基坑开挖深度增加而增加;整个桩身的水平位移最终大致呈“倒S”形曲线变化,最大水平位移为8.87 mm;内支撑轴力随基坑的开挖逐渐增大而后趋于稳定;距离基坑越近,基坑周边山体边坡的沉降越大,最大沉降量为9.63 mm;利用“钻孔灌注桩+钢筋混凝土内支撑”支护结构可有效的控制基坑变形,但安全储备较大,设计上存在可优化空间。

黄土地层雨水管道施工对既有下卧地铁变形的影响

为探究基坑开挖和顶管施工共同作用下下卧隧道结构的响应规律,以西安兴善寺东街雨水管道工程为背景,采用数值模拟和实测数据分析相结合的方法对比分析采用明挖法和顶管法两种不同施工方式施工时下卧隧道变形规律,利用正交试验法研究基坑开挖和顶管施工共同作用时下卧隧道隆起量影响因素。结果表明:下卧隧道沿纵向5倍基坑开挖宽度内结构的隆起变形受基坑开挖影响较大,且基坑开挖卸荷使下卧隧道结构发生不均匀变形。左隧道拱顶最大隆起量为4.13 mm,拱腰最大收敛值约为0.55 mm,结构易发生扭转变形;右隧道拱顶最大隆起量约为3.19 mm,拱腰最大收敛值约为0.24 mm,结构易发生竖向拉伸变形。采用顶管法施工可以减少下卧隧道的变形量,实测数据表明顶管施工会使下卧隧道产生横向收敛,最大为1.7 mm,实际工程中应注意控制既有隧道结构的横向变形。基坑开挖和顶管施工共同作用时,各因素对左右隧道的影响程度不同,左隧道的隆起量主要受基坑开挖卸荷作用影响,右隧道的隆起量主要受顶管施工的顶推作用和开挖卸荷作用影响。同时应注意各因素之间不一定是相互独立的,需要考虑因素组合对下卧隧道隆起量的影响。

高速铁路大跨度预制装配式明洞分块模式和建造方法研究

基于某拟建高速铁路浅埋隧道穿越丘陵区域的工程地质条件,提出满足时速360km列车建筑限界和疏散安全空间的5种明洞衬砌横断面形式。通过对比5种明洞衬砌在回填土体压力作用下的内力,并考虑钢筋混凝土管片预制、运输和现场组装的便利性,对比和分析了对应5种装配式明洞衬砌管片划分方式、管片间接头形式及其防水构造。同时设计出由3块A型管片、2块B型管片和2块C型管片以通缝方式组装的预制装配式明洞建造方法。

某黄土深基坑复合土钉墙变形监测分析

依托某高速铁路明挖隧道黄土深基坑工程土钉墙支护结构,对深基坑施工过程中周边地表竖向位移、基坑侧壁深层水平位移、基坑坑底隆起进行监测,根据变形监测结果分析了基坑随施工进行和时间变化产生的变形情况,总结了深基坑的变形规律。结果表明:基坑周围地面沉降随基坑开挖深度增加而增加,现场监测基坑周围地表沉降最大值为7.43 mm;随着基坑开挖施工进行,土钉墙支护对基坑整体变形约束较小,呈现整体向基坑内部的倾斜变形,最大水平位移出现在基坑顶部附近深度约0.5 m处,变形值为10.84 mm;基坑整体变形较小,安全储备大,但考虑到湿陷性黄土遇水强度会显著降低的特性,为了保证基坑安全,选取的基坑设计参数是合理的;施工中须做好坑外防渗、排水。研究结果可为同类条件的基坑设计和施工提供借鉴。

桥梁串接隧道明洞施工支架可靠性分析

对于山岭和丘陵地带,受地形或周边环境限制,为了防止危石滚落影响交通安全,经常将桥台深入隧道明洞。在宣城至绩溪高速铁路孟山一号隧道建设过程中,提出了桥梁串接明洞的设计和施工方案,该方案涉及到先做桥还是先做明洞问题,需要根据工程实际灵活选取,但是要确保施工安全和质量,本工程选择先做桥梁后做明洞方案。本文采用有限元方法对串接明洞临时支撑体系作了安全性验算,计算结果表明各结构部件的位移、应力均在规范允许范围内,钢管立柱满足压杆稳定性要求。孟山一号隧道桥梁串接明洞施工的顺利实施验证了该结构设计的可行性,为同类工程问题的解决提供了借鉴和参考。

超高回填明洞荷载模式优化研究

超高回填明洞拱顶回填土高度远大于普通明洞,采用传统荷载计算模式时理论与现实存在冲突。本文基于明洞结构施工过程及土压力形成基理,将传统明洞荷载计算模式中侧向压力由主动土压力优化为静止土压力。结果表明:(1)明挖法修建明洞工程,采用传统荷载计算模式时,存在某个极限回填高度;超过该极限回填高度,结构较难满足承载力及正常使用极限状态的要求;(2)明洞结构在回填土荷载作用下,变形量较小,不具备形成主动土压力的变形条件,明洞边墙侧向压力应为自重应力场的静止土压力;(3)案例表明,优化后的荷载计算模式与明洞受力状态更为接近,静止土压力荷载的计算模式合理可行。

高填方黄土明洞顶EPS板和土工格栅共同减载计算及土拱效应分析

基于土压力减载机理,推导高填方黄土明洞顶铺设EPS板和土工格栅共同减载的明洞顶土压力计算公式。利用ANSYS软件模拟不同弹性模量EPS板和土工格栅共同减载时高填方黄土明洞顶的土压力,采用荷载等效方法将数值模拟的"波浪形"分布的土压力转化为均布荷载,将其与公式计算结果进行对比。结果表明:明洞顶土压力均随内外土柱沉降差的增大而减小,公式计算结果与数值模拟结果最大相对误差为3.59%,验证了计算公式的正确性。取EPS板的弹性模量为0.5 MPa,数值模拟明洞顶土体的竖向位移、最小主应力和竖向应力。结果表明:EPS板变形导致明洞顶最小主应力方向发生旋转,指向外土柱,在0.83倍洞高处出现明显的"应力拱";"应力拱"下部竖向、横向土压力均减小;内外土柱沉降差越大,"应力拱"横向应力越大,承担上部荷载越大,土拱效应越明显。

沟槽式高填拱形明洞力学特性及其影响因素分析

针对高填土荷载作用下沟槽式拱形明洞结构受力研究较少问题,文章首先通过室内模型试验研究了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分布形式以及拱圈外侧应力随填土高度的变化规律。结果显示,明洞顶曲线段土压力呈"中间大、两边小"分布特征。当填土较低(<1.2倍洞径高度)时,明洞竖向等效均布荷载大于规范值。而当填土较高(≥1.2倍洞径高度)时,明洞竖向等效均布荷载小于规范值。随着填土高度的增加,明洞两侧水平土压力由"正梯形"分布向"矩形"分布转变。明洞底土压力呈"均布荷载"分布。随着填土高度的增加,拱肩截面外侧应力变化较小,而拱顶、侧墙及拱底截面外侧应力显著增加;然后对试验过程进行数值模拟分析。结果显示,明洞周围土压力平均相对误差为11.3%,外侧应力平均相对误差为14.5%,可验证试验数据的正确性及计算参数的合理性;最后进一步探讨了填土高度、沟槽边坡坡角、填料性质和沟槽与明洞宽度比等参数的敏感性对明洞衬砌结构内力的影响。结果表明,沟槽边坡坡角、沟槽与明洞宽度比影响最大,实际工程中应尽量提高边坡坡角,降低沟槽与明洞宽度比,以期改善明洞结构受力。

EPS板减载对宽坦式高填黄土明洞衬砌结构内力和厚度的影响分析

为改善宽坦式高填黄土明洞衬砌结构内力,减少衬砌厚度,采用数值模拟方法,研究有无EPS板减载时高填黄土明洞不同位置处衬砌结构内力和厚度随回填土高度的变化规律。结果表明:无EPS板减载时,明洞衬砌结构内力随回填土高度的增加呈线性增长,拱顶至拱肩衬砌厚度呈非线性增长,其余位置呈线性增长;有EPS板减载时,明洞衬砌结构内力和厚度随回填土高度变化规律均与荷载作用下EPS板的应力—应变曲线有关,当EPS板处于塑性阶段时,内力与厚度变化率最大,减载效果最佳,当EPS板进入硬化阶段后,减载效果开始逐渐减弱;明洞的宽高比越大,衬砌结构内力和厚度越大,内力减载量也越大,减载效果越明显。建议针对不同回填土高度、宽高比的宽坦式高填黄土明洞,进行EPS板密度和厚度的优化设计。

沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算方法

针对明洞洞顶垂直土压力计算公式的不足,综合考虑大、小边坡坡角,推导沟槽式高填黄土明洞洞顶垂直土压力统一计算公式。采用荷载等效方法,将数值计算的明洞顶土压力的抛物线型分布荷载转化为均布荷载,与统一公式计算得到的均布荷载进行对比,验证统一计算方法的正确性。取20°的小坡角沟槽,利用统一计算方法研究填料性质、明洞与沟槽宽度比等参数的敏感性对土压力的影响。结果表明:小坡角沟槽情况下,填土内摩擦角、黏聚力以及沟槽与明洞宽度比对明洞洞顶土压力基本无影响;填土模量增大可以减小土体压缩相对变形量,减轻明洞洞顶应力集中现象。因此,在实际小坡角沟槽明洞工程中,应尽量提高土体压实度,减小明洞结构受力。

高填黄土明洞卸载结构土压力模型试验和数值模拟分析

通过模型试验,研究了高填黄土明洞不同卸载结构的土压力、土体位移随填土高度的变化规律。试验结果表明,边坡的摩擦上提作用、低压实土产生的土拱效应以及土工格栅变形后的＂提兜＂作用均能够引起明洞洞顶土压力的减小,其中,低压实土＋土工格栅卸载结构卸载率最大;卸载结构不同,明洞顶平面土压力分布规律不同,SY0和SY1在1倍明洞宽度范围内的土压力近似为梯形分布,大于1倍明洞宽度的土压力基本保持不变,近似为均匀分布,SY2~SY5明洞中轴线到0.75倍明洞宽度处,土压力基本保持一致,大于0.75倍明洞宽度的土压力呈先增大后减小的趋势。随后对试验过程进行了数值模拟分析,两者结果较为吻合。最后探讨了土拱效应形成机理,从而为高填明洞土压力卸载技术的进一步研究提供科学依据。

沟谷山区城市超厚填土铁路明洞设计

研究目的:在城市铁路建设中,受地方规划、城市建设因素的控制,越来越多地出现厚填土重荷载铁路明洞,尤其在山区城市,明洞还可能修建在高路基填方之上。这类明洞较一般明洞受力更为复杂,设计需考虑的因素也更多,以重庆至利川铁路丰都造地明洞为工程原型,分别从荷载组合、明洞结构选型、衬砌受力分析、内外衬关键工序、基础处理形式、回填工程稳定性及回填施工工艺等关键设计技术进行研究论证。研究结论:(1)明洞结构采用双层衬砌的设计方法,外衬承担填土荷载,内衬作为后期荷载的补强结构;(2)有限元结构分析表明,内衬需在外衬、Ⅰ期填土完成后施作,明洞、混凝土基础及地基的受力安全、结构稳定性和回填工程的局部及整体稳定性可满足要求;(3)为防止回填土对明洞的偏压推力,明洞底板应设置竖向抗剪桩;(4)回填施工工艺是保证坝与明洞稳定的关键,混凝土坝施工应控制浇筑温度,降低水化热;(5)该研究成果对明挖法施工的城市铁路、公路、地铁隧道,特别涉及厚填土、重荷载、深基础的明洞结构具有重要的参考价值和借鉴意义。

高填明洞土压力计算方法及其影响因素研究

基于岩土力学原理,考虑边坡坡角、沟槽宽度等因素,建立高填明洞的土压力计算模型,推导明洞洞顶土压力的计算公式;通过数值模拟结果和现场实测结果验证了该计算方法的正确性。依据此计算方法,进一步对影响土压力集中系数的边坡坡角、填料性质、明洞高宽比、明洞与沟槽宽度比等参数的敏感性进行分析。结果表明:等沉面高度随填土高度的增大而减小,随边坡坡角的增大而先增大后减小,随明洞高宽比、明洞与沟槽宽度比增大而增大;明洞洞顶土压力集中系数随填土高度的增加呈先增大后减小的趋势;边坡坡角增大有利于降低明洞洞顶的土压力;明洞高宽比、明洞与沟槽宽度比的增大会引起严重的明洞洞顶土压力集中现象;因此,实际工程中应在保证边坡稳定及结构安全的前提下,尽量提高边坡的坡角,减小填土沟槽的宽度,降低明洞高宽比。

富水区明挖高速铁路隧道渗漏水防治技术研究

本文结合某城际高速铁路明挖隧道工程,在对其现用防水设计进行分析的基础上,分析了该工程渗漏水发生的特点及其产生的原因。针对工程渗漏水的情况,结合高速铁路对隧道渗漏水的控制要求,提出"以防为主,防治结合,关键部位重点设防"的防水思路。以"可维护性、加强排水"为指导,对富水区明挖高速铁路隧道主体结构采用分区防水的措施,并预留注浆管,同时,设置连通结构内外的排水盲沟系统;对施工缝及变形缝等细部位置,通过采用内外排水沟槽,进行多道设防并预留注浆管的措施进行重点设防,以提高其在后期运营过程中的防水能力。工程实际应用中产生了较好的防水效果。

考虑二期荷载的高填明洞加筋减载土压力计算

随着城市建设的迅速发展,既有高填明洞填土顶面将不可避免地出现新增结构物等二期荷载的情况。为了明确明洞回填完成后新增二期荷载对其顶部垂直土压力的影响,在已有明洞减载结构土压力计算公式的基础上,利用土体沉降弹性理论计算公式建立了土工格栅变形与土体沉降变形的关系,并考虑二期荷载作用,进一步完善了高填明洞减载前后的洞顶垂直土压力计算公式。建立数值分析模型,将数值分析结果与文中公式计算结果进行了对比。结果表明:公式计算与数值分析结果较为接近,表现出相同的规律性;有无减载措施对明洞回填土压力影响较大,填土越高,减载越显著,实际作用在明洞顶土压力越小。新增二期荷载作用下的明洞顶垂直土压力计算,应考虑其对土体沉降变形的影响,而非简单叠加。

采用泡沫轻质土对高填明洞二次回填的结构受力特性研究

以西部某地区铁路高填明洞二次回填实际工程为依托,采用泡沫轻质土作为回填材料,按等质量置换原则进行二次回填,通过数值模拟确定合理泡沫土回填范围和开挖置换深度,结果表明:利用轻质泡沫土对既有高填明洞顶部按照等质量置换原则在一定范围和开挖置换深度下进行二次回填,其结构位移、应力、安全系数均能满足要求。开挖回填轻质泡沫土范围越大,下挖置换深度越小,竖向位移值越小。泡沫土回填范围角度0°、30°且下挖置换深度较大时,拱顶和墙脚位移超过允许值,此时会影响隧道结构的安全性。各种情况组合计算下,泡沫土回填范围角度45°,下挖置换深度4 m时,衬砌仰拱拉应力达到最小值,墙脚和仰拱安全系数达到最大值。综合考虑结构受力安全性、合理性及工程经济性,确定泡沫土合理回填范围角度为45°,合理下挖置换深度为4 m,现场实际以此进行开挖回填,实测拱顶沉降、结构上浮、水平位移均未超过容许位移值,且由于土拱效应小于计算值。