公轨合建盾构隧道振动荷载的动力响应特性

为了探究汽车-列车振动荷载对公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体的动力响应特性,采用有限元软件ABAQUS对某公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体进行数值模拟,通过ABAQUS软件的Dload子程序对汽车、列车振动荷载进行耦合,分别将单一振动荷载及汽车-列车振动荷载作用引入公轨合建盾构隧道,分析公轨合建盾构隧道内部结构及周围土体在不同工况时加速度、位移、应力、应变的变化。结果表明:汽车、列车振动荷载频率不同,共同作用后产生拍频现象,导致相同方向合成荷载的振幅可能小于分荷载的振幅,当频率相同时所合成荷载的振幅最大;管片上方的土体以及非封闭弧形内衬外侧土体发生较大的应变,最大塑性应变发生于拱顶偏右侧,达到7.032×10^(-6);公轨合建盾构隧道内部结构中的预制箱涵牛腿柱、顶板处出现较大拉、压应变,在长期运营期间需要对预制箱涵牛腿柱、顶板位置进行定期检查和必要支护。

基于结构方程模型的公轨合建桥施工安全风险评估

依托新建西安公轨合建10号线一期工程跨越泾渭河段与西阎快速路公铁两用桥项目,采用WBS-RBS法识别施工风险源;利用耦合度模型对风险因素进行了单、双风险耦合度计算;通过文献调研将公轨合建项目风险划分为人员素质、机材状态和作业环境等7大类,共24小类,并利用结构方程模型对施工风险模型进行了验证。耦合性分析结果表明,人员风险因素和机械设备材料风险因素最易与其他风险因素发生耦合。结构方程模型结果表明,施工风险因素按照相关系数由大到小排序为:安全执行力>管理制度>安全控制力>作业环境>桥梁结构>机材状态>人员素质。研究结果表明,公轨合建项目须加强人员安全管理,并重视对施工防护体系的设计,桥梁结构对安全风险的降低作用也将产生显著效果。

城市轨道交通公轨合建钢箱梁桥辐射噪声的影响规律研究

列车经过钢箱梁桥时引起噪声辐射问题相比混凝土桥更为突出,对沿线居民造成的影响更大,严重影响沿线居民的日常生活。基于车辆-轨道-桥梁耦合振动理论,并结合统计能量法(SEA)建立钢箱梁结构噪声与轮轨噪声预测模型,分析钢箱梁桥的结构噪声与轮轨噪声衰减规律,明确典型及敏感场点处的噪声分布情况;定量预测分析不同轨道减振措施对钢箱梁桥周边敏感场点的噪声辐射大小。分析结果表明:钢箱梁轮轨噪声与结构噪声随水平距离的衰减规律基本一致,衰减率均为随着距离变远而变小,150 m内总衰减率轮轨噪声大于结构噪声;普通轨道结构及普通轨道结构+全封闭声屏障工况下,敏感位置处综合噪声不满足噪声增量在1 dB(A)以内的环评要求,减振垫浮置板与全封闭声屏障组合及钢弹簧浮置板与全封闭声屏障组合工况下,敏感位置综合噪声均能满足噪声增量在1 dB(A)以内的环评要求。

公轨合建大跨长联桥梁减隔震设计关键技术研究

文中从公轨合建大跨长联桥梁结构特点出发,推荐采用具有双向隔震功能的位移型减隔震支座方案,尤以高承载力的双曲面摩擦摆减隔震支座最合适。通过对双曲面摩擦摆减隔震支座参数分析,提出采用上限和下限不同隔震状态确定控制区域范围进行减隔震设计。同时对于采用双曲面球型摩擦摆减隔震支座的公轨合建桥梁,需要考虑支座附加变形影响,开展车桥耦合振动分析,减隔震支座附加变形对车辆竖向加速度指标影响较大,应重点关注。

公轨合建上加劲连续钢桁梁桥抗震设计研究

永宁大桥主桥为主跨260 m的公轨合建上加劲双层连续钢桁梁桥,集市域铁路、快速路、一级公路、慢行系统、市政管线等功能于一体。针对该桥抗震设计,根据合理安全度原则,确定抗震设防标准和性能验算方法,采用SAP2000建立全桥常规抗震体系动力有限元模型,分析上、下部结构的抗震性能和行车安全性能,在此基础上确定合理的抗震设计措施。鉴于列车质量不足主梁质量的4%,有限元模型中列车质量可忽略。结果表明:主、引桥上部结构在E2地震下处于弹性工作状态,主桥下部结构在E2地震下保持基本弹性,引桥在E2地震下部分桥墩屈服,E1地震下行车安全验算满足规范要求。综合考虑桥梁性能要求和经济指标,该桥采用常规抗震体系,仅通过局部增加桥墩配筋,桥梁按延性设计即可满足抗震设防标准要求。

分梁共墩式公轨合建双层高架桥的抗震分析

公轨合建双层高架可将城市高架和轨道交通线路组合起来,节省城市用地的同时便于疏散交通压力,在近年来的城市交通规划中得到重视和应用。但由于缺少专门的抗震设计规范,此类桥梁的抗震设防标准、性能目标和抗震设计方法亟需研究。该研究以一座实际桥梁为背景工程,提出合理的抗震设防标准和性能目标,研究轨道对结构动力特性和弹性地震响应的影响,并进一步采用非线性纤维模型研究桥墩纵筋配筋率、墩梁刚度比以及上、下墩高比对桥墩屈服顺序的影响。研究表明,轨道增大了结构纵向刚度和下桥墩与下盖梁的地震响应,分梁共墩式双层高架宜采用延性抗震设计,将盖梁设计为能力保护构件,并通过合理的墩梁截面刚度、墩高和配筋率设计满足两水准的性能目标,确保地震作用下结构产生预期的延性破坏模式。

循环荷载作用下公轨合建盾构隧道的损伤特性

为了研究循环荷载作用下公轨合建盾构隧道的损伤分布特征和损伤演化规律,利用有限元软件ABAQUS和混凝土塑性损伤模型,建立盾构隧道及内部结构数值模型,分析循环荷载幅值为50、100、150 kN和不同循环次数时隧道内部结构的损伤特性。结果表明:当循环荷载作用于中间车道时,隧道内部结构的拉致损伤主要位于边跨面层和预制箱涵中部,并且拉致损伤范围随循环次数的增大而逐渐增大;压致损伤主要集中在中跨面层和预制箱涵支座处路面,扩散趋势不明显;内部结构的拉、压致损伤随循环荷载幅值的增大而增大,并且循环荷载幅值对内部结构损伤的影响远大于循环次数的影响;内部结构的塑性应变分布趋势与拉致损伤分布趋势相似,混凝土的材料特性使得塑性应变在初始阶段明显增加,随着循环次数的增加,塑性应变趋于缓慢增长。

复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应

叠合式公轨合建隧道不同于其他公轨合建隧道,汽车-列车荷载作用下其动力响应也有所不同。为研究复合交通荷载下叠合式公轨合建隧道动力响应,用激振力法、元胞自动机、汽车动力模型模拟列车荷载、车流和汽车荷载,用有限元软件Plaxis3D分析了不同荷载及有无垫层工况下隧道的动力响应。结果表明:公路隧道、铁路隧道分别主要对汽车荷载、列车荷载产生加速度响应,铁路隧道的加速度响应要明显大于公路隧道,约为后者的20倍;隧道不同位置处,对两种交通荷载的应力响应情况不同,铁路隧道应力响应主要受列车荷载控制,但当公路隧道中有大型车辆通过时,会对铁路隧道应力响应产生较大影响,甚至起到主导作用;公路、铁路隧道之间设置垫层会增大公路隧道的动力响应,但同时会减小公路隧道下方土层的刚度差异进而减小其应力值,综合作用下,设置垫层后公路隧道的应力状态会有所改善。

公轨合建隧道轨道层疏散门对地铁疏散的影响

为降低和消除公轨合建隧道轨道层地铁火灾的危害,运用Pathfinder建立了轨道层B型地铁疏散模型,并利用实验数据修正了模型中乘客在疏散平台上的速度。针对地铁中部起火且正对疏散门的最不利火灾场景,模拟分析了疏散门设置间距和宽度对人员疏散的影响。结果表明车厢侧门的流量分布主要与疏散门间距有关,侧门的开启方式会影响乘客整体疏散时间;当疏散门间距小于地铁车身长度一半时,疏散时间同时受疏散门间距和宽度的影响;当疏散门间距大于地铁车身长度一半时,疏散时间主要受疏散门间距的影响。研究可为公轨合建隧道轨道层疏散门的设计提供技术参考依据。

内爆炸作用下公轨合建盾构法隧道非封闭式内衬结构动力响应及抗爆性能分析

以武汉市三阳路公轨合建越江隧道为工程背景,采用数值仿真手段,对隧道行车层及轨行区不同位置、不同装药量、接触及非接触内爆炸作用下结构加速度、位移动力响应特征及结构塑性区分布、破坏形式进行研究。结果表明:内爆炸作用下,结构加速度及位移响应随爆炸发生迅速增大继而逐渐衰减,其中位移衰减速度较缓慢、衰减程度也较小,起爆点两侧2倍隧道直径范围内衬砌位移响应均较显著;装药量一定时,结构加速度响应的主要影响因素为距起爆点的距离,而结构刚度大小是影响位移响应的主要因素;结构塑性区易出现在起爆点附近、非封闭内衬结构的连接与转角处以及结构刚度较小的部位,其范围大小主要由炸弹装药量决定,管片结构未出现塑性区;结构的破坏形式主要为混凝土板表面爆坑、贯穿、撕裂破碎等。加厚行车道板或在其表面加设抗爆钢板均可显著减小结构塑性区、减轻破坏程度,相比之下加设钢板的措施更具可行性。

公轨合建盾构隧道管片-内部结构复合体系横向抗震性能研究——以济南黄河隧道为例

为探明有无内部结构、内部结构不同施作方式(全预制、预制+现浇)对盾构隧道整体结构横向抗震性能的影响,以济南黄河隧道为依托,建立地层-管片-内部结构三维精细化模型,采用显式动力时程方法进行抗震性能研究。研究结果表明:1)内部结构对隧道变形的约束作用呈阶段性变化。在弹性工作阶段,增大内部结构与管片接触面连接刚度能有效降低隧道变形,隧道径向收敛最大降低86.87%;在塑性工作阶段,由于内部结构惯性力和重力的作用,会加剧隧道变形。2)考虑内部结构会明显降低其施作区域内的管片峰值应力与损伤,小主应力最大降低50.75%,刚度折减系数最大降低0.0606。3)考虑内部结构后,隧道局部轴力与弯矩会降低,内部结构采用预制+现浇方式时弯矩最大降低769 kN·m,轴力最大降低1798 kN。4)内部结构与管片接触面连接刚度越大,两者协调变形能力越好,但内部结构薄弱区域需要同步补强,防止结构过早进入塑性工作状态。

长大公轨合建桥梁设计技术

介绍上海长江大桥桥式方案、分析公轨合建桥梁的特点及面对的主要问题,详细论述大跨度斜拉桥、不同跨度PC连续箱梁桥、高墩大跨组合箱梁桥的行车安全分析研究结果以及设计技术措施和解决关键问题的思路;分析论证箱梁悬臂板布置轻轨车辆的可行性与控制条件。指出荷载小且速度低的轻轨列车对桥梁的刚度要求可以有较大的放松、箱梁悬臂板上布置轻轨车辆完全可行。

上海长江大桥公轨合建桥梁设计标准与措施

上海长江大桥是我国最大的公路与轨道交通合建的跨江桥梁。由于设计中尚无专门规范遵循,为了确保行车的安全性与舒适性,设计中吸取了国内外轨道交通与铁路建设的经验,积极开展预留轨道交通空间相关技术研究。该文着重介绍上海长江大桥公轨合建桥梁设计标准与相关技术措施。

大跨公轨合建斜拉桥主‒引桥地震相对位移响应与控制

基于巴拿马运河四桥研究了公轨合建斜拉桥在地震下的主‒引桥相对位移响应与控制问题,分别建立了漂浮抗震设计方案、仅塔梁固结方案和固结方案有限元分析模型,分析了三种约束方案的相对位移响应。基于单自由度振子研究了相邻结构周期比和阻尼特性对结构相邻位移的影响。结合理论与参数分析,研究了主‒引桥相对位移的控制方法。结果显示:主、引桥纵向首阶振型周期比、等效阻尼比之比以及阻尼机制对相邻结构的相对位移影响显著,其中周期比对相对位移的影响最为显著。不同粘滞阻尼器布置方案对主‒引桥梁端相对位移的减震效果不同,直接在主、引桥梁‒梁之间设置粘滞阻尼器有助于改善主桥与引桥梁端位移的同步性,控制效果最好;同时在主桥各墩位处和主、引桥梁‒梁之间设置阻尼器的减震效果次之,但易于设计和安装,适应性好。

公轨合建大直径盾构隧道车辆振动响应数值分析

对于大直径水下盾构隧道,研究并讨论列车振动荷载对隧道结构安全性及地基稳定性具有重大意义。以三阳路公铁合建长江隧道工程为背景,采用2.5维数值计算程序对三阳路长江隧道段典型断面处进行计算分析,研究地铁振动荷载和汽车振动荷载耦合作用对隧道结构及隧道下覆粉细砂层稳定性的影响。计算结果表明:(1)在地铁振动荷载与汽车振动荷载联合作用下,隧道衬砌结构的位移振动响应量值及受力情况均较小,振动荷载不会对衬砌结构自身产生不利影响;(2)列车和汽车车队耦合荷载引起隧道下覆饱和粉细砂层超静孔隙水压力在隧道正下方衰减较为缓慢;(3)隧道下覆饱和粉细砂地层由正常的地铁振动荷载及汽车荷载激发的超静孔隙水压力不会超过1 kPa,在正常地铁荷载及正常汽车荷载单独作用或联合作用下,该饱和粉细砂地层能够保持稳定,不会发生液化失稳。

考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道纵向力学性能研究

盾构隧道朝着超大断面发展,其内部结构形式愈加复杂多样化,内部结构对盾构隧道纵向力学性能的影响值得探讨。为研究考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道纵向力学性能,以济南黄河隧道为工程背景,建立31环考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道三维有限元实体模型,以集中力的形式作用在第16环管片环进行加载。结果表明:盾构隧道考虑内部结构后,通缝拼装隧道和错缝拼装隧道纵向刚度有效率分别提高21.4%~61.9%和14.3%~35.3%,说明内部结构能够有效提高盾构隧道的纵向刚度;通缝拼装隧道和错缝拼装隧道加载环最大Mises应力分别减小61.3%和69.2%,说明内部结构能够起到承载作用;隧道管片与内部结构会发生应力集中现象;错缝拼装形式有利于减小内部结构在纵向上的位移变形,同时内部结构的侧墙在施工时应尽可能保证混凝土的密实。

黄河公轨合建隧道火灾人员疏散安全研究

以济南黄河公轨合建隧道为研究对象,分别对公路隧道和轨道交通发生火灾时,纵向疏散楼梯和横向疏散门的间距对人员疏散时间的影响进行分析,获得必需疏散时间。结果表明:疏散楼梯间距为60m和75m时,均满足安全疏散要求;轨道交通发生火灾,在通风有效情况下,人员可用安全疏散时间TASET为2700s;疏散门间距为150m和300m时,均满足安全疏散要求。从安全和运行成本考虑,推荐疏散楼梯间距设置为75m、下层疏散门间距设置为300m。

公轨合建盾构法隧道内部结构方案研究

研究目的:盾构法隧道的内部结构是隧道工程的重要组成部分,对隧道内径尺寸、施工进度、工程投资均有影响,尤其是采用盾构法修建的公轨合建隧道。本文以武汉市三阳路长江隧道为背景,对盾构法隧道的内部车道结构及烟道板结构的受力特征,主要施工工艺、方法及其优缺点进行分析、比选。研究结论:(1)现浇内部车道结构方案在防水能力、力学性能、工程造价等方面优势明显,推荐采用现浇方式;(2)烟道板采用预制弧形预制板方案便于施工及质量控制,在运营期冲淤荷载下的受力状态较好,推荐采用预制方式;(3)本文的分析可为今后的大型公轨合建盾构隧道工程提供一定的理论依据及工程借鉴。

跨坐式单轨列车通过公轨合建斜拉桥时的乘坐舒适性研究

为探究影响公轨合建斜拉桥跨坐式单轨列车乘坐舒适性的因素,以某公轨合建同层布置的斜拉桥为背景,根据7自由度单轨列车车辆模型和4种汽车车辆模型以及模拟得到的汽车车流模型建立了列车-汽车-桥梁耦合系统。利用基于模态叠加法原理编写的VBC2.0程序求解耦合振动方程,探讨了列车车速、列车载重、汽车车流、主梁及横梁刚度对单轨列车乘坐舒适性的影响。结果表明:随车速增加,单轨列车乘坐舒适性变差,但发生车桥共振时除外;随载重增加,单轨列车乘坐舒适性变好;主梁或横梁刚度越低,单轨列车乘坐舒适性越差;主梁或横梁刚度较低时,汽车密集流和拥挤流会对单轨列车乘坐舒适性产生不利影响。

世界公轨合建最大直径管片自动生产线正式投产

2018年10月19日上午,济南黄河隧道工程首环管片开始生产,标志着世界15.2 m的公轨合建最大直径管片自动生产线问世,也意味着黄河隧道的结构工程进人实质性的开工阶段,为早日建成通车奠定了坚实基础。管片是隧道结构的主要装配构件,是隧道内部空间的保护屏障,承担着抵抗土层压力、地下水压力以及一些特殊荷载的作用。作为隧道的永久衬砌结构,管片密闭相接,环环相扣,犹如金钟罩,抗压、抗渗、抗震,为急速奔驰的列车提供安全空间。施工方将生产15.2 m的管片2 537环,每环10块,共25 370块,这是目前世界公轨合建最大直径的隧道盾构管片,施工难度大,技术要求高。该工程是世界第一家在流水生产线上生产15.2 m直径管片的项目,实现了超大直径管片全自动流水化生产。项目成立之初就确定了创优规划,拟完成“一种可调式的钢筋笼胎具”应用于大直径盾构管片生产的信息化制造平台”等专利,确定了“大直径管片自动化生产线的应用与研究”等多项技术创新和“适用于地铁箱涵制造技术”等多个技术课题。管片的质量直接影响到隧道的寿命和安全。比如黄河隧道2万多块管片,一旦有一片管片出现质量问题,小则影响隧道寿命,大则可能造成整条隧道报废。就好比一根水管,出了一个洞,就无法使用。超大直径管片施工生产难度大,这种大体积的混凝土形成一个结构,要充分保证内部密实,同时,大体积混凝土自身水化热释放均匀的难度大,容易生成内部裂纹,降低管片的防水性能。为了实现配合比的最佳值,施工方通过上百次的试验,不仅满足设计的强度、抗震要求,还从混凝土配合比设计有利于大体积混凝土管片内部热量均匀释放上,不断创新管片蒸汽养护和水中养护的工艺。