考虑桩-土-结构相互作用下的跨地铁隧道基坑和基础设计与分析

本项目为跨既有地铁隧道的高层建筑,通过对基坑及转换基础进行精细化的设计与分析,保证地铁隧道和高层建筑的安全。采用考虑桩、土、上部结构相互作用的m法建立整体模型,对不同的m值结果进行对比,得出桩和转换梁的合理内力进行设计;运用Midas/GTS软件分析基坑开挖和主体结构施工对跨下地铁隧道的影响,对比基坑底采用格构式加固和满堂式加固对地铁隧道隆起的影响,同时运用Midas/GTS软件对桩和转换梁进行有限元实体分析。研究表明,当m值较大时,对桩更为不利;当m值较小时,对转换梁更为不利;地层加固形式和开挖顺序对隧道的变形有一定影响,本项目格构式加固有效减少隧道隆起且经济性较优;整体模型有限元实体分析的结果与m法计算结果有一定可比性。

可液化地层-隧道-桩-地上结构地震相互作用响应研究

在地下交通网错综复杂的城市中,提高地下-地表整体结构系统的抗震能力尤为重要。针对地层-隧道-桩-地上结构在地震作用下的系统响应及单体结构间的相互影响,采用有限元分析方法,对可液化地层-隧道-桩-地上结构的地震响应进行了水-土完全耦合的动力-固结时程分析。与3组模型(无结构自然场地模型、地基-上部结构计算模型、地基-桩-上部结构计算模型)对比,以研究各结构间抗震相互影响,分析描述了地基加速度、超静孔隙水压发展、沉降变形,以及地上结构、桩基和隧道的地震响应特性。结果表明:临近隧道不仅能减小边桩的中部弯矩和极值弯矩,还可减小地震中地层和地上结构的水平加速度响应,而且对浅、中层土的液化程度有缓解作用;受临近桩基影响,隧道在地震过程中的X形包络弯矩分布有所偏转;震后伴随地层固结,桩和隧道产生了较大的残余应力;多个地下结构存在时单体的地震响应及残余应力分布明显和单个地下结构时的情况有较大区别,结构之间相互影响不可忽略。

平面SV波入射下地上建筑群-地铁隧道群动力相互作用研究

该研究采用一种高精度间接边界元方法(indirect boundary element method, IBEM),研究了平面SV波入射下地上建筑群-地铁隧道群的动力相互作用问题。研究表明:“建筑群-隧道群”系统存在显著的动力相互作用,其规律与入射波性质、建筑物和隧道数量排布等因素密切相关。通过对比不同建筑物数量对隧道动力响应的影响,能够发现:低频波作用下,建筑物对下穿隧道的动力响应有放大作用,而高频波作用下则会削弱隧道的动力响应,最多可以降低37.5%左右。从频域分析中可以看出:隧道对地震波有较强的屏蔽作用,从而降低了其上建筑群的地震响应。建筑群的存在降低了各个单体建筑的动力响应,但在高频波作用时位于建筑群来波一侧的建筑会产生较大的动力响应。该研究成果可为城市建筑群-地铁隧道群的动力相互作用分析以及地上建筑和地铁隧道的抗震设计提供理论依据。

桩基失效对桩基-结构影响的数值模拟研究

为研究桩基失效对桩基-结构的影响,以某既有桩基-结构工程为例,基于地层结构法建立三维数值模型,分析不同工况下桩基失效引起的桩基和主体结构应力变形情况。根据应力、变形分布特点分析并总结规律,对桩的承载力、底板抗裂、结构安全性进行分析评估,为评估项目安全可靠度提供数值参考。研究表明,该工程两根受力最大的桩基发生失效不会影响桩基-结构的安全。

欧标体系下隧道微型桩-锚索边仰坡防护设计研究

目前针对欧标体系的隧道边仰坡防护,特别是针对微型桩-锚索的边仰坡防护形式研究还很少。以格鲁吉亚E60高速公路TUN2009隧道为工程背景,对欧标体系隧道采用微型桩锚索边仰坡防护进行设计和变形受力分析,获得了欧标体系微型桩锚索边仰坡防护设计和计算方法;同时采用数值模拟方法和现场实测,分析了欧标体系下隧道采用微型桩锚索边仰坡防护变形和受力特性。研究结果表明:采用设计的微型桩-锚索防护形式的微型桩的变形和承载力、锚索和连接钢架的承载力以及边仰坡整体稳定性均满足要求。

桩-墙叠合全预制装配明挖地铁隧道建造方案及工程应用

明挖法施工的装配式地铁隧道基坑围护桩通常为现场浇注混凝土桩,且只作为基坑开挖阶段的挡土结构,不将其作为侧墙永久结构的一部分,这种结构设计方法偏于保守,导致资源浪费。为此,提出桩-墙叠合全预制装配明挖地铁隧道建造方案,其主要特点是:基坑围护桩和隧道结构均采用预制结构且叠合布置,围护桩既是基坑开挖期间的临时挡土结构,同时也是隧道侧墙永久结构的一部分。以济南市济阳有轨电车明挖区间隧道工程为背景,开展围护桩和隧道侧墙叠合方案的比选。基于不同叠合方案结构受力分析和叠合施工方便性的综合考虑,提出在围护桩和隧道侧墙四角点进行叠合连接的措施;详细讨论了“桩-墙叠合方案、基坑预制围护桩布置、隧道主体结构装配分块、桩-墙叠合连接方法”;最后结合本工程试验段的施工,阐述了桩-墙叠合明挖隧道装配施工的关键工序及解决措施。

桩-筏板结构在隧道大型溶洞处理中的应用研究

云桂高速铁路营盘山隧道穿越大型、深厚充填型溶洞,整治的技术难度大、质量要求高。处理方案从施工安全、运营安全、运营维护及施工成本等困素综合考虑,且以确保结构可靠性、一次根治、避免运营期间出现隧道病害为原则,对该溶洞的处理技术进行方案分析、研究、比选及创新,取得了良好的整治效果,可供类同的溶洞处理工程借鉴。

强震区隧道软弱围岩洞口段桩-筏抗震措施的作用效果分析

为进一步提高地震时软弱围岩铁路隧道安全性及稳定性,以玉磨铁路新平隧道工程作为依托,利用FLAC3D数值模拟软件,对强震区隧道软弱围岩洞口段桩-筏抗震措施效果进行研究,对比分析了无加固措施、措施一(桩-拱结构)及措施二(桩-筏-拱结构)二衬的结构位移及内力,研究结果表明:措施一和措施二的竖向位移分别减小了1.35%、1.09%;措施一的边墙收敛几无变化(增大了0.44%);由于桩-筏-拱结构的整体稳定性较好,措施二的边墙收敛减小了30.49%;距离洞口最近的两个危险截面1和2处,措施一的最小安全系数提高了1.43%、 6.71%,措施二的最小安全系数提高了145.91%、143.72%;综合位移及内力分析,措施二的抗震效果优于措施一,建议新平隧道洞口段采用桩-筏-拱结构进行抗震加固。

厦门第二东通道现浇隧道结构托换运营BRT桥桩受力体系转换研究

为分析利用现浇隧道结构托换运营桥梁时托换荷载的传力路径及受力体系转换规律,基于厦门第二东通道(翔安大桥)枋钟路明挖暗埋隧道下穿运营BRT高架桥工程实例开展研究。建立桥墩竖向位移、隧道结构及桩基钢筋应力的自动化监测系统,分析承台和桥墩沉降,以及隧道顶板、中侧墙、底板及隧道中墙处端承桩受力,揭示托换荷载传力路径及隧道结构受力体系转换规律;建立考虑预应力的荷载-结构简化计算模型,计算托换荷载下隧道结构内力变化,并分析预应力作用。结果表明:1)两托换桥墩分别产生3.30、4.22 mm沉降,受桥面刚度影响,邻近桥墩先于托换桥墩产生沉降;托换后,桥墩会在一定时间内持续产生缓慢沉降并趋于稳定。2)托换后桥梁荷载并非由隧道整体承担,其主要荷载由托换侧隧道顶板通过中墙和邻近侧墙传递至桩基上;底板不承担主要荷载,远离侧侧墙也不分担主要荷载。3)所建立考虑预应力的隧道荷载-结构简化计算模型变形和受力计算结果与实测值基本吻合,对比不考虑预应力时,预应力索抵抗了约25.7%的沉降。

上方卸载的隧道结构2阶段联合分析方法

为保证上方卸载的隧道结构安全,本文提出2阶段联合分析方法。第1阶段根据隧道上方卸载工况建立三维地层-结构模型,计算得到作用于隧道管片的土压力和外侧土体的等效刚度。第2阶段建立三维结构-荷载模型,借助于第1阶段计算得到的土压力和等效刚度,分析管片应力、螺栓应力、收敛变形和接头张开量。某基坑工程北区块位于隧道上方,采用2阶段联合分析方法对该算例进行分析。结果表明,该方法能够较为合理地估算上方卸载引起的隧道竖向变形和收敛变形,应重点关注管片连接部位和腰部内侧的开裂、掉块情况,必要时应进行钢环加固。2阶段联合分析方法充分发挥了地层-结构模型和结构-荷载模型各自的优点,为评估上方卸载的隧道结构安全状况提供思路。

隧道穿越既有支挡结构设计方案优化研究

山地城市交通工程建设过程中,出现了大量隧道穿越既有支挡结构的情况,隧道建设过程中可能会导致边坡的滑移破坏。本文以重庆曾家岩嘉陵江大桥工程为依托,边坡支挡结构拟采用抗滑钢架+锚索桩,依据勘察报告,采用荷载-结构法对隧道穿越既有支挡结构时采用的不同支挡结构加固方案和不同嵌固条件下支挡结构典型剖面的内力和变形进行研究。研究表明:随着新建支挡结构的左右桩嵌固深度的加大,支挡结构的水平和竖向最大位移在量值上均呈现出先减小后增大的趋势,最大弯矩量值呈现出减小的趋势,最大剪力量值呈现出先减小后增大的趋势,最大拉力量值呈现出减小的趋势,而最大压力量值亦呈现出减小的趋势。通过方案对比分析,采用抗滑钢架+锚索桩的加固方案有利于控制既有支挡结构的变形,确保地面变形在合理的范围内。

深厚软土场地道路隧道结构横向地震响应分析

确定场地范围和地震输入方式是道路隧道地震响应分析的前提。以上海深厚多层软土场地的自由场解析为基础,验证2D有限元模型的场地基岩和侧向边界假定的合理性;进而选取典型盾构法和明挖法隧道为研究对象,建立有限元2D地层-隧道地震动力响应分析模型,分析评价合理的基岩面深度与侧向边界宽度。结果表明:深厚软土场地的隧道地震响应分析应采用黏弹性人工边界以合理实现自由场边界;侧向边界的选取范围对隧道的动力响应影响较小,计算模型的底部边界深度对响应影响较大;取70 m深度为基岩面得到隧道结构地震动力响应是偏于安全的,但场地的基频有所变化。

软岩流变特性对仰拱与填充一体浇筑隧道衬砌结构受力的影响

采用地层-结构法对隧道开挖支护过程进行了数值模拟,研究隧道施工时仰拱和填充一体浇筑的受力过程,分析了软岩流变特性对仰拱与填充一体浇筑时,隧道衬砌结构不利受力状况的影响范围。结果表明:二次衬砌和仰拱支护成环后,围岩流变变形得到控制,围岩流变100d以后,围岩和支护结构趋于稳定;围岩流变对仰拱和填充一体化浇筑有不利影响,填充混凝土因围岩流变出现拉应力,需采取适当措施,防止填充混凝土因拉应力过大出现开裂现象,如在仰拱填充顶部增加构造配筋等。

桩与隧道相互影响研究进展

桩和隧道之间的相互作用是一个复杂的土和结构相互作用问题,包括两个方面:隧道施工对已有桩基的影响,桩基施工和荷载对已有隧道的影响。简单介绍了这两方面的现有研究成果,重点介绍桩基施工及荷载对隧道造成的影响,并指出了目前存在的一些需要解决的问题。

大直径盾构隧道新型扩挖结构关键构件力学特征分析

结合北京地铁14号线?10m盾构隧道扩挖车站试验段工程,研究分析采用盾构中洞—边桩法扩挖修建地铁车站施工过程中结构体系的受力转换、受力行为及变化特征。通过地层结构数值模拟方法,动态分析确定盾构管片、边桩导洞、中导洞扣拱初衬及中柱等构件的内力和变形特征。研究结论可为类似工程的设计和施工提供参考。

软硬地层条件下盾构隧道管片衬砌力学分析

分析隧道底部切入基岩不同深度时盾构隧道管片结构内力和变形,结果表明随着岩层厚度的增大,弯矩、剪力和变形先增大后减小,而轴力变化不大;当岩层厚度相同时,错缝拼装的弯矩和剪力比通缝拼装的要大而变形要小、轴力变化不大,故设计时隧道底部岩层厚度应控制在1/4D以内或3/4D以上。

七官场隧道偏压段围岩稳定及初期支护结构数值模拟计算研究

偏压是山岭隧道施工中较为常见的一种现象,为了确保偏压段隧道施工过程中隧道衬砌结构、洞周围岩和边仰坡等结构的稳定,采用地层-结构法对偏压隧道围岩稳定性和初期支护结构安全系数进行数值模拟计算。结果表明:在施工过程中隧道偏压段围岩收敛变形、喷混凝土及钢架支护安全系数和锚杆锚固效果与现行公路相关隧道设计规范对比,偏压段隧道设计支护参数相对偏弱,并采取相应的加强措施对偏压段支护参数进行动态调整,确保偏压隧道施工的安全。

扩建连拱隧道围岩稳定及结构安全性研究

结合福建某既有连拱隧道原位扩建方案,采用地层-结构法,对扩建过程中围岩的稳定性、初期支护安全系数、中墙位移、应力和基底承载力等方面开展了探索,并得出相应的结论,对类似连拱隧道扩建设计有一定的指导和借鉴作用。

某浅埋土质隧道的衬砌静力分析和动力响应研究

浅埋砖砌土质隧道存在衬砌强度低、地下水渗透等问题,结构易遭到破坏。为合理评估隧道的稳定性及灾害影响,研究中采用midas GTS NX软件建立了详细的二维、三维数值模型,分别进行地层结构分析和线性时程分析,并结合砌体结构设计规范对衬砌的承载力进行验算。主要结论如下:稳定性分析中,砖衬砌中各部位强度满足受压和抗剪承载力要求,除侧墙和底板外的结构点均满足抗震承载力要求,拱顶的抗震承载力接近抗震承载力设计值,判定不利位置为拱顶及侧墙底。在地震作用下,隧洞周围土体塑性区向斜上45°发展,塑性区范围随时程不断增大,侧墙底及顶拱出现应力集中;隧洞竖向、水平位移最大点分别出现在拱顶和侧墙底;Mises应力和最大剪应力从隧洞中部到两端递减,顶拱应力远大于侧墙;隧洞两端加速度较大,拱顶加速度数值随时程变化大于其余部位。判定衬砌最不利位置位于拱顶45°附近及侧墙底部。

地震荷载作用下大坂盾构隧道管片配筋校核

将盾构隧道管片视为分段曲梁、管片之间为铰接关系、管片与地层之间为非线性接触关系,边界采用无限元吸收地震波的反向与折射,地层服从Mohr-Coulomb弹塑性本构模型,地震波采用EI-Centro波,采用地层-结构法,应用隐式动力有限元分析地震荷载作用下管片轴力与弯矩分布情况。根据有限元计算结果,结合结构力学方法,校核管片配筋是否合理。与荷载结构法相比,其方法可模拟围岩与管片、管片与管片之间的相互关系,并可考虑锚杆等支护结构对管片受力的影响,因而,计算结果更为精确。研究为盾构隧道管片配筋优化设计,降低隧道支护成本,提供了一种管片配筋校核计算方法与设计依据。