地铁隧道穿越地裂缝带的结构抗裂预留位移量

西安地铁穿越多条活动地裂缝带,地裂缝未来活动对地铁隧道结构造成严重威胁。论述西安地裂缝成因、活动方式和剖面特征,对未来地裂缝活动趋势和地铁设计使用期内地裂缝最大垂直位移量进行分析和预测。通过浅埋暗挖马蹄形地铁隧道穿越地裂缝带的三维有限元数值模拟,得出当地裂缝垂直位移量达到20cm时隧道出现开裂破坏,隧道结构抗裂设计时需分段设缝和扩大断面以适应地裂缝的大变形。基于数值模拟结果,建立地裂缝作用下地铁隧道与地裂缝正交和斜交条件下分段隧道三维运动位移模式,确定正交和斜交条件下结构抗裂的垂直位移、横向位移和轴向位移预留量。其结果可为西安地铁隧道穿越地裂缝带的结构设计提供参考。

西安地铁一号线穿越地裂缝带的设计预留位移量

西安地铁一号线是西安轨道交通线网中的骨干线路。线路全长25.352km，共设车站19座，全部为地下站，其中5座为换乘站；车辆段及综合维修基地设在后围寨，停车场设在纺织城，在后围寨车辆段设一条与国铁连接的联络线，于陇海铁路三桥站接轨，线路长约1.211km。在劳动路与金花路附近各设主变电站一座；一、二、三号线共用一个控制中心，设于在建的二号线铁路北客站车辆段内。西安地铁一号线作为西安东西向交通枢纽的主干道，对缓解西安交通拥挤和推动西安市区域经济快速发展起到十分重要的作用。

地裂缝对地铁隧道的影响机制及病害控制研究

自20世纪50年代以来,由于自然和人为因素的影响,西安市区出现了大量地裂缝,危害十分严重,其未来活动对在建的西安地铁构成重大潜在安全隐患。因此,西安地铁隧道穿越地裂缝的问题成为了一个全新的重大工程难题,近年来引起了工程界和学术界的高度关注。以西安地铁隧道穿越地裂缝活动带为工程研究背景和依托,对西安地铁沿线地裂缝未来活动趋势和最大垂直位错量进行了分析与预测,采用大型模型试验和有限元数值模拟计算相结合的方法,对地裂缝活动作用下不同衬砌结构类型的地铁隧道变形破坏机制及病害控制进行系统研究。主要研究工作和成果如下:(1)从超采地下承压水和区域构造运动对地裂缝活动的影响程度入手,分析西安地裂缝未来百年的活动趋势。在现今活动速率和历史最大位错量分析的基础上对地裂缝未来活动量进行了预测,得到地铁设计使用期(100a)内西安地铁与地裂缝各交汇点附近地裂缝的最大垂直位错量。(2)通过大型物理模型试验和有限元数值模拟,揭示地裂缝活动环境下地铁明挖箱形隧道、浅埋暗挖马蹄形隧道和盾构隧道分别正交和斜交穿越地裂缝带的变形破坏机制、隧道围岩压力与位移以及地表沉降变形的变化规律。(3)通过有限元数值模拟,分析地裂缝作用下地铁隧道衬砌结构的变形与力学行为,得出地裂缝作用下地铁隧道纵向变形曲线方程,其表达式为:y=Ax3+Bx2+Cx+D,其中A,B,C,D均为常数。同时,揭示了地铁隧道与地裂缝斜交角度θ对地铁隧道衬砌结构变形破坏的影响规律。(4)根据衬砌类型、地铁隧道与地裂缝空间相交展布关系,在大型模型试验和数值模拟的基础上,提出地裂缝作用下地铁隧道变形破坏模式,其中整体式衬砌隧道变形破坏模式为拉张–挤压破坏(正交)和拉张–扭剪破坏(斜交),盾构隧道变形破坏模式为直接剪切破坏(正交)和扭转–剪切破坏(斜交)。(5)基于大型物理模型试验和有限元数值模拟方法,建立地铁隧道穿越地裂缝带结构纵向设防长度的计算方法,确定了西安地铁隧道正交与斜交穿越地裂缝带的纵向设防长度。建立基于三维空间地裂缝活动作用下分段式隧道运动位移模式和计算公式,确定地铁隧道穿越地裂缝带的抗裂预留位移量(净空量)。(6)通过分段设缝的地铁隧道正交和斜交穿越地裂缝带的大型物理模型试验,对分段设变形缝的地铁隧道穿越地裂缝带的适应性进行了研究,结果表明分段柔性接头隧道能承受较大的剪切变形,相邻衬砌管段变形和次生应力均较小;同时多段设变形缝具有很好的消化地裂缝变形的效果,从而说明多段设变形缝加柔性接头连接的地铁隧道具有较强的适应地裂缝活动大变形的能力。(7)基于西安地铁工程穿越地裂缝带的特殊性和复杂性,在地裂缝活动可能引起的地铁工程病害分析的基础上,从结构、防水、地基加固及基础处理、轨道调整等方面,提出了地铁隧道穿越地裂缝带的病害控制措施。

西安地铁三号线隧道斜交穿越地裂缝带的设防参数研究

根据对地裂缝活动的监测数据资料,分析了西安地铁三号线沿线地裂缝活动特征。基于各条地裂缝与地铁三号线斜交的夹角θ、地裂缝倾角β以及各条地裂缝最大垂直位错量H,计算确定了地铁三号线穿越各条地裂缝地段的结构设计预留位移量,包括最大水平位移和最大轴向位移。同时,通过地裂缝影响带宽度和隧道与地裂缝的夹角θ,获取了地铁隧道穿越地裂缝带的结构纵向设防长度。研究结果可为西安地铁三号线及未来其他线路的隧道穿越地裂缝带的结构设计提供参考。

提高波纹管式制冷器稳定性的设计

针对波纹管式自调节流制冷器普遍存在稳定性差的问题,通过对此类制冷器最核心的部件——波纹管自调机构的受力分析,对制冷器的预留位移量这个核心参数进行优化设计,增强了制冷器的自调能力,从设计上避免制冷器不自调或流量变化现象的发生,改善了长期困扰自调式制冷器的间歇性喷液现象,提高了制冷器的稳定性,并通过实验得到了论证。

丹巴水电站引水隧洞高地应力软岩段三维开挖方案优化研究

采用摩尔-库仑弹塑性模型的有限元分析方法和岩体开挖卸荷理论,并考虑地应力对隧洞的作用机制,建立丹巴水电站双洞四机引水隧洞软岩段三维开挖大型三维模型并进行岩体力学计算,分别以不同的掌子面推进深度进行开挖,从洞口开挖至一定深度。统计不同掌子面推进深度下各步开挖不同关键点处的位移变化情况,进行比选,建议工程实际应当选用的最佳掌子面推进深度;在该推进深度下,统计不同洞段不同位置的各向位移预留量,为超前支护的必要性提供依据和超前支护的施工提供数据支持,以保证工程施工的顺利进行,为后续类似工程设计提供参考。

地铁隧道相交地裂缝的破坏特征及结构抗裂设计

地裂缝是西安典型的地质灾害,对地铁建设造成很大威胁,引起了社会各界的广泛关注。进行地裂缝活动引起地铁隧道的变形破坏特征研究,尤其是针对性地研究地裂缝与地铁隧道在空间交汇处的运移特点及隧道结构的抗裂设计参数具有重要的理论和现实意义。在分析西安地裂缝基本特征的基础上,以地铁5号线隧道工程穿越地裂缝情况为具体研究背景,详细论述了与隧道相交处地裂缝的发育特征,揭示了地裂缝活动造成的地表及剖面上的破坏特点,并分析了现阶段沿线地裂缝的活动速率,确定了在空间上隧道与地裂缝的实际交汇位置。根据地裂缝年活动速率监测资料,对地铁设计使用期内隧道与地裂缝交汇处的最大垂直位移量进行了预测,并在此基础上结合地裂缝与隧道的夹角及其倾角,根据空间几何关系换算得出隧道结构三维抗裂预留位移参数,最后通过数值模拟分析对分段隧道扩大断面的适应性进行了验证。研究结果表明:与地铁斜交的地裂缝活动会引起相邻分段隧道结构产生竖向位错、横向扭曲及轴向拉伸等变形破坏;上盘隧道净空量满足预留设计要求;该研究成果可为在地裂缝活动环境下西安地铁隧道的结构设防措施提供参考与指导。