Comparison between the Seismic Performance of Buried Pipes and Pipes in a Utility Tunnel

A utility tunnel system consists of pipes and ancillary facilities.In this paper,a finite element model of a concrete utility tunnel with pipes inside is established.Several tunnel segments were built to simulate a real utility tunnel,while the pipe was fixed by springs on the brackets in the utility tunnel.Using the discrete soil spring element to simulate the soil-structure interaction,actual earthquake records were adopted as excitation to analyze the seismic responses of pipes in a utility tunnel.Moreover,the influences of different parameters,including soil type,earthquake records,and field apparent wave velocity on the seismic responses of the utility tunnel and the pipes inside were studied.Finally,the seismic responses of buried pipes were analyzed and compared with those of pipes in a utility tunnel to evaluate the seismic performance of pipes for two working conditions.

The Feature of Weak Shock Wave Propagated in a Overlong Tunnel

Many experiment researches have been developed before. But most of them were carried out with the condition that the tunnel’s ratio of length and diameter (x/D) is under 1000. Recently, the process that compression wave convents into shock wave in the overlong tunnel has also been paid attention. In this paper, features of shock wave as it propagates through a overlong tunnel is investigated, rupturing thin films at the entrance to obtain three kinds of shock wave with different intensities. Then study their features respectively during they propagates through a overlong tunnel with x/D over 6000 at most. Comprehend shock wave more deeply by comparing the results of experiments.

下穿通道施工全过程对既有地铁隧道变形的影响

为研究下穿通道施工全过程对邻近既有地铁隧道的变形影响,以郑州市金水路(西三环至东四环)项目东明路行人非机动车下穿通道工程为背景,采用有限元软件Midas GTS建立三维数值模型,分析顶管及基坑施工过程对既有地铁隧道的变形影响;总结了新建下穿通道施工全过程对邻近既有地铁隧道的水平位移和沉降变化特征,并将模拟值与工程监测数据进行对比分析,验证数值模型的可靠性。结果表明:下穿通道工程施工全过程中诱发地铁1号线隧道的最大水平位移为0.52 mm,最大竖向位移为2.12 mm,既有地铁隧道的水平位移及竖向位移最大值均满足控制标准。本文研究成果可为类似工程的设计、施工和监测提供一定的参考和借鉴。

矩形顶管临近地铁施工地表变形特性

伴随城市地下空间的利用与开发,对于矩形顶管工程的应用愈加广泛,为探究临近地铁隧道情况下,矩形顶管近距离施工时地表的变形规律,依托顶管工程,利用MIDAS-GTS-NX软件进行顶管施工全过程模拟,分析了各施工参数数值的改变对地表变形的影响。结果表明:(1)顶管顶进过程中,顶管机刀盘前方土体受挤压产生隆起变形,后方因地层损失以及出土卸荷而出现地表沉降,开挖面处地表隆起变形较大,地层扰动明显;(2)在一定范围内,增加掘进压力可以有效维持掌子面稳定,减小地表沉降,降低对周围建筑及临近地铁造成损害的风险;(3)增大注浆压力可以控制土体扰动,减小地表沉降,但本工程条件下,超过140 kPa会出现过度补偿作用,反而增加地表沉降;(4)摩阻力相对于掘进压力与注浆压力对地表变形的影响较小,但地表整体沉降反映出随摩阻力增大而增大的趋势。

知识-数据驱动的沉管隧道接头安全状态分析方法——以港珠澳大桥海底沉管隧道为例

为解决沉管隧道接头安全状态不断变化且难以直接感知的技术难点,以港珠澳大桥海底沉管隧道为工程背景,通过分析既有监测数据,总结管节接头的变形模式,揭示管节接头张合量与结构温度的强相关性,明确潮位变化对接头剪切变形的显著影响。在此基础上提出一种基于知识-数据驱动的沉管隧道接头变形快速推演方法,通过建立沉管隧道精细化有限元模型,开展海量典型变形模式下的沉管隧道结构力学行为分析,构建沉管隧道变形服役行为数据集;利用BP神经网络,建立基于仿真接头服役行为特征的沉管隧道接头全断面变形推演模型,实现基于有限实测数据的接头全断面变形快速重构。该方法在港珠澳大桥海底沉管隧道的现场管养中得到成功应用。以2023年台风“苏拉”为例,基于台风登陆过程中接头的局部位移实测数据,推演接头剪力键及止水带关键点位处管节接头的变形情况。结果表明,该沉管隧道接头系统整体受台风影响较小。

隧道管棚支护承载特性及支护参数试验研究

为探究隧道管棚注浆钢管不同支护参数对管棚支护承载能力的影响,引入Pasternak双参数模型构建出更符合实际情况的管棚支护力学模型,通过多组室内试验,对管棚在不同注浆钢管管径、壁厚、注浆饱满度及加设钢筋笼条件下的承载能力进行定量研究。研究表明:1)管棚注浆钢管支护参数中,对管棚承载能力的影响排序为:管径>注浆饱满度>壁厚>钢筋笼。2)增大管棚注浆钢管管径可大幅提高管棚的承载能力,相比管径为108 mm的管棚,管径为159、219、299 mm时管棚承载能力分别增大183.58%、398.62%、874.86%。3)管棚钢管注浆不饱满会较大程度削弱管棚的承载能力,钢管注浆饱满度由100%降至75%、50%时,管棚承载能力分别降低29.8%、34.5%,注浆饱满度为50%时管棚的承载能力与未注浆时相差不大。4)管棚钢管壁厚和钢筋笼加设与否对管棚的承载能力影响较小。因此,在实际工程中,可通过增大管棚钢管管径提升管棚的承载能力,通过减小管棚钢管壁厚及不加设钢筋笼节约用钢量。

盾构隧道下穿高铁路基变形影响规律及加固优化研究

为研究盾构隧道下穿高铁路基施工时对路基的影响规律,探究在隧道开挖过程中运用不同加固措施对既有高铁路基的影响程度。以西安市某地铁工程为依托,利用室内模型试验对比分析盾构隧道下穿高铁CFG桩复合路基过程中,无加固、超前管幕工法加固与地表袖阀管注浆加固3种隧道施工条件下,地表沉降值和沉降槽的空间分布规律;采用数值模拟分析验证超前管幕工法加固工况下盾构隧道下穿时,高铁路基、道床的位移变化规律。室内模型试验结果表明:盾构隧道施工中采用管幕工法加固后复合地基正上方的地表沉降最大值减小28.6%,采用袖阀管注浆加固后减小18.0%,并且采用两种加固措施后的CFG桩最大附加轴力均减小20%以上。因此,在隧道掘进过程中采用一定加固措施,可改善围岩稳定性,其中管幕工法加固效果更为显著。数值模拟分析表明:采取管幕工法加固施工与不采取加固措施相比,路基最大沉降量减少33.78%,道床最大沉降量减少45.08%。因此,管幕工法加固能够有效减小对既有高铁路基的影响。

地铁盾构隧道管片安全状态评价

为准确评价地铁盾构隧道管片安全性,基于对地铁盾构隧道管片结构病害的形成机制分析,从管片变形、渗漏水、裂缝、拱顶脱落、材料劣化5个方面建立评价指标体系,划分管片结构安全状态评价等级,构建未确知测度函数,通过基于熵值改进的G2法确定权重,根据置信度识别准则判断风险等级,并将模型应用于某地铁盾构隧道,对其管片结构进行安全状态评价。研究结果表明:采用未确知测度理论能够准确评价隧道管片的安全等级,结果准确,实用性强。

爆破振动下城市管架型热力管道响应与安全研究

以下穿热力隧道的北京冬奥支线区间隧道爆破为背景,建立热力管道三维动力有限元模型,利用锤击测试试验验证了数值模型的可靠性.在数值模型中输入实测的爆破振动波,研究爆破地震波作用下管架型热力管道动态响应.结果表明:爆破地震波作用下,管道结构的有效应力为45.89 MPa,有效应变仅为0.02%,与重力初始作用时结构应力应变分布保持一致,爆破振动对管道结构的作用效应较小;放大输入地震波5~100倍,管道结构的PPV随之等倍数增大,而最大等效应力和最大等效应变的增幅仅为4.5%左右;提取实测地震波低频成分并施加在管道结构上,并不会引起热力管道的应力和应变大幅度增加,管道材料的等效应力均在50 MPa以下.由此可见,地震波峰值和主频对管道应力应变分布影响均较小。具有波纹管膨胀节的架空管道结构受力均匀,变形协调性和抗震性能较好,因工程爆破振动造成破坏的可能性不大.

双线矩形顶管上穿施工对地铁盾构隧道影响分析

针对新建矩形顶管上穿作用下盾构隧道结构受力和变形特点认识不足的问题,以双线矩形顶管综合管廊上穿地铁盾构隧道工程为背景,通过建立三维有限元模型,研究既有盾构隧道在双线矩形管廊上穿施工诱发下的管片及其接头变形机制.首先,构建接头受力-位移的关系模拟管片间接头的受力变形过程,并以管环承载性能足尺试验验证其有效性.然后,依托工程实例,进一步建立盾构隧道结构-地层三维有限元模型.最后,对比现场监测和数值模拟的结果,全面分析盾构隧道纵向变形、环间错台和接头剪力等规律.研究结果表明:首次穿越的综合管廊诱发的盾构隧道隆起占据主导,而二次穿越的低位箱涵对最大隆起量贡献仅为9%;主要穿越区内管环呈现竖椭圆化收敛变形,拱顶隆起位移最大,分别为拱腰和拱底的1.15倍和1.35倍;盾构隧道沿纵向的隆起曲线呈现“阶梯状”,隆起位移主要以管片环间受剪切产生的错台为主,其中拱顶错台量最大,为拱腰和拱底的1.1倍和2倍;穿越影响区内管片环间接头剪切力呈现非均匀分布,拱顶和拱腰遭受较大剪力,而拱底所受剪力最小;穿越区边缘位置管片环间接头剪切力最大,约为穿越中心区管片环间接头剪切力的2.6~2.8倍.相关研究成果可为新建隧道上穿盾构隧道保护与监测提供支持.

反拉式顶管法施工联络通道对地铁盾构隧道力学性能影响

为探究采用反拉式顶管法施工盾构隧道联络通道过程中主隧道的力学响应机制,依托北京地铁某盾构区间,建立模拟联络通道施工过程的有限元模型,通过与现场监测数据对比验证模型的准确性。继而研究联络通道施工对主隧道管片间错台位移、特殊管片应力及变形、螺栓受力的影响,并分析反力模式对主隧道管片力学特性的影响。结果表明:1)始发管片破除对主隧道力学性能影响较大,随着联络通道进一步开挖,主隧道受力和变形缓慢增大。2)管片间最大错台位移为1.17 mm,发生在特殊管片与普通管片接缝底部。特殊管片最大拉应力为18.6 MPa,出现在开口的顶、底部;最大压应力为27.0 MPa,出现在开口的腰部;最大横向扩张位移和竖向收敛位移分别为2.13 mm和4.56 mm。主隧道管片环间螺栓最大拉应力为213 MPa。3)背推式反力模式更利于控制开口处的横、竖向位移,反拉式反力模式更利于控制开口对面管片应力变形及其接缝处错动位移。

基于非连续介质力学的多刀盘矩形顶管掘进性能分析

为探明多刀盘矩形顶管的掘进性能,基于非连续介质力学,运用离散元数值建模的手段,建立全尺寸的多刀盘矩形顶管掘进三维离散元模型。模型中考虑刀盘群切削、螺旋输送机排土等多种动态过程,分析刀盘组转动速度对顶管机掘进性能的影响。通过对比分析现场实测与数值计算的刀盘扭矩值,验证了数值模型的有效性与可靠性。研究结果表明,在刀盘群的旋转切削作用下,刀盘附近渣土颗粒的流动性优于土仓内渣土颗粒的流动性,除了靠近刀盘中心区域的渣土颗粒外,其他位置渣土颗粒流动性较好。后置刀盘组的切削作用有利于渣土从土仓向螺旋输送机流动,因此后置刀盘应尽可能靠近螺旋机入口位置布置。刀盘组中两侧刀盘承受的土压力略高于中心的刀盘,且作用在中心鱼尾刀具和辐条周围区域上的压力相对较高。在砂质粉土地层中,考虑到经济与环保效益,刀盘组转速建议控制在2 rpm左右。研究成果可为类似矩形顶管掘进工程的刀盘布置与掘进参数设置提供合理的参考与借鉴。

支管排烟作用下双层隧道顶棚温度分布试验研究

针对下层隧道采用支管排烟模式的双层盾构隧道,通过开展缩尺寸模型试验对烟气温度分布进行系统研究,探讨火源功率、排烟口开启方案(排烟口数量和距离)和排烟量等关键因素对火灾烟气温度分布的影响。结果表明:随着排烟口距离的增加,顶棚烟气温度逐渐升高;开启距离火源最近的两个排烟口时,顶棚烟气温度最低;随着排烟量的增大,在远离火源的区域顶棚烟气温度逐渐降低;火源上下游顶棚下方温度沿隧道纵向呈现指数衰减规律,在不同的排烟量和火源功率下,相对温度衰减ΔT_(x)/ΔT_(max)的值变化不大。通过对试验数据进行拟合分析,推导出支管排烟模式下,火源上下游顶棚烟气温度纵向衰减预测模型。

天山胜利隧道内置高位水池的消防供水系统设计研究

为解决10 km甚至20 km以上的高寒高海拔超长公路隧道消防供水系统设计中洞外设置供水系统被冻结、洞内管网严重超压等难题,通过对乌尉高速天山胜利隧道消防设计的难点,以及常规的隧道外常高压供水系统及稳高压供水系统在该隧道中难以实施等问题展开深入研究,提出天山胜利隧道内设置高位消防水池及将隧道内消防管网进行分区供水的设计方案并详细论述。对于10 km甚至20 km以上的高寒高海拔超长公路隧道消防供水系统的设计:1)隧道消防给水宜采用高位消防水池供水的常高压供水系统;2)常规的隧道外常高压供水系统及稳高压供水系统在高寒高海拔超长公路隧道中无法实施,可考虑隧道内置高位消防水池的设计;3)隧道内置高位消防水池的数量、设置间距、设置高度等应根据隧道的长度、纵坡等综合考虑并进行水力计算后确定;4)隧道内置高位消防水池的常高压供水系统能解决这类隧道消防供水系统设计中管网严重超压的难题,具有供水安全可靠、施工难度较小、经济、环保等优点。

预制地下管廊内连续管道的纵向抗震分析

本文为研究预制地下管廊内连续管道的纵向抗震性能,在ABAQUS有限元平台构建了地基土-管廊-管道系统的精细化抗震分析模型,分析不同地震波入射角度下管廊-焊接钢管体系的地震响应。研究表明,随着地震波入射角度的增大,廊内焊接钢管的轴力逐渐增大,在入射角60°时达到峰值;剪力峰值随入射角增大呈现出先减小后增大的趋势,在入射角45°时最小,入射角0°时达到峰值;管道的弯矩峰值随地震波入射角增大逐渐减小,在入射角0°时达到峰值。

同一始发井内顶管双向顶进后背体系设计与施工技术

针对地下管廊工程中进行两段及以上顶管作业的情况,基于南昌市丹霞路道路及综合管廊工程EPC项目顶管工程实例,对在同一始发井内同时进行双向顶管作业技术进行分析研究。建立数值计算模型,对相关结构体系受力进行分析,并结合有限元数值模拟的方法,对不同施工顺序下的受力特性进行对比。结果表明:在相同荷载下,顶推一侧两舱时后背墙受到的最大弯矩较对称顶进时大,后背体系结构在各工序下均满足受力与稳定性要求。揭示了在较大顶管始发井内采用肋板式后背墙作为背部支撑、通过钢套箱后靠背分配主顶油缸反力、同时设置双排双向后背体系方式的可行性。进一步提出后背墙结构的施工与拆除技术,并通过实际工程中后背墙变形监测验证了实施效果。

浅埋矩形顶管施工对临近管线与地表的影响研究

矩形顶管施工引起的地表变形特征与圆形顶管或盾构隧道存在显著差异。为了明确浅埋矩形顶管施工过程中的地表沉降特征以及顶管施工对下方既有盾构隧道的影响,根据现场矩形顶管施工监测结果,分析矩形顶管施工过程中地表的变形规律,以及顶管下方既有盾构隧道的变形情况。传统的Peck公式适用于圆形顶管或圆形盾构隧道,因此采用改进的Peck公式来描述矩形顶管引起的地表变形特征;根据现场监测分析顶管施工引起的地表变形、管线变形和下卧隧道沉降规律。研究表明:改进的Peck公式相比于传统的Peck公式可以准确描述矩形顶管施工引起的地表变形规律;顶管施工引起地表和上方管线的沉降规律是一致的,但与下卧隧道的变形规律存在显著差别。

电力隧道渗漏水成因分析及治理措施研究

电力隧道内电缆数量较多,电缆及其他电力设施对水非常敏感,如果积水淹没电缆(尤其是电缆接头部位),可能会造成事故和损失。文章详细分析了暗挖、盾构等结构形式隧道的渗漏水成因,对管片、环梁、沉降缝、墙体及管孔等部位渗漏水治理措施进行研究,提出了针对性的治理建议并进行了试点应用,为电力隧道渗漏水治理工作提供参考。

钢管幕埋深及顶进顺序对地表变形的影响

依托合肥市滨湖科学城庐州大道浅埋隧道段工程,利用有限差分软件FLAC 3D对不同埋深及顶进顺序下钢管幕顶进施工过程进行模拟。结合模型计算结果和监测数据分析,总结钢管幕埋深与顶进顺序对地表变形的影响。结果表明,先上后下的顶进方案优于先下后上的方案,上部钢管的存在会减小下部钢管顶进对地表变形的影响;钢管的埋深越大,对于地表变形的影响也越大,下部钢管的顶进会扩大沉降范围和沉降值,上部钢管的顶进会使地表产生小幅隆起;从上至下依次顶进的方案为确定的最优方案,随着钢管顶进数量的不断增加,地表沉降量不断扩大,地表变形曲线从V形向W形转变,表明浅部钢管对地表变形有一定的控制作用。

长距离狭小空间内大截面电缆敷设施工技术

在地下管廊及隧洞的机电安装工程中,经常会遇到狭小密闭空间内敷设大截面电缆。采用传统方式进行存在劳动强度大、作业效率低、安全隐患大等问题。如何在长距离狭小空间内高效、安全敷设大截面电缆是机电安装工程中的一项重要课题。针对近年施工的某工程“U”形洞库内敷设大截面电缆施工特点,研究创新出一种在长距离、狭小密闭空间内进行大截面电缆的敷设新技术,从而实现机械化安装,降低劳动强度,提高施工效率,节省工期,保证施工质量同时达到安全防护要求。