盾构下穿诱发框架结构沉降实测与模拟分析

为研究盾构隧道施工对上方框架结构的影响,以广州市综合管廊盾构斜交下穿中高层框架结构为工程背景,采用现场沉降监测及数值反演的方法分析结构的响应规律。结果表明:本工程盾构下穿位置的柱基沉降过程表现为主要沉降-沉降回弹-沉降稳定3个阶段;沉降较大的柱基主要分布在盾构轴线沿线位置,差异沉降较大的柱基则主要分布在盾构轴线的周边位置;盾构的穿越位置会影响建筑物的倾斜趋势;盾构穿越后及时进行洞内二次注浆,能减小框架结构在稳定阶段的沉降、不均匀沉降及整体倾斜。

隧道侧穿箱基框架结构体系振动台试验及数值模拟

以郑州市轨道交通7号线侧穿箱基框架结构工程为背景,开展了室内振动台缩尺模型试验,并借助有限元软件ABAQUS对不同工况进行数值建模,将振动台试验和数值模拟结果进行对比,验证数值模拟结果的可靠性。基于验证后的模型,分析隧道侧穿箱基框架结构体系的动力响应特性。结果表明:①隧道或箱基框架结构的存在均会降低整个体系的自振频率;②箱基框架结构的存在会降低隧道结构的加速度响应,同时减弱隧道结构所受到的弯矩,而对其所受剪力的影响不大;③隧道结构的存在会减弱箱基框架结构的加速度响应和位移响应。箱室的存在会改变地震波的传播路径,且当箱基框架结构高于三层时,楼板加速度响应随楼层高度的增大更明显。

门式抗浮框架作用下上方开挖既有盾构隧道响应解析解

上方开挖卸载导致既有盾构隧道结构产生上浮,易引发结构渗漏水、开裂等病害。竖井开挖联合门式框架技术是限制上方开挖引起既有隧道上浮的一种有效控制措施,但是目前仍缺少相应的理论方法用于指导门式抗浮框架的设计。为此,提出了既有隧道结构响应的解析解,可以实现竖井和基坑开挖阶段既有隧道结构纵向和横截面变形计算,并给出了相关的计算流程。通过与工程实例和三维数值模拟结果进行对比,验证了解析解的可靠性。通过典型算例计算和参数敏感性分析讨论了门式抗浮框架的作用机理以及既有隧道埋深和竖井开挖尺寸等因素的影响规律。结果表明:门式抗浮框架在基坑开挖阶段可以有效控制上方开挖引起的既有隧道变形,控制效果与既有隧道上方剩余覆土厚度密切相关,剩余覆土越小控制效果越明显;门式抗浮框架的作用效果主要取决于抗浮板与土体之间的作用力,抗拔桩与土体的作用力对既有隧道变形影响较小。

框架梁与锚索桩板墙加固隧道洞口边坡的动力响应特性

针对山岭隧道洞口在降雨、地震等因素作用下易产生变形破坏的问题,以某处采用框架梁与锚索桩板墙支护的隧道洞口边坡工程为原型,开展几何比尺为1∶50的振动台模型试验,分析降雨后地震作用下边坡的动力响应特性及失稳变形规律。结果表明:降雨后坡面无局部破坏,地震作用下边坡的破坏过程可归纳为坡顶张拉破坏—坡脚剪切溃裂—坡体整体失稳滑动,边坡表现为张拉—剪切型破坏;边坡峰值加速度放大系数呈层状分布,“高程效应”与“趋表效应”显著,均随输入正弦波频率、幅值的增加而增大;边坡土体峰值应变分布与坡体滑动破坏面较吻合;桩体锚索轴力与输入正弦波频率、幅值呈正相关,强震作用下锚索轴力增幅显著;桩后峰值土压力近似呈三角形分布,桩体嵌固段内桩土压力最大;桩体弯矩呈“b”型分布,嵌固段内桩体峰值弯矩最大,抗震设计中应注意验算其抗弯强度;桩后土压力与桩体加速度FFT谱幅值主要集中于低频段,结构动力响应主要受地震波低频段部分影响。

受限空间下盾构隧道及顶管同步施工技术研究

城市地下市政基础设施建设时常会受到地面及地下的各种限制,这也是地下工程施工研究的重点方向。结合工程实例,针对城市空间受限、地下空间内管线复杂、地上空间涉及众多权属单位和既有建筑物的情况,本文对施工方案进行了优化研究,创新性地开创“盾构电力隧道+顶管法预制大直径混凝土管道后导洞双向同步施工”技术,创造性使用盾构顶管双向双重受力反力架,减少了盾构机停机时间,缩短了21天的施工工期;高效地利用城市地下空间,减少对周边环境的影响,使电缆路径选择和敷设更加便捷和经济,节省了至少100万元的施工成本。该技术在广州市南大干线500千伏电力隧道某项目中得到成功应用,取得了良好的社会和经济效益,可为类似工程实践提供参考,具有较好的推广与应用价值。

大断面隧道初期支护中纵向连接与拱架联合承载效应

针对大断面隧道初期支护拱架在承载时易发生平面外失稳的问题,本文通过开展单拱架全比尺试验和考虑纵向连接的拱框架结构的数值试验以及现场对比试验,对纵向连接与拱架组成的拱框架结构进行优化研究,使其横向上有足够承载能力、纵向上有较高稳定性。研究结果表明,单个拱架的破坏模式是局部面外失稳导致整体承载力丧失,考虑纵向连接的拱框架结构的平面内承载力和平面外稳定性都得到增强。通过调整纵向连接间距和拱架间距也可以调整初期支护拱框架结构和喷射混凝土的内力分担比,以充分发挥初期支护的承载能力,但纵向连接间距应小于1500 mm,拱架间距也应小于1200 mm。因而,在不改变初期支护现有结构形式的前提下,通过合理地布设纵向连接与拱架形成的具有空间承载效应的拱框架结构,不仅可以保证初期支护的承载能力,而且还提高施工效率和经济效益。研究成果可指导大断面隧道初期支护结构设计。

隧道结构装配式临时支撑的力学特性

为研究采用装配式临时支撑隧道的力学特性,文中以庄天公路西城山隧道工程为研究对象,对带有装配式临时支撑隧道的钢拱架和临时支撑的力学特性进行了分析。文中介绍了半步CD法的施工方法并建立了数值模型,通过对半步CD法各个施工步的钢拱架和临时支撑的力学特性进行分析,找到了隧道钢拱架的最大和最小应力以及装配式临时支撑的最大和最小位移,为后续施工提供指导。

隧道洞口边坡锚索框架梁支护研究

近年来,公路隧道的修建在不断地进行中,同时在施工当中也伴随着较大的安全隐忧,因此隧道洞口的边坡支护对于隧道工程具有现实意义。文章以某隧道2号隧道洞口为例,采用FLAC 3D软件进行单因素变量分析不同锚固力、锚固角度和锚固间距对支护体系的影响,在理论计算方法的基础上,结合数值模拟分别在不同锚固力、锚固角度和锚固间距下对预应力锚索框架梁进行模拟计算与分析,最终得出在以上三种情况下的坡面位移图,然后通过观察位移图的变化并结合理论分析提出最优的支护结构参数。文章可为此类隧道工程中预应力锚索框架梁的结构参数优化设计提供技术参考。

大直径盾构隧道盾构井环框梁设计分析及构造措施

大直径公路隧道盾构井在施工阶段承担着盾构机吊装、盾构掘进始发和接收的重要功能。后期运营阶段盾构井承担隧道运营、设备布置、故障检修、事故安全疏散等多种工况的功能要求。本文以深圳妈湾跨海通道盾构井为研究对象,结合盾构法地下快速路的特点,针对大直径公路隧道盾构特点设计盾构接收井结构。利用Midas Civil有限元软件建立荷载-结构法盾构井三维计算模型,分析了盾构接收井在盾构吊装阶段、施工后浇结构及后期运营阶段的环框梁受力特点,同时总结了大直径盾构井环框梁构造措施,对于以后指导大直径盾构井结构设计及施工有重要意义。

某超高层建筑复杂塔冠结构设计分析

通过分析超高塔冠侧面开洞方案对框架-核心筒超高层结构的影响,并结合风洞试验结果,开洞方案能有效减小风荷载的体形系数。利用欧拉公式,确定空间扭转格构柱的长细比,最后通过SAUSAGE和MIDAS GEN有限元软件,对塔冠结构抗震性能和钢管结构的节点做细致分析。由于塔冠的风荷载直接影响到主体结构是否要增设加强层,目前对于此类项目造型,规范和现有研究均未明确风荷载取值。研究结果表明,通过对塔冠立面开洞处理,可以减小相应的风荷载,提高主体结构的经济性;复杂塔冠节点具有较高的安全性,整个塔冠结构具有更高的可靠度。

金仁桐高速公路桐梓河特大桥总体设计

贵州金仁桐高速公路桐梓河特大桥全长1422 m,为双向4车道高速公路桥,设计速度80 km/h。该桥主桥采用单跨965 m简支钢桁梁悬索桥,仁怀岸引桥为(48+80+48)m预应力混凝土连续刚构桥,桐梓岸引桥为两联(3×40)m预应力混凝土先简支后结构连续T梁桥,均分左、右两幅设置。主桥主缆跨度布置为(205+965+225)m,中跨主缆垂跨比为1/10。加劲梁采用两主桁钢桁梁,华伦式桁架,桁高7 m。每一吊点设置2根吊索,吊索标准间距15.0 m。桥塔采用门形混凝土塔,仁怀岸塔高208 m,采用嵌岩桩基础;桐梓岸塔高140 m,采用扩大基础。仁怀岸锚碇采用隧道锚,桐梓岸锚碇采用重力式嵌岩锚。

改进YOLOv5的隧道火灾帧差检测网络与应用方法

隧道发生火灾存在着检测难、救援难的问题,实时的火灾监测对于及时发现火情是至关重要的。传统基于视频图像的火灾检测方法,检测依赖单幅图像,无法提取多幅图像的时空信息,检测精度低,不能有效检测隧道火灾。因此,提出了隧道火灾帧差网络。帧差网络使用3D卷积核构建网络结构,提取视频中火灾的时间上下文信息;将帧差网络衔接至YOLOv5主干网络形成隧道火灾帧差检测网络,可以检测单幅图像及两幅图像,从而充分利用视频动态信息;使用CIoU函数优化网络的边界框损失,并融合分类损失与置信度损失,使网络能够快速收敛。实验结果表明,该网络在隧道火灾数据集上的平均精度高达91.03%,检测速度达到了63.7帧/s,具有较强的鲁棒性。通过选取最优分析策略设计隧道火灾检测应用方法,该方法在隧道场景中的漏检率和误检率分别为2.52%和2.03%,可以满足隧道火灾检测的准确性和实时性需求。

极端温差地区框架棚洞结构温度效应影响及结构优化研究

本文以拉林铁路达嘎拉隧道进口棚洞为研究对象,研究了外界温度变化对棚洞结构的整体稳定性的影响,分析了温度变化时立柱、纵梁、纵向联系梁及横向联系梁的内力变化,结果表明:(1)棚洞结构的最大变形随着降温及升温幅度的增加而增大,降温对结构变形的影响高于升温;(2)纵梁跨中弯矩受升温25°控制,而纵梁端部弯矩、桩基最大弯矩、纵向联系梁最大弯矩及轴力受降温25°控制;(3)横向联系梁的增加对控制棚洞结构的变形作用并不大;在降温作用下,横向联系梁的增加使桩基端部弯矩增加了约3倍,同时承受巨大的轴向拉力;(4)取消设置横向联系梁,既可以保证棚洞结构的整体稳定性,又可以降低降温引起的附加内力。

行车作用下盾构隧道下穿框架桥梁耦合动力学特征

为分析行车作用下盾构隧道下穿既有铁路框架桥梁结构的耦合动力学影响,基于铁路大系统动力学与有限元理论,建立列车-有砟轨道-框架桥梁-土体-盾构隧道耦合动力学模型,研究不加固地层和加固地层开挖完成后所引起的既有铁路框架桥梁结构的沉降变形规律,引入ABAQUS■-MATLAB■联合仿真、时变耦合和多步长动力迭代求解策略,对盾构隧道下穿和行车作用耦合效应下既有铁路结构的动力响应进行数值仿真,分析和评估耦合效应下的列车动力学行为和行车性能。研究结果表明:相对框架桥梁不对称下穿,盾构隧道导致结构沉降变形呈不对称分布,左线先行开挖引起的沉降大于右线的沉降;加固地层能够减小盾构开挖引起的沉降变形和车致振动位移,但会增大车致振动加速度及框架桥梁应力;盾构开挖对列车运行造成附加影响,系统动力响应、车辆运行安全性和平稳性指标都与运行速度呈正相关,速度超过120 km/h后有跳轨风险;在速度为160 km/h时,车体振动附加影响增幅可达到136.03%。在施工过程中,应注意加固开挖造成的车致振动加速度增大现象,同时应当考虑降速通过盾构隧道下穿区段。

城区地铁控制爆破对地表框架结构的振动影响

针对城区隧道钻爆开挖产生的爆破振动有害效应,以胶州湾海底隧道青岛端接线工程为背景,根据现场情况采用LS-DYNA数值模拟研究方法,从接近—穿越—远离建筑物的过程中开展隧道掌子面爆破对地面建筑物的振动影响研究。结果表明:当爆源接近建筑物时,建筑角柱位置处垂直、合峰值振速出现明显的上下波动现象,在建筑顶层的水平峰值振速放大1.10~2.09倍,垂直峰值振速放大1.31~1.60倍;当爆源到达建筑物正下方时,距爆源水平距离大约27m,成洞区和非成洞区水平峰值振速放大1.12~2.25倍,成洞区垂直、合峰值振速放大1.87倍,各峰值振速在建筑正中处达到最大值;当爆源远离建筑物时,建筑角柱位置处垂直、合振动峰值速度未出现明显的上下波动现象,建筑顶层水平切向、垂直和合峰值振速放大1.06~1.78倍,迎爆侧角柱位置水平径向峰值振速放大1.12倍,在其余位置水平径向峰值振速均出现0.69~0.79倍的降低特征。

临时套拱加固法在隧道侵限换拱处理中的应用——以金仁桐高速公路项目太阳坪隧道工程为例

软弱围岩隧道常采用钢拱架进行隧道初期支护,受不良地质及施工过程中多次开挖扰动影响,钢拱架施工时常出现拱架下沉侵限的现象,因侵限的钢拱架侵占了二衬的厚度,导致了二衬厚度不足,影响二衬结构的受力,可能造成较为严重安全隐患,因此有必要对侵限的钢拱架进行换拱处理。文章以金仁桐高速公路项目太阳坪隧道工程为例,对工程中采用的基于临时套拱加固法的隧道侵限换拱处理方法进行分析,提炼总结施工要点,以供类似工程参考。

隧道爆破作用下邻近高层框架结构动力响应研究

为分析隧道爆破振动作用下高层框架结构的动力响应特征,确保城市地铁隧道开挖过程中邻近建筑的安全稳定,依托武汉地铁8号线洪山站-小洪山站区间大断面隧道爆破开挖工程,采用动力有限元软件建立三维数值模型,结合现场振动监测数据验证计算模型及其方法的可靠性;通过框架结构爆破动力响应数值模拟计算,得出了框架结构峰值振速和最大主应力峰值随高程变化的分布特征,以及楼层高度改变时高程放大系数的变化规律。研究结果表明:高层框架结构垂向振速沿层高方向呈先减小后增大的变化规律,一层、高层均存在放大效应;高程放大系数随总层高的增加逐渐减小;建筑侧下方未形成空洞时隧道爆破对结构的影响最大,爆心距最小的柱上最大主应力峰值最大。

中信城市广场三期B地块办公楼超高层结构设计

中信城市广场三期B地块办公楼主塔采用密柱框架-核心筒+环带桁架混合结构体系,针对此密柱网混合结构体系的结构特点和性能目标要求进行了抗震性能化设计并分类归纳总结,提出一系列结构加强措施。通过增设适宜刚度的环带桁架加强层从而增强外框架刚度;加强层楼板采用钢梁+钢水平撑+钢筋桁架楼承板以可靠传递加强层外框架与核心筒间的剪力;分叉斜柱角度控制在10°范围以内,采用型钢混凝土节点设计;通过设置钢框梁连接墙肢内嵌型钢暗柱形成整体墙内约束型钢边框可以进一步有效地提高底部和加强层核心筒的延性与增强组合结构整体承载能力。分析结果表明:通过各项措施后结构满足设计要求,整体性能安全可靠。

大跨度浅埋偏压连拱隧道施工技术优化与探讨

为保证上覆土较浅、穿越段岩层破碎、存在大偏压松散荷载的连拱隧道的顺利施工,确保围岩稳定与结构安全,结合工程实际,从衬砌结构设计、暗挖开挖方法以及抗偏压措施等方面开展施工技术优化。现场技术应用表明,隧道暗挖段施工效果良好,所总结的技术可为类似工程提供经验。

梁锚结构加固浅埋隧道洞口软弱地层的承载特性研究

针对隧道洞口埋深浅且软弱围岩稳定性差这一问题,提出在地表增设混凝土框架梁,设置扩大头锚杆与框架梁连接并深入软弱围岩,运用数值模拟分析“混凝土框架梁-扩大头锚杆”结构加固软弱地层后的力学特性。研究结果表明:采用“混凝土框架梁-扩大头锚杆”加固隧道洞口软弱地层,k=0.4时,相比于没有加固对照模型,隧道最大拱顶沉降值下降68.7%,隧道最大边墙收敛值下降15.1%,初期支护最大等效应力减小12.7%;建立不同加固区围岩松动压力分散系数k下的数值模型,通过拱顶沉降结果与加固区围岩松动压力分散系数的线性拟合,提出采用加固结构后的隧道拱顶沉降规律与围岩松动压力计算方法。