软土地层双线隧道地表沉降计算公式修正

由于双线隧道存在复杂的耦合作用,盾构施工引起的地表沉降规律极为复杂,所以准确计算地表沉降较为困难。基于Peck公式和Chapman修正参数,考虑先行隧道的施工影响和双线隧道的相对位置关系,通过参数的经验量化,建立双线隧道地表沉降的计算公式。此外,依托苏州市轨道交通S1号线工程,讨论公式在不同土层中的适用性及参数取值范围,在此基础上采用PLAXIS 3D有限元软件对双线隧道盾构施工进行了数值模拟。结果表明:在软土地层中进行盾构施工,应用所建修正公式计算得到的地表沉降值与数值模拟和现场实测结果均较为吻合。所建修正公式考虑了双线隧道的位置信息,可以定量反映隧道埋深和双线隧道间距对地表沉降的影响。研究成果可为软土地区双线隧道盾构施工沉降计算提供参考。

双幅钢箱梁竖弯涡振气动力演变特性

双幅钢箱梁桥是工程实践中一种常用的大跨度连续梁桥型式,但并列双箱复杂的旋涡脱落和交互作用可能引发显著的涡激振动现象,影响结构的疲劳性能和行车舒适性。本文以某六边形双幅钢箱连续梁桥为工程背景,对大比例节段模型开展了测振、测压风洞试验,对比了双幅钢箱梁在不同间距下竖弯涡振全过程(涡振前、上升区、振幅极值点、下降区及涡振结束)的分布气动力演变特点,提出了有效控制双幅钢箱梁桥涡振的气动措施。研究表明,双幅钢箱梁桥涡振锁定区间长、振幅大,+3°为最不利攻角,涡激力的倍频效应与间距和双幅箱梁涡振的振幅均有关。在小间距及低风速时,上、下游梁背风侧的分布气动力对涡激振动起到增强作用;在大间距或较小间距且高风速时,开槽附近上表面和下游梁斜腹板位置的分布气动力对涡激力起主要增强作用,也是双幅钢箱梁产生大幅涡激振动的诱因。提出了槽间裙板与两端风嘴组合的综合气动控制措施,通过切断槽间涡的传播途径从而降低桥面处分布气动力对涡激力的贡献,该措施可有效减弱双幅钢箱梁桥的竖弯涡振。

Surface settlement caused by twin-parallel shield tunnelling in sandy cobble strata

City metro tunnels are usually constructed as twin-parallel tunnels and their adjacent construction may lead to surface deformation,affecting the surface environment and the safety of the tunnels.Due to its strong dispersion,sandy cobble strata can be easily disturbed by shield tunneling.Based on the project of the Chengdu Metro Line 1,field and model tests were carried out to study the surface settlement caused by shield tunneling in sandy cobble strata by measuring surface settlement curves,ground loss ratios and construction influence zones.The discrete element method(DEM) was used to study the factors affecting the formation of ground arches in sandy cobble strata at the microscopic level.Results show that the shape of the surface settlement curve in sandy cobble strata is different from that in soft soil.The buried depth and clear spacing of the two tunnels had a significant impact on the formation of ground arches.

公铁同层双幅非对称主梁气动干扰特性研究

为研究公铁同层非对称双幅桥主梁间的气动干扰效应,对某大跨度公铁双幅斜拉桥进行节段模型风洞试验,测试不同风向条件下单、双幅主梁的气动特性,并辅以数值模拟研究,在验证数值模拟结果准确性的基础上,分析单、双幅主梁周围流场的分布特征,研究双幅主梁间气动干扰效应的影响。研究结果表明:双幅主梁中的上游主梁和单幅主梁气动特性相似,但双幅主梁中的下游主梁气动特性发生明显变化,且下游公路主梁和下游铁路主梁气动特性的变化形式不同,由于双幅主梁的非对称性,上游主梁对下游主梁的气动影响特性并不相同。当铁路主梁迎风时,下游公路主梁上表面迎风侧所受正压减小,但下表面迎风侧所受正压增大,此时铁路主梁和公路主梁尾部均有交替旋涡脱落,双幅主梁处于双涡脱流态;当公路主梁迎风时,下游铁路主梁迎风侧风压的绝对值均减小,气流分离后再附位置向迎风侧移动,此时交替涡脱现象仅在铁路主梁的尾流区形成,双幅主梁处于剪切层再附流态。下游主梁气动特性的差异来源于双幅主梁非对称引起的气动干扰规律变化,不同来流方向下空气的绕流特征和主梁周围旋涡的脱落—附着行为存在明显区别,故必须综合考虑不同风向下双幅主梁的气动特性差异。研究成果可为考虑气动干扰效应的大跨公铁同层双幅桥气动设计提供参考。

浅埋双孔平行隧道开挖围岩应力和位移分析

结合复变函数理论求解弹性力学平面带孔洞问题的优势,以及交替法简单的重复循环计算步骤,成功地解决了半无限平面内双孔平行圆形隧道开挖的弹性问题,并且借助于计算机编程,获得了隧道开挖后围岩的应力场和位移场。从附加面力的逼近精度、迭代计算的收敛度以及洞周位移三个不同的方面,对计算精度进行了讨论。此外,通过工程实例分析,将现场实测的单孔和双孔隧道施工后产生的地表沉降值与理论计算结果相比较,发现两者吻合较好,其中地表产生的最大沉降值的计算结果与实测值的误差不超过5%。

盾构法隧道施工对邻近摩擦单桩影响的研究

采用对隧道洞室周边及开挖面的土体施加由盾构机引起的各种荷载的方法模拟盾构施工,通过变化隧道埋深、隧道数量及开挖顺序研究盾构法开挖隧道对邻近摩擦单桩的影响。计算结果表明,隧道与桩的水平距离不变时,隧道埋深存在一个临界值,当隧道埋深为此临界值时隧道开挖引起的桩顶沉降、桩身侧移最大;隧道埋深较小时,隧道开挖会使桩产生较小的上移;隧道与桩的水平距离缩小相同值时,隧道埋深越小,开挖引起的桩顶沉降增加量越大;双隧道开挖引起的桩顶最终沉降量大于单隧道开挖引起的桩顶最终沉降量;双隧道同时开挖引起的桩顶沉降量、桩顶最大侧移大于双隧道先后开挖引起的桩顶沉降量、桩顶最大侧移;无论是同时开挖还是先后开挖,垂直双隧道引起的桩顶沉降量明显小于平行双隧道引起的桩顶沉降量。

水下双线平行隧道渗流场解析研究

目前对于水下单线隧道渗流场的研究已取得了一定的进展,但是对于双线平行隧道则鲜有研究。基于达西定律以及质量守恒定律,采用保角变换法和叠加法对双线平行隧道稳态渗流场进行了推导,获得该问题的水头分布以及隧道涌水量的解析解。采用数值软件COMSOL对本文解析解进行验证,发现两者拥有较好的吻合度。结合算例,讨论了隧道间距对双线平行隧道渗流场、衬砌外围水头分布形态以及隧道涌水量的影响。发现将双线隧道简化为单线隧道进行分析,将会高估隧道周围水头以及隧道涌水量,并且这一现象随着隧道间距的减小而愈发明显。

平行盾构开挖离心机模拟试验研究

通过离心模型试验模拟平行盾构隧道近接开挖施工,研究了盾构隧道近接开挖对既有隧道结构内力、管片变形和地表沉降的变化规律。结果表明:1隧道开挖引起地表沉降的大小与开挖的步骤有关,而沉降槽的范围基本不变;2既有隧道靠近新建隧道一侧受拉,这一侧弯矩出现负增量,侧向土压力也有一定的减小,且既有隧道直径水平向变大,而垂向直径基本不受影响;3由于土拱效应,新建隧道已完成开挖部分管片拱顶的土压力随开挖进程先减小后增大;4采用地层结构法可以准确模拟隧道开挖过程的隧道结构力学特性与变形规律。

平行隧道开挖引起上方既有隧道的纵向变形研究

城市地铁隧道大多数采用平行双洞的布置形式作为隧道设计施工方案,根据不同的地层条件等因素采用盾构法或暗挖法施工。由于城市地下空间变的越来越拥挤,研究新建平行双洞隧道施工过程中对邻近既有隧道的影响程度问题显得尤为重要。本文基于两阶段分析方法研究预测平行双洞隧道开挖引起上方已建隧道的纵向变形的简化解析方法。首先,采用两高斯曲线叠加,计算新建平行双洞隧道施工引起的作用在既有隧道上的附加荷载。然后,将既有隧道考虑为Winkler地基上的Timoshenko梁,建立既有隧道纵向变形的基本微分方程,并基于Galerkin法进行求解。将本文提出的简化解析方法得到的结果与工程沉降实测数据进行对比以验证本文提出的预测方法的合理性。最后,进行了参数敏感性分析,研究了不同隧道相互位置、地层损失率、相对抗弯刚度和地层土性参数等对结果的影响规律。

采用随机介质理论改进方法计算平行双线盾构隧道的沉降

地下工程施工引起的土体沉降可能会对地面建筑以及地下构筑物的安全造成影响。先开挖的隧道对于后开挖隧道的沉降变形有影响,隧道断面的收缩变形也不是均匀的,因此在随机介质理论中加入了考虑隧道断面不均匀变形的系数,以及先开挖隧道对后开挖隧道的影响系数,采用随机介质理论改进方法,对双线并行盾构隧道造成的地面沉降预测进行了分析。结合工程实际,对比分析了随机介质理论改进方法的计算结果、一般计算方法的计算结果和实际观测数据。分析结果验证了随机介质理论改进方法的合理性。

平行双孔隧道开挖变形三维数值分析

基于Gibson土建立平行双孔隧道的三维实体结构计算模型,考虑衬砌与周围土体的共同作用,并在盾构开挖面处施加表面力以模拟切削刀盘的推进力效应,分析平行双孔隧道同步开挖及不同滞后距离异步开挖时隧道相互作用所引起的周边土体变形及收敛形式。研究表明,平行双孔隧道异步开挖时,滞后距离对超前开挖隧道周围的竖直沉降影响微小,而对后挖隧道断面竖直沉降以及左右隧道水平位移的影响较大;随两隧道间距的增加,开挖时相互的影响会随之减小。

半无限平面双孔平行隧道渗流场解析研究

以镜像法和渗流力学理论为基础,推导了半无限平面双孔近距平行隧道稳定渗流场的解析解,并与数值解进行了对比验证。对2个平行隧道间距,注浆圈和初期支护的渗透系数、厚度等参数对隧道涌水量和初期支护后水压力的影响进行了分析。研究结果表明:随着2个隧道水平间距的增大,隧道的涌水量和衬砌后水压力逐渐增大;当隧道中心水平间距大于隧道半径的20倍时,水平间距的影响几乎可以忽略不计;随着其中一个隧道埋深的逐渐增大,该隧道涌水量和初期支护后水压力逐渐减小,而邻近隧道涌水量和初期支护后水压力先减小后增大;随着隧道注浆圈渗透系数的减小和注浆圈厚度的增大,隧道涌水量和初期支护后水压力均逐渐减小;随着隧道初期支护渗透系数的减小和初期支护厚度的增大,隧道涌水量逐渐减小,初期支护后水压力却逐渐增大。

双线隧道联络通道地震响应的并行数值分析

以上海某大型双线隧道为例,考虑隧道地基的动态接触作用,建立了隧道-联络通道-地基系统的大型三维有限元模型,采用接触均衡的显式并行计算方法在上海超级计算机曙光5000 A上完成计算,解决了计算量大的问题,分析了联络通道处结构及变形缝在横向和纵向水平地震激励下的动态响应,结果可为联络通道和变形缝设计提供参考.

西安南京铁路东秦岭特长隧道设计方案的研究

西安南京铁路东秦岭特长隧道全长 12 2 6 8m ,设计为双线加平行导坑方案 ,钻爆法施工。隧道进出口各 35m采用模筑混凝土衬砌 ,洞身其余地段采用复合式衬砌 ,支护均以喷、锚、网为主 ,并辅以钢架。隧道设计总工期为 5 8.32个月 ,是全线的控制性工程。从地质特征、方案比选。

水下浅埋双孔平行隧道渗流场的解析研究

目前对于双孔隧道渗流场的解析求解多基于单孔隧道渗流场的简单叠加,未真实满足洞周边界条件,所得结果存在误差。基于质量守恒定律和达西定律,采用保角变换法和Schwartz迭代法对水下双线平行隧道稳态渗流场进行了推导,经过2~3次迭代后获得了高精度的解答。采用Comsol软件对该问题进行数值模拟,并将数值模拟结果与本文解析解进行对比,发现在全域范围二者均吻合良好。与叠加法解答的对比显示,本解答与叠加法解答在远区一致;而隧道附近叠加法的误差较大。最后,讨论了隧道间距、埋深和相对大小对双孔平行隧道渗流场水头分布、渗流量的影响。

煤矿智能掘进机器人数字孪生系统研究及应用

针对煤矿井下巷道掘进过程中环境复杂多变,存在掘进效率低下、智能化程度不高等问题,论文提出了一种基于数字孪生技术的煤矿井下智能掘进机器人监控技术。在数字孪生体技术通用参考框架的指导下搭建了智能掘进数字孪生系统参考框架,分析了面向掘进的数字孪生系统成熟度模型,通过对智能掘进机器人系统及其组件进行数字孪生实例化设计,实现智能掘进机器人群掘-支-运平行作业协同控制。为了适应陕北地区的复杂地质条件,设计了盾体式临时支护+横轴式掘进机的智能掘进机器人并介绍了其各组成部分工作原理。设计了智能掘进机器人数字孪生系统控制架构,详细描述了其数据感知模型。并以小保当矿业有限公司智能掘进机器人系统为应用案例,展示了智能掘进机器人数字孪生系统的研究和应用情况。研究显示该系统可适应复杂地质条件下多机器人掘-支-运平行作业协同控制,结合虚拟现实有效整合多源数据,可实现多机器人掘进过程的智能感知与远程控制,有效提升巷道掘进的智能化水平,保障巷道掘进效率和成型质量。

近距双线盾构隧道开挖诱发地层变形演变规律及数值模拟

双线平行隧道盾构施工相互扰动作用对其诱发的地层变形分布特征和演变规律影响显著。以某地铁双线盾构隧道工程为例,考虑双线平行隧道间距与盾构施工相互作用影响,采用数值模拟和现场实测相结合的方法对双线平行隧道盾构施工引起的地层变形演变规律进行了对比分析,并提出了考虑近远距状态的双线平行隧道盾构施工地层变形预测模型。研究结果表明,双线盾构隧道施工地层竖向变形曲线由“V”形发展为非对称“W”形分布,沉降槽宽度由6D扩大为10D,地层深度越深非对称“双峰”特征越明显;地层水平变形曲线以两隧道中线为轴线呈反对称分布,两隧道间区域土体变形受施工扰动影响显著;地表沉降曲线分布随双线隧道近远距变化由深“V”形—浅“V”形—“U”形—浅“W”形—深“W”形—两独立“V”形演变,采用L cr=2CKH可作为双线平行盾构隧道近远距状态临界判据,本文提出的预测模型能较好地反映近远距状态及施工相互扰动对双线平行隧道盾构施工地层变形的影响规律。研究成果可为类似地铁隧道盾构施工变形预测与精细化控制提供科学参考。

基于Peck公式的双线隧道地面沉降模型及参数研究

双线平行盾构施工中,引起地面沉降的因素有很多,主要包括两隧道间距、隧道埋深、隧道直径、土质条件、施工方案和施工水平等。依托处于郑州地区典型地质单元的双线隧道盾构施工地表沉降监测数据,在Peck公式的基础上,建立起地表沉降分布函数关系;通过对实测数据进行拟合分析,得出沉降槽宽度系数和土体损失率等参数的数值。研究发现:在隧道间距一定的情况下,埋深较小时,地面沉降曲线呈双峰W型,此时可用修正过的二维Peck公式进行拟合;当隧道埋深较大时,地面沉降曲线呈V型,用经典Peck公式进行拟合即可满足工程精度要求。

双幅式梁桥挡风障阻风性能影响参数分析

以某跨海双幅式桥梁为工程背景,开展基于实际桥梁的挡风障模型风洞试验.以车道风速折减系数为阻风性能评价指标,采用正交试验方法,研究挡风障安装片数、来流风偏角、来流风速、圆孔组合方式等参数对双幅式桥梁桥面风场影响,并开展挡风障阻风性能影响参数分析.试验结果表明,迎风侧车道风速折减系数大于靠近背风侧车道,风速折减系数差值随着方案阻风性能提升而增加,最大达0.37;挡风障安装片数、来流风偏角、圆孔组合方式对挡风障阻风性能影响显著,来流风速对迎风侧车道等效风速折减系数影响较大,对背风侧车道等效风速折减系数无明显影响;各因素对迎风侧及背风侧车道阻风性能影响程度均有较大差异.安装片数对双幅式桥梁靠近迎风侧车道桥面风场影响较小,而对靠近背风侧车道影响较大,且其与来流风偏角及风速的交互作用不明显.

中等间距并列双钝体箱梁气动干扰效应试验

通过节段模型风洞试验研究了中等间距并列双钝体箱梁的气动干扰效应,分析了气动干扰对上下游箱梁三分力系数和涡振的影响。三分力系数试验风攻角的变化范围为-10~10°,双箱梁模型的净间距与单箱梁模型宽之比D/B的变化范围为0.4~1.0。涡振试验风攻角的变化范围为-4~4°,D/B为0.8。研究结果显示:气动干扰对三分力系数的影响主要表现为对下游箱梁的影响,且体现为减小效应;在水平与负攻角来流条件下,气动干扰对上游箱梁涡振的影响较小,对下游箱梁涡振有显著的放大效应;在正攻角来流条件下,气动干扰效应对下游箱梁涡振的影响较小,对上游箱梁涡振有显著的抑制效应。