双层叠合初支拱盖法支护结构安全性评价方法

文章通过分析双层叠合初支拱盖法围岩破坏特征,提出双层叠合初支拱盖法分为拱部结构和整体结构2次安全性评价的思路,并推导加强初支荷载分配系数计算公式和边墙附加水平压力计算公式,提出拱部结构、整体结构计算模型和安全性评价流程。最后将此安全性评价方法应用于重庆市轨道交通5号线凤西路车站工程。研究表明,双层叠合初支中的加强初支荷载分配系数与一次及加强初支的厚度、弹性模量和泊松比等因素有关;拱部结构拱脚底面竖向应力与围岩物理力学性质、拱脚竖向应力和宽度等因素有关;拱部结构安全性评价可分为一次初支模型和双层叠合初支模型,评价的关键分别是所承受围岩荷载依据加强初支荷载分配系数进行分配,整体结构安全性评价须考虑边墙附加应力作用。

辉绿岩侵入花岗岩地层条件下大跨度地铁车站暗挖施工方法比选

目的:青岛地铁6号线华山一路站处于辉绿岩侵入花岗岩地层而形成的复杂异质地层中,不同施工方法下车站开挖力学响应、围岩变形与地面沉降差异较大,需要从中优选出最优的施工方法。方法:依托青岛地铁6号线华山一路站(该站为辉绿岩侵入花岗岩地层复杂异质地层)工程,对CD(中隔壁)法、CRD(交叉中隔壁)法、双侧壁导坑法和初支拱盖法4种施工方法进行了三维数值模拟分析,对比了各施工方法下地面沉降、隧道洞周围岩变形和车站塑性区的分布规律,进而优选出合理的施工方法。结果及结论:车站开挖后围岩产生非对称变形,辉绿岩一侧的地面沉降及围岩变形均大于花岗岩一侧,辉绿岩一侧的塑性区也大于花岗岩一侧;双侧壁导坑法和初支拱盖法在地面沉降及围岩变形上的控制效果较好;在变形程度和破坏区域发展方面,双侧壁导坑法和初支拱盖法优于CRD法,CRD法优于CD法,所以双侧壁导坑法和初支拱盖法控制变形的效果较好,数值分析后认为这2种施工方法均可行。初支拱盖法是最优施工方法。监测结果表明,初支拱盖法在控制围岩变形和地面沉降上效果良好。

地铁车站穿地下管线沉降控制技术

洞桩施工法(Pile-Beam-Arch method,PBA)是适用于城市路面施工空间受限、跨度大等地铁车站修建中,在城市地下空间的建设中发挥重要作用。城市地铁车站暗挖施工中常常会遇到埋在地下的管线,地下管线会给地铁车站暗挖施工带来了很大的困难,因此管线沉降控制是经常面临的难题之一。该文以沈阳地铁3号线三好街站为工程实例,介绍了PBA法施工,并阐述了初支导洞、拱部超前小导管注浆、格栅架立、信息化施工等沉降控制措施。以期为同类工程施工提供参考。

极轴式望远镜主镜支撑设计

极轴式望远镜主镜的面形精度受极轴和赤纬轴复合运动的影响,针对其复杂的运动方式,以Φ700 mm主镜为例,设计了一套满足其各种工况要求的轴向及径向支撑结构。运用有限元分析软件MSC.Patran/Nastran对其在水平和竖直放置的极限工况进行了分析,计算出主镜水平状态下的镜面变形误差PV值为19.33 nm,RMS值为4.47 nm;竖直状态下当极角θ为0°时,镜面变形误差PV值为16.19 nm,RMS值为1.26 nm,当极角θ为30°时,镜面变形误差PV值为13.33 nm,RMS值为1.19 nm。分析结果满足设计指标所要求的RMS<λ/20,PV<λ/4(λ=632.8 nm),证实了该支撑方案可行。

大口径主镜轴向支撑点位置优化分析

光电系统中,主镜轴向支撑点位置对面形精度起着非常重要的作用,主镜支撑点位置合理与否,在一定程度上影响着光学系统的成像质量。研究了镜面变形与径厚比的关系以及如何确定不同口径主镜的支撑点的数目,利用有限元法对不同口径主镜的支撑位置进行优化设计,给出了最佳支撑点的位置。

620mm薄镜面的主动支撑结构及面形校正

为了提高大口径薄镜面望远镜主镜在不同俯仰角度的支撑面形精度,采用模态振型模式定标实时对主镜面形进行了主动校正。针对口径为620mm,厚度为18mm,底支撑采用36点主动支撑,侧支撑采用6点切向被动支撑的薄镜面主动支撑系统,分析了主镜自由振动时的模态振型;在进行主动校正前将其前10阶模态振型的RMS值归一化为1 000nm,定标出相应的校正力;分析了不同俯仰角下主镜面形的变化,并采用最小二乘法用模态振型为底基函数拟合了主镜面变形,求解出主动校正力;对比校正面形和原始面形的关系,在二次主动校正之后分析了拟合残差和校正残差的关系。最终校正结果显示,主镜竖直放置时,用最大2.23N的校正力可将其面形RMS从27.62nm校正到12.95nm;主镜水平放置时,用最大0.59N的校正力可将其面形RMS从7.68nm校正到2.84nm。得到的结果验证了采用模态振型校正主镜面形的可行性。

基于荷载结构法的隧道初期支护设计方法研究

研究目的:现有隧道初期支护的设计方法主要有工程类比法、地层结构法、特征曲线法等,这些方法在实际工程应用中均存在一定的局限性和困难,且没有提出明确的安全系数要求,导致设计的可靠性降低,不便于设计应用,因此有必要研究便于量化设计并具有明确安全系数的荷载结构法。研究结论:(1)本文所建立的初期支护荷载结构模型,可以得出初期支护的具体安全系数;(2)在锚杆长度满足模型三所需安全系数的前提下,喷锚组合支护的安全系数由喷层和锚杆各自的安全系数相加而成;(3)初期支护的最小安全系数取值需要根据计算模型的计算精度、初期支护的设计作用以及隧道工程的特点等因素综合确定,建议初期支护作为承载主体时为1.8～2.1,作为临时支护时为1.3～1.5;(4)现行时速350 km高速铁路双线隧道深埋Ⅲ、Ⅳ级围岩支护参数的安全性计算结果表明,当初期支护作为承载主体时,Ⅲ级围岩支护参数具有一定的优化余地,Ⅳ级围岩支护参数能适应400 m以内埋深;当初期支护仅作为临时承载结构时,Ⅳ级围岩支护参数能适应1 000 m以内埋深;(5)隧道埋深对围岩压力影响较大,建议按照不同埋深进行初期支护设计,以提高经济性;(6)本研究结果可为隧道初期支护设计提供思路和方法。

基于围岩稳定性的大断面隧道初期支护优化

文中依托郑州—万州(郑万)铁路客运专线的新庄岭隧道工程,采用现场实测、数值计算、理论分析等手段对隧道稳定性和初期支护各组成部分的支护效能进行了研究。首先,通过对初期支护中喷射混凝土、型钢钢架、锚杆三个组成部分的应力进行监测,分析测试数据发现各组成部分的强度未得到充分发挥,在此基础上基于经济性提出相应的初期支护优化对策。然后,采用有限元极限状态法对优化后初期支护的隧道稳定性进行了分析,借助位移、应力和塑性区等指标证明初期支护优化对策的可靠性。最后,基于隧道三度空间分布特征,确定了该隧道的D_Ⅰ-E-D_Ⅱ空间,发现本段新庄岭隧道的实际埋深处于E空间范围,从理论角度证明了现场测试和数值计算结果的合理性。初期支护的优化工作和方法可以在保证工程安全的基础上,提升其经济效益,以资类似工程提供借鉴。

中型主镜的柔性半运动学支撑

针对中型反射镜提出了一种柔性半运动学支撑方式,以便简化主镜的支撑结构,降低安装应力对主镜的影响,以及提高主镜支撑对温度变化的适应性。对比小口径主镜的刚性半运动学支撑,详细阐述了柔性半运动学支撑的特点和优势。运用该原理对一口径为710mm的主反射镜的支撑进行了设计、分析、和检测,其中反射镜的轴向采用6点带有柔性细杆的Whiffletree支撑,径向采用带有柔性环的中心轴支撑。然后,利用有限元方法进行了详细的结构优化设计。最后,利用4D干涉仪对主镜竖直和水平两个工况进行了检测。检测结果显示:反射镜的支撑面形与加工面形误差分别为8.7nm和8.4nm,与有限元分析结果基本吻合,验证了文中有限元建模和分析方法的合理性。提出的柔性半运动学支撑很好地保证了主镜面形精度,综合性能良好,达到了设计预期,为中型主镜的支撑设计提供了重要的参考。

三台阶七步法施工高地应力隧道支护结构受力特性分析

文章以兰新铁路大梁山高地应力隧道为工程背景,展开三台阶七步法施工高地应力隧道支护结构受力特性研究。通过现场监测及三维数值仿真模拟,对施工过程中的围岩-初期支护接触压力、拱架所受的拉压应力及变形规律进行系统研究。现场监测及数值分析结果表明:(1)支护结构变形均基本满足设计规定的沉降控制指标(350 mm)及《铁路隧道设计规范》对沉降、收敛的相关要求;(2)围岩-初期支护接触压力及支护结构变形值均随着工序开展而不断增加,最大值均出现于侧墙拱腰部位,其中接触压力最大值为845.8 k Pa,收敛最大值为365 mm;(3)初期支护的最小主应力σ3逐渐增大并全部表现为压应力,其绝对值大于最大主应力;最小主应力σ3在仰拱闭合后各点基本达到最大值,趋于稳定;(4)高地应力隧道开挖过程中围岩将产生较大塑性区,拱肩及拱底部位发展最快,仰拱封闭是变形控制的关键点。因此,施工时应加快初期支护封闭成环,以减小应力增加,增强初期支护安全性。

空间太阳望远镜1m主镜支撑结构的研究

本文对正在预研中的空间太阳望远镜的关键部件之一1m主镜,提出一种合理的支撑结构系统,此系统可以兼顾空间太阳望远镜光学系统的地面装校调试的有效性和火箭发射力学环境中的安全性以及入轨后正常观测时的高精度性。

有限元法在双连拱隧道初期支护设计中的应用

结合某双连拱隧道的工程地质条件和支护设计特点,借助有限元软件3D-σ,模拟分析了隧道锚喷支护和锚喷钢拱支护两种支护方式的支护效果;并通过改变喷层厚度、钢拱架间距、钢拱架强度等支护参数,分析了其对隧道围岩稳定性的影响,为优化双连拱隧道初期的支护设计提供了参考依据。

漫谈矿山法隧道技术第六讲——衬砌(二)

首先介绍以欧洲为代表的锚喷支护结构体系的应用现状。然后比较详细地介绍挪威、美国、日本和法国喷混凝土永久支护的应用、研究情况及具体做法。认为,在国外以锚喷支护为主体的支护结构体系和以复合式衬砌为主体的支护结构体系,目前是并存的;对我国来说2种支护结构体系也应该是并存的。在围岩条件良好的情况下,应大力推进以锚喷支护为主体的支护结构体系;在围岩条件较差的场合,则应以复合式衬砌支护结构体系为主体。

基于有限元法的空间遥感器主镜支撑位置优化

为更准确地设计空间遥感器主镜,以有限元法为基础,研究空间遥感器主镜在自重情况下引起的镜面面形变化情况,在主镜镜面面形符合实际工程要求的情况下,通过MSC Nastran进行优化处理并最终确定出主镜的最佳支撑位置,同时确定主镜轻量化结构.以主镜背部3个支撑孔中心坐标为设计变量,以主镜镜面变形最大值作为目标函数进行实例优化分析,并与传统经验法的计算结果进行对比,结果表明所采用的有限元优化方法具有较大的优越性,为某型空间遥感器的成功研制打下良好基础.

浅埋超大跨四线高铁隧道施工期初期支护体系的力学特性

以设计时速350 km、开挖跨度26.3 m的杭绍台高铁下北山2号浅埋超大跨隧道为依托,综合数值模拟和现场监测,研究Ⅴ级围岩在双侧壁导坑法开挖下的初期支护体系力学特性,推导出考虑导坑掌子面三维开挖影响的围岩压力计算方法。结果表明:初支喷射混凝土是主要承载构件,最大轴力为−6311.5 kN,此时下台阶受力范围仅为上台阶的15%~50%;拱部、墙脚的锚杆受力很小,拱腰锚杆对抑制围岩变形有一定效果,但锚杆设计有较大优化空间;分步施工过程中掌子面三维开挖影响效应明显,中导坑上台阶开挖对支护结构受力和围岩压力的影响最大,中导坑中、下台阶开挖后临时支护喷射混凝土受力趋于0,可视为拆撑导致的初支受力调整已开始,若此工况前初支受力已稳定,则提前拆撑是安全的;相比现行计算方法中基于平面应变假定和全断面法开挖的计算值,本文方法得到的监测断面围岩压力计算值与实测值最吻合。计算浅埋超大跨隧道围岩压力应考虑分步施工产生的掌子面三维开挖影响效应。

地铁矿山法隧道长距离侧穿桥梁桩基措施研究

研究目的:以地铁区间隧道长距离并行侧穿邻近桥梁桩基工程为研究背景,本文采取洞内深孔注浆、地面跟踪注浆措施超前预加固隧道洞周围岩,刚度加强以提高初期支护承载力,注浆填充初期支护壁后空洞以减少围岩变形,注浆填充二次衬砌壁后间隙以尽快形成整体永久承载力等措施,辅以三维有限元手段对相关措施进行数值分析。结合现场监测数据,对工程措施的有效性进行验证,并对桥梁的沉降变形和使用安全性进行评价。研究结论:(1)受土体自承载效应和桩基与隧道距离影响,1号桩位沉降量最大,4号桩位沉降量较小;(2)实测桩基最大沉降量为6.8 mm,横向最大差异沉降量为4.2 mm,纵向最大差异沉降量为2.6 mm,均小于沉降控制指标值,满足正常使用要求;(3)洞周围岩超前加固区可有效提高夹土体承载力,发挥深层隔离作用,减少隧道开挖对桩基的扰动;(4)保持两线隧道掌子面纵向错开50 m,可有效避免在先行隧道扰动围岩尚未稳定情况下后行隧道二次扰动的叠加效应,确保建设安全性;(5)本研究成果可为矿山法隧道侧穿重要建(构)筑物的修建技术和保护措施提供工程借鉴指导。

郑万高铁大型机械化施工隧道位移控制基准研究

依托郑万高铁湖北段大断面隧道洞群,针对其开挖断面面积大、软弱围岩占比高、采用大型机械化大断面法施工的特点,开展初期支护位移现场监控量测,对监控量测数据进行分类统计、包络回归分析,得到Ⅳ、Ⅴ级围岩深、浅埋不同大断面法(全断面法、微台阶法)开挖下初期支护位移沿隧道纵向的函数表达式及各工况下分段位移占极限位移的比值。最后结合Q/CR 9218—2015《铁路隧道监控量测技术规程》中初期支护极限位移值,给出郑万高铁大型机械化施工隧道各工况下初期支护位移控制基准建议值。结果表明:郑万高铁隧道Ⅳ、Ⅴ级围岩采用深、浅埋不同大断面法开挖时,按距掌子面距离的分阶段位移控制基准相差较大,现行Q/CR 9218—2015《铁路隧道监控量测技术规程》中统一规定不合理;围岩级别、埋深及开挖方法相同时,拱顶沉降和洞周水平收敛规律基本一致。

新型钢结构现浇混凝土楼板施工支撑系统的研究

针对传统钢结构现浇混凝土楼板施工支撑系统施工、经济方面的不足,提出了一种新式的楼板可拆模板支撑系统。该系统具有施工便捷、工期短、重复利用性强、经济安全、整体安装、整体拆卸等优点。详细地介绍了该支撑系统的结构受力特点,施工安装、拆卸实施步骤以及支撑系统的计算方法。

振动疲劳寿命分析在主镜支撑结构设计中的应用

通过随机振动峰值应力响应考核空间相机在随机振动环境下主镜支撑结构的可靠性存在一定的局限性。本文针对主镜支撑结构在随机振动试验中出现断裂的现象,采用振动疲劳寿命分析对结构的可靠性进行考察,提出了应用数值仿真技术预测结构随机振动疲劳寿命的方法。根据有限元和随机振动疲劳相关理论,采用振动疲劳分析软件对某空间相机支撑环柔节进行了随机振动疲劳分析,计算了疲劳寿命的大小及分布。比较仿真和随机振动试验结果表明,采用振动疲劳寿命评价随机振动环境下结构的可靠性是合理的,利用数值仿真技术预测结构的随机振动疲劳寿命是可行的。

一种新拱盖法——叠合初支拱盖法的特点与应用

通过指出2种拱盖法(二衬拱盖法和初支拱盖法)的不足,提出了一种新的拱盖法——叠合初支拱盖法;然后详细阐述了叠合初支拱盖法的施工工序、关键施工技术和施工要点,最后通过比较3种拱盖法,明确了叠合初支拱盖法的优缺点。分析表明,叠合初支拱盖法采用的双层叠合初支整体受力体系,极大提高了拱盖的承载能力;其施工技术关键在于2层初支的良好叠合和大拱脚的加固与保护,以及下断面边墙部的爆破控制。叠合初支拱盖法在很大程度上提高了拱盖法对围岩条件的适应能力,施工更加安全,质量更有保障,使拱盖法可在大范围进行推广应用,但在施工进度和施工工艺上仍需进一步完善、提高。