防风网对大跨度煤棚风荷载特性的影响

为了研究防风网对大跨煤棚风荷载的影响,通过风洞刚性模型测压试验,对3种透孔率的防风网下煤棚表面风荷载进行研究,分析了风向角、有无防风网和防风网透孔率对典型测点和分区的体型系数以及测点的脉动风荷载的功率谱特性的影响。结果表明:不同风向角下,结构体型系数极值出现的位置和范围差别较大;防风网对减小煤棚风荷载有较好效果,放置防风网后煤棚表面呈现为绝对值较小的负压;大部分风向角下,20%的透孔率防风网对减小风荷载效果更好;不同位置测点受来流脉动影响情况不同,煤棚迎风侧角部测点脉动风荷载无量纲功率谱数值较大,且功率谱成分复杂,放置防风网后其峰值明显减小。

浅埋偏压小净距隧道管棚支护参数优化研究

为研究浅埋偏压小净距隧道管棚+超前小导管联合超前支护参数对隧道支护效果的影响,依托彝良隧道洞口段工程,通过FLAC3D建立不同管棚注浆加固区厚度、长度、直径、环向间距和外插角度等参数下的三维模型工况,分析各管棚参数对围岩位移的控制效果。结果表明:增大管棚注浆加固区厚度、直径和长度可降低围岩位移,注浆加固区厚度为3 m、管棚直径为100 mm和长度为40 m较佳;随管棚外插角度和环向间距的增加,围岩位移逐渐增大,管棚外插角度为2°和环向间距为0.3 m较为合适。在管棚合理支护参数选择的基础上,将模拟值与现场监控量测值对比,验证所选支护参数的合理性和可靠性。

云南某山区公路棚洞方案设计

江旺组对外连接公路在雨季由于道路上方冲沟形成碎屑流,严重影响道路的正常通行且存在较大的安全隐患。结合对外连接公路建设现状,采取在道路上方设置棚洞,在棚洞上设置泥石流渡槽的顶越式排导结构进行治理,为后续山区公路泥石流倒排治理提供参考。

公路明(棚)洞道路保通方案的选择与使用研究

近年来,受极端气候和地震影响,公路发生斜坡地质灾害,如崩塌落石、泥石流等灾害愈加频繁,明(棚)洞作为有效防护手段,在越来越多的地灾治理工程中得到运用,并取得了良好的效果。目前,大多数明(棚)洞用于既有路改建工程,明(棚)洞施工首要面临的是如何实现道路的保通,通过对明(棚)洞结构形式、单向或双向保通、地形条件研究不同的保通方案,并根据实际工程应用案例进行分析。当采用洞内保通时,应充分考虑施工时模板支护体系的高度,在满足经济合理的原则下,适当增大结构内轮廓高度,最大程度地满足社会车辆通行,尽量减少施工给社会带来的不利影响。

防治危岩落石桥梁棚洞一体化结构设计防护能级划分标准研究

基于铁路工程建设运营安全需求,尤其是中西部山区危岩落石易发的实际情况,分析国内外防治危岩落石防护柔性和刚性棚洞应用现状,对比防护网、明洞、棚洞不同结构类型情况下防护方式的防护能级范围,梳理目前国内铁路典型棚洞设计能级指标实际,针对桥梁棚洞一体化结构特点、常见落石计算防护能级和200、500、1000 kJ 3种防护能级在主梁、棚洞使用钢筋、混凝土用量的经济性比较,提出我国铁路工程防治危岩落石桥梁棚洞一体化结构设计防护能级划分标准建议。

浅埋黄土隧道管棚加固支护效果数值模拟分析

基于通定高速公路某浅埋黄土隧道工程,采取三维数值模拟和现场监测等手段,对浅埋段渗流黄土隧道的加固支护方案进行研究,分析对黄土隧道浅埋段施行超前管棚加固支护的可行性。针对不同的加固支护措施进行数值模拟分析,结果发现:超前管棚支护下拱顶沉降量减小16.2%,初期支护的轴力最大值减小19.8%。监测结果表明:超前管棚支护与超前管棚+超前小导管支护两种工法并用所能减小的竖向位移的百分比(27.8%、28.1%)非常接近,但超前管棚支护能大大节省额外施作超前小导管的费用和时间,有效地控制了拱顶范围内的围岩变形,验证了超前管棚加固支护工法的经济性和有效性。

管棚超前预支护力学计算的改进梁模型

为防止隧道孔洞坍塌、控制围岩变形、保障掌子面的稳定和施工安全,计算了管棚的真实力学行为。基于掌子面前方扰动岩土的支撑作用和初支变形及其滞后效应,推导了管棚梁计算模型和挠度计算公式,并对比分析了公式推导值、现场实测值和数值模拟值。分析结果表明:与数值模拟值相比,推导的新型梁模型计算值与现场实测值更加接近,表明其具有一定的合理性。综合各方面因素后认为,钢管直径为114 mm+围岩注浆时控制围岩变形的效果最好。由推导的新型梁模型计算的钢管最大挠度值为11 mm,满足施工要求,验证了新型梁模型的可靠性。

速度160 km/h列车通过隧道时侧向气动力变化特征

[目的]我国某动车组以160 km/h的速度在明线运行时列车平稳性良好,但通过单线隧道时尾车出现周期性横向晃动的问题,需要对该动车组过隧道时列车气动特性进行深入研究。[方法]采用数值模拟方法,基于RNG k-ε湍流模型和滑移网格技术,建立了带有转向架的某动车组的三维可压缩瞬态仿真模型,研究了列车通过隧道时尾车表面压力变化情况;同时,在时域和频域内分析了列车侧向气动力特征的瞬态性质。[结果及结论]由于隧道壁面对空气流动的限制和列车尾绕流的作用,列车通过隧道时车体两侧存在压差并呈现出交替变化的特征,并且尾车侧向力交变特征更明显;列车所受侧向力具有低频周期性交变特点,主频约为2.2 Hz,且在尾车刚进隧道时气动效应最强,侧向力波动幅度最大;列车侧向力变化值可作为车辆横向平稳性分析的边界条件。

管棚法在复杂环境下顶管进出洞洞口加固失效时的应用研究

随着我国城市建设的快速发展,顶管技术在地面交通繁忙、市政管线复杂的地下空间开发中应用愈加广泛,并逐渐成为研究热点。其中进出洞是顶管施工的重要环节,若进出洞失败将造成洞口上方地面沉降或塌方,危及周边建(构)筑物和市政管线安全。通常会对进出洞洞口采取高压旋喷桩、水泥搅拌桩、素混凝土墙、冷冻法等措施进行加固,然而由于各种原因,洞口加固失效的事件仍屡见不鲜。因此,结合工程实例,针对洞口加固失效后采用管棚支护技术接收顶管机的工艺进行论述,通过数值模拟分析和现场实测数据验证其可行性。结果表明,管棚法在示例工程中的运用取得了较好的效果,为类似项目提供了一种新思路。

泥化软岩巷道的支护优化设计

为解决采用传统U型钢支架对软岩巷道进行支护所面临的冒顶和两帮移近量增加的问题,对1201工作面基本地质条件分析的基础上,分析了传统U型钢支架支护不到位的原因,并提出了采用管棚进行超前支护和注浆加固进行强化支护的理念,并对优化后的效果进行综合评估,得到理想优化效果。

落石冲击作用下棚洞-拦石墙顶板及缓冲层的动力响应

以黔张常铁路(黔江—张家界—常德)为例,采用离散元软件PFC3D与有限差分软件FLAC 3D进行耦合计算,研究落石冲击棚洞-拦石墙顶板及缓冲层的动力响应,优化棚洞-拦石墙顶板及缓冲层设计,并对掺有轮胎颗粒的缓冲层进行研究。结果表明:可适当减小棚顶厚度,达到减轻结构自重与节省原料的目的,但棚顶厚度不宜小于0.4 m;适当增加缓冲层厚度可以减小落石冲击力,从而减小顶板挠度与应力,且缓冲层厚度不宜低于0.50 m;缓冲层添加20%~30%轮胎颗粒能有效提升缓冲层防护效果。

基于双参数地基的隧道预支护拱棚壳体力学模型

隧道预支护技术作为重要施工辅助方法,除能够有效加固围岩外,还具有良好的承载、抑制变形作用。为了更好地模拟隧道预支护拱棚的真实受力,基于注浆管棚、水平旋喷拱棚所呈现出的壳体特性,首先,建立正交曲线坐标系,通过位移函数求解控制方程;然后,引入Pasternak地基模型,建立Pasternak双参数地基的拱棚壳体力学模型;最后,推导出拱棚挠度、内力、地基反力的解析解表达式。将所提模型进行案例计算和数值验证,再对预支护拱棚的变形、横纵向受力及地基接触反力进行分析,探讨了拱棚设计参数对旋喷拱棚变形的影响。与既有文献的分析方法对比表明,所提模型考虑了岩土体的连续性和注浆加固区整体性影响,相比传统方法理论上更贴近拱棚预支护真实受力状态;解析法和数值法得出的整体挠度曲线均呈勺形分布,结果吻合程度较好。力学分析表明:纵向上,拱棚能很好地调整压力分布,一定程度上使内部围岩处于免压状态;以开挖面为界,拱棚纵向弯矩、剪力的影响范围约为5倍开挖进尺。横向上,拱脚处剪应力起主导作用,拱顶处主要由正应力主导且容易发生材料破坏。不同参数对拱棚结构变形影响程度不同,总体表现为初始挠度>开挖进尺>桩径>开挖高度。

两种类型干煤棚的表面风压与整体风荷载对比

通过测压风洞试验对比三心圆型和子弹头型干煤棚的风压分布和整体风荷载,分析两类干煤棚体型系数随风向角的分布,将干煤棚的体型系数与规范值进行对比,比较两类干煤棚随风向角的整体风荷载,给出子弹头型干煤棚中间与两侧的整体力系数。研究表明:三心圆型干煤棚在墙面正迎风情况下屋面迎风侧负压较大,中间及背风侧负压较小;两类干煤棚的极值负压均出现在斜风向的顶部附近;侧面正迎风情况下GB规范的正压小于试验值,AIJ规范和EN规范的负压大于试验值,体型系数随角度变化剧烈,规范中分段体型系数表达并不合理,提出基于三角函数的体型系数拟合公式;三心圆型干煤棚升力系数小于同样矢跨比的子弹头型;从设计控制角度三心圆型干煤棚的整体平均风荷载小于子弹头型。

暗挖隧道与基坑交界处的管棚拆除技术研究

由于城市环境复杂,暗挖隧道施工风险极大,暗挖转明挖时有发生。为了保障暗挖转明挖施工过程中隧道段安全,通过数值分析,研究了对管棚已施作的情况下,明挖施工时先拆除管棚后放坡开挖、施工围护桩后先拆除管棚后开挖、施工围护桩后拆除管棚和开挖同时实施3种方案。结果表明,明挖施工导致管棚受力增加40%,先行洞的管棚受力不利于后行洞的管棚受力,先行洞的管棚轴力最大增加了50%;在围护桩完成后管棚拆除和开挖同时施工中的管棚弯矩变化比先拆管棚后开挖施工中的管棚弯矩变化大约10倍;基坑围护桩的施作能够减小管棚拆除产生的弹性变形,管棚拆除改变了其位移曲线形状,管棚拆除前后的最大变形从0.7 cm减小到0.1 cm;隧道暗挖管棚段转明挖后建议设置基坑围护桩和先拆管棚后开挖施工的方案。研究结果可为类似项目提供理论依据和施工经验。

寒区隧道阳光棚温升效果与影响

为避免寒区隧道冻害问题产生,引入新型阳光棚防寒措施.首先,建立三维瞬态传热数值模型,获得自然通风条件下的隧道温度场,并通过现场温度监测验证数值计算模型的可靠性;然后,通过数值方法验证阳光棚的温升效果,并进一步探究阳光棚入口风速、长度、跨度及环境温度对温升效果的影响;最后,对各因素进行敏感性分析,研究其对温升效果的影响程度.研究结果表明:入口风速低于1.0 m/s时,阳光棚发挥良好的温升效果.风速与温升效果呈负相关;长度每延长50 m,隧道进口气温升高0.71℃;跨度对温升效果的影响不明显;温升效果随环境温度变低而愈显著.上述因素对温升效果的敏感性排序为:入口风速(0.39)>长度(0.30)>环境温度(0.19)>跨度(0.12),其中,入口风速为最敏感因素,应用时应着重考虑.因此,对阳光棚的使用建议为:低风速、大长度、小跨度.

浅埋黏质黄土隧道变形控制机制及措施研究

为弥补当前超长管棚研究经验及模拟精度的不足,以黏质黄土地层中高铁隧道下穿运营铁路的变形控制方法为研究对象,针对以超长管棚+临时仰拱组成的“纵横支撑”体系的结构受力特征和变形规律开展研究。首先,采用实体单元进行超长管棚的精细化建模,分析地层变形及管棚应力分布规律;其次,运用光栅光纤测试技术实时监测管棚纵向应力,揭示隧道开挖对超长管棚纵向应力的影响范围;最后,分析“纵横支撑”体系的作用机制。研究结果表明:1)整体性好的超长管棚将竖向应力沿纵向大范围转移,减少了掌子面附近钢架应力;2)临时仰拱与开挖后的支护结构形成闭环结构,提升了钢架整体承载能力,有效控制了黄土隧道的变形;3)管棚和支护结构形成的纵横支撑体系中,管棚的最小距离应大于2倍掌子面到支护结构闭合的距离;4)隧道开挖对超长管棚纵向应力的影响范围为掌子面前30 m至后20 m,强影响范围为掌子面前方10 m至掌子面后方5 m,管棚的长度越大,其承载效果越好。

隧道下穿既有桥墩矿山法施工变形控制研究

地铁隧道下穿既有桥梁基础时,围岩变形会导致上部桥墩柱的沉降和侧移,预通过比较衬砌支护、小导管注浆、超前管棚支护对围岩及上部结构的变形控制效果。以某市地铁隧道下穿立交桥墩柱为研究对象,采用数值模拟计算的方法,对比分析了普通衬砌支护、超前小导管注浆、单一施作管棚支护以及超前小导管注浆+管棚支护的4种工况下,下穿桥墩桩基开挖引起的隧道拱顶沉降和桩基沉降。结果表明,小导管注浆+管棚超前支护工况隧道的围岩变形以及上部基础的沉降均满足规范要求,且相对仅衬砌支护工况隧道的拱顶变形量减少了30.1%、上部桩体沉降减少了24.78%;说明小导管+管棚支护能够有效控制上部围岩变形,确保了上部结构的安全运营,所选开挖支护方案满足安全性、适用性和耐久性的要求。

明棚洞落石冲击荷载计算方法研究

根据落石冲击回填土明棚洞过程中的基本力学和运动学规律,采用Laplace变换,从落石冲击半无限土体、落石冲击有限厚度土体、考虑回填土与下部结构相互作用3个方面推导了落石冲击荷载的理论计算公式,通过数值模拟和相关试验数据对理论公式进行了验证,并与目前常见落石冲击荷载计算公式进行了对比研究。研究表明:所提出的公式理论计算结果与数值模拟结果和相关试验结果均有较稳定的规律,理论计算值比数值模拟值大6%~41%,与Pichler现场试验的95%分位值差值仅在6%以内;尽管所提出的公式计算值比目前所有公式计算结果均偏大,但与数值模拟和试验数据更吻合,更能反映出真实的落石冲击荷载;所提出的计算公式可以反映缓冲层厚度和缓冲层性质的影响,缓冲层厚度越小,落石冲击荷载越大,缓冲层厚度影响系数可根据h/r查表确定;缓冲层和结构的动力相互作用导致结构承受冲击荷载相较缓冲层顶部冲击荷载增大,结构动力放大系数与缓冲层厚度相关,缓冲层厚度越大,结构动力放大系数越小。所提出的计算公式可以反映落石大小、落石形状、落石冲击能量、缓冲层厚度、缓冲层性质等因素对冲击荷载的影响,计算荷载值可直接用于明棚洞结构设计。

风积沙地层仁布隧道进洞支护方案研究

风积沙地层隧道稳定性差,极易产生坍塌等灾害。为探索隧道洞口段穿越风积沙地层时有效的施工加固措施,保证安全快速施工,依托雅安至叶城国家高速公路拉萨至日喀则机场段仁布隧道洞口穿越厚层风积沙工程,结合风积沙地层特点对比分析常见的加固措施,总结一套风积沙地层条件下采用大管棚辅助、微型桩锁脚、旋喷桩加固地基及三台阶七步开挖法开挖施工隧道的进洞支护技术方案,成功实现隧道进洞。基于工程背景建立有限元模型,分析三台阶七步开挖结合管棚支护及地基处理措施对地表沉降、隧道收敛及拱顶沉降的控制效果,符合工程安全标准。

中国城市隧道遮光棚现状统计分析及展望

为促进隧道遮光棚的发展,全面阐述中国城市隧道遮光棚的研究进展和建设现状。首先,通过文献调研梳理国内外隧道遮光棚的研究成果;其次,借助百度实景地图,调研中国291座城市隧道遮光棚的建设现状;然后,以理论研究和建设实践对比的方式,总结城市隧道遮光棚的应用范围、设置长度、减光构造、棚体色彩、洞顶形态等特点。实践与理论的偏差主要体现为:1)遮光棚的应用比例低(43.4%)、长度较短(43.8 m);2)遮光棚的不适眩光问题显著(57.3%),背景色彩普遍未采用暗色调(86.1%);3)针对遮光棚诱导色彩和诱导形态的研究相对滞后。最后,针对存在的问题,提出相应的展望。