飞机荷载引起隧道地表沉降数值模拟研究

为研究飞机起飞对隧道施工过程中地表沉降的影响,依托某机场隧道工程实例,利用MIDAS GTS NX软件进行数值模拟,分析了飞机荷载对单线隧道和双线隧道地表沉降的影响规律。研究结果表明,飞机由单线隧道左侧滑行至右侧时,地表沉降最大值由左侧移至中间偏右位置,且最大值不断增大。飞机滑行经过双线隧道工程上方时,地表沉降最大值由先行隧道上方逐渐转移至后行隧道上方;当飞机经过两隧道中间滑行至后行隧道拱肩上方时,地表沉降值最大且超过30 mm。单线隧道和双线隧道的最大沉降均位于拱顶位置处,向周围方向沉降值逐渐减小,因此,在施工过程中,除了应定时进行监测外,需重点关注拱顶处沉降情况,保证施工安全。

城市轨道交通超长隧道双车追踪模式下火灾烟气控制与人员安全疏散研究

[目的]城市轨道交通发车间隔一般较短,在超长隧道内会出现同方向行驶两列列车的情况,一旦发生火灾容易造成重大财产损失和人员伤亡,因此需对超长隧道双车追踪模式下的火灾烟气蔓延规律和人员安全疏散策略进行研究。[方法]采用FDS(火灾动力学模拟)软件和Path-finder软件,建立超长隧道火灾模型和人员安全疏散模型,对双车追踪模式下的火灾烟气蔓延规律,以及人员疏散进行仿真分析。[结果及结论]双车追踪模式下,前车尾部着火,通过临界风速纵向通风可保证前车火灾安全;火源下游烟气前锋的蔓延速度为3.20 m/s,至600 s时烟气蔓延至后车,620 s时烟气可完全覆盖后车;烟气温度沿隧道纵向衰减很快,且温度衰减符合双指数模型规律。双车追踪模式下,减小联络通道间距可减少人员疏散总时间,对人员疏散时离开列车的时间影响不大;开启列车端门和疏散平台一侧车门,可显著减少人员疏散时间。在超长隧道双车追踪的最不利火灾场景下,人员疏散存在困难,可通过减小联络通道间距保障人员疏散安全。

中低速磁浮列车双线隧道交会时的气动特性研究

为探明速度140 km/h的中低速磁浮列车在双线隧道内交会时隧道壁面和车体表面压力变化情况,文章采用数值计算方法研究了车/隧不同参数对隧道壁面和车体表面气动性能的影响,并对比了不同编组长度的列车和不同隧道净空面积对列车车内压力的影响。研究结果表明,4车编组的磁浮列车在双线隧道中部交会时,隧道壁面测点的压力变化峰峰值与隧道净空面积的1.379次方成反比,车体表面压力测点的变化峰峰值与隧道净空面积的1.231次方成反比。当隧道净空面积为66.2m^(2)时,在气密性指数为0.5s条件下,8车编组列车在隧道内交会引起车内测点的3s压力变化值相较于4车编组列车增加102.2%,而在气密性指数为8s条件下该比例降低至50.4%。文章的研究结果可为中低速磁浮隧道工程建设提供参考依据。

地震激励下列车-轨道-隧道-土体相互作用系统动力分析

为研究地震激励下列车-轨道-隧道-土体相互作用系统的动力学行为,建立三维列车-轨道-隧道-土体耦合时变动力学模型,以不同强度的地震波和轨道不平顺为系统激励源,通过实际地震动记录进行规格化处理纵向、横向和垂向地震动波,分析不同土质条件、地震强度下列车-轨道-隧道-土体系统动力响应特征。研究结果表明:地震作用可显著增大隧道内列车动力响应,在不同土质条件下,横向轮轨力的波动较无地震激励时显著增大,波动幅度平均增加92.23%,而垂向轮轨力的波动幅度平均增加7.14%,车体垂向、横向加速度分别增大89.50%和25.93%;在不同地震强度下,轮轨横向力与轮轨垂向力在地震强度为0.40g时达到最大,分别为46.760 1 kN与94.8637 kN,相较于地震强度0.35g时分别增大182.68%与5.35%,脱轨系数相较于地震强度0.35g时增幅达到168.28%;地震下土体振动呈放大效应,土体弹性模量较外部激励对放大系数的影响十分显著,其中,放大系数在土体弹性模量最大时为4.080 4;隧道的存在会隔断土体振动传播,隧道顶部土体加速度较隧道底部土体加速度降低约86%。

波浪荷载作用下车辆-轨道-悬浮隧道动力响应研究

为实现波浪荷载作用下车辆-轨道-悬浮隧道系统耦合动力学行为模拟和分析,基于车辆-轨道耦合动力学理论,引入轮轨非线性时变单元矩阵法和结构单元多尺度耦合法,采用弹簧-阻尼单元模拟锚索系统,建立车辆-轨道-悬浮隧道动力相互作用模型;根据线性波浪理论和Morison方程,确定波浪荷载计算方法;最后,基于所建立的车辆-轨道-悬浮隧道动力相互作用模型开展数值仿真模拟,研究波浪荷载作用下锚索等效刚度、波浪高度、行车速度等参数变化时系统振动响应特性及传播规律。研究结果表明:锚索等效刚度变化对轨道-悬浮隧道系统结构位移的影响显著,提高锚索等效刚度能够有效抑制结构位移增大,且考虑部分锚索失效后系统结构位移变化较大,位移增幅均大于43%,不利于结构稳定;轨道-悬浮隧道系统结构的横向位移主要由波浪荷载引起,随着波浪高度增加,轨道-悬浮隧道系统结构位移整体上呈增大趋势;在工程设计过程中,应充分调研场地水环境,并合理设置轨道-悬浮隧道系统的结构参数,以确保系统的安全性和稳定性。

不同布置形式平单轴光伏支架颤振性能研究

对1V和2V两类不同布置形式平单轴光伏支架开展缩尺比为1/6的弹性悬挂节段模型测振风洞试验,研究了倾角(-60°~60°)、阻尼水平和光伏组件之间有无间隙对结构颤振性能的影响.结果表明:1V在-30°~30°倾角下发生明显的扭转颤振,2V在±10°、±20°和±30°时发生明显的扭转颤振;对于两类支架,结构颤振临界无量纲风速随倾角绝对值的增大先减小后增大,最大差值超过3.87倍(1V)和2.45倍(2V),且相同工况下,负倾角颤振性能优于正倾角;建议选择0°作为结构大风保护角度;1V和2V结构颤振性能随阻尼比的增大而提升,但和2V相比1V颤振性能提升对于阻尼比更不敏感;光伏组件之间的间隙对结构颤振性能基本无影响.

高铁隧道内地下水作用下双块式无砟轨道道床板裂缝扩展研究

针对我国高速铁路隧道内CRTSⅠ型双块式无砟轨道施工阶段道床板开裂问题,运用有限元软件建立隧道-无砟轨道三维实体模型,研究地下水作用下隧道内无砟轨道各结构层位移隆起变化规律,并结合FRANC3D软件,在道床板结构受力最不利位置插入不同形状的预制三维裂缝,分析水压、裂缝长度对道床板裂缝扩展的影响。研究结果表明:(1)三角形荷载作用相较于均布荷载作用时,道床板位移隆起量虽有所减小,但地下水压的反复作用始终会影响轨道结构的平顺性,甚至导致道床板与仰拱填充间出现离缝;(2)裂缝长度是裂缝失稳扩展的控制因素,在排水系统完全堵塞时,建议将裂缝长度控制在200 mm以内;(3)水压为裂缝扩展的关键影响因素,同等条件下水压越大,道床板裂缝扩展越迅速,均布荷载下道床板裂缝尖端应力强度因子是对应三角形荷载下的1.2~1.4倍。

大体量异型预制弧形件智能装备研究

本文针对上海市机场联络线的大体量异型预制弧形件拼装设备进行了研究。首先阐述了该线路中弧形件的构造信息,并根据弧形件构造阐述了弧形件智能装备的研发思路及设备的细部构造;之后对弧形件的姿态控制进行了相关的分析;最后介绍了弧形件的施工流程和弧形件设备施工实践。结果表明所研发设备可有效识别弧形件姿态,且在极限工况下可满足拼装要求。利用研发设备极大提升了施工效率,节省了施工工期,取得了较好施工效果,可为后续类似工程提供借鉴经验。

单洞双线盾构隧道中隔墙顶部节点形式与力学性能研究

为探究单洞双线盾构隧道中隔墙合适的顶部节点形式及各节点形式的力学性能,总结现有工程中隔墙顶部节点形式,并对各节点形式提出简化模型,采用理论方法对简化模型力学性能进行分析,并利用数值模型验证简化模型的合理性及各节点形式的力学性能与适用范围,得到如下结论:1)螺栓配合角钢或连接件的方式更适合于全预制中隔墙;2)所提出的简化模型具有较好的参考性,可应用于中隔墙顶部节点的初步设计;3)顶部采用连接件可形成协调受力,提高顶部节点受力性能,建议今后单洞双线盾构隧道中隔墙顶部节点采用该形式。此外,竖向铰支座模型受力形式合理,今后工程可基于该模型进行实践探索。

有砟与无砟轨道系统隧底上拱变形传递规律

在分析不同成因上拱变形隧道力学环境基础上,构建隧底荷载作用下有砟与无砟轨道的隧底上拱变形传递模型,获得这种变形向轨面的传递规律,并建立隧底荷载与变形传递比的函数关系。结果表明:上拱变形在初支底面—填充层表面传递时,幅值减小,波长增大;在道床表面—轨面传递时,幅值和波长均减小;上拱变形在道床内传递时,有砟道床的波长和幅值均减小,无砟道床则波长增大,幅值基本不变;隧底荷载的大小及纵向分布长度变化会使幅值传递曲线整体平移,且荷载大小主要改变波长变化速度,而荷载纵向长度则主要改变初始波长;在大小低于250 kPa、长度超过27.8 m的隧底荷载作用下,选用有砟轨道更易控制轨面幅值和轨面波长;当荷载大小超过250 kPa或长度小于27.8 m时,选用无砟轨道更易控制轨面幅值和波长。

高速铁路隧道轨道板上拱切割落道施工技术

某隧道仰拱在地质构造应力及承压富水环境的综合作用下,CRTSⅠ型双块式无砟轨道道床板出现上拱变形和平面移位,最大上拱变形值达47.1 mm,最大横向移位达10 mm,超出常规扣件可精调的范围。本文提出了一种利用绳锯切割仰拱填充(即找平层),以实现道床板与下部隧道结构分离落道的施工方法,利用千斤顶、水平顶推装置、气垫等方式进行道床板平面位置或高程姿态调整。结果表明:该技术避免了因道床板及仰拱填充层大拆大换造成的行车中断,降低了拆除和重建成本,保证了无砟轨道结构整体性受力,经济、社会效益显著。研究成果可为类似道床板线性大尺度偏位处理提供借鉴。

双线盾构隧道下穿铁路路基施工过程数值模拟

以某地铁项目为工程背景,利用Midas有限元软件模拟了软土场地地铁盾构隧道掘进过程,研究软土地区双线盾构隧道在不同埋深与下穿角度下施工引起的铁路路基变形规律。结果表明,路基沉降分为4个阶段,分别为左线盾构开始施工至施工到路基轴线下的第一阶段,左线盾构施工从路基轴线下到左线贯通的第二阶段,右线盾构开始施工至施工到路基轴线下的第三阶段和右线盾构施工从路基轴线下到右线贯通的第四阶段;埋深越小,盾构施工引起的路基沉降越大;当下穿角度较大时,地层变形和路基变形以弯曲变形为主;随着下穿角度减小,路基扭曲变形逐渐明显,最大沉降量以及不均匀沉降量增大。

软土场地双线盾构地铁隧道施工数值模拟分析

以天津软土场地某双线盾构地铁隧道为研究对象,数值模拟了地铁盾构隧道掘进过程,研究不同计算方法、不同隧道埋深以及不同双线净距对地表沉降的影响。研究结果表明,双线净距越大、隧道埋深越小时,等效圆法所得的地表沉降结果与工程经验相差较大,不适用于双线隧道盾构施工地表沉降预测;叠加法能考虑双线隧道的相互干扰作用,获得地表W形沉降曲线;双线净距较大且隧道埋深较小时,地表沉降呈W形沉降模式,其他情况下均为V形沉降模式,地表沉降最大值随着隧道埋深和双线净距的增大而减小。

近邻双线隧道施工引起土层相对位移的半解析解

近邻双线隧道施工会产生相互影响,双孔隧道的断面收敛变形与单洞收敛变形有着较大区别。结合近邻双线隧道施工洞周变形的特点,提出了一种新的位移边界条件,并通过引入位移释放系数η,分别考虑隧道开挖时和衬砌施作后洞周产生的位移,根据复变函数和交替法理论,获得了近邻双线盾构隧道开挖后的半解析解,并通过与两个现场工程监测数据对理论解进行了验证。最后对隧道进行几何参数分析,获得了不同因素影响下双线隧道施工对地层变形的扰动规律。结果表明:隧道横向变形对地表沉降曲线形态、大小均有较大影响,然而对地表沉降槽宽度影响较小;位移释放系数对地表沉降影响显著,随着位移释放系数的增加,其地表沉降越小,反之亦然;隧道埋深越大,地表沉降值越小,影响的范围越大,当超过一定深度时,地表沉降值变化相对较小;随着d/R的增加,地表沉降曲线形态从V—U—W进行演变。

复合成层地层双线水平盾构隧道施工引起土体变形研究

基于三维统一解结合类随机介质理论的理论方法,建立适用于复合地层条件下的双线水平盾构隧道施工引起土体变形的计算模型,并推导土体竖向和水平变形的计算公式。公式利用三维统一解考虑不同土质条件对盾构施工引起土体变形的影响,利用类随机介质理论将土体损失区域按照地层进行分割,考虑土体损失区域内不同土层的土质条件对土体变形的影响。本文公式不仅可用于复合地层条件下的盾构施工,还可以解决开挖面上存在多种地层的工况,并且考虑施工顺序和双线相互作用对土体变形的影响。研究结果表明:1)经过多组工程案例验算,验证了本文方法的可行性;本文方法广泛适用于各类双线水平盾构施工工程。2)通过计算发现,随着土体深度的增大,土体的水平变形量先增大后减小,最大水平变形量发生在隧道顶部埋深处,且由于双线隧道的相互作用,土体的竖向和水平变形均发生了偏移。3)通过对上硬下软与上软下硬2种工况下开挖面内土层分布变化的单因素分析发现,随着较硬土层在开挖面内的占比提高,土体变形量呈非线性变化,占土体损失区域面积越大的土体对变形的影响越大,且双线盾构隧道施工引起的沉降槽曲线呈现更窄长的“W”形;软土的占比增加时,则“W”形趋向于扁平。

运营地铁盾构隧道基底沉降的影响因素分析

隧道基底沉降不仅影响地铁列车的正常运行和乘客的舒适性,严重时会造成隧道结构病害,目前的研究主要集中在长期沉降预测和单因素影响分析,非常有必要开展隧道基底沉降的多影响因素分析。以郑州地铁1号线某盾构隧道区间为工程实例,构建三维有限元数值模型,采用人工激振力模拟地铁列车竖向荷载,提取数值模拟结果的动应力和静偏应力数据,引入循环荷载作用下累积塑性应变计算公式,采用分层总和法计算得到隧道基底沉降,研究了隧道周围土层性质、道床脱空深度和地铁列车运行速度等因素对隧道基底沉降的影响,研究结果表明:数值模拟的隧道基底沉降和发展规律与现场实测结果具有较高的吻合度,验证了有限元模拟的准确性;隧道基底沉降随着周围土层砂粒含量的提高而减小;道床脱空尺寸会加剧隧道和道床板中应力集中和振动放大现象,增大隧道下卧土层的动偏应力和基底沉降;提高车速会增大基底沉降的横向影响范围;采用正交试验法、极差分析法和方差分析法得到了隧道沉降对各因素的敏感性,从大到小依次为:土层性质、车速和道床脱空,其中,土层性质为高度显著水平、车速为显著水平。研究成果对运营地铁盾构隧道的变形监测、安全评估和加固处理具有一定的参考价值。

隧道下穿诱发既有管道-土体非协调变形解析研究

为分析隧道下穿既有管道施工时既有管道底部脱空对其挠曲响应的影响,提出隧道下穿施工诱发既有管道-土体非协调变形理论模型及其解析解.首先,将既有管道视为无拉力Pasternak地基上的Euler梁,根据管道与底部土体的接触状态,建立下穿施工引起既有管道-土体非协调变形控制方程,并推导出既有管道挠曲计算式;然后,采用提出的理论方法,探讨了既有管道脱空区上部竖向土压力、抗弯刚度及其所处位置地层沉降槽宽度和最大值等参数对其底部脱空区长度的影响;最后,提出下穿施工引起既有管道底部脱空区长度的参数归一化经验计算式,进一步简化新建隧道下穿施工引起既有管道挠曲的计算方法.研究结果表明:既有管道底部脱空区长度与2个归一化参数(既有管道抗弯刚度与地基刚度比、既有管道脱空区上部竖向土压力与地层自由沉降槽最大值比)呈较好的相关性,其拟合公式计算值与理论数据的相关系数接近于1.

跨断层铁路隧道精细化建模与力学分析

跨活动断层隧道安全是当前困扰铁路工程建设的重点难题之一。有关跨断层隧道的研究工作主要以数值模拟为主,但现阶段用于分析跨断层隧道的有限元结构模型的构建精细化程度往往不高,因此,也较难准确地反映实际结构在断层错动作用下的受力与变形特征。文中分别考虑隧道仰拱填充、铁路轨道基础和轨道等的影响,采用有限元软件ABAQUS建立了3种精细化程度不同的隧道结构模型,与常用简单圆环结构模型进行了对比研究,较详细地分析了跨断层隧道结构以及附属轨道系统在活动逆断层作用下的受力和变形特点。结果表明:模型的精细化程度对隧道结构的应力水平及变形计算结果影响明显,考虑底部填充层和内部附属结构时,隧道结构的纵向刚度和整体性得到加强,总体上使结构抵抗断层作用的能力得到提高。同时,鉴于2022年青海门源发生的6.9级地震中,隧道轨道及其附属设施遭受了严重破坏的实际情况,为了深入探究轨道在断层错动位移影响下的力学响应与变形机制,依托隧道精细模型,对轨道在走滑断层作用下的受力变形特性进行了专项研究。研究结果可为跨断层隧道结构数值模拟研究提供参考,亦为隧道结构韧性评估提供计算依据。

地铁隧道道床沉降整治研究

在软弱地层条件下,临近地铁的新建工程会引起地铁隧道位移,进而引起道床沉降、改变道床线型、影响行车安全。为研究整治这一类地铁道床结构病害,文中结合某地铁工程的实际案例,通过多方案比选,选定原位浇筑薄支墩法,并通过理论计算、调整临时支撑间距来减少整治工程量,在实现安全的、不中断运营效果的同时,也快速地完成了整治隧道结构沉降带来的道床线形病害问题,可为同类型道床病害处理提供借鉴与参考。

叠摞地铁区间轨排井设计方案研究

为选择地铁轨排井合理设计方案,解决设计过程中较大轨排洞口严重削弱板的刚度、施工工况下传统二维框架断面计算无法满足设计需求与实际情况的问题,基于北京地铁22号线管庄站—永顺站区间高水压细颗粒地层中叠摞地铁区间轨排井设计的具体案例,从工程围护、主体结构方案的设计思路等方面,分析结构计算重难点等关键问题,并建立二维、三维模型进行结构受力分析。总结设计经验与控制工况,得出合理的设计方案:针对富水地层较深叠摞轨排井,支护结构采用地连墙与内支撑,主体结构采用加大边梁结构体系抵抗水平荷载。研究成果对以后地铁建设过程中的轨排井设计可提供参考。