松動圈對隧道擴挖施工中既有襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)影響的分析

本文首先探討了當(dāng)今盾構(gòu)隧道工程中單層襯砌結(jié)構(gòu)所暴露出的缺陷并分析原因.其次總結(jié)現(xiàn)有工程中雙層襯砌結(jié)構(gòu)形式,并對雙層襯砌結(jié)構(gòu)的兩種形式,疊合式襯砌結(jié)構(gòu)、復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析,推導(dǎo)出襯砌結(jié)構(gòu)層間壓縮剛度,以及雙層襯砌結(jié)構(gòu)層間剪應(yīng)力和相對滑動位移的關(guān)系式,掌握其力學(xué)性能.

本文首先探討了當(dāng)今盾構(gòu)隧道工程中單層襯砌結(jié)構(gòu)所暴露出的缺陷并分析原因.其次總結(jié)現(xiàn)有工程中雙層襯砌結(jié)構(gòu)形式,并對雙層襯砌結(jié)構(gòu)的兩種形式,疊合式襯砌結(jié)構(gòu)、復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)進行力學(xué)分析,推導(dǎo)出襯砌結(jié)構(gòu)層間壓縮剛度,以及雙層襯砌結(jié)構(gòu)層間剪應(yīng)力和相對滑動位移的關(guān)系式,掌握其力學(xué)性能.

主要通過分析某ⅳ級圍巖雙孔平行隧道,采用midas/gts軟件進行二維模型計算得出了爆破振速數(shù)據(jù),分析出隧道埋深相同新建隧道與既有隧道間距不同情況下,新建隧道爆破開挖產(chǎn)生的振動對既有隧道襯砌迎爆側(cè)的邊墻的墻頂和墻腰之間部位影響最大,既有隧道襯砌的振動速度隨著隧道間距的增大而減小。

盾構(gòu)隧道襯砌管片在施工與運營過程中容易產(chǎn)生縱向裂紋,對管片的承載能力有較大影響。本文依托成都地鐵2號線牛王廟—牛市口區(qū)間盾構(gòu)隧道,應(yīng)用有限差分軟件建立裂損管片殼-彈簧計算模型,分析裂紋數(shù)量與裂損程度對管片力學(xué)特性的影響。結(jié)果表明:縱向裂紋會導(dǎo)致其附近管片的內(nèi)力比無裂紋時明顯減??；存在多條裂紋(單一分塊僅出現(xiàn)單條裂紋)時,裂紋對管片彎矩影響較大區(qū)域的范圍并未產(chǎn)生疊加,在同一裂紋影響區(qū)單條裂紋與多條裂紋作用效果相近；隨著裂損程度的增加,裂紋附近管片的內(nèi)力逐漸降低,裂紋對管片彎矩影響較大區(qū)域的范圍有所增加。

深基坑開挖卸載條件下,坑底工程樁對基坑力學(xué)變形特性的影響不可忽視.針對坑底無樁和坑底群樁兩種基坑模型,利用有限元軟件midasnx對比分析了不同開挖工況下的圍護結(jié)構(gòu)受力變形、側(cè)向土壓力分布、周邊地表位移以及土體隆起量.結(jié)果表明工程樁減小了圍護結(jié)構(gòu)變形、地表位移以及土體隆起量,但增加了結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及側(cè)向土壓力.同時工程樁對整個開挖過程都有影響,越挖至坑底工程樁的作用越明顯.

第23卷,第1期　　　　　　　　　中國鐵道科學(xué)vol123no11　 2002年2月　　　　　　　　　chinarailwaysciencefebruary,2002　 文章編號:100124632(2002)0120136204 ?博士學(xué)位論文摘要? 隧道火災(zāi)后襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)特性與損傷機理研究 彭立敏,劉寶琛(博導(dǎo)) (中南大學(xué)鐵道校區(qū)土木建筑學(xué)院,湖南長沙　410075) 　　關(guān)鍵詞:隧道火災(zāi);襯砌結(jié)構(gòu);火損試驗;損傷機理;模糊評判;可靠度評估 　　中圖分類號:u458　　文獻標(biāo)識碼:a 　收稿日期:2001211210 　作者簡介:彭立敏(19562),男,湖南澧縣人,教授。 　　隨著我國運輸業(yè)的發(fā)展,鐵路隧道內(nèi)火災(zāi)事故 時有發(fā)生。隧道發(fā)生火災(zāi)的類型主要有三種:

深埋蓄排水盾構(gòu)隧道承受高內(nèi)水壓力及較大的外部水土荷載,與公路、地鐵盾構(gòu)隧道在計算理論、建造技術(shù)及運營維護等方面有很大不同。鑒于蓄排水隧道襯砌結(jié)構(gòu)承載模式的變化,文章開展了整環(huán)力學(xué)行為試驗及三維數(shù)值分析,研究了內(nèi)水壓作用、錯縫拼裝及接頭螺栓安裝方式等對蓄排水盾構(gòu)隧道力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:通縫拼裝的蓄排水盾構(gòu)隧道從隧道內(nèi)空水變化至隧道內(nèi)滿水時,隧道的變形大幅增加；內(nèi)水壓0.6mpa時隧道的豎向和水平收斂變形分別為空水時的2.2倍和3.2倍。與通縫拼裝的蓄排水盾構(gòu)隧道相比,錯縫拼裝時襯砌環(huán)的收斂變形減小15%～25%,最大接頭張開量及螺栓拉力減小25%～40%。內(nèi)水壓增大會造成蓄排水盾構(gòu)隧道接頭螺栓屈服,最先出現(xiàn)螺栓屈服現(xiàn)象的接頭位于襯砌環(huán)最大負(fù)彎矩荷載作用位置附近；由于盾構(gòu)隧道的破壞多源于接頭螺栓屈服,該接頭位置為蓄排水盾構(gòu)隧道的薄弱點。對于采用雙排螺栓連接的蓄排水盾構(gòu)隧道,拱頂、拱底90°區(qū)域范圍內(nèi)靠近接頭外弧面位置的螺栓可以不拼裝；但兩側(cè)拱腰90°區(qū)域內(nèi)靠近接頭內(nèi)弧面位置的螺栓必須安裝,否則會造成最大負(fù)彎矩荷載作用位置附近的接頭螺栓拉力增大5%～14%。

盾構(gòu)隧道管片在制作、養(yǎng)護、運輸及拼裝過程中,常會出現(xiàn)裂縫,裂縫的存在在一定程度上會影響管片襯砌結(jié)構(gòu)的整體受力。以中國某地鐵越江盾構(gòu)隧道為工程背景,采用相似模型試驗的方法,基于盾構(gòu)隧道管片的位移、內(nèi)力及聲發(fā)射數(shù)據(jù),系統(tǒng)分析裂縫數(shù)量對管片襯砌結(jié)構(gòu)力學(xué)特性的影響規(guī)律,并通過管片破壞過程示意圖分析管片結(jié)構(gòu)的破壞模式。研究結(jié)果表明:管片襯砌結(jié)構(gòu)承載階段可劃分為彈性承載、塑性承載和破壞失穩(wěn)3個階段；裂縫的存在降低了管片襯砌結(jié)構(gòu)的整體剛度,隨裂縫數(shù)量增加,管片襯砌結(jié)構(gòu)的彈性承載范圍增加,塑性承載階段范圍減小,損傷破壞的空間影響范圍呈增大趨勢,結(jié)構(gòu)的失穩(wěn)破壞趨于突發(fā)性破壞,相同荷載下的變形增大,結(jié)構(gòu)的極限承載力降低；裂縫的存在使得管片在預(yù)制裂縫位置產(chǎn)生縱向貫通裂縫,隨裂縫數(shù)量增加,縱向貫通裂縫數(shù)量增加,破壞區(qū)域由某一位置發(fā)展為條帶狀分布,當(dāng)拱腰預(yù)制裂縫數(shù)量達到3條時,裂縫之間管片的相互擠壓導(dǎo)致網(wǎng)狀裂縫產(chǎn)生,結(jié)構(gòu)局部出現(xiàn)壓潰區(qū)。

既有通車高速公路隧道工程在擴建施工時，為盡量減少對交通流的影響，常先將一側(cè)隧道擴建完成后開放交通，再進行另一側(cè)隧道的擴建施工。本文以目前國內(nèi)罕見的沈海高速公路福建泉州至廈門段擴建工程大帽山擴挖隧道為工程背景，對小斷面隧道擴挖成大斷面小凈距隧道施工過程中，擴挖爆破振動對臨近既有四車道小凈距大跨度隧道的影響進行深入研究。研究表明，擴挖隧道施工爆破不僅對自身新建隧道有強烈的動力響應(yīng)，同時對既有隧道也有著不可忽視的動力響應(yīng)。本文在現(xiàn)場監(jiān)測的基礎(chǔ)上利用大型有限元軟件ansys／ls－dany研究分析了擴挖隧道與既有隧道沿軸線的和斷面的質(zhì)點振動速度、加速度、位移和最大主應(yīng)力的變化規(guī)律。

內(nèi)水壓作用下城市深埋盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性較為復(fù)雜。以某城市污水處理工程深隧段為依托,建立基于殼-彈簧理論的雙層襯砌數(shù)值計算模型,對盾構(gòu)隧道雙層襯砌在不同結(jié)構(gòu)層間接觸狀態(tài)、不同圍巖條件、不同內(nèi)水壓力等情況下力學(xué)特性進行研究。研究結(jié)果表明:管片與二次襯砌間層間剪切或壓縮剛度越大,結(jié)構(gòu)的整體受力性能越好,二次襯砌的彎矩值相對越小；同等層間壓縮或剪切剛度下,有壓條件下二次襯砌正彎矩與負(fù)彎矩均小于無壓條件,且隨著層間接觸剛度的增加,兩者之間的差值逐漸增加；結(jié)構(gòu)層間接觸狀況是影響管片與二次襯砌間內(nèi)力分配的首要因素,而外部地層條件的影響相對較??；相對于硬巖加軟弱圍巖地層而言,上軟下硬地層雙層襯砌的受力更為不利。

以青海某高速隧道工程為依托,采用三維有限元數(shù)值模擬和現(xiàn)場實測的方法,對橫通道施工階段主隧道襯砌結(jié)構(gòu)的變形和受力特性與裂縫分布進行分析。得到如下結(jié)果:(1)橫通道施工的初期使主隧道襯砌的變形、主應(yīng)力加劇,隨著開挖深度的增加,逐漸趨于穩(wěn)定;(2)橫通道的施工導(dǎo)致主隧道襯砌產(chǎn)生變形、應(yīng)力變化;(3)橫通道的施工使主隧道襯砌產(chǎn)生不對稱的變形、內(nèi)力;(4)變形、應(yīng)力變化比較大的位置也是裂縫分布比較多的位置。研究成果對類似工程的設(shè)計與施工具有借鑒作用。

新建盾構(gòu)隧道施工過程對既有隧道的變形影響研究對既有隧道的保護具有重要的意義。應(yīng)用復(fù)變函數(shù)保角映射理論和schwarz交替法相結(jié)合的方法,首先推導(dǎo)淺埋新建盾構(gòu)隧道施工過程對既有隧道變形影響的解析解,推導(dǎo)過程中考慮了地層初始應(yīng)力場以及新建隧道施工過程中不同階段的影響;接著,應(yīng)用matlab數(shù)學(xué)工具,編制了推導(dǎo)的解析解公式的計算程序,計算了新建盾構(gòu)隧道施工過程中既有隧道的變形。結(jié)合上海人民路越江隧道工程的地質(zhì)條件,分析了新建隧道開挖過程中盾尾注漿和盾尾脫出兩個過程對既有隧道變形影響的附加應(yīng)力及位移。結(jié)果表明,既有隧道變形受到兩隧道凈間距的大小的影響顯著,隨著凈距的減小,既有隧道洞邊徑向變形急劇增大。新建隧道施工中盾尾脫開導(dǎo)致既有隧道洞頂變形最大,而盾尾注漿導(dǎo)致既有隧道右側(cè)洞腰變形最大。不同洞徑和相同埋深時,隨著洞徑的增大既有隧道受到新建隧道開挖的影響越大。相同洞徑和不同埋深下,既有隧道受到新建隧道開挖影響的變化較小。

21世紀(jì)越來越多隧道的修建,為我國交通事業(yè)做出杰出貢獻。隧道修建過程中,隧道襯砌結(jié)構(gòu)開裂現(xiàn)象已屢見不鮮。本文中某隧道襯砌開裂錯綜復(fù)雜,采用數(shù)值分析方法在豎向裂縫、縱向裂縫以及環(huán)向裂縫情況下,分析隧道襯砌出現(xiàn)裂縫對隧道安全運營造成的必要的影響。計算結(jié)果表明:三種典型裂縫條件下,襯砌結(jié)構(gòu)的安全系數(shù)均大于規(guī)范值2.0,進而隧道襯砌結(jié)構(gòu)仍能滿足承載能力要求。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,城市及山區(qū)的道路、橋梁建設(shè)范圍在不斷擴大.與此同時,隧道施工的方法也在逐漸改進中.本文主要就復(fù)線隧道施工的必然性、爆破振動監(jiān)測情況和既有隧道的影響因素等方面進行了論述.

大理至麗江高速公路龍翔隧道上跨廣大鐵路浴龍山隧道,與既有隧道襯砌最小凈距為19.6m。根據(jù)經(jīng)驗法,分析了新建隧道對既有隧道的影響。借助數(shù)值分析方法,分析了既有隧道受影響的規(guī)律,把握了影響分析的重點。根據(jù)經(jīng)驗及數(shù)值模擬結(jié)果,提出既有隧道比較合理的變形預(yù)警值和容許值,既有隧道受影響的位置、范圍及尺寸。

文章以麻竹山隧道上跨廈深鐵路隧道工程實例為背景,通過三維數(shù)值動力計算分析,對新建隧道開挖爆破對既有隧道的安全性影響進行了分析。研究了在爆破荷載作用下,既有隧道二襯不同部位的速度時程曲線,研究結(jié)果表明:施工爆破荷載作用下,隧洞結(jié)構(gòu)振動以豎向振動為主,與荷載振動方向相同且結(jié)構(gòu)各部位振動強度隨離荷載距離的增加而迅速衰減,并依此提出了工程建議。

結(jié)合襄胡二線新劉家溝隧道實際工程,通過對既有花果隧道的四次爆破振動測試分析及一次爆破驗證,說明爆破振動的參數(shù)設(shè)計是合理的,質(zhì)點的振動速度能夠客觀反映現(xiàn)場的地質(zhì)狀況和衰減規(guī)律,新建隧道施工爆破對爆心距最小的左邊墻影響最大。隨著測點與爆心距的增大,質(zhì)點振速衰減明顯,質(zhì)點振動幅值依次減小。建議在新建隧道洞口段進行分段爆破,限制每次爆破最大段裝藥量,以保證既有隧道結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定安全和正常運營。

研究目的:文章以合武鐵路大別山隧道為背景,對ⅳ級圍巖條件下采用的單層襯砌結(jié)構(gòu)的接觸力學(xué)特征、不同施工階段的受力特征以及圍巖穩(wěn)定性等進行研究,并對單層襯砌結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征進行探索,以期為類似工程的設(shè)計和施工提供參考。研究結(jié)論:(1)相對于復(fù)合式襯砌而言,單層襯砌接觸壓力普遍較大,最大壓力易出現(xiàn)于拱腳處,最小壓力易出現(xiàn)于仰拱處,而其二襯的內(nèi)力顯著小于復(fù)合襯砌。(2)單層襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力在隧道施工的不同階段,初期支護與二襯的內(nèi)力先按時間分配,后按剛度分配。(3)隧道左右拱腰側(cè)與拱腳處的圍巖的yai值較小,容易發(fā)生失穩(wěn),應(yīng)加以防范。

結(jié)構(gòu)力學(xué)小論文

為了改善\"結(jié)構(gòu)力學(xué)\"課程教學(xué)的現(xiàn)狀,提高課程教學(xué)效果,文章對\"結(jié)構(gòu)力學(xué)\"課程知識體系、課堂教學(xué)內(nèi)容、課堂教學(xué)手段及教學(xué)反饋與總結(jié)進行了深入的分析,并對每個部分的內(nèi)容提出了改進建議。

隨著城市地下空間的不斷開發(fā),越來越多的深基坑與城市軌道交通控制保護區(qū)重疊.鑒于城市軌道交通這種極其重要的市政設(shè)施,高層建筑物深基坑施工必須保證鄰近既有隧道的安全性.以重慶市中心區(qū)域某涉軌項目的高層建筑深基坑為例,通過數(shù)值模擬分析了深基坑施工對既有隧道的影響,確定了切實可行的施工方案,監(jiān)測數(shù)據(jù)亦驗證了方案的可行性.

針對目前世界最大直徑水下盾構(gòu)隧道的工程背景和劣化環(huán)境,通過分析襯砌劣化機理和行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)確定了以有效厚度考量襯砌結(jié)構(gòu)劣化,采用強度折減原理對強度參數(shù)進行逐步地折減,建立了考慮地層土性和覆土厚度影響的水下盾構(gòu)隧道襯砌劣化模型,運用數(shù)值計算方法分析了襯砌劣化的多種組合工況,從而對襯砌劣化引起上海長江隧道(崇明越江通道)變形的特征表現(xiàn)和趨勢規(guī)律進行了研究和探討。研究結(jié)果表明:基于有效厚度折減的襯砌劣化分析方法能夠有效地反映劣化后隧道結(jié)構(gòu)的整體變形狀況,且計算結(jié)果可靠合理,可為盾構(gòu)隧道健康狀態(tài)診斷與分析提供理論依據(jù)和技術(shù)支持,也可為運營管理部門正確及時的養(yǎng)護維修提供借鑒和指導(dǎo)。