黏滑错动下地铁隧道结构破坏特征及设防措施

在活断层发育城市的地铁建设过程中,由于线路走向原因,有时不得不穿越活动断层。但目前对于地铁隧道穿越活动断层的设防措施研究较少,尚无成熟的工程经验。文中以新疆乌鲁木齐地铁穿越西山断层工程建设为依托,采用三维数值模拟和室内试验相结合的方法,研究了黏滑错动下地铁隧道结构力学响应及破坏过程,揭示了隧道围岩和衬砌结构的破坏形态与塑性区分布规律。结合工程设计,提出采用隧道衬砌分段和扩大断面尺寸等工程应对措施,可极大减小黏滑错动下的地铁破坏范围和程度,降低工程损失,也能为破坏后的地铁隧道结构修复提供便利条件。研究结论可为穿越活断层的城市地铁隧道结构设防设计提供有益参考。     

逆断层错动作用下地铁隧道结构损伤分析

以乌鲁木齐地铁隧道穿越西山活动逆断层工程为例,建立三维弹塑性有限元模型.首先模拟分析了逆断层错动作用下隧道二次衬砌塑性应变发展过程,拉压损伤因子、剪切应变的横向及纵向分布规律,计算了混凝土的裂缝宽度;其次研究了不同错动位移、隧道底部距围岩交界面不同垂直距离及不同破碎带宽度的结构损伤规律,最后进行了设置柔性接头的减灾效果研究.结果表明:二次衬砌结构破坏首先出现在拱顶;然后是拱底,最后在拱腰处累积.破裂面附近拱腰处发生拉压剪的共同破坏;远离破裂面上盘拱顶,破碎带拱底处发生受拉破坏;远离破裂面上盘拱底,破碎带拱顶处发生受压破坏.基于混凝土裂缝得到隧道拉裂破坏的严重与轻微受损区分别为10 m和30 m.错动位移越大,结构受损越严重;隧道底部距围岩交界面垂直距离越大,土层越厚,耗散能量越多,结构受损越轻;破碎带宽度越大,隧道破坏越严重,当破碎带宽度达到26 m时,破碎带宽度对隧道的影响基本保持稳定.设置柔性接头可以显著降低结构的损伤,基本满足在设防错动位移下的设计要求.     

黄土地区暗挖地铁隧道穿越地裂缝施工方案设计

针对黄土地区西安地铁三号线下穿地裂缝,隧道设计、施工难度和风险极大。隧道区间施工采用浅埋暗挖法,设计了暗挖隧道初期支护参数及二衬参数,提出了暗挖隧道施工方案,对西安地铁下穿地裂缝施工具有一定的借鉴价值。     

地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降的控制标准

基于浅埋暗挖隧道施工引起地表沉降的时空效应和沉降机理分析,综合运用模糊聚类分析方法对北京地铁5号线和10号线24个区间隧道的1497个地表沉降测点的数据进行统计分析,得出了地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降值的分布规律和地表沉降槽宽度参数反弯点距离、地层损失率的一般特征,给出了地表沉降槽曲线反弯点距离与等效轴向埋深的关系,提出了较为合理可行的地标沉降控制标准,并提出预警、报警、极限3级控制的管理方法.研究成果为认识地铁区间浅埋暗挖隧道地表沉降及地表沉降控制标准制定等具有一定的参考价值.     

基于安全系数的地铁区问隧道合理埋深确定

如何综合考虑经济、安全两方面因素,确定地铁隧道的合理埋深,是地铁隧道修建的难点之一．结合青岛地铁某一区间隧道合理埋深设计,将强度折减法应用于地铁隧道合理埋深分析,计算得出不同埋深情况下隧道毛洞安全系数．考虑实际地质条件对不同埋深下地铁隧道毛洞安全系数的影响,由计算得到的不同埋深下隧道毛洞安全系数的变化规律,定量分析得出了适合青岛地铁该区间隧道的合理埋深范围．     

正断层位错作用下城市地铁隧道损伤分析

目的研究正断层位错作用下城市地铁隧道的抗震薄弱部位,为地铁隧道工程的抗震设计及地震安全性评价工作提供依据.方法采用拟静力弹塑性有限元方法,以北京地铁7号线工程的区间隧道作为研究对象,分析在正断层位错作用下地铁隧道的损伤破坏机理.结果通过大量的计算分析建立了临界覆盖土层厚度(H_(临界))与断层位错量(D_V、D_H)之间的关系式:H_(临界)=52.605D_V+144.117D_H-30.789,回归拟合了能够估计衬砌结构在正断层位错作用下抗震薄弱部位的关系式:L_(损伤)=0.345H+15.545D_V-5.212D_H+42.023(L损伤为损伤区域长度).结论在正断层位错作用下,衬砌结构出现损伤的区域主要发生在活断层附近一定范围,拱顶部位损伤最为严重.增加基岩上覆土层厚度能够减轻衬砌结构的震害程度,当土层厚度不小于临界覆盖土层厚度时,正断层错动对于埋地隧道不会产生影响.正断层作用下竖向张拉力对隧道结构的损伤范围影响较大,在土层厚度相同的情况下,衬砌结构出现损伤区域的最终长度随着断层倾角的增大逐渐增大.     

高层建筑结构防倒塌设计的弹塑性变形分析

为防止高层建筑结构的突然倒塌,在保证三水准设防要求的前提下进行第二阶段设计时,必须进行结构弹塑性变形分析,结合2010年新抗震规范分析了弹塑性变形的影响因素和计算方法,以确保设计时结构的安全可靠性。     

浅埋暗挖静力深孔注浆截水帷幕

矿山法施工的地铁区间隧道,当地质状况发生较大变化时,根据现场实际情况,采用深孔注浆及加密超前小导管等措施,控制地表建筑物沉降、以及保证区间隧道施工质量。本文重点介绍了深孔注浆技术在广州地铁某区间浅埋暗挖隧道中的设计及施工工艺。     

武汉市地铁二号线虎名区间隧道超浅埋段暗挖法施工实践

城市地铁所施工的浅埋暗挖隧道多处于地表建筑物较多、围岩情况复杂不稳定、地下水丰富、施工难度大、安全事故多发段。本文以武汉市地铁二号虎名区间隧道超浅埋段暗挖法为例,介绍了施工中采取的洞内分台阶开挖,增加临时支护,洞外进行地表固结注浆的施工方案等具体措施,施工效果显著。     

半再生混凝土框架的抗震性能

为了研究半再生混凝土框架结构的抗震性能,设计一个1/4缩尺8层框架结构的模型,对其进行模拟地震整体结构振动台试验,依次对整体结构进行8度多遇烈度、8度基本烈度、8度罕遇烈度以及更强烈度的地震输入,研究整体结构的破坏模式与抗震性能,并进行整体结构弹塑性时程计算以及易损性分析。研究结果表明:半再生混凝土8层框架破坏模式为强柱弱梁破坏模式;在多遇烈度和罕遇烈度阶段,层间位移角均小于规范限值,满足8度抗震设防要求;半再生混凝土8层框架层间位移角满足规范要求;在多遇烈度下,该结构超越正常使用状态(层间位移角为1/550)概率为79.30%,但在罕遇烈度下,超越生命安全状态(层间位移角为1/50)概率为32.29%,表明该结构依概率满足规范限值要求。     

双侧卸载工况下盾构隧道错缝拼装结构变形特征

依托厦门地铁2号线区间隧道,采用相似模型试验和有限元数值模拟分析了隧道双侧卸载工况下结构的受力变形特征、破坏形式及损伤过程,得到盾构隧道管片错缝拼装结构在双侧卸载工况下的变形控制指标.结果表明,管片混凝土裂缝宽度达到设计允许值0.15 mm时的收敛变形值为3.29‰D(D为隧道直径);螺栓屈服时收敛变形值为10.67‰D,结构破坏形式表现为由管片开裂、螺栓屈服直到变形过大并垮塌.     

地铁浅埋隧道爆破振动效应试验与数值模拟研究

以新疆乌鲁木齐市地铁1号线东线隧道中营工-小西沟区间段为工程背景,对地铁浅埋隧道爆破振动进行了多次监测试验,发现地铁浅埋隧道地表掌子面前后16 m监测范围内存在空洞效应现象,随着与掌子面距离由小变大,空洞效应现象出现先增强后减弱的趋势直至最后消失;运用LS-DYNA程序,采用拉格朗日算法和完全重启动相结合的方法对地铁浅埋隧道爆破振动进行数值模拟,也得出了地铁浅埋隧道地表掌子面前后存在空洞效应现象的结论,空洞效应现象存在的区域为掌子面两侧10 m范围内,空洞效应现象在掌子面两侧6 m处最为显著.通过将掏槽孔装药一次爆破调整为多分段爆破,减小了掏槽孔单段起爆药量,降低了掏槽孔爆破产生的地表振动效应.      

正断层错动致地铁变形计算模型

针对正断层错动引起的地铁隧道变形破坏仍缺乏有效的理论预测模型的情况,基于不排水条件下上覆土体的变形机理,建立地铁隧道变形的计算方法.理论模型表明,影响隧道衬砌纵向线应变的参数有隧道半径、土层厚度、基岩断层错动量、断层倾角、隧道埋置深度和形状参数.正断层错动影响下,隧道拱顶衬砌分别在基岩下盘和基岩上盘一侧出现受拉区和受压区.而隧道拱底衬砌则分别在基岩下盘和基岩上盘一侧出现受压区和受拉区.随着隧道埋深的增加,需要进行拉裂破坏加固的范围逐渐缩小,并向基岩断层附近趋于集中.而随着基岩断层倾角的增加,隧道拉裂破坏加固区域则往基岩上盘一侧偏移,但加固区域的大小范围受断层倾角的影响并不显著.     

超浅埋大跨隧道PBA工法

以北京地铁十号线苏州街-黄庄区间为例,通过对地层、管线影响的数值分析,介绍超浅埋大跨隧道PBA工法设计以及施工方法和工艺,为以后浅埋大跨隧道设计提供参考。     

沈阳地铁隧道开挖蠕变效应

为了预测沈阳地铁一号线在将来运营中的长期稳定性,采用FLAC数值模拟的方法,选取有代表性的青怀区间隧道,进行了沈阳地铁隧道长期蠕变效应数值分析。结果表明:就10年后隧道周边位移分布情形来看,拱顶的蠕变效应最大,其次依次为拱脚→底板→墙腰,说明拱顶处应作为长期蠕变分析时的重点,同时证实了地表蠕变效应最大的结论,体现了地铁浅埋隧道的变形特征;从分析点的位移-时间和位移速率-时间曲线,得出了隧道围岩属于稳定蠕变的结论,预测地铁隧道在今后运营过程中将处于长期稳定状态。该成果可为即将投入运营的沈阳地铁工程提供重要参考。     

地铁区间隧道三维地震反应分析

针对地铁区间隧道结构,基于粘弹性人工边界单元,利用大型通用有限元ABAQUS软件建立了考虑土-结构动力相互作用的地铁区间隧道的三维有限元计算模型,研究地铁区间隧道衬砌结构和车站结构的地震响应及影响因素.分析区间隧道在不同地震波作用下的地震反应,比较SV及P波方式传播的影响,对比分析区间隧道衬砌结构在不同衬砌厚度、采用不同衬砌材料情况下衬砌结构的地震反应.明确了在地震作用下区间隧道容易遭受破坏的一些薄弱部位,设计时应重视这些薄弱部位的抗震设计,对薄弱部位进行加强.总结了一些区间隧道的地震响应规律,对区间隧道的抗震设计具有参考意义.     

小导管注浆技术在浅埋暗挖法施工中的探索与应用

以北京地铁10号线奥支起点~熊猫环岛站区间过地下通道为研究对象,对下穿既有地下通道地层加固的方法进行研究。结合区间隧道采用的浅埋暗挖施工技术,介绍了小导管注浆技术的施工工艺。应用实践表明,小导管注浆加固地层的方法可以提高围岩的自稳能力、降低地层渗水、控制地表下沉,保障了地下通道和地下管线在隧道施工过程中的安全,是城市地铁浅埋暗挖法施工中一种有效的辅助施工工法。     

偏压错台小净距隧道力学性态相似模型试验

试验研究了浅埋、偏压、错台条件下的小净距隧道力学性态相似模型,模拟不同的施工顺序(先开挖左洞和先开挖右洞)对隧道围岩及中间岩柱应力和沉降的影响.试验结果表明,在浅埋、偏压尤其是错台条件下,左洞和右洞开挖对中间岩柱的应力和位移均产生较大的影响;右洞先开挖引起整个上覆岩体的地表和深层沉降量比左洞大3%～48%,引起的两线隧道围岩中的应力释放量比左洞大3%～46%.左洞先开挖对隧道安全有利,应先开挖左洞.因此,针对平行的偏压小净距隧道应先开挖浅埋侧隧道的经验方法,对于错台不完全适用.数值分析和现场监测数据有力地验证了模型试验结果的合理性.     

浅埋防护结构顶盖的可靠度计算

本文提出了一个以允许延性比为控制指标的浅埋防护结构动力可靠性分析方法,利用一次二阶矩理论计算防护结构的浅埋工事的破坏概率。讨讨了影响结构生存概率的一些无量纲参数,并提出了一些供防护结构概率设计参考的建议。     

考虑地震影响的小间距隧道围岩流变损伤

针对隧道围岩的流变特性，基于拟静力法建立了隧道围岩在流变过程中有地震作用时的长期变形与稳定性分析格式，并对三车道小间距隧道的开挖施工过程进行了粘弹塑性数值分析，探讨了地震对小间距隧道围岩与支护结构的影响。数值仿真对比分析表明：地震因素对隧道周边各点的水平位移影响较大，对竖向位移影响较小；中间岩壁在地震影响下，可能发生错动破坏，而且在施工方法的共同影响下有侧向移动的趋势，这将对小间距隧道的安全稳定产生不利的影响。给出了在典型施工方式下，三车道隧道围岩破坏特征及其施工过程中小间距隧道洞周特殊点粘弹塑性的变形规律，可作为小间距隧道设计参考。