穿越软硬突变地层盾构隧道纵向地震响应振动台试验研究

 为探讨穿越软硬突变地层盾构隧道纵向地震响应特性,基于纵向等效刚度模型,开展几何相似比为1∶40的振动台模型试验,研究软硬突变地层加速度以及隧道结构加速度、应变响应频谱特性,并采用数值模拟手段对试验结果进行验证。试验及计算结果显示：软硬突变地层及赋存其中的隧道结构加速度响应频谱曲线吻合较好,均表现出“双卓越频率”现象;输入地震频率接近坚硬地层主频时,软硬突变地层加速度放大倍率随埋深减小不再单调递增;软硬突变地层中结构应变显著增大,最大应变出现在地层软硬交界面软土一侧,隧道纵向应变增大区域分布于软硬地层交界面两侧2.5～3.5倍隧道直径范围内;应变响应从大到小依次为拱顶、拱底、拱腰,地层突变处隧道断面顶底应变差以及两侧拱腰应变差较均匀地层显著增大,软硬突变地层不仅增大了隧道纵向内力,也改变了其纵向整体弯曲方向。研究结果将为进一步揭示盾构隧道纵向地震响应特性及盾构隧道纵向抗、减震设计提供有益参考。     

近距离地下穿越结构地震响应研究综述

鉴于设计和使用要求,近距离地下穿越工程大量涌现,形成了土体–相互穿越结构群复杂相互作用体系。多个地下结构出现近距离穿越情况时,在地震作用下结构与临近土体以及结构之间均存在动力相互作用,地下穿越结构体系的地震响应规律更加复杂。基于对大量实际近距离穿越工程案例的归纳整理,将地下穿越结构大体分为隧道相互穿越体系、隧道穿越地铁车站体系、地铁车站相互穿越体系。在总结地下穿越工程特点的基础上,分别阐述各穿越体系地震响应研究现状和进展,指出现有研究中存在的不足和问题,并对今后进一步研究的方向给出了一些建议。     

盾构法地铁隧道近距离穿越地铁既有运行线施工技术

采用盾构法近距离下穿既有线地铁隧道,由于既有隧道处于运营状态,且新老隧道施工间距较小,下穿施工允许的变形控制指标较为严格。通过工程实践,根据监测数据采用了向盾体周围注入膨润土的方法,土压平衡模式直接掘进通过既有运营隧道取得了较好的效果。     

地下结构地震响应理论分析研究现状与展望

目前地下工程抗震设计一般是基于传统的拟静力计算,这与实际地震响应相差较远。1995年日本阪神大地震对地下结构的破坏,打破了土木工程界忽视地下工程抗震的固有观念,掀起了一股地下工程抗震研究热潮。论文对地下工程地震响应分析的解析法、半解析法与数值计算方法的发展现状与存在问题进行了较为全面的阐述。结合地下工程抗震设计的实际需求,探讨了地下结构地震响应理论分析的发展趋势。     

影响地下结构地震响应的若干因素探讨

对影响地下结构地震响应的几个因素地基弹性模量、衬砌厚度和埋深进行了探讨，以大型有限元软件ANSYS为计算工具，对每一种影响因素都建立了有限元模型，并给出影响因素与地震响应间的数值关系曲线。     

STS新管幕对地铁车站结构地震响应影响分析

为实现STS新管幕对地铁车站结构地震响应影响分析,以沈阳地铁十号线东北大马路站为工程背景,应用Midas-GTS软件,研究了在不同加速度强度的地震作用下,有STS新管幕和无STS新管幕地铁车站结构的地震响应变化规律。结果显示:在地震作用下,由于STS新管幕结构的存在,减小了车站结构的弯矩、位移及加速度,从而减小了地铁车站的变形,对抗震结果有利。地铁车站衬砌的连接部位特别是柱顶受地震强度影响较大,是地铁车站抗震的薄弱环节。STS新管幕结构对地铁车站抗震的影响规律与衬砌强度增加对地下结构抗震的影响规律相一致。研究可为沈阳地区地铁车站抗震研究及工程应用提供支撑。     

既有地下结构受下穿施工影响的力学响应与安全控制研究

北京地区下穿工程中,新建隧道断面及施工方法种类众多、地层条件复杂、既有结构形式多样,有极其复杂的组合关系,目前尚无对既有结构力学响应的系统分析。通过北京地区13个下穿工程案例,总结了新建隧道结构形式及施工措施,明确既有地下结构变形特点,采用两阶段法分析及预测了各因素影响下既有地下结构的力学响应。研究表明:(1)新建隧道包括市政管道、地铁区间及车站,常见的施工方法有多导洞法、台阶法,洞桩托换法和中洞法,新建隧道开挖面积与施工方法有较明确的对应关系。(2)既有地下结构实测最大沉降概率分布符合数学期望4.89,方差16.4的正态分布。其中,新建市政管道、地铁区间和地铁车站下穿施工引起的既有地下结构平均最大沉降分别为2.56,3.82,11.07 mm。(3)根据新旧隧道空间位置关系的不同,穿越工程可分为7种组合,其中,既有地下结构力学响应有V,U,W 3种模式。(4)严格控制新建隧道开挖面积,不留或少留间隔土,尽可能选择W型穿越模式,以此减小对既有地下结构的扰动。     

盾构近距离穿越既有地铁隧道变形控制措施研究

盾构近距离穿越既有地铁隧道施工风险较大,需采取专门的变形控制措施来保护既有隧道的结构安全,对变形控制措施展开研究十分必要。从下穿、上穿和夹穿3种工况出发,整理分析目前国内关于变形控制措施的研究现状,介绍不同工况下常见控制措施并进行分类,研究注浆加固、隧道内压重、MJS桩、加强型管片及隧道内支撑等几类常见控制措施的原理,分析其主要研究内容及研究成果,提出现有研究的不足并给出建议。     

北京地铁盾构近距离下穿地铁运营盾构隧道施工

新建北京地铁14号线盾构隧道下穿运营的地铁15号线区间竖向净距仅1.9 m,施工中采取了加强地面监测、划分区段、及时补浆和封堵洞门、使用改进型管片、设聚氨酯隔离环等优化措施。监测结果表明,盾构机穿越时上方隧道沉降曲线稳定。     

地下结构地震反应的主要特征及规律

目前,有关地下结构地震反应特征的一些重要的规律性认识仍然缺乏严格的理论推断或认识欠深入。文章基于地下结构地震反应的二维动力有限元数值分析模型,定量分析了场地土、结构以及土-结构体系的动力特性和土-结构柔度比对地下结构地震反应的影响。结果表明,对于地下结构而言,土-结构体系的动力特性主要受控于场地土的动力特性,地下结构地震反应主要取决于场地土的动力特性或基岩地震运动引起的场地土的体积惯性力和土-结构柔度比;结构顶底板水平最大相对位移、关键构件截面弯矩随着土-结构柔度比分别单调减小和增大,结构关键构件截面的剪力、轴力值和土-结构接触面的最大平均剪力系数随着土-结构柔度比的增大变化较复杂。     

地下结构地震反应计算的改进的反应位移法

反应位移法中地基弹簧刚度系数难以准确确定,且不同地基弹簧之间互不相关,难以准确地反映土体与结构之间的相互作用,造成土体与结构四周接触面的荷载分布存在误差。通过改进地基弹簧刚度系数的求解方法,提出了改进的反应位移法,即在有限元分析过程中摒弃传统的加载方式,采用在结构四周同时加载单位力的方式求解地基弹簧刚度系数。与现有的反应位移法的对比表明,改进的反应位移法计算结果合理,且具有更高的计算效率。     

竖向地震分量对于地铁站动力反应影响的研究

基于竖向地震分量对于地铁站动力反应的影响，对研究竖向地震分量作用的三种方法进行了论述，并对一些研究成果作了简要概述，就其中一些需要完善的地方提出了自己的观点，从而保证地铁结构的安全性。     

饱和软土场地中地下结构非线性地震响应分析的一个FEM-IBEM耦合方法

基于Biot孔隙介质理论,提出了饱和软土场地中地下结构非线性地震响应分析的一个有限元–间接边界元(FEM-IBEM)耦合方法。方法考虑了饱和土骨架与孔隙水的动力耦合作用及饱和土–结构动力相互作用,并通过等效线性化方法考虑土体的非线性。该耦合方法的特点之一是有限元子域和间接边界元子域相互独立,非常适合并行计算,提高计算效率;特点之二是能够同时考虑有限元子域(近场)和间接边界元子域(远场)的土体非线性。通过与文献结果对比,验证了FEM–IBEM耦合方法的正确性和计算精度。以天津滨海地区一典型深厚饱和软土场地中两层双跨地铁车站为例,计算了地铁车站结构的地震内力和变形,并比较了饱和土体线性和非线性情况下地铁车站地震响应的差别,和饱和土体模型和单相土体模型情况下地铁车站地震响应的差别。研究表明:土体非线性对地铁车站结构的地震内力和变形具有显著影响;饱和土骨架和孔隙水的动力耦合作用对地铁车站结构地震内力和变形也有明显影响。     

不同规范中地下结构地震反应分析的反应位移法对比研究

反应位移法是一种实用的地下结构抗震反应分析方法,该方法计算步骤相对简便,具有较好的分析精度,在地下结构抗震设计计算中得到广泛使用,已被包括《城市轨道交通结构抗震设计规范》(GB 50909-2014)和《建筑抗震设计规范》(GB 50011-2010)等多部规范所采用。但是由于该方法在理论推导上的不同,以及不同研究者理解上的不一致,导致现行不同规范的计算模型和荷载输入存在差别。文中给出反应位移法的推导过程,分析反应位移法中各项荷载的合理形式和意义,对现行不同规范中反应位移法的计算模型作出明确判断,通过与动力时程计算结果的对比分析表明：反应位移法中地震作用的输入通过结构周边自由场应力实现,忽略部分周边自由场应力的计算模型是不合理的。     

地下结构抗震研究现状综述

综述了地下结构地震响应及抗震的主要研究方法,包括原型观测、理论分析、数值模拟和实验研究,详细分析了各类方法的优缺点,最后,作者从宏观角度提出了目前地下结构抗震研究需要迫切解决的问题以供讨论.     

小曲线半径盾构隧道上穿既有隧道影响分析

为研究新建盾构隧道上穿既有隧道时对下部隧道影响,以南昌某地铁出入线上穿既有盾构隧道工程为依托,结合小曲线半径隧道、盾构机超载等特殊工况,采用有限元进行模拟分析。研究结果表明:盾构机超载将导致既有隧道纵向呈凹槽型沉降变形,最大值约-9.7 mm,管片弯矩值较未开挖时增长34.3%;上部开挖卸载将导致既有隧道纵向呈隆起变形,最大值约8.7 mm,管片弯矩值较未开挖时略有减小;既有隧道在盾构机超载及开挖卸载两者耦合作用下,纵向变形呈“S”型曲线,最大隆起值与最大沉降值差值高达13.8 mm。针对上述分析,提出对既有隧道施加钢支撑环+拱顶注浆的加固措施,隧道最大变形值较未加固时减小44.8%,验证了该加固措施的有效性,对小曲线半径段施工控制重难点进行分析,并提出相应建议,以期为相关工程提供参考依据。     

地下框架结构抗震性能评价方法的研究

目前关于地下结构地震响应的分析大多是计算给定的地下结构在给定地震动下的动力响应,而该结构在该动力响应下是否已破坏则不得而知,这就需进行地下结构抗震性能评价方法的研究。首先总结了目前国内外在地下框架结构破坏评价方法方面的研究,在此基础上,结合《建筑抗震设计规范》,提出了新的评价方法：基于层间位移角的构件变形能力评价和基于有效应力值的构件强度评价。然后,以地铁车站及地下人防工程等地下框架结构为例,建立其三维分析模型,计算其三维地震响应,主要包括结构的水平横向相对位移和结构受力,对地下框架结构抗震性能进行评价。分析表明：所提出的评价方法能初步应用于地下框架结构的抗震性能评价,但仍需进一步完善。研究成果和思路可为《建筑抗震设计规范》中地下建筑结构部分的补充和完善提供有益的帮助。