基于安全系数的地铁车站衬砌优化设计探讨

实际工程中初衬受力与变形很大因而初衬会进入塑性,应将初衬视作弹塑性加固材料进行设计计算。结合一个青岛地铁车站衬砌的设计计算,将强度折减法应用于隧道稳定性分析。考虑衬砌施作时的围岩应力释放率影响,利用强度折减法计算隧洞围岩及衬砌的安全系数。初衬后围岩安全系数不应小于1.15~1.20,如果围岩安全系数小于1.30,此时二衬将承受一定荷载。二衬安全系数与初衬后围岩安全系数的乘积应大于2,以确保二衬安全。通过计算可以定量的确定初衬和二衬的结构尺寸,确保隧洞安全并合理降低成本。     

“上软下硬”地层条件下地铁车站合理埋深确定

以青岛地铁工程为实例,确定敦化路车站的合理埋深和最佳埋深.青岛地层呈“上软下硬”的特点,传统的覆跨比理论不能很好的确定暗挖车站埋深.通过对不同埋深条件下车站的围岩第一主应力、竖向位移、安全系数的数值模拟分析和研究,发现微风化岩层的位置对埋深确定有决定影响,通过综合分析,确定敦化路地铁车站最佳埋深即埋深为14.5 m,且...     

地铁暗挖车站成本优化合理埋深研究

优秀的地铁车站设计方案应在保障安全性的前提下提高经济性。在对青岛地铁6座暗挖车站土建成本工程数据统计分析和君峰路车站典型案例细致剖析的基础上,构建了上软下硬地层地铁暗挖车站建设成本数学分析模型,系统分析了不同软弱土层厚度地铁车站建设成本随埋深变化特征,深入探讨了上软下硬土岩组合地层地铁暗挖车站成本优化合理埋深问题。结果表明:车站主体开挖面从软硬土岩组合地层交界面过渡到下覆岩层,车站建设成本有一个突然下降的阶段;覆岩厚度是衡量地铁车站土建成本的有效指标;车站主体置于坚硬岩层中并满足围岩自稳要求的最小覆岩厚度时车站经济性最好,可将车站主体隧道围岩满足自稳要求最小覆岩厚度时的设计深度作为合理埋深。     

浅埋暗挖地铁车站衬砌结构应力分析

浅埋暗挖地铁车站施工期衬砌结构的安全性对施工安全有着重要的影响。本文采用数值模拟方法,对大连地铁某中洞法施工的车站初衬和二次衬砌的应力状态进行了分析,依据数值模拟的结果对它们是否满足承载要求进行了研究。研究表明:车站拱顶初衬受压区混凝土强度接近极限强度,须配置合适的钢筋才能满足承载要求。拱顶初衬受拉区配筋后也能满足要求。拱顶二衬能满足支护承载力要求。最大弯矩处的初衬配筋为超筋,该设计需要进行优化。结构底板的内力状态为弯矩较大,而轴力较小,底板能满足承载要求。文中的应力分析方法也可以作为类似暗挖隧道的衬砌结构安全性评价的参考。     

重庆市轻轨小什字车站地基洞室稳定性分析

通过三维有限元数值模拟 ,分析了重庆市轻轨小什字车站高层建筑地基下大跨度浅埋洞室K0+ 6 87～K0 + 771段开挖落底前后围岩的应力、位移状态 ,得出了洞室衬砌结构内力的最不利组合和洞室的整体稳定性结论 ,以供设计和施工参考。     

浅埋暗挖隧道施工对软弱富水地层变形影响分析

为分析软弱富水地层浅埋暗挖隧道施工变形特征,以长春市地铁1号线某车站换乘通道工程为例,对注浆支护施工进行现场监测,基于流固耦合理论,采用数值模拟方法对软弱富水地层变形进行分析,得出结论:在软弱富水地层变形影响因素中地下水位高低为先决条件,注浆止水效果为辅助因素,两者共同影响围岩应力释放沉降和失水固结沉降发展及最终状态;...     

分离式暗挖地铁车站结构断面型式正交优化设计

本文以双洞分离式浅埋暗挖地铁车站为研究对象,采用正交试验设计方法,研究了不同的地铁车站结构断面选型影响因子对地表沉降、洞周收敛偏差值、围岩塑性区面积和应力集中等力学指标的影响规律,并分析了结构断面选型影响因子对开挖断面面积和衬砌周长等经济指标的影响规律,探讨了地铁车站结构断面形状及洞室布置参数、本构模型参数和支护参数等11项因子对各项试验指标的影响程度。基于对各项试验指标的影响程度,确定了影响该指标因子的主次顺序,并根据综合平衡法直观分析,获得了双洞分离式暗挖地铁车站结构断面型式的最优因子水平组合。     

浅埋强风化岩车站拱盖——桩锚组合施工技术研究

青岛地铁3号线中山公园站地处闹市区,地面交通流量大,安全等级高。主体车站原设计采用大拱脚拱盖法施工,但实际施工中,发现车站主要位于强风化花岗岩中,不能满足拱盖结构的持力要求。因此,需要对拱盖法的施工技术进行优化研究。文章通过建立强风化岩体的主体车站稳定性分析模型,研究了不同地质条件下围岩的变形与塑性区发展情况,针对拱盖法拱脚位于强风化岩体上承载力不足的问题,提出了基于提高基岩承载力的浅埋强风化岩体地铁车站拱盖—桩锚组合施工技术,分析了桩锚支护参数对多种因素的综合影响效应,提出了一种支护效果的定量性评判方法,确定了拱盖—桩锚组合施工技术的最佳支护参数。     

山岭隧道开挖应力释放率研究

在隧道开挖与支护过程的数值分析中,确定隧道开挖应力释放率是比较困难的一个问题。本文通过数值模拟方法,分析了围岩等级、开挖形状、开挖尺寸、隧道埋深以及侧压力系数等5个因素对隧道开挖应力释放率的影响程度。结果表明:影响开挖应力释放率的主要因素为围岩等级,并得到不同等级围岩隧道开挖应力释放率取值范围;其余4个因素对开挖应力释放率影响相对较小,为次要因素。因此,在数值模拟隧道开挖时,可以主要依据围岩等级来确定隧道开挖应力释放率。     

十字换乘车站基坑开挖影响分析及变形控制研究

在十字换乘工程既有地铁车站两侧深基坑开挖过程中，土体的卸载会导致地铁轨道上浮变形，从而影响地铁正常运营。以北京地区实际工程为背景，基于现场监测数据、地层变形理论及FLAC^3D方案对比数值模拟，分析了两侧基坑近距离施工对既有车站的影响规律及作用机理，得出控制措施及优化建议。研究表明：两侧基坑近距离开挖时，土体卸载产生的应力释放会导致邻近车站上浮；基坑施工引起的轨道上浮贯穿整个工程，其中基坑开挖与邻近段回筑阶段导致的上浮量各占约45%,影响范围为邻近基坑边中心两侧各约110m;通过增大抽水量、在既有结构上方堆载等措施，可减小、平衡应力释放，通过调整开挖步序可优化应力释放，从而控制既有结构的上浮量，有效降低基坑开挖对地铁车站的影响，其中优化施工步序可降低19.7%上浮变形。     

重庆轨道交通四号线头塘地铁站围岩压力分析

以重庆轨道交通四号线头塘车站为工程背景,地铁车站属于特大断面浅埋隧道,首创采用预留T字岩梁岩柱隧道施工方法,应用全土柱理论、普氏理论、泰沙基理论、比尔鲍曼理论计算了隧道施工全断面开挖完成后不同埋深工况下围岩的垂直压力、水平压力,分析得出泰沙基理论的计算结果适合于该工程,应用小净距隧道围岩压力理论,计算了T字型断面形成后不同埋深工况下围岩的垂直压力、水平压力。理论分析了隧道施工过程中形成T字型断面以及全断面时顶板的最大拉应力、最大挠度,并计算了隧道顶板不垮落离层时需要的最小支护反力,研究结果为车站施工、支护结构安全提供理论支撑。     

有衬砌隧道设计计算探讨——隧道稳定性分析讲座之三

利用有限元强度折减法结合基于有限差分原理的FLAC软件,探讨了隧道设计计算过程中初衬和二衬的计算问题以及隧道开挖的应力释放问题,并以黄土隧道为例探讨研究不同应力释放率以及不同初衬和二衬厚度情况下隧道的受力特征,计算围岩安全系数以及二衬安全系数,得出了以下结果:一是利用FLAC软件计算中的不平衡力来控制隧道开挖过程的应力释放是合适的与可行的;二是初衬作为隧道围岩的加固圈将承受较大荷载和产生较大的变形,初衬必将进入弹塑性状态;二衬作为隧道的强度储备或者承受不大的荷载,二衬视作弹性杆件可按结构力学的方法确定安全系数;三是如果初衬后围岩安全系数大于1.30,可以认为围岩和初衬都是稳定的,二衬作为安全储备;如果围岩安全系数在1.30~1.15之间或围岩为粘弹塑性材料时,表明二衬将承受一定荷载;如果初衬后围岩的安全系数小于1.15~1.20,则认为初衬不足,不能保证施工安全。最后建议对二衬后的围岩安全系数取1.3,二衬结构安全系数对无抗裂要求的混凝土衬砌取1.4,钢筋混凝土衬砌取1.35。两者综合的安全系数大约在1.8左右以供参考。     

深埋圆形水工隧洞弹塑性应力和位移统一解

考虑渗流体积力、中间主应力、主应力顺序、围岩应变软化和剪胀等综合影响,提出深埋圆形水工隧洞弹塑性分析的基本假定。根据假定分别建立施工期和运行期隧洞弹塑性应力和位移统一解,其中运行期又分围岩施工期处于弹性或弹塑性变形两种情况。所得统一解具有广泛的适用性,可退化为众多已有成果。通过工程算例分析,得出围岩与衬砌渗透系数比、统一强度理论参数、软化特性参数和剪胀特性参数对隧洞切向应力和位移的影响规律。研究结果表明:各参数对施工期的影响要大于运行期;围岩与衬砌渗透系数比、黏聚力软化特性参数对施工期和运行期隧洞切向应力和位移影响都很显著;考虑中间主应力的影响,可以更加充分发挥围岩的强度潜能;剪胀特性参数对隧洞位移影响明显。     

深埋绿泥石片岩变形特征及稳定性分析

根据锦屏二级水电站绿泥石片岩的特点,在同一断面综合采用变形、应力和钻孔电视多种监测手段,分析围岩内部的力学状态。为了更加深入地认识绿泥石片岩的工程力学特性及其对变形破坏机制的影响,开展单轴和三轴压缩试验、灌浆渗透性试验和三轴流变试验,揭示绿泥石片岩变形、破坏和失稳的多方面原因,并为支护措施的确定提供参考意见。绿片岩洞段的围岩稳定主要取决于衬砌结构能否抵挡流变和遇水软化2种作用导致的挤压效应,通过引入软化系数和退化的Burgers流变模型,从衬砌结构的受力角度对围岩稳定性进行评价,数值计算结果表明衬砌结构具有相当高的安全裕度。     

厦门翔安海底隧道开挖围岩应力与位移监测分析

针对海底隧道开挖后的复杂受力状况,采用围岩变形控制理论作为隧道施工工艺的安全控制标准.在厦门翔安海底隧道的A1标段主隧道F4风化深槽施工现场,埋设应力盒与多点位移计,对隧道开挖后围岩应力与位移进行测试,分析围岩应力与位移规律的非线性关系,在此基础上对围岩稳定状况做出初步评价,认为工程所采用的先注浆、后爆破开挖的施工工艺切实可行.     

土層性質對潛盾隧道襯砌環片設計之影響

潛盾隧道襯砌係由環片組合而成,因此襯砌環片混凝土強度及厚度對於潛盾隧道安全意義重大。针對土層性質、潛盾隧道埋置深度等因素對於隧道襯砌環片受力之影響進行有限元法數值分析模擬探討,從而歸納建議襯砌環片初步設計時應有之合理厚度及強度,為潛盾隧道設計與施工提供合理之參考依據。     

泄洪洞上平段高外水压力作用下的衬砌安全性数值分析与评价

白鹤滩泄洪洞规模宏大且围岩地质条件复杂,当大坝蓄水至正常蓄水位时,受外水压影响,泄洪洞衬砌的安全性评估是电站运行期的关键技术问题。以左岸1号泄洪洞受外水压影响为例,采用3DEC数值分析软件分析在不同蓄水位、不同衬砌厚度下,渗流场对衬砌安全性影响。研究表明,由于外水水头不大,衬砌整体的受力水平不高;在衬砌拱肩及拱脚位置局部应力集中,主应力相对较大,但均不超过10 MPa,所以衬砌受力大小相比C30混凝土材料的抗压和抗拉强度设计值处于较低的水平,具有较好的安全性。研究成果可为类似深埋地下工程施工及支护方案的确定提供参考。     

对硬岩地层地铁车站结构设计的认识与思考

结合青岛地铁试验段工程的设计与施工，分析了硬岩地层暗挖车站的埋深、结构型式、施工方法等问题，并对青岛地铁下一步的设计提出了建议。