仰拱一次性开挖长度对黄土连拱隧道稳定性影响研究

为了研究合理的黄土连拱隧道仰拱一次性开挖长度,减少工程灾害和加快施工进度,先从力学机理上分析了仰拱一次性开挖长度对隧道稳定的影响。然后利用有限元方法模拟和自行设计的隧道试验系统进行模型试验,分析了不同的仰拱一次性开挖长度对地表沉降、洞周附加水平位移和中隔墙的受力影响。最后提出了最佳的黄土仰拱一次性开挖长度,并应用于黄土连拱隧道的施工。     

傍山公路隧道棚洞的数值模拟研究

通过对棚洞建成后的有限元分析可知:棚洞建成后,在竖向位移上总体呈现下沉的趋势;水平位移总体呈现出向斜腿柱方向偏移的趋势,但位移量均不大.在受力方面,棚洞建成后,围岩的拉、抗压应力均较小,远小于岩体的抗拉、抗压强度,围岩将处于稳定状态;结构受力也均小于设计材料的容许应力值,结构建成后也将处于安全状态.     

新型耗能减震滚石棚洞作用机制研究

 传统滚石棚洞主要是通过结构顶部的砂砾石垫层来耗能抗冲击的,然而实践表明：砂砾石垫层材料不仅缓冲吸能效果有限,且自重荷载较大,建设成本偏高,不利于大面积推广应用。为此,提出一种新型耗能减震棚洞,通过在棚洞支座处增设耗能减震器,在最大限度降低棚洞自重的情况下增大防护结构的系统柔度,达到耗能减震的目的。通过构建非线性质量弹簧体系来模拟滚石冲击下棚洞结构的动力响应,并结合能量原理对新型棚洞的防滚石抗冲击机制进行分析,结果表明耗能减震棚洞能大幅度降低滚石的最大冲击力,并通过耗能减震器的变形来耗散冲击能,大幅度降低棚洞结构的建设成本。     

滚石冲击下新型组合棚洞结构的动力响应分析

棚洞结构是防止滚石灾害的有效措施之一,传统意义上的钢筋混凝土棚洞结构已经不能更好地解决这一问题。因此提出了一种以索网和钢桁架组合而成的新型组合棚洞结构的方法来阻拦滚石冲击。本结构中钢拱梁及格构柱为主要传力构件,主要承受拉力、压力、弯矩,而钢丝网及下部索网为主要的耗能构件,具有很大的变形能力,能够吸收滚石的冲击能。利用ANSYS/LS-DYNA有限元软件对该结构进行数值模拟,从加速度响应、能量耗散、应力传递三方面进行了动力分析,研究了滚石冲击对棚洞结构破坏的影响,为新型组合棚洞结构的设计提供了理论依据。     

软弱地层浅埋大跨双连拱隧道支护结构受力现场监测试验研究

由于跨度大,施工分步多,软弱地层大跨度连拱隧道支护结构受力规律难以把握,双连拱隧道设计施工难度较大。本文依托南山路浅埋大跨双连拱隧道工程,通过现场试验研究双连拱隧道施工过程初期支护和二次衬砌的受力,着重分析了围岩压力、钢架应力、初期支护与二衬接触压力、二衬钢筋应力的变化规律,结果表明:(1)由于后行洞的施工对先行洞围岩的扰动,使先行洞围岩发生多次应力重分布,使得先行洞受力比后行洞受力大且变化更为复杂;(2)拱顶和拱脚位置是整个结构受力最大的位置,仰拱封闭会使结构受力减小,因此及时使结构封闭成环有利于结构受力;(3)二衬承受了一定的围岩压力,且可以在较短时间内达到稳定受力状态,在现场二衬施做步距下,二衬不会发生屈服破坏。     

落石冲击荷载作用下EPE垫层棚洞缓冲作用研究

针对目前棚洞结构传统砂垫层自重大、建设成本高等缺点的现状,提出使用EPE(聚乙烯)缓冲材料替换一部分砂土垫层以达到减轻结构自重、提高抗落石冲击性能的目的。采用显式动力计算,基于LS-DYNA动力有限元软件建立数值计算模型,模拟了落石冲击EPE垫层棚洞结构的全过程,以棚洞结构底部钢筋动态应变时程曲线、棚洞T型梁跨中挠度变形等为依据,判断结构的极限承载力,并与传统砂垫层进行了对比,从而揭示了EPE垫层在棚洞结构设计中的耗能减震作用。结果表明:EPE缓冲材料的缓冲性能与抗冲击性能较好,能广泛应用于实际工程;其最优填充厚度为0.6 m,结构承载力是传统砂垫层棚洞结构的1.75倍。     

特长公路隧道主洞与配电室交叉结构稳定性分析

因空间交叉结构受力复杂性而导致的长大公路隧道大变形和支护结构失稳的事故屡见不鲜。文章介绍为确保隧道交叉结构受力的安全与合理,以宝塔山隧道为依托工程,采用喷射聚丙烯纤维混凝土作为支护手段,运用ADINA有限元软件建立数值计算模型,对隧道交叉结构的围岩变形、支护结构与围岩的接触应力、支护结构内力进行分析。研究表明:拱顶、仰拱的最大变形量出现在交叉部位,隧道主洞有接触应力集中现象,拱腰附近安全系数最小。     

深埋隧道仰拱边墙连接方式力学效应分析

在隧道结构中,仰拱是衬砌结构的重要组成部分,影响仰拱力学效应的因素较多。仰拱与边墙的连接是衬砌施作的关键环节,对衬砌结构以及围岩的力学状态有着至关重要的影响。以乌鞘岭铁路隧道斜井为例,通过数值模拟分析了仰拱与边墙的不同连接方式对深埋隧道围岩、支护结构的力学行为影响,结果认为铰接情况可以有效地减小弯矩,改善衬砌结构的受力状态,但对控制衬砌底部变形不利。所得结论以期能为将来的隧道支护结构设计及施工提供帮助。     

基于LS-DYNA的EPS垫层棚洞耗能减震分析

以某在建项目为背景,基于LS-DYNA建立了数值计算模型,模拟了落石冲击棚洞结构的全过程,揭示了EPS缓冲材料缓冲耗能作用,结果表明:EPS垫层棚洞较传统砂垫层棚洞抗落石冲击性能有一定提高,能广泛应用于实际工程中。     

寒区公路雪崩灾害处置技术研究

雪崩是是高寒山区道路安全威胁最大的自然灾害之一。国内外研究集中在雪崩发生的成因及变化规律,对永久治理方面研究较少。针对我国西藏地区G318线雪崩灾害,提出一种永久治理雪崩灾害的方法:防雪棚洞和防雪明洞,并从受力性能、经济性及采光等方面进行对比分析,得出以下结论:当雪崩路段小于50m,地层承载较高时,建议采用防雪明洞结构;当雪崩路段较长,宜采用经济性、采光较好的防雪棚洞结构。     

落石冲击作用下钢筋混凝土棚洞结构的动力系数研究

以钢筋混凝土棚洞为原型,通过ANSYS/LS-DYNA有限元分析软件,考虑在不同能量的落石冲击不同位置的情况下,分析了钢筋混凝土棚洞的动静力响应及其冲击动力系数,得到了弹塑性状态下棚洞冲击动力系数的变化规律。据此,棚洞结构的动力冲击设计可转化为落石的静力荷载作用下的设计,即通过钢筋混凝土棚洞结构在落石静力荷载作用下的最大响应乘以考虑了能量因素的冲击动力系数可以确定落石冲击作用下钢筋混凝土棚洞结构最大动力响应。     

浅谈铁路隧道框架式棚洞结构设计

某新建铁路隧道斜穿山体出洞,洞口危岩落石强烈发育,地形陡峻,且洞口下方为既有省道,为保证洞口及桥台的施工与运营安全,洞口设计拟采用棚洞结构。目前国内外采用的棚洞结构形式种类繁多,但均为结合各隧道洞口具体地形、地质条件而设计,难以直接运用于本隧洞口。文章为设计出适合该新建铁路隧道洞口的棚洞结构,结合既有工程经验,利用有限元等软件,分别从棚洞选型、尺寸拟定、结构组成及结构计算等方面进行分析,研究出了满足该隧道时速要求的由矩形框架和边梁共同组成的框架式棚洞结构,并最终完成了该棚洞的具体结构设计。设计出的框架式棚洞结构在保证工程安全的同时又节约工程造价,还满足照明及美观的要求,最终成功用于该隧道施工图设计。     

柔性棚洞在陡崖落石灾害防治中的应用研究

晋(城)—济(源)高速公路山西晋城段拍盘隧道(K1081+266)出口为隧接桥,最大的桥墩高差约为50 m,洞顶边坡坡体陡峻、岩体裸露、节理裂隙发育,自通车以来共发生8起崩塌落石事件。针对拍盘隧道出口隧接桥现状和应急抢险要求,分析了落石产生坠落原因、类型和落石运动规律,并利用LS-DYNA对柔性钢棚洞进行冲击模拟,结果表明:在相同的防护能级条件下,柔性钢棚洞在结构受力、施工、环保以及经济性等方面有显著的优势,适用于交通应急工程,可为类似工程提供参考和借鉴。     

南京地铁三号线隧道衬砌结构断面优化研究

以南京地铁三号线滨江路站~五塘村站矿山法区间为例,采用有限元结构分析软件,取最不利荷载组合,分析了隧道复合式衬砌结构的受力特征。结果表明,通过对隧道仰拱结构断面尺寸进行优化,即隧道边墙到仰拱顺接过度部分宜采用较小半径圆弧设计,可满足最不利水头下结构受力要求,以避免仰拱二衬受高水头作用而隆起的风险,且增加费用不大。     

三开间单跨柔性棚洞在落石冲击作用下的试验研究

为克服钢筋混凝土结构式棚洞施工难度大,费用高等不足,满足快速抢修抢建要求,提出一种由型钢拱架和金属网组成的柔性棚洞。由于三开间单跨柔性棚洞的传载耗能特点与单开间单跨柔性棚洞存在区别,为此在现有单开间单跨柔性棚洞研究的基础上,提出三开间单跨柔性棚洞的设计方案,制作1∶1试验模型,并进行了25kJ、50kJ、100kJ和250kJ的落石冲击试验。宏观试验现象表明：①当落石能量在100kJ范围内时,柔性棚洞能够成功的对其进行拦截,而不需要对结构进行维护;②当落石能量在250kJ时,柔性棚洞在成功对其进行拦截的情况下,仅需要经过简单的维护即可继续投入使用;③柔性棚洞内的净空满足安全要求。此外,采用应变片、荷载传感器和高速摄像机等对落石冲击过程和柔性棚洞中钢拱架的动力反应进行了测试,综合试验测试数据,对柔性棚洞的变形特点、传载耗能机理和破坏特点进行了分析,指出了柔性棚洞中易发生破坏的薄弱部位,提出了下一步柔性棚洞的改进措施。     

隧道出口段环保型结构稳定性分析

随着国民经济的发展和社会的进步,公路隧道环保型建设技术日益受到重视。以江苏宁(南京)淮(安)高速公路南京江北段老山公路隧道为依托,提出了隧道出口傍山段的一种新型环保结构--棚洞结构。采用有限元强度折减法研究该隧道出口段边坡与整个支挡结构的稳定性。通过最危险段的分析表明:该新型结构将傍山边坡的锚喷支护与棚洞结构有机结合起来,形成完整的受力体系与环保型边坡支挡结构,是安全合理的。在路线走廊困难地段、沿河岸沟谷地、路线傍山布置地段,构造物应顺应地形,提倡设置棚洞、半隧道结构,达到保护边坡和自然环境的目的。     

公路隧道鱼腹式预制拼装仰拱施工技术

鱼腹式预制仰拱为箱形中空结构形式,将仰拱和仰拱填充层相结合,能在满足结构受力基础上,减少混凝土用量,其采用定型钢模板在场外进行分节段预制,通过多自由度预制仰拱拼装机在现场拼装,并用螺栓进行节段连接,接缝设置缓冲衬垫和橡胶止水带,能确保预制拼装仰拱的整体施工质量。文中以实际工程为例,介绍了鱼腹式预制拼装仰拱施工技术及其应用,可为公路推广使用预制仰拱技术提供参考。     

棚洞受滚石法向冲击破碎分析

针对有限元等连续方法计算物体受冲击破坏的大变形问题,采用SPH和有限元耦合方法,对棚洞受滚石冲击破碎进行了分析,得出了滚石法向冲击棚洞结构的破碎规律,为滚石防护结构设计提供了依据。     

小净距隧道爆破施工减震措施研究

针对先、后行洞在爆破施工中存在的震害问题,以七冲村特大断面小净距隧道为工程背景,通过建立动态分析有限元模型,对爆破施工过程中震动波的传播机制进行了分析;结合数值模拟结果,采用了以微震爆破施工和衬砌背后注浆为主的减震措施。研究结果表明:基于围岩变形和衬砌结构受力监测数据,先行洞受后行洞爆破施工的影响非常有限,其围岩变形和衬砌结构受力均处于合理范围之内。     

钢筋混凝土防落石棚洞快速修复方案初探——以国道317线大岐棚洞抢险修复工程为例

文章通过对国道317线大岐棚洞抢险修复方案的研究分析,探讨钢筋混凝土防落石棚洞在结构受损后的快速修复方案,可为类似抢险工程提供参考。