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列车荷载作用下联络横通道对平行交叉盾构隧道振动影响机制的试验研究

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岩石力学与工程学报 2022年第S01期41卷 2892-2900页

作者：晏启祥王二力张君臣孙明辉姚超凡陈文宇西南交通大学交通隧道工程教育部重点试验室四川成都610031 四川省公路规划勘察设计研究院有限公司四川成都610041

城市地铁中广泛存在由联络横通道连接形成的平行交叉盾构隧道,在列车振动荷载作用下该特殊结构段的动力响应问题更加突出。通过建立有、无横通道的2种平行交叉的盾构隧道模型,研究列车荷载作用下平行交叉盾构隧道的动力响应特征,探明联... 详细信息

城市地铁中广泛存在由联络横通道连接形成的平行交叉盾构隧道,在列车振动荷载作用下该特殊结构段的动力响应问题更加突出。通过建立有、无横通道的2种平行交叉的盾构隧道模型,研究列车荷载作用下平行交叉盾构隧道的动力响应特征,探明联络横通道对两主隧道振动响应的影响机制,得到以下结论:联络横通道的存在将会减小列车荷载所在隧道的动力响应,其影响范围约为横通道宽度的2倍;而对于相邻的另一主隧道,当中心频程低于125 Hz时,衬砌结构的三分之一倍频程因横通道的存在而增加,且频率越低影响越大。横通道对两主隧道振动响应的影响机制在于:横通道结构的整体性和密实性远高于土体,列车行驶产生的振动波在横通道中传播的损耗低于土体,且频率越低的振动波在传递过程中损耗更快。

关键词：隧道工程联络横通道列车振动荷载平行交叉盾构隧道动力响应三分之一倍频程

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盾构隧道联络横通道地震响应振动台试验

中国公路学报 2017年第8期30卷 193-200页

作者：何悦何川耿萍张景代聪张竹清西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室厦门市轨道交通集团有限公司

为探讨盾构隧道与联络横通道采用不同连接方式时的地震响应特性,基于考虑横向弯曲刚度有效率的等效刚度模型,采用4;8Hz的正弦拍波作为输入地震波,开展了几何相似比为1∶40的振动台模型试验,模型制作中将盾构隧道与联络横通道分别浇筑后... 详细信息

为探讨盾构隧道与联络横通道采用不同连接方式时的地震响应特性,基于考虑横向弯曲刚度有效率的等效刚度模型,采用4;8Hz的正弦拍波作为输入地震波,开展了几何相似比为1∶40的振动台模型试验,模型制作中将盾构隧道与联络横通道分别浇筑后采用不同刚度的材料进行粘接,以模拟盾构隧道与联络横通道的刚性连接方式和柔性连接方式,同时研究了地层和结构的加速度响应规律以及结构关键位置处的应变频谱特性。研究结果表明:地震动沿隧道横断面方向输入时,地层在竖直方向上加速度放大倍率随高度增加而增大;盾构隧道与横通道连接位置拱顶处的环向应变远小于纵向应变;盾构隧道与横通道连接位置拱脚处的主应变响应峰值最大;刚性连接下联络横通道对盾构隧道衬砌应变影响区域在3倍横通道横断面宽度范围左右;柔性连接可有效减小盾构隧道和联络横通道结构上各点的应变峰值,但不会改变其频谱特性;柔性连接可使联络横通道对盾构隧道衬砌应变影响范围减小至2倍横通道横断面宽度左右。

关键词：盾构隧道地震响应振动台试验联络横通道

富水砂卵石地层地铁联络横通道人工冻结数值分析

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土木与环境工程学报（中英文） 2022年第6期44卷 63-74页

作者：文彦鑫伍旺郭治岳宋修元尹红蒋辉晏启祥西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室成都610031 中铁建大桥工程局集团第二工程有限公司广东深圳518083 成都轨道建设管理有限公司成都610041

人工地层冻结法作为一种常用的土层加固方法,被广泛应用于煤矿、地铁等地下结构工程中。成都地区的砂卵石地层含水量丰富,渗透系数大,实施冻结法难度更大。以成都地铁10号线某隧道区间为工程依托,研究采用人工冻结法在砂卵石地层中修建... 详细信息

人工地层冻结法作为一种常用的土层加固方法,被广泛应用于煤矿、地铁等地下结构工程中。成都地区的砂卵石地层含水量丰富,渗透系数大,实施冻结法难度更大。以成都地铁10号线某隧道区间为工程依托,研究采用人工冻结法在砂卵石地层中修建联络横通道的问题。对冻结工程进行现场监测,根据冻结管实际布置形式建立考虑冰水相变的非线性三维弹塑性热—力耦合数值模型,通过现场监测和数值模拟两种手段对积极冻结期温度场和位移场的发展及分布规律进行研究。结果表明:数值模拟结果与现场监测数据吻合较好,建立的数值模型比较可靠;冻结壁交圈时间是冻胀变形快速增长的临界时间点,交圈时间约为25 d;冻结43.7 d时冻结壁厚度达到2 m,在37.8 d时冻结壁内平均温度达到-10℃,满足后续开挖施工要求。

关键词：冻结法富水砂卵石地层联络横通道温度场位移场数值模拟

苏州地铁一号线金鸡湖隧道联络横通道冻结效应研究

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苏州地铁一号线金鸡湖隧道联络横通道冻结效应研究

作者：李文秋西南交通大学

学位级别：硕士

冻结法主要适用于含水软弱地层,其工艺是利用冷冻机对冷冻液进行降温,并通过循环管路将冷冻液输送到需要冷冻的地层区域,使地层冻结并提高地层的强度和稳定性。在城市地铁区间隧道规划设计中,上下行隧道之间通常需要设置联络横通道。在... 详细信息

冻结法主要适用于含水软弱地层,其工艺是利用冷冻机对冷冻液进行降温,并通过循环管路将冷冻液输送到需要冷冻的地层区域,使地层冻结并提高地层的强度和稳定性。在城市地铁区间隧道规划设计中,上下行隧道之间通常需要设置联络横通道。在地铁运营期某一隧道发生火灾、涌水、倒塌等突发性事件时,乘客可经过联络横通道转移到另一条隧道当中,进而迅速向地面疏散。在软土地质条件下,人工冻结法技术是有效实施深基坑开挖、联络横通道开挖的一种重要方法。研究联络横通道冻结帷幕的发生、发展过程,对于实际工程具有重要的工程指导意义。论文结合苏州地铁一号线金鸡湖湖底盾构隧道2号联络横通道冻结工程,通过资料调研,论述了冻结法原理及工艺流程,开展了金鸡湖隧道联络横通道冻结法施工方案、冻结孔布置设计、制冷设计、冻结站设计、开挖和构筑施工、监测设计及参数、融沉控制技术等研究;基于设计的苏州地区典型土层冻结温度、冻结帷幕厚度等物理参数,在积极冻结和维护冻结盐水温度变化监测的基础上,建立了冻结温度场分析模型;研究了冻结管不同外径下的冻结帷幕的扩展变化过程,揭示了特定观测点的温度和未冻结水含量的变化时程曲线;采用实测温度时程曲线验证了数值模拟温度时程曲线的合理性;优化了冻结孔的布置和冻结管数量的选择。研究成果对于冻结设计和施工,联络横通道的开挖和风险防控具有一定的指导价值。

关键词：冻结法联络横通道冻结温度场冻结帷幕温度时程曲线

地铁联络横通道交叉隧道结构列车振动响应分析

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地铁联络横通道交叉隧道结构列车振动响应分析

作者：吴聪西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国城市轨道交通的不断发展,城市地铁逐渐成为我国重大城市的主要交通运输方式。本文针对某城市地铁区间段中的结构交叉盾构隧道,运用理论分析,数值模拟以及相似模型试验等手段,研究了地铁编组列车行驶过程中,隧道结构的动力响应... 详细信息

随着我国城市轨道交通的不断发展,城市地铁逐渐成为我国重大城市的主要交通运输方式。本文针对某城市地铁区间段中的结构交叉盾构隧道,运用理论分析,数值模拟以及相似模型试验等手段,研究了地铁编组列车行驶过程中,隧道结构的动力响应特征。并考虑了结构交叉隧道在运营过程中受到硫酸盐腐蚀情况下,其管片结构的动力响应变化规律。主要的研究内容与成果如下:(1)基于ABAQUS有限元软件进行数值模拟,通过在地铁列车编组的车轮位置施加列车振动荷载,并对编组列车施加特定的运行速度,从而模拟地铁编组列车在结构交叉盾构隧道中的行驶过程。(2)分析了地铁编组列车在结构交叉盾构隧道行驶过程中,其隧道管片结构的应力,竖向加速度,竖向速度以及竖向位移的动力响应特征。结果表明:行车隧道的振动响应最大,联络横通道内振动响应次之,振动响应最小的为未行车隧道。对于行车隧道,其拱底的振动响应最大,拱顶的振动响应最小,由下往上其振动响应呈逐渐减小的趋势。并通过和无横通道的平行隧道对比得到了联络横通道的影响范围。(3)设计并建造了一个用于列车振动试验的结构交叉隧道装置,通过对不同位置进行激振,研究了结构交叉隧道的振动响应特征。结果表明:试验结果满足距离激振位置距离越远其振动响应越小的规律,并且沿隧道纵向的振动响应衰减强度大于沿隧道横向的振动响应衰减强度。(4)通过相似模型试验与数值模拟相结合的方法,从时域和频域方面对比分析了结构交叉盾构隧道衬砌以及围岩的动力响应特征。结果表明:振动加速度在传递的过程中,其加速度幅值会出现衰减。并且不同频段内其振动加速度的响应衰减程度不同,具体为高频波段衰减程度大于低频波段衰减程度。(5)研究了硫酸盐腐蚀情况下,隧道管片混凝土的弹性模量、极限抗压强度以及极限抗压强度的变化情况,并得到了不同腐蚀时间下,交叉盾构隧道结构运营期间的动力响应特征。

关键词：盾构隧道交叉结构联络横通道列车振动模型试验硫酸盐腐蚀

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地铁联络横通道水平冻结数值模拟

河北交通职业技术学院学报 2010年第4期7卷 50-52,75页

作者：刘记晏启祥西南交通大学地下工程系

以南京地铁许南区间联络横通道为例,利用温度场理论,采用非线性有限元程序TEMP/M,对水平冻结过程进行了仿真分析,揭示了冻结锋面随时间变化以及冻结帷幕的交圈和扩展过程。最后指出了人工土冻结技术中今后应重点探讨的相关问题。

关键词：地下铁路联络横通道水平冻结温度场数值仿真

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过江隧道圆形联络横通道冻结法布管方案研究

过江隧道圆形联络横通道冻结法布管方案研究

首届水下隧道建设与管理技术交流会

作者：李伟平胡向东陈锦王金泰张洛瑜浙江省交通规划设计研究院同济大学地下建筑与工程系

冻结法具有适应性强、安全度高、环保等特点,在地下工程施工中得到了广泛应用。过江隧道工程常使用双圈管冻结方案进行联络横通道的冻结法施工。为保证其安全性并提高经济性,本文采用有限元法对不同冻结管布管方案下的冻结体温度场进行... 详细信息

冻结法具有适应性强、安全度高、环保等特点,在地下工程施工中得到了广泛应用。过江隧道工程常使用双圈管冻结方案进行联络横通道的冻结法施工。为保证其安全性并提高经济性,本文采用有限元法对不同冻结管布管方案下的冻结体温度场进行了数值模拟,从而得出最优的冻结布管方案。然后,通过数值模拟对最优方案的开挖热扰动情况进行了研究,进一步论证了方案可行性,并得出了合理的开挖时间。

关键词：冻结法过江隧道联络横通道冻结布管温度场有限元热扰动

来源： cnki会议评论

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列车振动荷载下交叉盾构隧道的动力响应特性

列车振动荷载下交叉盾构隧道的动力响应特性

作者：陈诚西南交通大学

学位级别：硕士

随着我国高速铁路以及盾构法施工的快速发展,在山区和城市出现了大量采用盾构法施工的高速铁路隧道。盾构法施工具有安全、高效、自动化程度高、对周边扰动小等优势,但在盾构隧道中通常会出现较多的交叉结构形式,如联络横通道结构、到... 详细信息

随着我国高速铁路以及盾构法施工的快速发展,在山区和城市出现了大量采用盾构法施工的高速铁路隧道。盾构法施工具有安全、高效、自动化程度高、对周边扰动小等优势,但在盾构隧道中通常会出现较多的交叉结构形式,如联络横通道结构、到发竖井、泵房等,还包括近距离空间交叉的盾构隧道主体结构。因此,本文结合广深港客运专线狮子洋隧道,开展了实测列车振动荷载条件下,联络横通道的隧道交叉结构、近距离空间垂直交叉盾构隧道的塑性损伤理论,和应力、加速度时程分析。主要研究工作和成果如下：(1)阐述了列车振动效应所涉及的相关计算理论,包括：动力学计算原理、混凝土损伤理论、混凝土强度降低理论。并论述了材料阻尼问题、模型动力边界条件、混凝土塑性损伤本构关系等。(2)为了真实的模拟出列车编组在隧道进口段、洞内段、出口段的时间、空间效应,采用了独特的荷载曲线施加方式,将实测列车振动曲线以竖向激振荷载的形式施加在列车轮轴上,同时在列车模型上施加列车自重,二力均由轮轴传递至轨道,同时在列车编组上施加相应的速度,该方式可有效模拟荷载的时空变化。(3)分析了联络横通道隧道交叉结构,以及近距离空间垂直交叉隧道在不同阶段(新建隧道与运营隧道)的振动效应,及其在隧道进口段、洞内段、出口段的响应特征。对比了应力、加速度、压致损伤、拉致损伤等力学参数的差异。(4)针对运营劣化隧道,在获得隧道劣化后主要力学指标的基础上,开展了列车不同行驶速度对应振动荷载的动力响应分析,研究了联络横通道交叉结构关键截面的损伤等动力响应特性。

关键词：盾构隧道实测列车振动荷载联络横通道近距离空间交叉隧道塑性损伤时程分析

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交叉盾构隧道列车振动响应及其累积损伤研究

交叉盾构隧道列车振动响应及其累积损伤研究

作者：黄希西南交通大学

学位级别：硕士

针对交叉盾构隧道在长期运营过程中容易出现振动损伤问题,依托国家自然科学基金项目（51278425）,采用理论分析和数值模拟方法,开展了交叉隧道结构振动响应及疲劳累积损伤研究。根据改进的混凝土疲劳本构模型,考虑列车行驶效应,分析含... 详细信息

针对交叉盾构隧道在长期运营过程中容易出现振动损伤问题,依托国家自然科学基金项目（51278425）,采用理论分析和数值模拟方法,开展了交叉隧道结构振动响应及疲劳累积损伤研究。根据改进的混凝土疲劳本构模型,考虑列车行驶效应,分析含联络横通道结构交叉盾构隧道和近距离空间交叉盾构隧道的疲劳寿命,以及两种交叉隧道结构在不同运营年限的动力响应和累积损伤。主要工作和成果如下:（1）根据现行混凝土设计规范中混凝土单轴本构模型,考虑疲劳损伤导致的混凝土刚度退化、强度下降和疲劳残余应变增加等因素,改进并提出了混凝土疲劳本构模型,该模型适合开展高周列车振动疲劳分析;（2）分别建立了结构交叉和空间交叉盾构隧道两种交叉隧道模型,考虑列车行驶效应,模拟了列车在隧道中行驶的全过程。基于列车首次行驶引起的结构动力响应,采用名义应力法,获得了两种交叉盾构隧道的疲劳寿命;（3）基于改进的混凝土疲劳本构模型,分析了不同运营年限结构交叉和空间交叉盾构隧道的应力、加速度等动力响应特性。结果表明:观测点振动具有明显的阶段性;列车所在主隧道中部位置振动最为剧烈,邻近主隧道振动相对平缓;随着列车运营年限的增加,隧道结构的应力和加速度均有一定程度的增加;（4）采用混凝土塑性损伤模型,分析了在运营不同年限后结构交叉和空间交叉盾构隧道的压致累积损伤和拉致累积损伤特性。结果表明:对于交叉盾构隧道,主隧道累积损伤随运营时间呈两阶段发展特性,而联络横通道累积损伤随运营时间呈三阶段发展特性;主隧道累积损伤主要集中在隧道仰拱位置,而联络横通道累积损伤主要集中在其两侧边墙墙角位置;隧道结构拉致累积损伤大小和范围均大于压致累积损伤,拉致损伤是结构损伤破坏的控制性因素。

关键词：交叉盾构隧道联络横通道列车振动疲劳本构模型动力响应累积损伤