隧道结构受力分析(提交)
不同跨度公路隧道岩石加固承载拱结构受力分析

中图分 类号 : 5. 文 献标识 码 : 文 章编 号 :O4 5 1(O 80— 0 5— 0 U4 12 A 1O— 76 2O )7 14 5
2 基本 假 定
喷支护体系的系统锚杆采用 图 1 所示 的方式施作 , 可 以假定 洞顶 岩石 加 固承载拱 的断面形 式为 圆弧拱 。 主要研 究应用 较 多 的三心 圆断 面形式 , 于三 心 圆 对 隧道 , 控制隧道稳定的围岩一般限制在顶部的圆弧范围 内, 文献[ 3 5的研究 也指 出隧道衬砌结构 的失稳均发生 在上部结构即拱部 , 拱结构的稳定性状基本上代表了衬 砌 整体 结构 的稳定 情 况 。因此 下 文 分析 中将 主要 针 对 其 拱部 的 圆弧部分 , 研究 两 车道 、 三车道 、 四车 道公路 隧 道 岩石 加 固承载拱 的受 力 问题 , 因此其 岩石加 固承载 拱 结 构 为拱 部 的单 心 圆形 式 。 由于 公路 隧 道 的使 用 功 能 般与洞 顶弧 形部 分 的关 系 不大 , 以假 定三 种跨度 公 可 路 隧道无 铰 圆弧 岩 石 加 固承 载 拱 结 构 ( 见 图 1 的 矢 参 ) 高() f 是一致的 , 只是拱的跨度() I不同。根据通常系统 锚杆 采用 如 图 1 的形 式施 作 可 以认 为在锚 杆长度 为 3 m 的锚喷支护体系的作用下 , 锚杆长度范围内的岩石在锚 杆、 注浆 、 喷射 混凝 土喷 层 结 构 的 加 固下 能 有效 地 以结 构 的形 式 工作 , 形成 一 有 效 圆弧 岩 石 加 固拱 承 载 结构 , 即拱厚 为 3 的 圆 弧拱 。不 同跨 度 的公 路 隧 道 圆 弧 岩 m
隧道的受力图

[本帖最后由zhuhao于2007-6-27 16:29编辑]
最小主应力.jpg(42.4 KB)
下载次数:14
2007-6-27 16:12
最大主应力.jpg(40.45 K做的一个二类浅埋隧道施工过程的受力分析下图为二衬的最大最小主应力图单位
这是以前做的一个二类浅埋隧道施工过程的受力分析,下图为二衬的最大、最小主应力图,单位:Pa。负值表示压应力。
由图可见,二衬基本没有什么拉应力,所以主筋全部都受压。
拱顶、仰拱中间内侧的压应力最小,这里最容易出现拉应力,所以此处的钢筋最有可能会受拉;
岩溶区特长铁路隧道衬砌结构受力相关性分析

52 ・2
52 —3
52 ・5
52 ・7
52 -9
6 ・
日期
() 1钢筋应力变化 曲线 ;
图 4 隧 道 环 向受 力状 态 分 析 对 比 曲线 I a MP )
最 大值发 生 在仰拱 底部 为 一10 2MP 。综 合看来 , .3 a 1 在
一
皇
\
出
综合 以上分析 , 结构监讯
_ 鲁
通
20 08年第 3期
∞ ∞
0 佃 如 ∞ 柏 ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞ ∞
西部探 矿 工程
13 4
51 5 1 -4 -7
5. 8 1 5 1 5 2 -9 ・0
2 溶洞结 构受力 与 大气 降雨 和 隧道 内 涌水量 关 系
十分密切, 针对其衬砌结构所受的钢筋应力 、 混凝土应 变、 初支与二衬间的接触压力以及渗水压力测试数值进 行 相 关 性 分 析 。 由 于 20 0 5年 5月 1 日突 降 暴 雨 7 4.mm, 41 故将该 日 前后的代表性测试数据进行整理 分
体受力, 则钢筋型钢应力、 拉压应变控制指标需适 砼 当增 大 。
一
表 1 混凝土强度设计值 ( a MP )
DK34 40 + 50溶 洞 ( 溶 洞 ) 施 工 过 程 5+ 5 ~ 0 2 在
中, 由于长时间排水 、 排砂 , 出物年龄 由老变新 、 涌 粒径 由细变粗 , 分别为粉细砂、 中粗砂 、 粗砂 、 砾石 和大小不 等的卵石, 表明 D 34 6 +4 0 K 5 +40 9 段充填岩溶段已
与二次衬砌 间的渗水压力监测 , 采用渗水压力计进行测 试; 初期支护与二次衬砌 间的接触压力监测 , 采用压 力 盒进行测试 ; 二次衬砌型钢或钢筋应力监测 , 采用钢筋 计进行测试; 二次衬砌砼应变监测, 采用混凝土应变计 进行测试 。
隧道衬砌台车结构受力与位移分析

用户•施工隧道衬砌台车结构受力与位移分析■孙丽英中铁十八局集团第一工程有限公司;河北保定072750摘要:以某矿山法施工隧道为工程背景,结合衬砌台车的主要技术参数,对隧道衬砌台车进行结构内力计算。
通过有限元软件ABAQUS对衬砌台车整体模型进行分析,得到台车整体的应力和位移云图,最大位移与应力部位均发生在台车拱肩位置,整体运动趋势向台车内部收缩。
关键词:衬砌台车;结构设计;受力分析衬砌台车是隧道二次衬砌混凝土整体化浇筑施工的重要机械设备,具有施工效率高,表面成型好的优点,可以有效地提高混凝土浇筑的速度和质量,降低对围岩的扰动,因而在公路、铁路等大量土木工程项目中广泛使用5。
目前,隧道断面类型设计比较成熟,但是相应与之配套的衬砌台车的设计加工没有形成统一标准,对衬砌台车进行系统地结构受力分析优化设计技术不够完善,因此有必要对台车进行系统的荷载内力计算,应用较为先进的数值分析软件对台车受力变形进行分析,为类似隧道衬砌台车的设计和加工提供理论指导。
1工程概况某公路隧道标段内全长340m,围岩主要为V级红黏土围岩,马蹄形断面。
二次混凝土衬砌釆用衬砌台车施工,台车设计由5个系统组成,分别为模板系统、门架系统、支撑系统、行走系统、液压与电气控制系统。
设计台车轮廓半径为R1为5600mm,长度L为9.0m,每块模板宽度为1500mm,面板厚度为10mm;工作窗数量28个,尺寸为450mm x5000mm,注浆孔数量为3个,直径为125mm。
台车模板由工厂制作定型钢模板,釆用C30混凝上,坍落度为175mm,容重2460kg/m‘,无缓凝剂添加。
为2.45t/m'o2.2衬砌台车的载荷计算在对衬砌台车进行内力计算分析时,应同时考虑工作和非工作2种状态下的强度、刚度和稳定性。
非工作时,台车只有自重荷载,台车受力较小,基本可以保证台车安全稳定,只需要分析台车工作状态时所承受的最大荷载,对模板门架进行荷载组合强度校核。
三洞并行小净距隧道的结构受力特点分析

三 洞 并 行 小 净 距 隧 道 的 结 构 受 力 特 点 分 析
张 弛
( 铁道 第三勘察设计院集团有限公 司城交分院 , 天津 3 0 0 2 5 1 )
摘
要: 通过数值模拟计算 , 重点研究 了三孔小净距隧道施工工程 中, 后行隧道爆破 开挖对先行 隧道 的影响 , 根 据分析结 果 , 验 证
宽度 、 施工难度 、 工程造 价和爆 破震 动影响 等方面介 于独 立并行
隧道和地质条件较好 的中长隧道 。本文结合 在建工程 , 对三 洞并
2 ) 洞身段辅 助措施 。石场沟 1 号, 2号 , 3号隧道 洞身段设 计
表1 石场 沟 1号 。 2号 。 3号 隧道辅助施工措施统计表
隧道名称
石 场沟 1 号 隧道 设置大 管 出现三线并 行隧道方案 , 再依据隧道 断面尺寸 、 地 层条件 、 埋置深 均采用大管棚 +小导管注浆超前 支护 , 4 4 。 范 围, 石 场沟 2号 , 3号隧道设置大管棚部位为 度和环境保 护等情况 , 对 三洞并 行隧道 、 单 洞大跨 隧道及 三洞联 棚部位为拱部 1 拱部 1 5 8 。 及靠近石场沟 1 号隧道侧边墙范围。 拱隧道等方案进行技 术经 济 比选 。由于小 净距并行 隧道 在 占地
1号 , 2号 , 3号隧道分别 位于前 庄正线及 同金 ( 同兴至 金山湾 联
络线上 。三座隧道小净距并 行 , 平 均净距 约为 6 m。隧道最 大覆 土厚度约为 7 5 m。其 中 , 石场 沟 1 号 隧道 居 中 , 为双 线 隧道 , 长
8 2 0 m, 洞 口直线段开挖断面宽度 1 3 . 8 m; 石场沟 2号 , 3号隧道位 于两侧 , 均为单线 隧道 , 长 度分别 为 8 1 5 m和 8 2 4 . 5 m, l 3 . 8
铁路隧道整体道床横断面的受力分析

铁 路 隧 道 整 体 道 床 横 断 面 的 受 力分 析
刘 庆 潭 , 单 立 平
( 中 南 大 学 土 木 建 筑 学 院 ,湖 南 长 沙 4 0 7 ; 州 铁 路 ( 团 ) 司 靖 州 工 务 段 ,湖 南 靖 州 1 0 5 广 集 公 4 5 0 1 0) 7
摘 要 :采 用 传 递 矩 阵 法 ( M ) 隧 道 整 体 道 床 典 型 横 断 面 作 了 力 学 分 析 , 得 的 分 析 成 果 可 为 整 体 道 床 的 设 TM 对 所
计 和 维 护 提 供 一 些 合 理 的科 学 参 数 。
关 键 词 :整 体 道 床 ;裂 纹 ;传 递 矩 阵 法
中 图 分 类 号 :U3 1 2 文 献 标 识 码 :A
M e ha c na y i o e ton o o l t c r db d of r i wa u c ni s a l s s f r s c i f m no i hi oa e a l y t nne l
LI Q ig t n , S N — i U n —a A Lip n
(Sc o lo vl&. r ht c u a ie rng,Ce r lSo t nie st h o fCii A c ie t r lEgn e i nta u h U v riy.Cha g ha41 07 n s 0 5.Chia n 。i z o g n e ig Ditit Jn z ou Hu n 41 5 0.Chna) Jng h u En i e rn s rc . i g h na 0 7 i
维普资讯
第 2 4卷 第 5期
2 00 2 年 l 0月
Hale Waihona Puke 铁 道 学 报
基于ANSYS的单线铁路隧道结构受力模拟分析

衬砌结构 , 地下工程 的衬砌结构主要模仿拱桥 的计算 方法 , 特点 是 只将衬 砌 作为 受力 结构 , 围岩 作为 荷 其 而
载作 用 在衬砌 上 , 因此 当时 衬 砌 结 构 的 厚 度偏 大 。随
着社 会 的发展 , 类对 地 下空 间 的利用 越来 越 多 , 别 人 特 是2 O世 纪 5 O年代 , 喷射 混凝 土 和锚 杆 支 护 得 到 了 广 泛 的应 用 J特别 是 “ 奥 法 ” , 新 的成 功 , 一 步 确定 了 进 锚杆 在 隧 道 支 护 结 构 中 的地 位 J 。这 样 的 柔 性 支 护 使 洞 室 开挖后 围岩有 一 定 的变 形 , 围岩 产 生 一个 塌 落 拱, 内部 的应 力 重 新 调 整 ( 力 重 分 布 ) 衬 砌 的厚 度 应 ,
基 于 AN Y S S的单线铁路隧道结构受力模拟分析 : 王恒松
陈
燕
49
文章 编号 :6 2— 4 9 2 1 )4—0 4 0 17 77 (0 10 0 9— 2
基 于 A S S 的 单 线 铁 路 隧 道 结 构 受 力 模 拟 分 析 N Y
王恒松 陈 燕
( .铁道第三勘察设计 院集 团有 限公 司 , 1 天津 3 04 ; .中国地质 大学 ( 0 12 2 武汉 ) 湖北武汉 4 0 7 ) , 30 4
小于 1 的系数得到的, 围岩 的等级不同这个系数也不
相同 , 可按表 2中的经 验公式 计算 。
() 2 隧道结 构 的 自重 通 过设 定 重 力 加 速 度 g为 9 8 自动 为 衬 砌 结 构 .
添加。 () 3 水压
2 工 程 概 况
某 铁路 隧道 主要 穿 越 A 市北 部 B山。距 A市 约
隧道受力结构.pptx

3. 膨胀压力 当岩体具有吸水膨胀崩解的特征时,由于围岩吸水而膨胀崩解所引起的
压力称为膨胀压力。 4. 冲击压力 冲击压力是在围岩中积累了大量的弹性变形能之后,由于隧道的开挖,
围岩约束被解除,能量突然释放所产生的压力。
第6页/共10页
1.5~3.0 1.0~2.0
受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉 末、泥土状的断层带
软塑状粘性土、饱和的粉土、 砂类土等
<1.0(饱和状态 的土<1.5)
第9页/共10页
感谢您的观看!
第10页/共10页
隧道的特点
(1)隧道是由围岩和多种支护结构两部 分 组成的,即:
隧道 = 围岩 + 支护
力。
围岩与支护共同承担山体的压
(2)隧道承受的压力具有不确定性。
(3)支护体系是控制围岩变形的关键。
为有效控制隧道工程安全风险,避免 或减少坍方事故发生,应以“充分调动 围岩的承载能力,有效控制围岩变形和 松弛”为设计理念,按新奥法原理进行 软弱围岩隧道设计。
第4页/共10页
隧道围岩与支护结构的共同作用
收敛和约束的概念 开挖隧道时,由于临空面的形成,围岩开始向洞内产生位移,这种位移我们称之为
收敛。若岩体强度高,整体性好、断面形状有利,岩体的变形到一定程度,就将自行停 止,围岩是稳定的。反之,岩体的变形将自由地发展下去,最终导致隧道围岩整体失稳 而破坏。在这种情况下,应在开挖后适时地沿隧道周边设置支护结构,对岩体的移动产 生阻力,形成约束。相应地支护结构也将承受围岩所给予的反力,并产生变形。如果支 护结构有一定的强度和刚度,这种隧道围岩和支护结构的相互作用会一直延续到支护所 提供的阻力与围岩应力之间达到平衡为止,从而形成一个力学上稳定的隧道结构体系。 这时的隧道围岩应力状态称为三次应力状态。
隧道结构的力学分析与设计

隧道结构的力学分析与设计隧道是地下人工结构中常见的一种,其基本功能是为了通行或者储藏等目的,常常与地铁、水利工程等密切相关。
隧道施工需要考虑的诸多因素中,结构稳定性和力学强度是设计的两个关键点。
隧道因其特殊的地理位置,地下水压力、地面荷载、周围岩土等多种外力作用会对其产生不同程度的影响,因此需要进行力学分析与设计。
一、隧道的力学特性隧道在各种地质条件下均存在受力的情况,它的应力特点是集中在围岩表面,并且受到侧向和周向的阻力。
隧道内部的强度应与围岩强度和稳定性相匹配,这在设计隧道结构上是必须要考虑的问题。
在分析隧道的力学特性时,通常需要考虑以下几点:1. 隧道的形状和大小;2. 围岩的物理性质和力学特性;3. 隧道所受的外力,如水压力、地面荷载等;4. 隧道所使用的材料和施工工艺;5. 隧道的使用寿命和耐久性。
二、隧道结构的力学分析隧道结构的力学分析是设计工作中的关键步骤之一。
它是指通过对隧道受力状态的分析,确定隧道结构的质量和稳定性是否达到设计要求的一种方法。
通常的工作流程包括以下几个步骤:1. 确定隧道的受力状态。
这包括隧道施工前和施工中所受的外力,以及隧道使用期间的荷载情况。
2. 确定隧道所受的应力及位移状态。
通过数学模型及地形图等手段建立模型,推算隧道所遭受到的压力、应变、位移等。
3. 推算隧道的强度和稳定性。
根据隧道所需承受的荷载和受力状态,进行强度和稳定性的分析。
4. 设计隧道的结构形式和材料。
根据隧道所需承受的荷载和受力状态,确定适合隧道的结构形式和材料。
5. 完成设计方案和建议。
依据上述分析,完成隧道结构设计方案和相关建议,并报告给相关的设计和决策部门。
三、隧道结构设计隧道结构设计通常是一项复杂的任务,它包括了建筑工程、土木工程、力学分析、地质勘探等多个方面。
因此,在设计隧道结构时,应该从多个方面考虑。
1. 隧道的外形和尺寸。
这是一个基本问题,需要考虑隧道的使用需求和周围的地质状况等因素。
小净距隧道的结构受力特点及工程措施

小净距隧道的结构受力特点及工程措施小净距隧道是一座位于中国贵州省思南县境内的隧道,它是贵南高速公路上的重要组成部分。
该隧道是一项高难度的工程项目,设计和建设过程中需要克服许多复杂的工程问题。
其中,结构受力特点与工程措施是最为关键的一部分。
本文将对小净距隧道的结构受力特点及工程措施进行详细的探讨。
一、小净距隧道的结构受力特点小净距隧道是贵南高速公路上的一座长约8.4公里的双向六车道的隧道。
该隧道设置了两个拱形通洞和12个桥墩。
文中将围绕这两个方面展开叙述。
1、拱形通洞拱形通洞是小净距隧道最为显著的结构特点之一。
在结构受力方面,拱形通洞能够将隧道的力量分散到整个隧道内部,使得隧道的结构更加稳定。
同时在隧道坍塌时,拱形通洞能够承受隧道本身的力量和外部的力量,并将力量传递到下方的盘石层,减轻了对隧道的冲击。
2、桥墩在小净距隧道中,12个桥墩是起着支撑作用的,是整个隧道安全运行不可缺少的一部分。
其中第一、第二个桥墩和最后一个桥墩是面对中山玻璃钢山和净距山,隧道墙壁坡度陡峭,岩石稳定性差,因此在建造桥墩的时候,必须综合考虑岩石稳定性、风险等等因素,采用特殊的建筑材料砌筑,保证了桥墩的牢固性和显著的承重能力。
二、小净距隧道工程措施小净距隧道是一项高难度的工程项目。
在设计和建设过程中,需要采取一系列工程措施来保证隧道的安全和顺利建造。
1、地质灾害预测和防范隧道建造过程中,遇到了许多地质灾害,如滑坡、斜坡崩塌、落石等等。
因此,在工程建设中,专门成立了地质预测与防治小组,针对不同位置的地质状况进行预测和防范,使得隧道建设得以安全进行。
2、高效建设模式隧道建设过程非常复杂,建设周期长。
因此,为提高工作效率,采用了节约时间、力量和资源的配套设备和工程技术。
采用了大型火车、植被剌穿机、钻孔设备和机械化施工等高效建设模式,减少了施工期间的时间和工程成本,同时也减少了人员的劳动强度。
3、质量保证和监控质量保证和监控也是小净距隧道建设中的重要环节。
隧道施工中,盾构法施工隧道的纵向受力分析

隧道施工中,盾构法施工隧道的纵向受力分析一、纵向变形分析纵向变形的原因大致有两种:1、由于外部荷载不均匀或地层不均匀引起的纵向:这种情况发生在高架道路荷载纵向荷载突变,或隧道所穿越的土层物理性能变化很大,如越江隧道的江、岸结合处;隧道站间下某些区段存在软弱下卧层等。
2、由于大桥线型刚度不匹配产生的纵向变形:在地震等偶然荷载作用下,教育工作井与隧道连接处,很容易发生不均匀沉降移位甚至断裂。
二、计算模型盾构法隧道模型化数十种的方法有很多种。
例如,将管片环和管片环接缝,分别用梁单元(或壳单元)和弹簧单元来模拟建立三次方模型;将一个管片环作为一个梁单元,管片环结合面的接缝作为弹簧单元,然后各自或进行模型化,最后把模块这些单元相互连接组成骨架模型等。
这样的三次方模型和骨架模型,都是对隧道进行相当细小的模型化,然后就可以对一个一个管片环进行研究,理论上比较准确,而且是可以变化调整的。
但是,炸桥盾构隧道通常是由成千上万的管片环组成,这些模型的单元数过于庞大,不确定风险因素必然增多,所以在概念设计上用的较少。
本文采用的是实践中常用的等效连续化模型。
该模型炸桥是将管片环与接头并不一一模型社会化,而是用纵向变形特性相似模拟一些梁单元来的隧道全长或某一区段的一种模型。
在轴力、弯矩作用下梁模型的轴向与相同荷载作用下隧道的轴线变形一致,由三、纵向计算影响风险因素结构物沉降的因素比较复杂,从土力学开始发展起,显现出来过各种计算方法,丝尾无限弹性空间理论、半无限大弹性平面假说、土财务压力直线分布法、基床系数法等,地下隧道变形的计算理论公司目前多采用“基床系数法”。
以上海黄浦江某越江隧道方案为例进行计算。
隧道外径为11000mm,内径为9900mm,管片环的宽度为1200mm,混凝土(C50)的弹性模量为34500N/mm2,根据考虑横断面影响的刚度折减法,计算时对抗弯刚度(EI)作0.7的折减。
塑性弹性刚度比α取0.0005,沿环向一维有24个为M36、8.8级的螺栓,螺栓长826mm,直径36mm,弹性模量为206000N/mm2,屈服应力为640N/mm2,极限应力为800N/mm2.1、隧道上荷载发生突变的情况No.22002温竹茵等盾构法铁路桥的纵向受力分析SPSTSPECIALSTRUCTURESNo.22002从计算弯矩图中可以看出,在岸边与江中荷载突变处隧道弯矩较大,在隧道与工作相连处弯矩也比周边弯矩大。
九华山隧道主体结构支模施工及其力学分析

(. 1 广东 工业 大 学 建 设 学 院
红
2 .中铁 十 五局 集 团 公 司 )
摘
要
九华 山隧道 主体结构 断面形式多样 , 其中绝大部分 为双连拱 形断 面。根 据不 同的结构 断面形 式
及其支护条件 , 考虑混凝土施工顺序 、 结构防水 、 现有材料 及实际 可操作性 等 因素综合 确定相 应 的支模方案 , 行 了力学分析 , 进 取得 了满意的施工效果 。
维普资讯
主 墨 一. 一_… 一 … ~ … . … … … . …..… … . 蕈 蚕 墨要 堂要 … … … … …. … … …. . . … …. 雪 蓄 6 _ . … . .… … . .
九 华 山 隧 道 主 体 结 构 支 模 施 工 及 其 力 学 分 析
不高的地下水变成具有腐蚀 性。钢筋受腐蚀后 , 其
体 积发 生膨 胀 , 重 时甚 至 导致 混凝 土 的 “ 炸 ” 严 爆 。 此 外 , 缝 隙中渗 漏 进来 的地 下 水 中 的腐 蚀 性 盐 类 从
( 收稿 日期] 20 06—1 0 2— 4
5 5
3 模 板 支 撑 受 力 分 析
路 , 龙蟠 中路 向北 进入 玄武 湖 , 沿 穿玄 武湖 连接 玄武 湖东西 向 隧道并 与新 庄立 交 相连 。隧 道 主体结 构湖 中段及 陆地 段采 用 折 板 拱箱 涵形 式 , 板 下 设 置钻 底 孔灌注 桩 。湖 中段 隧 道结 构 断 面形 式 多 样 , 主要 有 双连拱 、 双连 拱过 渡部 分 、 三连 拱 、 四连拱 、 U型 敞开 段 等不 同形 式 , 中 绝 大部 分 为 双 连 拱 型 端 面 。对 其 于通常 竖 向构件 , 框 架 柱 、 力 墙 等 , 防止 混 凝 如 剪 为 土 浇筑 时侧压 力 过 大造 成 胀 模 , 多采 用 防水 对 拉 螺 栓 拉结 侧模 … 。这 种施 工 方 法 操 作 简 便 , 工 速 度 施 也 较快 。但是 湖 中段 隧道 施工 完成 后大 部分 结 构位
盾构隧道负环管片自重变形工况下结构受力分析及应对措施

盾构隧道负环管片自重变形工况下结构受力分析及应对措施邹佳光【摘要】大直径盾构隧道负环管片放置在管片拼装基座上,在自重作用下,管片易发生较大变形,由于管片局部支撑,管片易发生应力集中,管片外围无水土压力,管片内部相当于无预应力状态(轴力较小且分布不均匀),所以此时位于管片底部区域的接头应力较大,易张开,影响结构正常使用.结合南京长江隧道工程实际,通过力学模型,研究隧道负环结构受力状态,并通过提出施工措施来保证结构安全.【期刊名称】《铁道建筑技术》【年(卷),期】2016(000)008【总页数】4页(P75-77,103)【关键词】盾构隧道;负环管片;自重变形;力学模型;结构受力;施工措施【作者】邹佳光【作者单位】中铁十四局集团有限公司山东济南250014【正文语种】中文【中图分类】U455.3随着近年来盾构隧道工程发展势头迅猛,新型复杂工程结构的大量涌现,对结构施工期的安全控制研究也愈发重要。
南京长江隧道工程作为“南京市城市总体规划”确定的“五桥一隧”过江通道中的重要项目,对盾构隧道负环管片在施工工况下进行结构受力机制研究分析,并采取有针对性的控制措施预防结构破坏,是盾构隧道能否顺利始发的重要前提,同时也为南京长江隧道的施工工况结构设计和功能设计提供基础数据和技术支持。
2.1 自重变形工况管片结构计算分析(1)修正惯用法简介[1-3]考虑到圆形衬砌环的承载特性及其对隧道建造成本的重大影响,世界各国对衬砌环结构的设计理论和计算模型进行了大量的研究,逐渐发展形成了各自实用的衬砌设计计算模型[4-7]。
不同的计算模型,得到的内力分布亦不完全相同[8]。
根据南京长江隧道埋设在软土地层中的情况和错缝拼装工艺特点,自重变形工况计算模型拟选用修正惯用法计算模型[9],采用修正惯用法计算衬砌环的内力及变形时,衬砌环的抗弯刚度有效系数和错缝拼装时的弯矩传递系数是关键的设计参数。
①抗弯刚度有效系数:引入由于管片间接缝存在使得整体刚度降低的折减参数η(抗弯刚度有效系数),衬砌环的等价刚度为ηEI(0<η≤1)。
隧道结构受力分析

隧道结构受力分析摘要:选取宜昌(宜)—万州(万)铁路线上的别岩槽隧道某断面为研究背景,在隧道施工和运行期间,为了保证隧道的安全性,对隧道结构进行受力分析显得极其重要。
结果表明:当前对隧道支护结构体系按照载荷—结构模型进行演算,按照此模型设计的隧道支护结构偏于保守。
关键词:结构受力;载荷—结构模型;有限元分析1研究背景选取宜昌(宜)—万州(万)铁路线上的别岩槽隧道某断面,该断面设计单位采用的支护结构如图1所示。
为保证结构的安全性,采用了载荷-结构模型,利用ANSYS对其进行计算分析。
主要参数如下:①隧道腰部和顶部衬砌厚度是65cm,隧道仰拱衬砌厚度为85cm。
②采用C30钢筋混凝土为衬砌材料。
③隧道围岩是Ⅳ级,洞跨是5.36m,深埋隧道。
④隧道仰拱下承受水压,水压0.2MPa。
⑤隧道围岩级别是Ⅳ级。
2 ANSYS分析从图2中可以看出,弹簧26、31、30、32、33和34是受拉的,因为用来模拟隧道结构与围岩间相互作用的地层弹簧只能承受压力,所以这6根弹簧必须去掉,再重新计算,直到结构变形图中没有受拉弹簧为止。
最后经过3次反复分析计算,终于得到没有受拉弹簧时的隧道结构模型,如图3所示。
其对应的分析计算隧道衬砌支护结构变形图如图4所示。
3 结论1)对围岩与支护结构相互作用的处理上,大致有3种做法。
一是主动载荷模型,二是主动载荷加被动载荷模型,三是实际载荷模型;2)作用在隧道衬砌上的载荷分为主动载荷和被动载荷,进行ANSYS隧道结构受力分析时,一般要计算以下几种隧道荷载,一是围岩压力,二是支护结构自重,三是地下水压力,四是被动载荷;图1隧道支护结构断面图FIG. 1 Section of tunnel support structure图2初次分析计算隧道衬砌支护结构变形图FIG. 2 Deformation diagram of tunnel lining support structure calculated by initial analysis图3最后隧道结构模型图FIG. 3 Final tunnel structure model diagram图4最终隧道结构变形图FIG. 4 Final tunnel structure deformation diagram4 参考文献(References):[1]李雪,张玉申,耿翱鹏,耿凤娟,吴九七.大直径越江盾构隧道结构受力现场实测分析[J].地下空间与工程学报,2022.[2]刘登新.外水作用下水工隧道衬砌结构受力分析[J].水利科技与经济,2022.[3]刘芳. 基于MADIS GTS的隧道衬砌结构受力分析[J].中国公路,2022.。
隧道受力结构知识分享

具压密或成岩作用的粘性土、
粉土及砂类土,一般钙质、铁 质胶结的碎(卵)石土、大块石土, 黄土(Q1、Q2)
1.5~3.0
Ⅴ
软岩,岩体破碎至极破碎; 全部极软岩及全部极破碎岩(包括受 构造影响严重的破碎带)
一般第四系坚硬、硬塑粘性土,
隧道围岩与支护结构的共同作用
收敛和约束的概念 开挖隧道时,由于临空面的形成,围岩开始向洞内产生位移,这种
位移我们称之为收敛。若岩体强度高,整体性好、断面形状有利,岩 体的变形到一定程度,就将自行停止,围岩是稳定的。反之,岩体的 变形将自由地发展下去,最终导致隧道围岩整体失稳而破坏。在这种 情况下,应在开挖后适时地沿隧道周边设置支护结构,对岩体的移动 产生阻力,形成约束。相应地支护结构也将承受围岩所给予的反力, 并产生变形。如果支护结构有一定的强度和刚度,这种隧道围岩和支 护结构的相互作用会一直延续到支护所提供的阻力与围岩应力之间达 到平衡为止,从而形成一个力学上稳定的隧道结构体系。这时的隧道 围岩应力状态称为三次应力状态。
围岩压力
围岩压力是指引起地下开挖空间周围岩体和支护结构变形 或破坏的作用力。
一、围岩压力分类 围岩压力按作用力发生的形态,一般可分为如下几种类型:
1. 松动压力 由于开挖而松动或坍塌的岩体以重力的形式直接作用在支护结构上压力
称为松动压力。 2. 形变压力 形变压力是由于围岩变形受到与之密贴的支护结构(如锚喷支护等)的抑
稍密及以上、稍湿、潮湿的碎 (卵)石土、圆砾土、角砾土、粉 土及黄土(Q3、Q4)
1.0~2.0
Ⅵ
受构造影响很严重呈碎石、角砾及粉 软塑状粘性土、饱和的粉土、 <1.0(饱和状态
隧道结构受力分析

隧道结构受力分析隧道结构受力分析是指对隧道结构在受到外力作用下的力学响应进行分析,以便确定隧道结构的强度和稳定性。
隧道结构受力分析需要考虑各种力的作用,包括自重、地表荷载、地震力、水力作用等等。
下面将对常见的隧道结构受力分析进行详细说明。
首先,隧道结构的自重会对其产生垂直方向的力。
根据隧道结构的形状和材料的密度,可以计算出隧道结构的单位长度自重。
在计算受力时,需要考虑隧道纵向的自重分布,以及隧道横截面的自重对结构产生的弯曲和剪切效应。
其次,地表荷载是指上方土层的重力作用所导致的力。
地表荷载会对隧道结构产生水平和垂直方向的力。
在受力分析中,需要考虑到地表荷载的分布和变化,以及土层的物理特性和力学参数。
对于隧道中地表上方存在的建筑物和交通载荷等附加荷载,也需要进行相应的计算和分析。
地震力是指地震发生时地壳的震动所产生的力。
地震力会对隧道结构产生水平和垂直方向的力。
在隧道结构的受力分析中,需要考虑到地震的级数、距离和方向,以及隧道结构的地震响应特性。
地震力对隧道结构的影响会引起结构的振动、位移和变形等,因此需要进行详细的分析。
水力作用是指水流对隧道结构产生的力。
对于水流较大的地下水位,需要考虑隧道结构的抗水压力。
根据隧道结构的形状和长度,可以计算出水流对隧道的压力。
在受力分析中,还需要考虑到水流的流动速度和方向,以及隧道结构的地下水位。
水力作用可能导致隧道结构的渗流和浸润,对结构的破坏产生重要影响。
此外,隧道结构还需要考虑到温度变化、地质变形和建筑物的载荷等因素。
温度变化会导致隧道结构的热膨胀和收缩,产生热应力。
地质变形包括岩体的压缩和断裂,会对隧道结构产生附加应力。
建筑物的载荷,如车辆的振动和行驶荷载,会对隧道结构产生动力荷载。
这些因素在受力分析中也需要进行考虑。
综上所述,隧道结构受力分析需要综合考虑自重、地表荷载、地震力、水力作用、温度变化、地质变形和建筑物载荷等因素的作用。
通过对这些因素的计算和分析,可以确定和评估隧道结构的强度、刚度和稳定性,为隧道的设计和施工提供科学依据。
盾构隧道结构性能分析及优化

盾构隧道结构性能分析及优化盾构隧道是一种常见的地下隧道建设技术,也是解决城市交通压力和城市化持续发展的重要手段之一。
隧道的结构性能直接关系到隧道的安全可靠性和使用寿命,因此对盾构隧道的结构性能进行分析和优化至关重要。
首先,盾构隧道的结构性能分析需要考虑以下几个方面:1. 地质条件分析:地质条件对盾构隧道的结构性能有重要影响。
通过钻探和地质勘察,了解地下地质结构、地层情况、地下水位等信息,从而确定盾构隧道施工的工程特性和地质风险,为结构性能分析提供基础数据。
2. 结构材料性能分析:盾构隧道的结构材料包括钢筋混凝土和衬砌材料等。
通过对这些材料的力学性能进行测试和分析,了解其抗压、抗弯、抗拉等性能指标,以及材料的变形和破坏机理,从而评估结构材料的可靠性和耐久性。
3. 结构设计参数分析:盾构隧道的结构设计参数包括隧道尺寸、钢筋布置、衬砌厚度等。
通过对这些参数的分析,确定合理的设计方案,使得隧道结构在满足使用要求的前提下,尽可能减小工程造价和施工难度。
4. 结构力学性能分析:盾构隧道在使用过程中会受到自重、地震力、地下水压力等外力的作用,因此需要对隧道的受力情况进行分析。
通过有限元分析等方法,研究隧道在不同工况下的应力分布、变形情况等,以评估隧道的稳定性和安全性。
5. 施工工艺分析:盾构隧道的结构性能还与施工工艺密切相关。
例如,盾构隧道的盾构机施工与传统掘进方法相比,可以减少地表沉降和扰动,从而减小结构破坏的风险。
因此,通过对不同施工工艺的比较和分析,选择合适的施工方法,能有效提高盾构隧道的结构性能。
基于对盾构隧道结构性能的分析,可以进行相关优化措施的提出:1. 结构材料优化:选择高强度、抗震性能好的结构材料,提高隧道的抗压、抗弯、抗拉等性能,从而提高隧道的结构安全性。
2. 结构参数优化:通过减小隧道的断面尺寸、精确控制结构各部分的布置和厚度,降低材料使用量和工程造价,同时提高结构的稳定性和耐久性。
3. 改善施工工艺:通过技术创新,改良盾构机的设计与施工方法,减小隧道环片的变形和结构损伤,提高施工效率和隧道质量。
隧道静态受力分析建模——荷载结构法

二维衬砌结构受力分析模型(采用荷载结构法进行分析即把结构部分建立进去土层不建立进去,土层对结构的荷载作用我们提前计算出来作为间接荷载施加在结构上,土体与荷载的连接作用我们用曲面弹簧模拟,隧道衬砌结构采用c30且选择结构即不考虑渗透性)
之所以不点选生成线组是因为为了后期便于建模,选择确认←点击后再选择菜单栏田字格法向
下一步:
网格——1D——选择墙体两侧,分割8份再预览,点击适用如下
继续划分拱顶,划分20份,操作如上,成果如下图:
所有单元已经完成,将施加荷载与边界,施加前要调整节点、坐标号,显示单元坐标系,点击模型中相应的三个网格组,点出关联菜单(右击显示--单元坐标系)或直接点击上菜单单元坐标系
施加荷载前调整坐标统一,选单元--网格参数,1D,
隐藏坐标
下一步添加水平和竖向土压力,网格--工具--重新编号
设置荷载和边界:
静力与边坡——荷载——自重
隧道荷载受到水平和竖向土压力:
静力与边坡——荷载——梁单元荷载(第一个节点选择左边角,第一个节点选择拱顶),然后框定选择梁单元添加如下
下一步荷载组合:
边界:(结构与土体的连接用弹性曲面弹簧)网格——单元——建立(其他——曲面弹簧
)约束顶端水平位移-静力边坡-荷载-约束-高级-框选顶端点
至此单元荷载等均已施加完成,现进行工况分析:
分析——分析工况---新建——将地基弹簧、LGB1、2拖入右侧
在分析栏中进行分析后在结果中查看荷载组合LGB1、2
看梁单元受力即Beam--AXIAL FORCE(轴力)
SHEAR FORCE Z剪力
BENDING MOMENT Y(弯矩)。
山岭隧道受力有限元分析ANSYS实例教学

山岭隧道受力ANSYS有限元分析实例教学目录一、问题重述 (1)二、模型的建立 (3)2.1模型绘制 (3)2.2模型参数选取 (3)2.3模型网格划分 (3)2.4计算外荷载(计算DK5+632断面) (4)2.5施加荷载与约束 (7)三、求解模型与受拉地基弹簧的修正 (8)四、求解结果 (10)4.1弯矩、轴力应力云图 (10)4.2关键节点内力 (10)五、附录 (11)附录1 全部节点等效荷载表 (11)附录2 全部节点内力表 (13)附录3 剪力图 (16)一、问题重述隧道起讫里程为DK4+843.5~DK6+430,全长1586.5m ,DK5+632处采用暗挖法施工,该断面的地层及结构等信息见下图。
(a) 纵断面图(单位:m )(b) 横断面图(单位:cm )里程 D K 5+632300°∠65°根据地质资料得:围岩级别为Ⅳ级,隧道上方土体重度依次从上往下取γ1 =18 kN/m3,γ2=23kN/m3。
请采用荷载-结构模式对该断面衬砌结构(仅二次衬砌)进行受力分析:(1)试求隧道围岩压力和有限元模型的等效节点力(不考虑重力)?(要求:单元长度取0.3m,画出单元和节点图,编制表格列出各节点的等效节点力)。
(2)采用有限元软件计算结构内力,绘制弯矩图和轴力图,列出特征部位的内力二、模型的建立2.1模型绘制在ANSYS建模,以二次衬砌中轴线为轮廓,隧道断面模型如下图:图2.1 隧道断面尺寸示意图(cm)二次衬砌采用Beam188梁单元模拟,地基弹簧采用Combin14弹簧单元模拟。
隧道纵向计算长度取为1m,二次衬砌参数选取如下表:2.3模型网格划分单元长度取0.3m,网格划分后,单元图、节点图分别如下:图2.2 离散化-节点图图2.3离散化-单元图2.4外荷载的计算(计算DK5+632断面) 2.4.1 验算坑道高度与跨度之比1232644.3032120.902 1.71232723.553212H B ++++==++++<式中,H 表示坑道高度,B 表示坑道跨度根据我国《铁路隧道设计规范》,可以采用统计法计算。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
《工程结构破坏过程数值试验》
题目名称:隧道开挖支护结构受力分析
姓名:XXX
班级:XXX
学号: XXX
指导教师:XXX
日期:XXX
《工程结构破坏过程数值试验》
课程编号:
课程名称:工程结构破坏过程数值试验
学生班级:
学号:
目录:
1.题目 (1)
2.问题描述 (1)
3.数值分析对象,计算目的和拟解决的关键问题 (2)
4.软件扼要介绍;确定运用的模型及其参数。
(2)
5.计算模型边界条件与初始条件 (3)
6.模拟荷载及荷载的动态变化 (6)
7.确定计算的收敛评判依据 (8)
8. 考察各环节简化的合理性 (8)
9.模型中与水的相互作用 (8)
10. 求解运算 (8)
11.确定后处理方法或反分析 (9)
12.数值分析结果 (12)
1.题目
隧道开挖支护结构受力分析
2.问题描述
选取某新建铁路线上的隧道断面,该断面采用的支护结构如图1所示。
为保证结构的安全性,采用了载荷-结构模型。
主要参数如下:
⑴隧道腰部和顶部衬砌厚度是65mm,隧道仰拱衬砌厚度为85cm;
⑵采用C30钢筋混凝土为衬砌材料;
⑶隧道围岩是IV级,洞跨是5.36m,深埋隧道;
⑷隧道仰拱下承受水压,水压0.2MPa。
图1 隧道支护结构断面图
隧道围岩级别是IV级,其物理力学指标及衬砌材料C30钢筋混凝土的物理力学指标见表1。
表1 C30钢筋混凝土的物理力学指标
名称
容重γ
(KN/m3)
弹性抗力系
数K(MPa/m)
弹性模
量E
(GPa)
泊松比ν
内摩擦
角ϕ(。
)
凝聚力
C(MPa)
IV级围岩22 300 1.5 0.32 29 0.35
C30钢筋混
凝土
25 - 30 0.2 54 2.42
根据《铁路隧道设计规范》,可计算出深埋隧道围岩的垂直均布力和水平均布力,见表2。
对于竖向和水平的分布载荷,其等效节点力分别近似取节点两相邻单元水平或垂直投影长度的一般衬砌计算宽度这一面积范围内的分布载荷的总和。
自重载荷通过ANSYS程序直接添加密度施加。
隧道仰拱部受到的水压0.2MPa按照径向方向再置换为等效节点力,分解为水平竖直方向加载。
3.数值分析对象,计算目的和拟解决的关键问题
为了保证隧道施工和运行时间的安全性,必须对隧道结构进行受力分析。
由于隧道结构是在地层中修建的,其工程特性、设计原则及方法与地面结构是不同的,隧道结构的变形受到周围岩土体本身的约束。
从某种意义上讲,围岩也是地下结构的载荷,同时也是结构本身的一部分。
因此,不能完全采用地面结构受力分析方法来对隧道结构进行分析。
当前,对隧道支护结构体系一般按照载荷—结构模型进行演算,按照此模型设计的隧道支护结构偏于保守。
再借助于有限元软件实现对隧道结构的受力分析。
4.软件扼要介绍;确定运用的模型及其参数。
ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。
在核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、汽车交通、国防军工、电子、土木工程、造船、生物医学、轻工、地矿、水利、日用家电等领域有着广泛的应用。
ANSYS功能强大,操作简单方便,现在已成为国际最流行的有限元分析软件,在历年的FEA评比中都名列第一。
本次模拟运用模型为载荷—结构模型。
载荷—结构模型虽然都是以承受岩体松动、崩塌而产生的竖向和侧向主动压力为主要特征,但在对围岩和支护结构相互作用的处理上,大致有三种做法:(1)主动荷载模型(2)主动荷载加被动荷载(弹性抗力)模型(3)实际荷载模型。
隧道结构设计一般采用主动荷载加被动荷载模型,作用在隧道衬砌上的荷载分为主动荷载和被动荷载。
主要参数如下:
⑴隧道腰部和顶部衬砌厚度是65mm,隧道仰拱衬砌厚度为85cm;
⑵采用C30钢筋混凝土为衬砌材料;
⑶隧道围岩是IV级,洞跨是5.36m,深埋隧道;
⑷隧道仰拱下承受水压,水压0.2MPa。
5.计算模型边界条件与初始条件
图2 单元类型库对话框
定义单元类型为“beam3单元”。
图3 定义隧道腰部和顶部BEAM3实常数1对话框隧道腰部和顶部衬砌支护结构BEAM3梁单元的横截面积AREA:0.65、惯性矩IZZ:0.022885417、高度HEIGHT:0.65;
图4 定义隧道腰部和顶部BEAM3实常数2对话框
隧道腰部和顶部衬砌支护结构BEAM3梁单元的横截面积AREA:0.85、惯性矩IZZ:0.05117833、高度HEIGHT:0.85
图5 COMBIN14实常数对话框
(1)创建隧道衬砌支护关键点:
关键点号X Y Z 关键点号X Y Z
1 0 0 0 5 4.0
2 5.5 0
2 0 3.85 0 6 4.9 3.85 0
3 0.88 5.5 0 7 4.9 0 0
4 2.4
5 6.15 0
⑵创建隧道衬砌支护线模型
图6 画弧线对话框
分别在图6栏中依次输入3.21,2,3,6;2.22,3,4,6;2.22,4,5,2;
3.21,5,6,2;8.13,6,7,2;6,7,1,4。
最后单击OK按钮生成隧道衬砌支护线模型。
图7 隧道衬砌支护线模型
图8 隧道支护单元图
图9 定义弹簧单元对话框
图10 添加弹簧单元后的单元网格图
6.模拟荷载及荷载的动态变化
⑴给弹簧单元施加约束
图11 为节点施加位移约束对话框
⑵施加重力加速度
图12 施加重力加速度对话框
⑶对隧道衬砌支护施加围岩压力
图13 施加节点力对话框
⑷对隧道仰拱施加水压
节点18:FX=-161803,FY=70381,节点19:FX=-182309,FY=50101;节点20:FX=-198904,FY=13093;节点21:FX=0;FY=125960;节点22:FX=13093,FY=182309;节点23:FX=182309,FY=50101;节点24:FX=161803,FY=70381。
最后得到施加约束和载荷后隧道衬砌支护结构模型图:
图14 施加约束和载荷后隧道结构模型
7.确定计算的收敛评判依据
(1)模型——主要是结构刚度的大小;
(2)线性算法(求解器);
(3)非线性逼近技术;
(4)加快计算速度;
(5)荷载步的设置直接影响到收敛。
8.考察各环节简化的合理性
将隧道结构简化为载荷—结构模型中的主动荷载和被动荷载模型,此模型认为围岩不仅对支护结构施加主动荷载,而且由于围岩与支护结构的相互作用,还会对支护结构施加约束反力。
该模型广泛应用于我国铁路隧道,并且在实使用中,它基本能反映出支护结构的实际受力情况。
计算荷载阶段只考虑围岩压力、支护结构自重、地下水压力、围岩的弹性抗力,其他荷载不予考虑。
9.模型中与水的相互作用
隧道模型与水环境之间的作用链,包括水环境对于隧道工程作用以及隧道工程对于水环境作用两方面。
其中水环境对其作用主要是隧洞涌,漏水与承受水压力。
在含水层开挖隧道,因其洞顶有着一定程度的地下水,导致隧道洞中产生突水以及涌水现象,而后进行的隧道衬砌承受水的静水压力。
而隧道工程对于水环境的反作用则导致隧道洞顶环境灾害。
隧道的涌排水则使得地下水逐步排干,水文地质条件不断恶化,地下水位持续下降,地下漏斗不断扩展,导致洞顶的地表水资源枯竭,水环境平衡被破坏,最终引发生态环境恶化甚至地面塌陷等自然灾害。
10.求解运算
图15 求解选项信息
图16 当前求解载荷步对话框
11.确定后处理方法或反分析
后处理的目的是以图和表的形式描述计算结果,对于隧道结构的受力分析,很重要的一点就是进入处理器后,观察结构受力变形图,根据弹簧单元只能受压的性质,去掉受拉弹簧,在进行求解,随后再观察结构受力变形图,看有没有受拉弹簧;如此反复,知道受力图形中再无受拉弹簧为止。
这时,就得到隧道结构受力分析的正确结果,进去后处理器,绘出隧道支护结构的变形图、弯矩图、轴力图和剪力图,列出各单元的内力和位移值,以及输出结构的变形图和内力图。
图17 没有受拉弹簧时的隧道结构模型图
图18 初次分析计算隧道衬砌支护结构变形图
图19 第二次分析计算隧道衬砌支护结构变形图
图20 最后隧道衬砌支护结构变形图
图21 结构弯矩图(单位:N.m)
图22 结构剪力图(单位:N)
图23 结构轴力图(单位:N)12.数值分析结果
(1)列表显示各节点的位移
图24 节点位移列表
图25 节点数据文件
(2)列表显示单元的弯矩,剪力和轴力
图26 单元表数据。