序言：寫(xiě)作是分享個(gè)人見(jiàn)解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的鐵道安全論文樣本，期待這些樣本能夠?yàn)槟峁┴S富的參考和啟發(fā)，請(qǐng)盡情閱讀。

第1篇

關(guān)鍵詞：高速公路隧道；下穿；機(jī)場(chǎng)；監(jiān)控量測(cè)

0 引言

一直以來(lái)，下穿問(wèn)題的研究都是隧道建設(shè)者的重要課題。如何保障既有建筑物的安全，以及新建隧道的安全修建是這類(lèi)工程問(wèn)題的關(guān)鍵點(diǎn)。隨著數(shù)學(xué)、力學(xué)和數(shù)值模擬計(jì)算的發(fā)展[1]，對(duì)近接問(wèn)題的研究越來(lái)越深入。為許多高難度的工程修建提供了有力的條件。國(guó)外一些學(xué)者研究了一些隧道下穿建筑的課題，并取得了不錯(cuò)的成果，解決了許多技術(shù)難題，確保了工程的順利進(jìn)行[2]。國(guó)內(nèi)許多隧道專(zhuān)家在近接方面做了很多工作，總結(jié)了前人的研究成果，并提出了比較系統(tǒng)的近接力學(xué)理論，為解決下穿問(wèn)題奠定了力學(xué)基礎(chǔ)[3~4]。雙孔分離式隧道正交下穿機(jī)場(chǎng)跑道，工程施工過(guò)程對(duì)機(jī)場(chǎng)建筑的影響是工程的難點(diǎn)。為保障機(jī)場(chǎng)的正常運(yùn)營(yíng)，避免造成重大的損失，應(yīng)加強(qiáng)隧道施工的安全工作。控制地表沉降、拱頂下沉等工程參數(shù)，預(yù)防、避免重大安全事故的發(fā)生。

1 工程概況

某隧道工程位于某市城區(qū)，隧道采用雙孔雙向四車(chē)道布置型式，為左、右兩個(gè)分離式隧道。線(xiàn)路向北避開(kāi)右側(cè)監(jiān)獄，進(jìn)入機(jī)場(chǎng)范圍，左、右線(xiàn)先下穿機(jī)場(chǎng)停車(chē)場(chǎng)、航站樓，然后正交下穿機(jī)場(chǎng)停機(jī)坪、機(jī)場(chǎng)滑行道、機(jī)場(chǎng)跑道，從機(jī)場(chǎng)邊坡的農(nóng)田出地面，以路基型式連接另一面大道。

本工程范圍左線(xiàn)SZKO+000~SZK1+490.445，右線(xiàn)為SYKO+000~SYKI+486.798。道路采用城市主干道Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，雙向四車(chē)道：設(shè)計(jì)速度為40km/H；建筑限界：隧道單向?qū)挾龋?×3.75m+2×0.25m+1.5m+0.75m）。

2 監(jiān)控量測(cè)方案

安全是工程的生命，為保障工程建設(shè)順利進(jìn)行，針對(duì)工程問(wèn)題的具體性質(zhì)，采取相應(yīng)的策略，做到早發(fā)現(xiàn)、早治理，將危險(xiǎn)從根源上清除，避免損失。根據(jù)工程的特點(diǎn)，對(duì)地表沉降、拱頂下沉等重要安全指標(biāo)采取相應(yīng)的技術(shù)保障措施，指導(dǎo)施工，確保工程安全。

2.1地表沉降

由于高速公路隧道下穿機(jī)場(chǎng)工程的特殊性，控制地表的下沉狀況，確保機(jī)場(chǎng)工程的安全是隧道修建必須保障的工程指標(biāo)。如何控制隧道修建引起的地表建筑物下沉，尤其是對(duì)機(jī)場(chǎng)敏感建筑物的影響控制在允許的范圍內(nèi)，是工程的難點(diǎn)和重點(diǎn)。做好地表下沉的測(cè)量作業(yè)，將結(jié)果應(yīng)用在指導(dǎo)施工上，為工程的安全建設(shè)提供必要的指導(dǎo)。

地表下沉量測(cè)主要在隧道淺埋處、機(jī)場(chǎng)航站樓及下穿機(jī)場(chǎng)跑道范圍的地表建筑物和跑道進(jìn)行，地表下沉量測(cè)應(yīng)在開(kāi)挖面前方（h+9）m處開(kāi)始（h為隧道覆蓋層厚度），直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止時(shí)為止。根據(jù)觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)匯總表，繪制出主要沉降點(diǎn)的沉降過(guò)程線(xiàn)，它可以明顯地反映出沉降的趨勢(shì)、規(guī)律和幅度。沉降趨勢(shì)預(yù)報(bào)是沉降測(cè)量的重要環(huán)節(jié)；通過(guò)大量的沉降觀(guān)測(cè)后，獲得對(duì)地表沉降規(guī)律的理性認(rèn)識(shí)，確定未來(lái)的沉降趨勢(shì)，這是確保地表建（構(gòu)）筑物安全運(yùn)營(yíng)的可靠保證。

2.2拱頂下沉

隧道開(kāi)挖后，由于圍巖自重和應(yīng)力調(diào)整造成隧道頂板向下移動(dòng)。拱頂下沉量是隧道安全的重要控制因素，做好拱頂下沉量的測(cè)量工作，根據(jù)測(cè)量結(jié)果指導(dǎo)施工工作是工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。拱頂下沉量測(cè)斷面的間距為：Ⅳ級(jí)圍巖不大于25m，Ⅴ級(jí)圍巖應(yīng)小于20m。圍巖變形處應(yīng)適當(dāng)加密，在各類(lèi)圍巖的起始地段增設(shè)拱頂下沉測(cè)點(diǎn)1~2個(gè)。當(dāng)發(fā)生較大涌水時(shí)，Ⅴ級(jí)圍巖量測(cè)斷面的間距應(yīng)縮小至5~10m。各測(cè)點(diǎn)應(yīng)在避免爆破作業(yè)破壞測(cè)點(diǎn)的前提下，盡可能靠近工作面埋設(shè)，一般為0.5~2.0m，并在下一次爆破循環(huán)前獲得初始讀數(shù)。初讀數(shù)應(yīng)在開(kāi)挖后12h內(nèi)讀取，最遲不得超過(guò)24h，而且在下一循環(huán)開(kāi)挖前，必須完成初期變形值的讀數(shù)。對(duì)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出累計(jì)沉降、單次沉降等曲線(xiàn)，并可對(duì)其進(jìn)行擬合，進(jìn)而可以對(duì)其最終沉降做出預(yù)測(cè)，來(lái)指導(dǎo)施工。

2.3周邊收斂

周邊收斂量測(cè)和拱頂下沉量測(cè)應(yīng)布置在同一個(gè)斷面，是衡量隧道開(kāi)挖后圍巖變化的另一個(gè)重要參數(shù)。測(cè)量時(shí)將收斂計(jì)一端連接掛鉤與測(cè)點(diǎn)錨栓上不銹鋼環(huán)（鉤）相連，展開(kāi)鋼尺使掛鉤與另一測(cè)點(diǎn)的錨栓相連。張力粗調(diào)可把收斂計(jì)測(cè)力裝置上的插銷(xiāo)定位于鋼尺穿孔來(lái)完成。張力細(xì)調(diào)則通過(guò)測(cè)力裝置微調(diào)至恒定拉力為止。在實(shí)施中，隧道開(kāi)挖后在設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)位埋置監(jiān)測(cè)掛鉤，測(cè)量初始值，然后根據(jù)施工的進(jìn)程監(jiān)測(cè)收斂值，直到穩(wěn)定為止。將量測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出累計(jì)洞周凈空收斂與時(shí)間的關(guān)系曲線(xiàn)，對(duì)曲線(xiàn)進(jìn)行擬合分析，可以對(duì)隧道洞室的最終變形進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而達(dá)到指導(dǎo)施工的目的。

2.4 地質(zhì)勘探

在地下工程中，開(kāi)挖前的地質(zhì)勘探工作很難提供非常準(zhǔn)確的地質(zhì)資料，所以，在隧道過(guò)程中對(duì)前進(jìn)的開(kāi)挖工作面附近圍巖的巖石性質(zhì)、狀態(tài)應(yīng)進(jìn)行觀(guān)察，對(duì)開(kāi)挖后動(dòng)態(tài)進(jìn)行觀(guān)察。地質(zhì)勘探主要目的：（1）預(yù)測(cè)開(kāi)挖面前方的地質(zhì)條件；（2）為判斷圍巖、隧道的穩(wěn)定性提供地質(zhì)依據(jù)；（3）根據(jù)噴層表面狀態(tài)及錨桿的工作狀態(tài)，分析支護(hù)結(jié)構(gòu)的可靠程度。地質(zhì)勘探包括洞內(nèi)觀(guān)察和洞外觀(guān)察。洞內(nèi)觀(guān)察分開(kāi)挖工作面觀(guān)察和已施工區(qū)段觀(guān)察兩部分，開(kāi)挖工作面觀(guān)察應(yīng)在每次開(kāi)挖后進(jìn)行一次，內(nèi)容包括節(jié)理裂隙發(fā)育情況、工作面穩(wěn)定狀態(tài)、涌水情況及底板是否隆起等。初期支護(hù)完成區(qū)段觀(guān)察內(nèi)容包括：噴混凝土是否產(chǎn)生裂隙或剝離，要特別注意噴混凝土是否發(fā)生剪切破壞的現(xiàn)象等。洞外觀(guān)察包括洞口及洞身淺埋段地表情況、地表沉陷、邊坡及仰坡的穩(wěn)定、地表水滲透的觀(guān)察。

2.5 其他重要指標(biāo)

隧道安全控制指標(biāo)除了上述4個(gè)指標(biāo)以外，還包括圍巖的位移、錨桿應(yīng)力、后行洞襯砌鋼筋應(yīng)力、圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)界面及初期支護(hù)與模筑襯砌界面壓應(yīng)力等。這幾個(gè)主要是隧道結(jié)構(gòu)的安全指標(biāo)，其中，為了探明支護(hù)系統(tǒng)上承受的荷載，進(jìn)一步研究支架與圍巖相互作用之間的關(guān)系，不僅需要量測(cè)支護(hù)空間產(chǎn)生的相對(duì)位移(或空間斷面的變形)，而且還需要對(duì)圍巖深部巖移進(jìn)行監(jiān)測(cè)和掌握。錨桿應(yīng)力、后行洞襯砌鋼筋應(yīng)力、圍巖與支護(hù)結(jié)構(gòu)界面和初期支護(hù)與模筑襯砌界面壓應(yīng)力主要反映支護(hù)措施的作用效果，屬可控認(rèn)為可控因素，做好測(cè)量反饋工作，尋找相應(yīng)的規(guī)律，最大限度地發(fā)揮支護(hù)作用，為地表建筑物指標(biāo)控制工作提供更寬松的操作條件。

3 結(jié)言

針對(duì)工程的特殊情況，對(duì)地表沉降、拱頂下沉等工程重要指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，并及時(shí)根據(jù)測(cè)量結(jié)果進(jìn)行分析，指導(dǎo)施工工作。地表沉降沉降等指標(biāo)能合理反應(yīng)隧道施工對(duì)地表建筑物的影響，監(jiān)控方案科學(xué)、可靠。

參考文獻(xiàn)：

潘昌實(shí)．隧道力學(xué)數(shù)值方法[M]．中國(guó)鐵道出版社．北京：1995

K.W.Lo,L.F.Leung,S.L.Lee.H.Makino,H.Tajima,Field Instrumenta-tion of a Multiple Tunnel Interaction Problem,Tunnels & Tunnelling,July,1998

第2篇

關(guān)鍵詞：隧道工程 軟弱圍巖 技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2015）09（a）-0039-02

1 軟弱圍巖

軟弱圍巖是地下工程對(duì)于地質(zhì)條件的一個(gè)綜合性的界定，在地下隧道工程與巖土工程施工中，圍巖的性質(zhì)與基本條件將決定著工程所應(yīng)使用的施工方法與工程本身的技術(shù)難度。因此，對(duì)于隧道工程首先要明確圍巖的基本條件，掌握圍巖的基本性質(zhì)，在此基礎(chǔ)上才可以在后期的施工進(jìn)程中準(zhǔn)確把握施工要點(diǎn)，以達(dá)到順利施工的目標(biāo)。

一般而言，在地下鐵道、巖土及隧道等工程中，圍巖的種類(lèi)如何界定是根據(jù)圍巖本身的強(qiáng)度及穩(wěn)定性、風(fēng)化程度及完整性等因素進(jìn)行綜合考慮，進(jìn)而分成不同等級(jí)和種類(lèi)的圍巖，在現(xiàn)實(shí)施工的前期勘察階段，通過(guò)一定的技術(shù)手段對(duì)圍巖進(jìn)行勘測(cè)與性質(zhì)的測(cè)定，結(jié)合工程的特點(diǎn)得出圍巖的具體類(lèi)別。隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，施工工程具有相對(duì)復(fù)雜的趨勢(shì)，施工人員對(duì)地質(zhì)條件的判斷與界定也有了更深層次的認(rèn)識(shí)，對(duì)于圍巖的分類(lèi)與認(rèn)識(shí)也在不斷加深，靠簡(jiǎn)單的感性判斷不夠科學(xué)，需要借助一些新的設(shè)備與技術(shù)才可以準(zhǔn)確得知圍巖的具體物理性質(zhì)。因此對(duì)于圍巖的認(rèn)識(shí)，不同階段、不同的地質(zhì)條件、不同的工程特點(diǎn)，圍巖的特殊性很難一概而論，需要具體問(wèn)題具體解決。

2 隧道工程施工方法與理論

對(duì)于地下空間的探索，實(shí)際上歷史已經(jīng)久遠(yuǎn)，從遠(yuǎn)古時(shí)期人們以地為穴的居住方式就形成了地下空間施工的雛形。隨著目前我國(guó)大規(guī)模的地下工程建設(shè)，包括地鐵、地下隧道、公路的地基施工等都涉及到地下工程的施工。一般而言，針對(duì)地下隧道工程，常用的基本方法有礦山法、新奧法、地質(zhì)工程施工法。

2.1 礦山法

作為一種傳統(tǒng)的地下隧道施工方法，其基本原理是在隧道爆破后，造成周?chē)鷰r石穩(wěn)定性與強(qiáng)度下降，受力上整體處于松弛狀態(tài)，是一種軟弱性質(zhì)的圍巖，在該條件下，進(jìn)行邊支護(hù)邊施工，以防止圍巖坍塌對(duì)于隧道穩(wěn)定性與安全的影響。在支護(hù)的環(huán)節(jié)上，對(duì)于軟弱圍巖主要是利用剛性襯砌作為支撐，剛性襯砌最大程度地防止隧道斷面的變形，并有效地抵擋了擾動(dòng)后的圍巖對(duì)開(kāi)挖面的荷載。礦山法是一種暗挖法，以爆破的方式形成開(kāi)挖面，并借以剛性襯砌作為臨時(shí)支撐，在實(shí)際隧道開(kāi)挖的施工過(guò)程中，采用分部開(kāi)挖的方式，邊開(kāi)挖，邊修筑襯砌，邊支護(hù)。開(kāi)挖時(shí)，首先要開(kāi)挖導(dǎo)坑，為了最小限度減少?lài)鷰r的擾動(dòng)，以導(dǎo)坑作為開(kāi)挖的基礎(chǔ)向周分部擴(kuò)大開(kāi)挖，尤其對(duì)于軟弱具有坍塌可能的圍巖就需要結(jié)合開(kāi)挖斷面的尺寸，在分部開(kāi)挖中具體采取何種順序與方式進(jìn)行仔細(xì)衡量才可以確定。

2.2 新奧法

新奧法是在礦山法的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，其施工原理在于強(qiáng)調(diào)圍巖的自承重能力，以錨桿、鋼筋網(wǎng)、噴射混凝土等柔性手段進(jìn)行主要支撐，以此抵抗圍巖的變形。實(shí)際在此過(guò)程中圍巖作為了支護(hù)系統(tǒng)的重要組成部分與受力部分。與傳統(tǒng)的礦山法相比，在手段與施工概念上而言都是一種突破。新奧法通過(guò)錨桿而形成的加固拱與噴射混凝土層形成內(nèi)外兩層襯砌，混凝土同時(shí)以強(qiáng)大的噴射力注入到圍巖土層的縫隙中，與土層進(jìn)行了結(jié)合，圍巖的穩(wěn)定性與抗變形能力得到進(jìn)一步提升。此外，新奧法減少了圍巖擾動(dòng)的強(qiáng)度、頻率與持續(xù)周期，新奧法的支護(hù)手段一般不需要拆除，作為永久性支撐，嵌入到開(kāi)挖面中，減少了施工的程序，相對(duì)較小的噴射層厚度又可以保證開(kāi)挖的工作量，節(jié)省了開(kāi)挖跨度對(duì)工程周期與穩(wěn)定性的影響。

2.3 地質(zhì)工程施工

地質(zhì)工程施工是在隧道開(kāi)挖面進(jìn)行開(kāi)挖與圍巖擾動(dòng)前期對(duì)地質(zhì)條件進(jìn)行主動(dòng)加固的一種方法。如常利用在隧道開(kāi)挖洞口的大管棚支護(hù)技術(shù)和地面注漿技術(shù)。地質(zhì)工程施工主要采用一定的工程措施，以主動(dòng)方式去控制圍巖的變形與穩(wěn)定性，平衡圍巖和支護(hù)的共同強(qiáng)度，以保住一開(kāi)始就為隧道順利掘進(jìn)與開(kāi)挖創(chuàng)造一個(gè)相對(duì)寬松的施工環(huán)境。

隨著工程難度的差異性，一般在地下隧道工程中常常根據(jù)特定的地質(zhì)綜合條件、水文狀況、圍巖的性質(zhì)、工程性質(zhì)與復(fù)雜程度，采取不同的隧道施工方法，有時(shí)候?yàn)榱吮Ｕ瞎こ痰陌踩耘c穩(wěn)定性常常綜合幾種方法共同發(fā)揮作用而不是單純采用其中一種。對(duì)礦山法、新奧法、地質(zhì)工程施工法的分析中，筆者得知不同的方法都有其各自的優(yōu)勢(shì)與不足，在實(shí)際施工中應(yīng)該相互借鑒，取長(zhǎng)補(bǔ)短。例如在礦山法施工的過(guò)程中常常借鑒新奧法對(duì)于支護(hù)的安全度進(jìn)行監(jiān)測(cè)與控制。對(duì)于地質(zhì)條件比較特殊的情況，新奧法的施工比礦山法更加成熟有效，對(duì)于襯砌的要求也更加嚴(yán)格。而地質(zhì)工程的施工則結(jié)合了新奧法與礦山法的優(yōu)勢(shì)，從前期就開(kāi)始對(duì)影響隧道施工的各種因素進(jìn)行預(yù)測(cè)與準(zhǔn)備，從宏觀(guān)上與整體施工戰(zhàn)略上給隧道工程一些指導(dǎo)。

3 軟弱圍巖下隧道工程施工方法與技術(shù)

在隧道實(shí)際施工工程中，主要涉及開(kāi)挖與襯砌兩道施工工序，其次涉及到一些輔助工程如防水排水等工藝技術(shù)。在上節(jié)對(duì)三種主要隧道施工方法進(jìn)行闡述的基礎(chǔ)上，該節(jié)重點(diǎn)討論對(duì)于軟弱圍巖條件下隧道工程的施工技術(shù)與方法。

首先對(duì)于實(shí)際工程的地質(zhì)特征，圍巖的性質(zhì)必須有個(gè)明確的認(rèn)識(shí)。對(duì)地質(zhì)條件與圍巖特征進(jìn)行詳細(xì)的預(yù)測(cè)與勘察是在隧道工程的設(shè)計(jì)階段與施工階段首先要解決的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。如在施工中采取超前地質(zhì)預(yù)報(bào)、地質(zhì)素描、圍巖彈性波速等對(duì)圍巖進(jìn)行全面的了解與接觸，在此基礎(chǔ)上才可以精準(zhǔn)確定隧道施工方案，事先做好預(yù)案工作。

其次，施工的最開(kāi)始應(yīng)堅(jiān)持地質(zhì)工程施工的基本理念，盡量做好基礎(chǔ)性支護(hù)工作，如對(duì)開(kāi)挖洞口的大管棚超前支護(hù)、地面注漿技術(shù)等對(duì)圍巖進(jìn)行事先的預(yù)應(yīng)力主動(dòng)防護(hù)，此舉可以有效保證后期隧道開(kāi)挖中圍巖受力更加合理，并可以提高軟弱圍巖的基本力學(xué)屬性。

第三，在實(shí)際開(kāi)挖的進(jìn)程中，應(yīng)盡量采取新奧法，對(duì)圍巖避免過(guò)多的擾動(dòng)，采取光面爆破技術(shù)，保證圍巖基本受力面的均衡。對(duì)若軟圍巖應(yīng)盡量增強(qiáng)圍巖的自穩(wěn)能力，必要條件下，可以輔助配合礦山法施工，將兩者的優(yōu)勢(shì)充分結(jié)合。在新奧法施工的指導(dǎo)下，進(jìn)行分部施工，根據(jù)開(kāi)挖工作面尺寸與地坑深度選擇正確的分部施工方法，如對(duì)單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、臺(tái)階法的合理運(yùn)用。在軟弱圍巖受到大擾動(dòng)的情況下，要盡量做好及時(shí)的防護(hù)工作，應(yīng)盡量采用柔性支護(hù)技術(shù)。開(kāi)挖時(shí)還應(yīng)做好圍巖的監(jiān)測(cè)工作，對(duì)支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行實(shí)時(shí)的反饋與控制。

第四，軟弱圍巖條件下的隧道施工，常常由于地質(zhì)條件的不確定性，同一隧道不同跨度與進(jìn)尺的圍巖特征存在差異性變化，對(duì)于軟弱圍巖新奧法配合礦山法往往有時(shí)候更加有效保證了隧道的順利施工。

4 結(jié)語(yǔ)

軟弱圍巖是隧道施工中常常碰到的地質(zhì)情況，該情況下，隧道保證正常施工需要對(duì)圍巖首先有個(gè)比較全面的認(rèn)識(shí)，并盡可能做好圍巖的超前支護(hù)措施，實(shí)際開(kāi)挖過(guò)程中要根據(jù)工程的實(shí)際特點(diǎn)選擇正確的施工方法，對(duì)礦山法與新奧法進(jìn)行有選擇的運(yùn)用，保證隧道圍巖的自穩(wěn)能力和抗變形能力。圍巖在施工擾動(dòng)后，為了抵抗其松弛變形盡可能綜合運(yùn)用柔性支護(hù)與剛性襯砌結(jié)合的支護(hù)手段，同時(shí)做好圍巖的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制措施。

參考文獻(xiàn)

[1] 王建紅.淺談軟弱圍巖隧道施工技術(shù)[J].鐵道建筑，2006（12）：54-55.

第3篇

關(guān)鍵詞:隧道工程 超前地質(zhì)預(yù)報(bào) 綜合預(yù)報(bào)技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào):TU74文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1007-3973 (2010) 05-001-02

1前言

隨著我國(guó)公路建設(shè)規(guī)模日益擴(kuò)大,公路隧道建設(shè)也取得了迅猛發(fā)展,但由于技術(shù)手段、經(jīng)濟(jì)狀況等方面的原因,在隧道設(shè)計(jì)階段所獲得的地質(zhì)資料有限,導(dǎo)致預(yù)設(shè)計(jì)階段做出的隧道設(shè)計(jì)圖常會(huì)遺漏一些只能在隧道掘進(jìn)過(guò)程中才能發(fā)現(xiàn)的不良地質(zhì)體;由此而導(dǎo)致在隧道工程施工過(guò)程中,由于前方地質(zhì)情況不明,常常出現(xiàn)塌方、涌水、巖爆、泥石流等各種地質(zhì)災(zāi)害,這些問(wèn)題的發(fā)生嚴(yán)重影響了工程的進(jìn)展,增加了工程造價(jià),有時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生重大的事故。因此在隧道施工時(shí),對(duì)隧道掘進(jìn)方向的地質(zhì)情況通過(guò)技術(shù)手段進(jìn)行超前預(yù)報(bào)、預(yù)測(cè),以便提早、及時(shí)地采取有效的施工方法,就顯得尤為重要。近幾年各級(jí)工程管理部門(mén),已經(jīng)認(rèn)識(shí)到隧道施工過(guò)程中超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的重要性,開(kāi)始在國(guó)內(nèi)隧道施工中逐漸采用地質(zhì)超前預(yù)報(bào)工作 。本文以肇興隧道為依托,通過(guò)采用地質(zhì)超前預(yù)報(bào)技術(shù),較好的避免了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,為隧道安全施工和提高施工進(jìn)度起到了不可估量的作用。

2肇興隧道工程概況

肇興隧道是廈蓉高速公路(貴州境)水格段的一項(xiàng)控制性工程,目前是貴州第一公路長(zhǎng)隧;左幅全長(zhǎng)4752米,右幅全長(zhǎng)4755米,最大埋深357m。隧道穿越云貴高原東部斜坡地帶,受侵蝕-剝蝕影響,地形條件復(fù)雜;隧道場(chǎng)區(qū)屬一級(jí)構(gòu)造單元華南褶皺帶,場(chǎng)地構(gòu)造有斷層及褶皺,巖性為變余砂巖、變余砂狀、層狀結(jié)構(gòu) 。

3超前地質(zhì)預(yù)報(bào)所用儀器及基本原理

肇興隧道超前地質(zhì)預(yù)報(bào) 主要采用地質(zhì)雷達(dá)法、陸地聲納法、瞬變電磁法相結(jié)合探測(cè)方法,并結(jié)合水平鉆孔進(jìn)行探測(cè),幾種技術(shù)手段相輔相成,相互驗(yàn)證并與地面地質(zhì)調(diào)查成果緊密結(jié)合,提高預(yù)報(bào)精度。

地質(zhì)雷達(dá)法是探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar,簡(jiǎn)稱(chēng)GPR)方法,一種用于確定地下介質(zhì)分布的廣譜電磁波技術(shù),采用儀器為拉脫維亞地質(zhì)Zond-12e型地質(zhì)雷達(dá)及配套分析軟件對(duì)掌子面前方圍巖破碎情況進(jìn)行探測(cè)。基本原理是在檢測(cè)范圍無(wú)大量鐵磁性物體干擾的情況下,利用探地雷達(dá)天線(xiàn)向地下發(fā)射電磁脈沖,并接收由地下不同介質(zhì)界面的反射波,根據(jù)電磁波在介質(zhì)中傳播時(shí),其路徑、電磁場(chǎng)強(qiáng)度與波形將隨所通過(guò)介質(zhì)的電性質(zhì)(如介電常數(shù) r)及幾何形態(tài)的變化而變化。根據(jù)接收到的回波時(shí)間、幅度和波形等信息,可判定地下介質(zhì)的結(jié)構(gòu)與埋藏體的位置與形態(tài)。其測(cè)試原理如圖1所示。

陸地聲納法所用儀器為鐵道部科學(xué)研究院鐵建所研發(fā)生產(chǎn)的LDS-1陸地聲納儀及配套分析軟件對(duì)掌子面前方圍巖破碎情況進(jìn)行探測(cè);其原理(圖2)為在被測(cè)對(duì)象表面用錘擊產(chǎn)生震動(dòng)彈性波,彈性波在巖體中傳播,遇到波速和密度不同的界面可產(chǎn)生反射,用在錘擊點(diǎn)近旁設(shè)置的檢波儀接收這一系列反射波。沿一測(cè)線(xiàn)上許多測(cè)點(diǎn)逐一測(cè)取后,將各測(cè)點(diǎn)的記錄(時(shí)間曲線(xiàn)) 繪成一張圖――時(shí)間剖面(其縱坐標(biāo)為反射時(shí)t,以毫秒(ms)表示;橫坐標(biāo)為測(cè)點(diǎn),或水平距離、長(zhǎng)度),從圖中可以連成一條線(xiàn)的同一反射面的反射波,就可判斷出各反射界面。以其反射時(shí)t,以及在巖體表面測(cè)的彈性波速度V,就可以算出反射面深度h。

h=Vt/2

本方法用錘激震源以及檢波器和儀器結(jié)合,可激發(fā)和接收從10Hz～4000Hz的波,然后可通過(guò)分窗口帶通濾波提取不同頻段的反射波,高頻段的反射波可反映薄層和大節(jié)理等和小溶洞,低頻段的反射波可反映較大的斷層、較厚的巖脈、巖層和大溶洞,通過(guò)不同頻段反射的圖像對(duì)比,可以分辨不同的不良地質(zhì)體。

瞬變電磁法采用設(shè)備為IGGETEM-20瞬變電磁儀,該法原理(圖3)是利用不接地線(xiàn)向地下發(fā)射一次脈沖磁場(chǎng),在一次脈沖磁場(chǎng)的間歇期間(斷電),觀(guān)測(cè)二次渦流場(chǎng)的方法。當(dāng)發(fā)射回線(xiàn)中的電流突然斷開(kāi)時(shí),在介質(zhì)中激勵(lì)出二次渦流場(chǎng)(激發(fā)極化場(chǎng)),在二次渦流場(chǎng)的衰減過(guò)程中,早期反映淺層信息,晚期反映深層信息,研究瞬變電磁場(chǎng)隨時(shí)間的變化規(guī)律,通過(guò)對(duì)二次場(chǎng)接收回線(xiàn)觀(guān)測(cè),對(duì)所觀(guān)測(cè)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理,據(jù)此,解釋地下介質(zhì)及相關(guān)物理參數(shù)。

在隧道(洞)中探測(cè)時(shí),一般采用3m的方形線(xiàn)框,探測(cè)距離80m左右,如圖,在掌子面上掛一個(gè)方形電纜發(fā)射接收天線(xiàn),采用中心裝置,接收用探頭,發(fā)射機(jī)線(xiàn)圈給一個(gè)脈沖電流,由瞬變電磁儀接收,測(cè)量脈沖電流斷去后,不同時(shí)刻的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)值,以e(t)/I表示,式中I為脈沖電流強(qiáng)度(以安為單位),e(t)表示脈沖電流斷去(t)秒的場(chǎng)強(qiáng),以微伏表示。經(jīng)數(shù)值處理,繪制成瞬變電磁多測(cè)道圖、視電阻率斷面等值線(xiàn)圖、視縱向電導(dǎo)斷面圖、視縱向電導(dǎo)微分成像圖。

4工程實(shí)例

現(xiàn)以肇興隧道出口端右幅YK21+524～YK21+424段所采用三種方法探測(cè)的結(jié)果與隧道開(kāi)挖的地質(zhì)情況進(jìn)行對(duì)比分析。 (圖4-1、圖4-2、圖4-3為陸地聲納測(cè)試成果圖)

對(duì)采集陸地聲納時(shí)間剖面計(jì)算分析認(rèn)為:掌子面前方100米范圍內(nèi)(YK21+524～YK21+424),圍巖為變余砂巖,炭化較嚴(yán)重,巖體較破碎、圍巖滲水。其中: 掌子面前方0～43m段為炭質(zhì)巖及其影響帶,該段圍巖破碎,且遇水軟化;60～74m、94～100m兩區(qū)段圍巖節(jié)理裂隙發(fā)育,局部可能出現(xiàn)軟弱夾層,圍巖破碎。

采用瞬變電磁進(jìn)行探測(cè)位置為YK21+524,圖5為瞬變電磁測(cè)試成果圖

圖5瞬變電磁探測(cè)視電阻率等值線(xiàn)圖

對(duì)視電阻率等值線(xiàn)圖分析認(rèn)為:掌子面(YK21+524)前方5～45米范圍內(nèi)圍巖整體視電阻不低,推測(cè)前方45米內(nèi)滲水。其中掌子面前方30～45m范圍內(nèi)低電阻相對(duì)較低,推測(cè)該段圍巖裂隙發(fā)育,巖體較破碎,且含水較多,局部水量較大。

通過(guò)陸地聲納法和瞬變電磁法所測(cè)得數(shù)據(jù),并結(jié)合地質(zhì)情況綜合分析得出肇興隧道出口右洞YK21+524前方100范圍裂隙發(fā)育,圍巖較破碎,特別提出YK21+524前方0～45米為炭質(zhì)巖及其影響帶,且圍巖滲水。

根據(jù)兩種方法所測(cè)結(jié)果,采用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行短距離探測(cè)印證(圖6),從電磁波的反射振幅變化來(lái)看,掌子面前方0～20m,電磁波信號(hào)衰減總體較快,且局部反射信號(hào)強(qiáng)烈,推測(cè)前方圍巖破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育。該段圍巖破碎,裂隙很發(fā)育,圍巖自穩(wěn)能力差。

根據(jù)超前地質(zhì)預(yù)報(bào)結(jié)果,業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計(jì)及施工方相當(dāng)重視,制定了應(yīng)急預(yù)案,要求隧道在開(kāi)挖施工時(shí)密切注意掌子面地質(zhì)變化情況,并及時(shí)匯報(bào)。當(dāng)肇興隧道掘進(jìn)至YK21+524時(shí),掌子面巖體破碎,節(jié)理裂隙發(fā)育,自穩(wěn)能力較差,3/4斷面發(fā)現(xiàn)炭質(zhì)帶,并有延伸擴(kuò)大的趨勢(shì),且掌子面整體滲水,伴有小股流水,巖體遇水即軟化分裂,開(kāi)挖時(shí)極易發(fā)生坍塌。針對(duì)開(kāi)挖地質(zhì)情況,業(yè)主立即召集設(shè)計(jì)、監(jiān)理、施工等部門(mén)召開(kāi)專(zhuān)題會(huì)議,按照事先準(zhǔn)備的預(yù)案落實(shí)了各項(xiàng)處理應(yīng)對(duì)措施,及時(shí)調(diào)整了施工參數(shù),避免了地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,保證了隧道正常施工及人員安全。在肇興隧道施工過(guò)程中, 超前地質(zhì)預(yù)報(bào)曾多次成功探明巖體破碎帶等不良地質(zhì)體,使施工人員做到心中有數(shù),提前采取施工措施,修正支護(hù)參數(shù),確保了隧道的施工安全,進(jìn)一步提高了隧道施工的工作效率。

5結(jié)論及建議

(1)隧道及洞室地下工程地質(zhì)情況具有復(fù)雜性和不可見(jiàn)性,通過(guò)采用超前地質(zhì)預(yù)報(bào),可以減少隧道施工過(guò)程中的盲目性,能較好的避受地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生;并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)預(yù)報(bào)結(jié)果,及時(shí)調(diào)整或修正設(shè)計(jì)參數(shù)及施工方法,正確指導(dǎo)施工,使施工快速、安全、經(jīng)濟(jì)、合理。因此,在地質(zhì)條件復(fù)雜的情況下,以地質(zhì)分析為主線(xiàn),采用多種預(yù)報(bào)方法進(jìn)行綜合地質(zhì)預(yù)報(bào)是解決隧道的超前預(yù)報(bào)問(wèn)題重要方法,只有通過(guò)綜合分析預(yù)報(bào)才能獲得更加科學(xué)的超前預(yù)報(bào)成果。精確的地質(zhì)預(yù)報(bào)成果不但可以提前采取相應(yīng)的措施來(lái)預(yù)防地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生,而且可以提高隧道施工的工作效率,更進(jìn)一步確保隧道施工和人員安全,提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

(2)根據(jù)我國(guó)隧道施工現(xiàn)狀,地質(zhì)預(yù)報(bào)工作起步較晚,目前的超前預(yù)報(bào)尚處于技術(shù)的發(fā)展階段,由于當(dāng)前技術(shù)水平和其它因素的影響,超前地質(zhì)預(yù)報(bào)的準(zhǔn)確率還有待進(jìn)一步提高。同時(shí),地質(zhì)預(yù)報(bào)工作也應(yīng)在工程施工得到重視,在施工過(guò)程中應(yīng)將超前地質(zhì)預(yù)報(bào)工作納入施工管理程序,真正做到先預(yù)報(bào)后施工,以達(dá)到安全施工和優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。

(3)隧道的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)是避免施工災(zāi)害事故、保證隧道施工順利進(jìn)行、提高隧道科學(xué)化、信息化施工水平的有效手段,但任何一種物探手段都不是萬(wàn)能的,應(yīng)充分利用各自的特點(diǎn),發(fā)展綜合超前地質(zhì)預(yù)報(bào)技術(shù),使得超前地質(zhì)預(yù)報(bào)水平越來(lái)越高;同時(shí)進(jìn)行新技術(shù)新方法的研究和現(xiàn)有設(shè)備軟件處理水平的提高,不斷提高我國(guó)的超前地質(zhì)預(yù)報(bào)水平,使超前地質(zhì)預(yù)報(bào)逐漸成為工程地質(zhì)學(xué)的一個(gè)重要組成部分。

注釋:

李志厚 云南山嶺公路隧道修筑技術(shù)研究[D].長(zhǎng)安大學(xué)博士學(xué)位論文,2009,2.

第4篇

關(guān)鍵詞：液體粘滯阻尼器；抗震加固； 實(shí)用性；應(yīng)用前景

中圖分類(lèi)號(hào)：U445.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:

Application of Research and Practicability Analysis of FVD in Municipal Bridge Seismic Strengthening

Qin Zhiyuan1, Chen Yongqi2

(1.Beijing University of Civil Engineering and Architecture, 100044；2. Beijing QITAI Shock Control and Scientific Development Co.,Ltd, Beijing 100037)

Abstract: This paper firstly make analysis of the bridge's seismic vulnerability and seismic strengthening methods, and then summarize experiences on the practical designing of seismic strengthening of municipal bridges, such as Fu Cheng Men bridge, De Sheng Men bridge, An Ding Men bridge, etc.. The summarize shows the designing method of municipal bridges strengthening when using the FVD, and also, it is compared with the conventional reinforcement technology, which reveals the advantages of reinforcement measures in engineering cost, traffic impact, and implementation. In addition, it analyses the optimization analysis method of the damper parameters. Finally, it propose problems of dampers has existed in our nation and the dampers' prospect and market. Among the cases studied, the research results show that: The bridges without seismic designing always have the shortages of having no enough ductility in the rare earthquakes. However, the method of seismic reduction and isolation reinforcement, especially the technical measures of viscous damper applied between the pier, girder and abutment, provides a good solution for the reinforcement of bridges. Not only effect of the reinforcement is obvious and the cost is low, but also, the practicability is high and the traffic impact is low. In addition, it is suitable for application. Also, the optimization of the dampers' location and design parameter need to be taken into account during the designing process of dampers. It needs to be noticed that the target displacement should be distinct and the increased partial demand of force caused by the connection components in the process of reinforcement designing.

Keywords: fluid viscous damper; seismic strengthening; practical application; application prospect

作者簡(jiǎn)介：陳永祁，男，美國(guó)，CE0&高級(jí)工程師，美國(guó)紐約州立布法羅分校工程博士，主要研究方向?yàn)榈卣鸾Y(jié)構(gòu)保護(hù)系統(tǒng)(E-mail: )

1前言

截至2011年底，我國(guó)在役的公路橋梁總數(shù)達(dá) 68.9 萬(wàn)座。這些橋梁按建造年代考慮，1990 年全國(guó)橋梁總數(shù)約為16.8萬(wàn)座，2000 年約為23.1萬(wàn)座，到2008 年底為59.5 萬(wàn)座． 1990年之前橋梁( 占總數(shù)的 24%) 絕大多數(shù)位于等級(jí)較低的公路上，這些橋梁建造時(shí)有的沒(méi)有進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)，有的是按照早期房屋建筑規(guī)范中抗震相關(guān)條文或 1977《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》試行稿進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的; 1990 ～2008 年期間建造的橋梁，大約 42.7 萬(wàn)座橋梁( 占總數(shù)的 62%) 基本都是依據(jù) 1989 年頒布的《公路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》( 簡(jiǎn)稱(chēng) 89 規(guī)范) 進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的。2009 年起建造的橋梁，基本都是按照 2008年頒布的《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則》( 簡(jiǎn)稱(chēng) 08 細(xì)則) 設(shè)計(jì)的。隨著《公路08細(xì)則》[1]《城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》[2]的頒布，城市防災(zāi)規(guī)劃要求的提升，對(duì)城市立交橋的抗震性能繼而提出更高要求，即城市橋梁應(yīng)保證在罕遇地震下維持正常交通功能[9]。

因此，公路橋梁應(yīng)盡快展開(kāi)維修加固，使城市交通基礎(chǔ)設(shè)施在地震災(zāi)害中保證使用功能，維護(hù)人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

2既有橋梁地震易損特點(diǎn)和抗震加固原則

截至2008 年底，我國(guó)建造并運(yùn)營(yíng)的公路橋梁總數(shù)大約有59.5 萬(wàn)座橋梁，占當(dāng)前既有公路橋梁總數(shù)的62%。這些橋梁大部分是依據(jù)“89 規(guī)范”進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的。與“08 細(xì)則”相比，這些既有公路橋梁存在的地震易損特點(diǎn)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面: 1) 既有公路橋梁是依照單一水準(zhǔn)即多遇地震進(jìn)行抗震計(jì)算、設(shè)計(jì)和檢算的，而我國(guó)當(dāng)前公路橋梁是依據(jù)兩級(jí)設(shè)防地震水準(zhǔn)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的。2) 與“08 細(xì)則”相比較，上述年代建造的既有橋梁在延性構(gòu)造如箍筋約束、縱筋間距、縱筋搭接、錨固長(zhǎng)度、抗剪和蓋梁配筋、框架橋墩節(jié)點(diǎn)區(qū)域構(gòu)造要求均存在一定不足，將導(dǎo)致橋墩延性能力不足，框架節(jié)點(diǎn)區(qū)域也可能遭受破壞。 3) “08 細(xì)則”對(duì)防落梁裝置和擋塊設(shè)置提出了更高要求，特別是對(duì)跨徑小于 40 m 的梁式橋，這意味著既有橋梁的防落梁搭接長(zhǎng)度相對(duì)不足，存在較高的落梁破壞風(fēng)險(xiǎn)。

另外，根據(jù)專(zhuān)家在北京設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)在城市立交橋梁中看出，存在以下問(wèn)題：1) 高墩縱向鋼筋配置不均時(shí)，在變截面處加密箍筋，否則會(huì)導(dǎo)致抗彎能力不足，發(fā)生彎曲破壞。2) 矮橋墩要保證抗剪力足夠，否則會(huì)發(fā)生脆性斷裂。3) 目前抗震擋塊的抗沖擊力不足，應(yīng)適當(dāng)予以提高。4) 馬甸橋、東便門(mén)橋、天寧寺橋等市政橋梁，均不同程度存在設(shè)防地震或罕遇地震下橋墩抗彎承載能力不足[4]。

根據(jù)以上易損性地特點(diǎn)，如下橋梁抗震加固原則被提出：

首先，應(yīng)從體系抗震加固角度出發(fā)，依據(jù)識(shí)別的抗震薄弱部位或構(gòu)件，討論經(jīng)濟(jì)有效的加固方案，并從提高橋梁各構(gòu)件的抗震能力( 強(qiáng)度和延性能力) 和減低地震對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)的地震需求( 減隔震) 兩方面出發(fā)，來(lái)探討各種可能的有效加固方案。

其次，在體系抗震加固方案比選的基礎(chǔ)時(shí)需同時(shí)考慮橋梁正常使用條件的限制。

3橋梁抗震加固方法

目前從橋梁結(jié)構(gòu)體系角度出發(fā)的抗震加固方法主要有：（1）梁連續(xù)化、質(zhì)量輕型化方法（2）常規(guī)抗震加固方法（3）減、隔震加固技術(shù)（4）改變現(xiàn)有結(jié)構(gòu)體系加固法（5）防落梁構(gòu)造加固方法。雖然抗震加固有種種方法，但對(duì)某具體工程，往往需要在技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、施工等的可行性中進(jìn)行反復(fù)論證，才能提出合理可行的方案。另外，于2014年2月21日由住房城鄉(xiāng)建設(shè)部推出關(guān)于房屋建筑工程推廣應(yīng)用減隔震技術(shù)的條文中提出，近年來(lái)，隨著建筑工程減震隔震技術(shù)研究不斷深入，我國(guó)一些應(yīng)用了減隔震技術(shù)的工程經(jīng)受了汶川，蘆山等地震的實(shí)際考驗(yàn)，保障了人民生命財(cái)產(chǎn)安全，產(chǎn)生了良好社會(huì)效益。實(shí)踐證明，減隔震技術(shù)能有效減輕地震作用， 提升房屋建筑工程抗震設(shè)防能力。并且提出了加強(qiáng)宣傳指導(dǎo)，做好推廣應(yīng)用工作，加強(qiáng)設(shè)計(jì)管理，提高減隔震技術(shù)應(yīng)用水平，加強(qiáng)施工管理，保證減隔震工程質(zhì)量的等具體要求?？梢?jiàn)未來(lái)的抗震加固趨向?qū)⒅饕獓@減隔震加固技術(shù)展開(kāi)[10]。

4市政橋梁粘滯阻尼器加固的典型案例

這部分，筆者將之前參與的三個(gè)工程即北京的阜成門(mén)橋，德勝門(mén)橋，安定門(mén)橋進(jìn)行有關(guān)粘滯阻尼器抗震加固方案的研究進(jìn)行分析，并且其中阜成門(mén)橋。筆者主要側(cè)重于抗震效果和經(jīng)濟(jì)性分析方面展開(kāi)，德勝門(mén)和安定門(mén)主要就抗震的參數(shù)優(yōu)化方面進(jìn)行分析。

4.1案例一北京阜成門(mén)橋[4]

4.1.1模型建立

采用空間結(jié)構(gòu)有限元建立該橋的有限元?jiǎng)恿τ?jì)算模型，以順橋向?yàn)閤軸，橫橋向?yàn)閥軸，豎向?yàn)閦軸。主梁、墩柱、單樁采用梁?jiǎn)卧M，樁周?chē)捎猛翉椈赡M樁土相互作用。全橋計(jì)算模型如圖1。

圖1 阜成門(mén)橋抗震分析模型

Fig.1 the FEA model of Fu Cheng Men Bridge

4.1.2現(xiàn)況橋梁抗震能力分析

根據(jù)《公路08細(xì)則》，可確定E1地震（50年超越概率63％）、E2地震（50年超越概率2％）設(shè)計(jì)水平加速度反應(yīng)譜如下圖2所示。以設(shè)計(jì)反應(yīng)譜為目標(biāo)譜，生成人工地震波如圖3、4所示。并得出現(xiàn)況橋梁地震反應(yīng)如表1。

圖2 阜成門(mén)橋設(shè)計(jì)地震反應(yīng)譜（2008年版抗震細(xì)則）

Fig.2 The earthquake response spectrum of Fuchengmen Bridge

圖3 E1工地震時(shí)程 圖4 E2人工地震時(shí)程

Fig.3 The artificial waves of E1-level earthquake Fig.4 The artificial waves of E2-level earthquake

表1 現(xiàn)況橋梁地震反應(yīng)

Table 1 Seismic responses of the current bridge

地震水平 墩柱名稱(chēng) 剪力（kN） 抗剪能力（kN） 彎矩（kN?M） 抗彎能力（kN?M） 梁端位移（cm）

E1縱向+豎向 固定墩 264 178 1256 1080 4

活動(dòng)墩 17 116 51 689

固定墩樁 691 304 1569 1012

活動(dòng)墩樁 36 247 84 530

E2縱向+豎向 固定墩塑性轉(zhuǎn)鉸 不滿(mǎn)足現(xiàn)行延性構(gòu)件的構(gòu)造要求 15

4.1.3阻尼器加固后抗震能力分析

經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)，采用減震技術(shù)對(duì)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固。即在橋梁兩端的主梁與橋臺(tái)之間安裝液態(tài)粘滯阻尼器，通過(guò)阻尼器耗散地震能量，使固定墩分擔(dān)的地震力顯著減小。達(dá)到即使在罕遇地震作用下，固定墩在原有配筋條件下處于彈性階段，確保地震中不損傷。由單柱墩抗彎能力與墩頂位移的相關(guān)關(guān)系，可以確定墩頂?shù)臉O限位移為1.5cm。以此作為罕遇地震下結(jié)構(gòu)目標(biāo)位移，結(jié)合主梁橫斷面情況，按照工程經(jīng)驗(yàn)在兩側(cè)橋臺(tái)各設(shè)置10個(gè)阻尼器，初步擬定阻尼器參數(shù)選取范圍：C=700～1200kN•(s/m) α，α=0.2～0.6，在此范圍進(jìn)行阻尼器參數(shù)比選分析。最終確定阻尼器參數(shù)為：C=1000 kN•(s/m) α，α=0.3。采用此方案，結(jié)構(gòu)地震反應(yīng)計(jì)算結(jié)果如表2所示。

表2阻尼器加固橋梁抗震能力分析

Table 2 seismic resistance analysis of bridge with dampers

地震水平 墩柱名稱(chēng) 剪力（kN） 抗剪能力（kN） 彎矩（kN?M） 抗彎能力（kN?M） 梁端位移（cm）

E1縱向輸入 固定墩 8 178 37 1080 0.1

活動(dòng)墩 18 116 51 689

固定墩樁 20 304 48 1012

活動(dòng)墩樁 36 247 84 530

E2縱向輸入 固定墩 62 178 508 1080 1

活動(dòng)墩 62 116 182 689

固定墩樁 260 304 568 1012

活動(dòng)墩樁 123 247 287 530

另外，注意到應(yīng)用粘滯阻尼器會(huì)增加橋臺(tái)受力，應(yīng)進(jìn)行復(fù)核驗(yàn)算。

4.1.4加固方案經(jīng)濟(jì)性及可實(shí)施性分析

將阻尼器加固方案與常規(guī)加固方案進(jìn)行比較表明，如表3所示：該方法可以降低維修加固成本38%左右，且交通影響很?。ㄖ豁氄驾o路非機(jī)動(dòng)車(chē)道安裝阻尼器施工），因而可操作性強(qiáng)，施工過(guò)程可見(jiàn)圖11。

表3 加固方案比較

Table 3 the comparison of strengthen scheme

項(xiàng)目名稱(chēng) 常規(guī)加固方案 阻尼器加固方案

主要工作內(nèi)容 更換中墩支座；增大墩柱截面，并外包鋼板；對(duì)原承臺(tái)進(jìn)行加寬處理，在承臺(tái)加寬部分下施工樁基礎(chǔ) 在主梁及橋臺(tái)表面安裝阻尼器基座及錨筋

交通影響 二環(huán)主輔路各斷行一個(gè)車(chē)道 對(duì)二環(huán)輔路有一定影響，但不斷路

施工周期 約90天 約60天

總造價(jià) 1220萬(wàn) 760萬(wàn)

4.2案例二德勝門(mén)東橋[5]

4.2.1模型建立

對(duì)德勝門(mén)原橋進(jìn)行抗震性能評(píng)估：結(jié)構(gòu)建模采用三維空間有限元模型，主梁、橋墩采用空間梁?jiǎn)卧?，橋面板采用均勻布置在主梁上梁?jiǎn)卧?，邊跨兩?cè)在順橋向以及橫橋向采用彈簧單元模擬支座；圖5為德勝門(mén)橋有限元模型。

圖5德勝門(mén)橋計(jì)算模型

Fig.1 The Caculation Model Of Deshengmen Bridge 圖6E2級(jí)的地震下頻譜數(shù)據(jù)

Fig.2 the frequency spectrum data of E2-level earthquake

4.2.2現(xiàn)況橋梁抗震能力

對(duì)現(xiàn)況橋梁進(jìn)行反應(yīng)譜分析，采用《公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則JTG/T B02-01―2008》[5]中的阻尼比為0.05的設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜。E1地震下，水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜最大值取為0.19g；E2地震下，水平設(shè)計(jì)加速度反應(yīng)譜最大值取為0.59g，如圖6。橋臺(tái)前墻應(yīng)力狀況如表4；橋墩控制截面受力如表5。

表4橋臺(tái)前墻應(yīng)力狀況 表5墩底彎矩（kN?M）

Table 4 the stress of front wall of abutment Table 5 the moment of the bottom of the pier

階段 正常使用 E1地震 E2地震 階段 正常使用 E1地震 E2地震 抗彎承載能力

前墻前應(yīng)力(Mpa) -0.83(壓) -0.89(壓) -1.77(壓) 墩底彎矩 (kN?M)

73.77

147.8

447.9 235

前墻背應(yīng)力(Mpa) 0.35(拉) 0.47(拉) 2.2(拉)

中墩及分界墩在E1地震作用下處于彈性工作狀態(tài)，如不進(jìn)行減隔震設(shè)計(jì)，E2地震作用下墩柱將進(jìn)入塑性狀態(tài)，需要對(duì)墩柱抗剪及基礎(chǔ)進(jìn)行能力保護(hù)設(shè)計(jì)，但現(xiàn)況橋梁不能滿(mǎn)足延性要求。

4.2.3阻尼器優(yōu)化設(shè)計(jì)

以E1及E2下的反應(yīng)譜為目標(biāo)譜，各生成三條人工地震波作為地震輸入進(jìn)行時(shí)程反應(yīng)分析，對(duì)阻尼器進(jìn)行優(yōu)化。阻尼器優(yōu)化是布置位置，阻尼器個(gè)數(shù)，阻尼系數(shù)和速度指數(shù)等參數(shù)不斷組合優(yōu)化選取的過(guò)程，本工程優(yōu)化時(shí)速度指數(shù)a選取了介于0.2-1之間的數(shù)值，C值取500-2000kN（s/m）a之間的數(shù)值。在設(shè)計(jì)中主要進(jìn)行布置位置的優(yōu)化和設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化。

4.2.3.1布置位置優(yōu)化

圖7加固方案剪力響應(yīng)對(duì)比 圖8加固方案彎矩響應(yīng)對(duì)比圖9加固方案相位移響應(yīng)對(duì)比

Fig.7 comparison of shear force response of Fig.8 comparison of moment response of Fig.9 comparison of displacement response of

reinforcement schemereinforcement schemereinforcement scheme

結(jié)合德勝門(mén)橋結(jié)構(gòu)形式提出兩種阻尼器布置方案。方案一：橋臺(tái)與主梁之間布置阻尼器8套，阻尼系數(shù)C=500kN（s/m），速度指數(shù)a=0.3；方案二：分界墩和主梁之間布置阻尼器8套，C=500kN（s/m），a=0.3。在E2地震作用下，采用非線(xiàn)性振型疊加法進(jìn)行施加阻尼器結(jié)構(gòu)關(guān)鍵響應(yīng)的地震反應(yīng)分析。對(duì)其進(jìn)行地震反應(yīng)對(duì)比如上圖7~圖9。

由上圖可見(jiàn)：在橋臺(tái)處布置粘滯阻尼器后，分界墩，中墩受力及位移可取得可觀(guān)的減震效果， 但在E2地震下，橋臺(tái)受力仍較大，仍然需要驗(yàn)算加強(qiáng)；若在分界墩處布置阻尼器，橋臺(tái)受力大幅降低，可無(wú)需再加固橋臺(tái)，但阻尼器參數(shù)還應(yīng)適當(dāng)優(yōu)化，以確保分界墩及中墩的受力滿(mǎn)足要求。見(jiàn)下文。

4.2.3.2設(shè)計(jì)參數(shù)優(yōu)化

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的實(shí)際情況，初步選用橋墩處布置阻尼器的方案。此外在上述分析中可以發(fā)現(xiàn)，橋墩處布置阻尼器時(shí)墩底剪力是地震控制響應(yīng)。為此，文章選出了幾種設(shè)計(jì)方案（方案A：8套C=500kN（s/m）；方案B：16套C=500kN（s/m）0.3；方案C：16套C=1000kN（s/m）0.3）；方案D：16套C=1500kN（s/m）0.3），對(duì)關(guān)鍵響應(yīng)進(jìn)行比較分析，對(duì)設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，如表6。

表:6不同阻尼參數(shù)方案墩底關(guān)鍵響應(yīng)的比較

Table 6 comparison of key response of different damper parameters of pier’s bottom

墩柱 地震波 方案A 方案B 方案C 方案D 未布置阻尼器

左墩 人工波1 36.9 24.4 8.4 4.9 77.5

人工波2 44.1 28.8 7.9 4.9 78.5

人工波3 42.1 27.9 6.3 4.9 82.3

中墩 人工波1 36.9 24.4 8.4 4.8 77.5

人工波2 44.2 28.8 7.9 4.8 78.5

人工波3 42.1 27.9 6.3 4.8 82.3

右墩 人工波1 36.9 24.4 8.4 3.8 77.6

人工波2 44.2 28.8 7.9 3.8 78.5

人工波3 42.1 27.9 6.3 3.9 82.3

由上表可以看出，阻尼器布置越多對(duì)橋梁抗震越是有利，但是造價(jià)較高，可實(shí)施性也會(huì)較差?？梢愿鶕?jù)每種方案之間減震率的差值，分別為12.7%，22.2%，16.2%，因此阻尼器選擇16套阻尼系數(shù)為1000KN（s/m）0.3 時(shí)，減震率增加幅度最大，經(jīng)濟(jì)性也較好。因此本橋最終選用方案為：兩側(cè)分界墩處，每側(cè)各布置8套粘滯阻尼器，共計(jì)16套，其參數(shù)為C=1000 kN（s/m），a=0.3。

4.2.4阻尼器加固后減震率分析

采用該方案后，其減震率如下表所示（篇幅限制，僅以橋臺(tái)剪力為例）：

表7橋臺(tái)剪力最大值（kN）

Table 7 the maximum shear force of abutment

地震波 原模型時(shí)程結(jié)果 減震后 減震率

左側(cè) 人工波1 943.8 108.6 88.5%

人工波2 1000.17 183.48 81.7%

人工波3 1039.36 134.12 87.1%

右側(cè) 人工波1 943.79 108.6 88.5%

人工波2 1000.15 183.47 81.7%

人工波3 1039.35 134.12 87.1%

橋臺(tái)剪力減震率達(dá)60%以上，效果顯著。

經(jīng)粘滯阻尼器減震后，所有墩柱的最大彎矩值均小于其承載力限值，保證了橋墩在遭遇罕遇地震工況下的承載安全，滿(mǎn)足了要求。同時(shí)通過(guò)布置位置及阻尼參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)，其減震率和可實(shí)施性得到了良好的保證，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

4.3案例三安定門(mén)東橋 [5]

鑒于安定門(mén)的設(shè)計(jì)及阻尼器的優(yōu)化方案方法相似，本文不再贅述。主要對(duì)阻尼器加固后的減震率進(jìn)行分析：

關(guān)鍵構(gòu)件的地震響應(yīng)如下所示（篇幅限制，僅以墩柱墩底內(nèi)力為例）。

表8各墩柱墩底內(nèi)力（kN）

Table 13 the maximum shear force of the base of boundary and intermediate pier

地震波 原模型墩底剪力 加固方案墩底剪力 減震率

分

界

墩 左 人工波1 252.44 16.27 93.6%

人工波2 239.25 25.35 89.4%

人工波3 230.51 18.76 91.9%

右 人工波1 252.43 16.27 93.6%

人工波2 239.24 25.35 89.4%

人工波3 230.50 18.76 91.9%

中墩 人工波1 58.91 15.27 74.1%

人工波2 58.99 14.50 75.4%

人工波3 53.25 14.25 73.2%

經(jīng)粘滯阻尼器減震后，所有墩柱的最大彎矩值均小于其承載力限值，保證了橋墩在遭遇罕遇地震工況下的承載安全，滿(mǎn)足了要求。

4.4 工程案例現(xiàn)場(chǎng)施工圖

圖10現(xiàn)場(chǎng)施工圖

Fig. 10 Pictures of Site Operation

4.4案例經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

根據(jù)前面的案例，以得到以下經(jīng)驗(yàn)：

（1）沒(méi)有進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)、或按照77規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)的現(xiàn)役城市橋梁，一般而言普遍存在罕遇地震下延性能力不足等缺陷，應(yīng)盡快開(kāi)展抗震加固。

（2）減、隔震加固方法，特別是在墩梁、橋臺(tái)主梁之間施加粘滯阻尼器的技術(shù)措施，為在交通擁堵嚴(yán)重的城市中進(jìn)行立交橋抗震加固提供了一個(gè)很好的解決方案。

（3）減震加固時(shí)，需進(jìn)行阻尼器布置位置及設(shè)計(jì)參數(shù)的優(yōu)化，在達(dá)到控制目標(biāo)位移的基礎(chǔ)上，確保與阻尼器連接關(guān)鍵構(gòu)件能滿(mǎn)足承載力及正常使用極限狀態(tài)的要求。

當(dāng)然通過(guò)上述實(shí)例可發(fā)現(xiàn)，采用液體粘滯阻尼器對(duì)城市立交橋進(jìn)行減、隔震加固，只要布置位置恰當(dāng)，參數(shù)選擇合理，則無(wú)論在墩臺(tái)受力方面，還是防落梁方面，都具有顯著地減震效果；與常規(guī)加固方法相比，無(wú)論是對(duì)交通的影響，或者是施工的復(fù)雜性和時(shí)間，還是造價(jià)方面也都有較大優(yōu)勢(shì)，易于在同類(lèi)橋梁中推廣應(yīng)用。

5阻尼器在我國(guó)應(yīng)用存在的問(wèn)題及其前景（市場(chǎng)走向）

5.1阻尼器在我國(guó)應(yīng)用存在的問(wèn)題及其前景

近些年來(lái),隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)的加強(qiáng),大型公共建筑和橋梁的飛速發(fā)展,阻尼器在我國(guó)土木工程界的發(fā)展很快,還將有更大的發(fā)展空間。在美國(guó)阻尼器的大量應(yīng)用是經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展過(guò)程。這是一個(gè)從基礎(chǔ)研究到工程鑒定、從大量的試驗(yàn)到設(shè)計(jì)規(guī)范、直到140多個(gè)大型工程的應(yīng)用過(guò)程。在我國(guó),基礎(chǔ)研究和大量的使用比起來(lái)就顯得不足。不少問(wèn)題有待我們?nèi)ジ倪M(jìn)和提高，例如，缺少相應(yīng)的設(shè)計(jì)規(guī)范和阻尼器驗(yàn)收規(guī)程，減隔震設(shè)備的測(cè)試手段和測(cè)試規(guī)程欠缺以及阻尼器基本知識(shí)的普及等。

5.2抗震阻尼器未來(lái)的市場(chǎng)走向

在國(guó)際上，阻尼器的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，迎來(lái)了自身發(fā)展的“新紀(jì)元”。國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景很好。也正因國(guó)內(nèi)市場(chǎng)前景可觀(guān)，一些山寨產(chǎn)品、甚至是假冒偽劣產(chǎn)品的發(fā)展速度驚人，它的低價(jià)位成為了主要的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)手段。我們只能面對(duì)這種形勢(shì)，在阻尼器產(chǎn)品的介紹宣傳和工程實(shí)際應(yīng)用上更加努力，提高大家對(duì)這種產(chǎn)品的認(rèn)識(shí)，并通過(guò)自己的國(guó)際優(yōu)勢(shì)，將世界上最先進(jìn)的理論、最優(yōu)良的產(chǎn)品推廣到國(guó)內(nèi)。

總之,近十幾年來(lái),隨著橋梁工程、抗震工程等在我國(guó)的發(fā)展,阻尼器在我國(guó)土木工程界應(yīng)用越來(lái)越廣泛,隨著我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)力度的加大,阻尼器在我國(guó)有十分廣闊的應(yīng)用空間。我們已有了一個(gè)很好的開(kāi)始。隨著進(jìn)一步的完善,一定會(huì)有更加廣闊的發(fā)展前景。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)行業(yè)推薦性標(biāo)準(zhǔn).JTG/T B02-01―2008公路橋梁抗震設(shè)計(jì)細(xì)則. 北京：人民交通出版社.

2008（JTG/T B02-01―2008 Guidelines of Seismic Design of Highway Bridges.Beijing:China Communications Press,2008(in Chinese)）

[2]中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn). CJJ166-2011城市橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社.

2011（CJJ166-2011 Code for seismic design of urban bridges [s]. Beijing: China Architecture & Building Press, 2011（in Chinese））

[3]張愷、焦馳宇等，北京阜成門(mén)橋抗震加固改造設(shè)計(jì)報(bào)告[R].北京京市市政工程設(shè)計(jì)研究總院，2010年9月

[4]焦馳宇, 孫廣龍, 陳永祁, 張愷, 張連普, 馬良，液體粘滯阻尼器在市政橋梁抗震加固中的應(yīng)[C]. 第22屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集第Ⅰ冊(cè), 2013.

[5]薛恒麗，秦志源，焦馳宇，陳永祁，郝建華液體粘滯阻尼器在市政橋梁抗震加固中的優(yōu)化研究[C]. 第22屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集第Ⅰ冊(cè), 2013.

[6]焦馳宇,李建中, 彭天波. 塔梁連接方式對(duì)大跨斜拉橋地震反應(yīng)的影響[J] 振動(dòng)與沖擊 2009, 28(10): 179-183

[7]陳永祁、薛恒麗、馬良哲等，德勝門(mén)橋阻尼器方案優(yōu)化設(shè)計(jì)報(bào)告[R]。北京奇太振控科技發(fā)展有限公司 2013.1

[8]陳永祁. 橋梁工程液體黏滯阻尼器設(shè)計(jì)與施工[M]. 北京：中國(guó)鐵道出版社 2012.3.