發(fā)布時間：2022-03-11 02:03:55
序言：寫作是分享個人見解和探索未知領(lǐng)域的橋梁，我們?yōu)槟x了8篇的鐵道安全論文樣本，期待這些樣本能夠為您提供豐富的參考和啟發(fā)，請盡情閱讀。
關(guān)鍵詞：高速公路隧道；下穿；機(jī)場；監(jiān)控量測
0 引言
一直以來，下穿問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工程問題的關(guān)鍵點(diǎn)。隨著數(shù)學(xué)、力學(xué)和數(shù)值模擬計算的發(fā)展[1]，對近接問題的研究越來越深入。為許多高難度的工程修建提供了有力的條件。國外一些學(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]。國內(nèi)許多隧道專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)場跑道，工程施工過程對機(jī)場建筑的影響是工程的難點(diǎn)。為保障機(jī)場的正常運(yùn)營，避免造成重大的損失，應(yīng)加強(qiáng)隧道施工的安全工作?？刂频乇沓两?、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道布置型式，為左、右兩個分離式隧道。線路向北避開右側(cè)監(jiān)獄，進(jìn)入機(jī)場范圍，左、右線先下穿機(jī)場停車場、航站樓，然后正交下穿機(jī)場停機(jī)坪、機(jī)場滑行道、機(jī)場跑道，從機(jī)場邊坡的農(nóng)田出地面，以路基型式連接另一面大道。
本工程范圍左線SZKO+000~SZK1+490.445，右線為SYKO+000~SYKI+486.798。道路采用城市主干道Ⅱ級標(biāo)準(zhǔn)，雙向四車道：設(shè)計速度為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，針對工程問題的具體性質(zhì)，采取相應(yīng)的策略，做到早發(fā)現(xiàn)、早治理，將危險從根源上清除，避免損失。根據(jù)工程的特點(diǎn)，對地表沉降、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)場工程的特殊性，控制地表的下沉狀況，確保機(jī)場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，尤其是對機(jī)場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)。
地表下沉量測主要在隧道淺埋處、機(jī)場航站樓及下穿機(jī)場跑道范圍的地表建筑物和跑道進(jìn)行，地表下沉量測應(yīng)在開挖面前方（h+9）m處開始（h為隧道覆蓋層厚度），直到襯砌結(jié)構(gòu)封閉，下沉基本停止時為止。根據(jù)觀測數(shù)據(jù)匯總表，繪制出主要沉降點(diǎn)的沉降過程線，它可以明顯地反映出沉降的趨勢、規(guī)律和幅度。沉降趨勢預(yù)報是沉降測量的重要環(huán)節(jié)；通過大量的沉降觀測后，獲得對地表沉降規(guī)律的理性認(rèn)識，確定未來的沉降趨勢，這是確保地表建（構(gòu)）筑物安全運(yùn)營的可靠保證。
2.2拱頂下沉
隧道開挖后，由于圍巖自重和應(yīng)力調(diào)整造成隧道頂板向下移動。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量工作，根據(jù)測量結(jié)果指導(dǎo)施工工作是工程建設(shè)的重要環(huán)節(jié)。拱頂下沉量測斷面的間距為：Ⅳ級圍巖不大于25m，Ⅴ級圍巖應(yīng)小于20m。圍巖變形處應(yīng)適當(dāng)加密，在各類圍巖的起始地段增設(shè)拱頂下沉測點(diǎn)1~2個。當(dāng)發(fā)生較大涌水時，Ⅴ級圍巖量測斷面的間距應(yīng)縮小至5~10m。各測點(diǎn)應(yīng)在避免爆破作業(yè)破壞測點(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)在開挖后12h內(nèi)讀取，最遲不得超過24h，而且在下一循環(huán)開挖前，必須完成初期變形值的讀數(shù)。對監(jiān)測結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出累計沉降、單次沉降等曲線，并可對其進(jìn)行擬合，進(jìn)而可以對其最終沉降做出預(yù)測，來指導(dǎo)施工。
2.3周邊收斂
周邊收斂量測和拱頂下沉量測應(yīng)布置在同一個斷面，是衡量隧道開挖后圍巖變化的另一個重要參數(shù)。測量時將收斂計一端連接掛鉤與測點(diǎn)錨栓上不銹鋼環(huán)（鉤）相連，展開鋼尺使掛鉤與另一測點(diǎn)的錨栓相連。張力粗調(diào)可把收斂計測力裝置上的插銷定位于鋼尺穿孔來完成。張力細(xì)調(diào)則通過測力裝置微調(diào)至恒定拉力為止。在實施中，隧道開挖后在設(shè)計的監(jiān)測點(diǎn)位埋置監(jiān)測掛鉤，測量初始值，然后根據(jù)施工的進(jìn)程監(jiān)測收斂值，直到穩(wěn)定為止。將量測結(jié)果進(jìn)行分析，可以得出累計洞周凈空收斂與時間的關(guān)系曲線，對曲線進(jìn)行擬合分析，可以對隧道洞室的最終變形進(jìn)行預(yù)測，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，在隧道過程中對前進(jìn)的開挖工作面附近圍巖的巖石性質(zhì)、狀態(tài)應(yīng)進(jìn)行觀察，對開挖后動態(tài)進(jìn)行觀察。地質(zhì)勘探主要目的：（1）預(yù)測開挖面前方的地質(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)觀察和洞外觀察。洞內(nèi)觀察分開挖工作面觀察和已施工區(qū)段觀察兩部分，開挖工作面觀察應(yīng)在每次開挖后進(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，不僅需要量測支護(hù)空間產(chǎn)生的相對位移(或空間斷面的變形)，而且還需要對圍巖深部巖移進(jìn)行監(jiān)測和掌握。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
針對工程的特殊情況，對地表沉降、拱頂下沉等工程重要指標(biāo)進(jìn)行嚴(yán)密監(jiān)控，并及時根據(jù)測量結(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．隧道力學(xué)數(shù)值方法[M]．中國鐵道出版社．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
關(guān)鍵詞：隧道工程 軟弱圍巖 技術(shù)
中圖分類號：U45 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）09（a）-0039-02
1 軟弱圍巖
軟弱圍巖是地下工程對于地質(zhì)條件的一個綜合性的界定，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)而分成不同等級和種類的圍巖，在現(xiàn)實施工的前期勘察階段，通過一定的技術(shù)手段對圍巖進(jìn)行勘測與性質(zhì)的測定，結(jié)合工程的特點(diǎn)得出圍巖的具體類別。隨著施工技術(shù)的不斷發(fā)展，施工工程具有相對復(fù)雜的趨勢，施工人員對地質(zhì)條件的判斷與界定也有了更深層次的認(rèn)識，對于圍巖的分類與認(rèn)識也在不斷加深，靠簡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)。因此對于圍巖的認(rèn)識，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，需要具體問題具體解決。
2 隧道工程施工方法與理論
對于地下空間的探索，實際上歷史已經(jīng)久遠(yuǎn)，從遠(yuǎn)古時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，造成周圍巖石穩(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，以防止圍巖坍塌對于隧道穩(wěn)定性與安全的影響。在支護(hù)的環(huán)節(jié)上，對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后的圍巖對開挖面的荷載。礦山法是一種暗挖法，以爆破的方式形成開挖面，并借以剛性襯砌作為臨時支撐，在實際隧道開挖的施工過程中，采用分部開挖的方式，邊開挖，邊修筑襯砌，邊支護(hù)。開挖時，首先要開挖導(dǎo)坑，為了最小限度減少圍巖的擾動，以導(dǎo)坑作為開挖的基礎(chǔ)向周分部擴(kuò)大開挖，尤其對于軟弱具有坍塌可能的圍巖就需要結(jié)合開挖斷面的尺寸，在分部開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，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。實際在此過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，嵌入到開挖面中，減少了施工的程序，相對較小的噴射層厚度又可以保證開挖的工作量，節(jié)省了開挖跨度對工程周期與穩(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挖面進(jìn)行開挖與圍巖擾動前期對地質(zhì)條件進(jìn)行主動加固的一種方法。如常利用在隧道開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，以保住一開始就為隧道順利掘進(jìn)與開挖創(chuàng)造一個相對寬松的施工環(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，有時候為了保障工程的安全性與穩(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)勢與不足，在實際施工中應(yīng)該相互借鑒，取長補(bǔ)短。例如在礦山法施工的過程中常常借鑒新奧法對于支護(hù)的安全度進(jìn)行監(jiān)測與控制。對于地質(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，從前期就開始對影響隧道施工的各種因素進(jìn)行預(yù)測與準(zhǔn)備，從宏觀上與整體施工戰(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)
在隧道實際施工工程中，主要涉及開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)討論對于軟弱圍巖條件下隧道工程的施工技術(shù)與方法。
首先對于實際工程的地質(zhì)特征，圍巖的性質(zhì)必須有個明確的認(rèn)識。對地質(zhì)條件與圍巖特征進(jìn)行詳細(xì)的預(yù)測與勘察是在隧道工程的設(shè)計階段與施工階段首先要解決的現(xiàn)實問題。如在施工中采取超前地質(zhì)預(yù)報、地質(zhì)素描、圍巖彈性波速等對圍巖進(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，施工的最開始應(yīng)堅持地質(zhì)工程施工的基本理念，盡量做好基礎(chǔ)性支護(hù)工作，如對開挖洞口的大管棚超前支護(hù)、地面注漿技術(shù)等對圍巖進(jìn)行事先的預(yù)應(yīng)力主動防護(hù)，此舉可以有效保證后期隧道開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，在實際開挖的進(jìn)程中，應(yīng)盡量采取新奧法，對圍巖避免過多的擾動，采取光面爆破技術(shù)，保證圍巖基本受力面的均衡。對若軟圍巖應(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)開挖工作面尺寸與地坑深度選擇正確的分部施工方法，如對單側(cè)壁導(dǎo)坑法、雙側(cè)壁導(dǎo)坑法、臺階法的合理運(yùn)用。在軟弱圍巖受到大擾動的情況下，要盡量做好及時的防護(hù)工作，應(yīng)盡量采用柔性支護(hù)技術(shù)。開挖時還應(yīng)做好圍巖的監(jiān)測工作，對支護(hù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行實時的反饋與控制。
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，對于軟弱圍巖新奧法配合礦山法往往有時候更加有效保證了隧道的順利施工。
4 結(jié)語
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圍巖首先有個比較全面的認(rèn)識，并盡可能做好圍巖的超前支護(hù)措施，實際開挖過程中要根據(jù)工程的實際特點(diǎn)選擇正確的施工方法，對礦山法與新奧法進(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，同時做好圍巖的實時監(jiān)測與控制措施。
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.
關(guān)鍵詞:隧道工程 超前地質(zhì)預(yù)報 綜合預(yù)報技術(shù)
中圖分類號:TU74文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1007-3973 (2010) 05-001-02
1前言
隨著我國公路建設(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)計階段所獲得的地質(zhì)資料有限,導(dǎo)致預(yù)設(shè)計階段做出的隧道設(shè)計圖常會遺漏一些只能在隧道掘進(jìn)過程中才能發(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,這些問題的發(fā)生嚴(yán)重影響了工程的進(jìn)展,增加了工程造價,有時甚至?xí)a(chǎn)生重大的事故。因此在隧道施工時,對隧道掘進(jìn)方向的地質(zhì)情況通過技術(shù)手段進(jìn)行超前預(yù)報、預(yù)測,以便提早、及時地采取有效的施工方法,就顯得尤為重要。近幾年各級工程管理部門,已經(jīng)認(rèn)識到隧道施工過程中超前地質(zhì)預(yù)報的重要性,開始在國內(nèi)隧道施工中逐漸采用地質(zhì)超前預(yù)報工作 。本文以肇興隧道為依托,通過采用地質(zhì)超前預(yù)報技術(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)水格段的一項控制性工程,目前是貴州第一公路長隧;左幅全長4752米,右幅全長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;隧道場區(qū)屬一級構(gòu)造單元華南褶皺帶,場地構(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)報所用儀器及基本原理
肇興隧道超前地質(zhì)預(yù)報 主要采用地質(zhì)雷達(dá)法、陸地聲納法、瞬變電磁法相結(jié)合探測方法,并結(jié)合水平鉆孔進(jìn)行探測,幾種技術(shù)手段相輔相成,相互驗證并與地面地質(zhì)調(diào)查成果緊密結(jié)合,提高預(yù)報精度。
地質(zhì)雷達(dá)法是探地雷達(dá)(Ground Penetrating Radar,簡稱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)及配套分析軟件對掌子面前方圍巖破碎情況進(jìn)行探測?；驹硎窃跈z測范圍無大量鐵磁性物體干擾的情況下,利用探地雷達(dá)天線向地下發(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,其路徑、電磁場強(qiáng)度與波形將隨所通過介質(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掌子面前方圍巖破碎情況進(jìn)行探測;其原理(圖2)為在被測對象表面用錘擊產(chǎn)生震動彈性波,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。沿一測線上許多測點(diǎn)逐一測取后,將各測點(diǎn)的記錄(時間曲線) 繪成一張圖――時間剖面(其縱坐標(biāo)為反射時t,以毫秒(ms)表示;橫坐標(biāo)為測點(diǎn),或水平距離、長度),從圖中可以連成一條線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t,以及在巖體表面測的彈性波速度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,通過不同頻段反射的圖像對比,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)是利用不接地線向地下發(fā)射一次脈沖磁場,在一次脈沖磁場的間歇期間(斷電),觀測二次渦流場的方法。當(dāng)發(fā)射回線中的電流突然斷開時,在介質(zhì)中激勵出二次渦流場(激發(fā)極化場),在二次渦流場的衰減過程中,早期反映淺層信息,晚期反映深層信息,研究瞬變電磁場隨時間的變化規(guī)律,通過對二次場接收回線觀測,對所觀測的數(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)中探測時,一般采用3m的方形線框,探測距離80m左右,如圖,在掌子面上掛一個方形電纜發(fā)射接收天線,采用中心裝置,接收用探頭,發(fā)射機(jī)線圈給一個脈沖電流,由瞬變電磁儀接收,測量脈沖電流斷去后,不同時刻的感應(yīng)電動勢值,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)秒的場強(qiáng),以微伏表示。經(jīng)數(shù)值處理,繪制成瞬變電磁多測道圖、視電阻率斷面等值線圖、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的結(jié)果與隧道開挖的地質(zhì)情況進(jìn)行對比分析。 (圖4-1、圖4-2、圖4-3為陸地聲納測試成果圖)
對采集陸地聲納時間剖面計算分析認(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)行探測位置為YK21+524,圖5為瞬變電磁測試成果圖
圖5瞬變電磁探測視電阻率等值線圖
對視電阻率等值線圖分析認(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)低電阻相對較低,推測該段圍巖裂隙發(fā)育,巖體較破碎,且含水較多,局部水量較大。
通過陸地聲納法和瞬變電磁法所測得數(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)兩種方法所測結(jié)果,采用地質(zhì)雷達(dá)法進(jìn)行短距離探測印證(圖6),從電磁波的反射振幅變化來看,掌子面前方0～20m,電磁波信號衰減總體較快,且局部反射信號強(qiáng)烈,推測前方圍巖破碎,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)報結(jié)果,業(yè)主、監(jiān)理、設(shè)計及施工方相當(dāng)重視,制定了應(yīng)急預(yù)案,要求隧道在開挖施工時密切注意掌子面地質(zhì)變化情況,并及時匯報。當(dāng)肇興隧道掘進(jìn)至YK21+524時,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,且掌子面整體滲水,伴有小股流水,巖體遇水即軟化分裂,開挖時極易發(fā)生坍塌。針對開挖地質(zhì)情況,業(yè)主立即召集設(shè)計、監(jiān)理、施工等部門召開專題會議,按照事先準(zhǔn)備的預(yù)案落實了各項處理應(yīng)對措施,及時調(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。在肇興隧道施工過程中, 超前地質(zhì)預(yù)報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)雜性和不可見性,通過采用超前地質(zhì)預(yù)報,可以減少隧道施工過程中的盲目性,能較好的避受地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生;并根據(jù)現(xiàn)場預(yù)報結(jié)果,及時調(diào)整或修正設(shè)計參數(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,采用多種預(yù)報方法進(jìn)行綜合地質(zhì)預(yù)報是解決隧道的超前預(yù)報問題重要方法,只有通過綜合分析預(yù)報才能獲得更加科學(xué)的超前預(yù)報成果。精確的地質(zhì)預(yù)報成果不但可以提前采取相應(yīng)的措施來預(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)效益和社會效益。
(2)根據(jù)我國隧道施工現(xiàn)狀,地質(zhì)預(yù)報工作起步較晚,目前的超前預(yù)報尚處于技術(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)報的準(zhǔn)確率還有待進(jìn)一步提高。同時,地質(zhì)預(yù)報工作也應(yīng)在工程施工得到重視,在施工過程中應(yīng)將超前地質(zhì)預(yù)報工作納入施工管理程序,真正做到先預(yù)報后施工,以達(dá)到安全施工和優(yōu)化設(shè)計的目的。
(3)隧道的超前地質(zhì)預(yù)報是避免施工災(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)報技術(shù),使得超前地質(zhì)預(yù)報水平越來越高;同時進(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,不斷提高我國的超前地質(zhì)預(yù)報水平,使超前地質(zhì)預(yù)報逐漸成為工程地質(zhì)學(xué)的一個重要組成部分。
注釋:
李志厚 云南山嶺公路隧道修筑技術(shù)研究[D].長安大學(xué)博士學(xué)位論文,2009,2.
關(guān)鍵詞：液體粘滯阻尼器；抗震加固； 實用性；應(yīng)用前景
中圖分類號：U445.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:
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
作者簡介：陳永祁，男，美國，CE0&高級工程師，美國紐約州立布法羅分校工程博士，主要研究方向為地震結(jié)構(gòu)保護(hù)系統(tǒng)(E-mail: )
1前言
截至2011年底，我國在役的公路橋梁總數(shù)達(dá) 68.9 萬座。這些橋梁按建造年代考慮，1990 年全國橋梁總數(shù)約為16.8萬座，2000 年約為23.1萬座，到2008 年底為59.5 萬座． 1990年之前橋梁( 占總數(shù)的 24%) 絕大多數(shù)位于等級較低的公路上，這些橋梁建造時有的沒有進(jìn)行抗震設(shè)計，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)計規(guī)范》試行稿進(jìn)行抗震設(shè)計的; 1990 ～2008 年期間建造的橋梁，大約 42.7 萬座橋梁( 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)計規(guī)范》( 簡稱 89 規(guī)范) 進(jìn)行抗震設(shè)計的。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)計細(xì)則》( 簡稱 08 細(xì)則) 設(shè)計的。隨著《公路08細(xì)則》[1]《城市橋梁抗震設(shè)計規(guī)范》[2]的頒布，城市防災(zāi)規(guī)劃要求的提升，對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，我國建造并運(yùn)營的公路橋梁總數(shù)大約有59.5 萬座橋梁，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)行抗震計算、設(shè)計和檢算的，而我國當(dāng)前公路橋梁是依據(jù)兩級設(shè)防地震水準(zhǔn)進(jìn)行抗震設(shè)計的。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”對防落梁裝置和擋塊設(shè)置提出了更高要求，特別是對跨徑小于 40 m 的梁式橋，這意味著既有橋梁的防落梁搭接長度相對不足，存在較高的落梁破壞風(fēng)險。
另外，根據(jù)專家在北京設(shè)計的經(jīng)驗在城市立交橋梁中看出，存在以下問題：1) 高墩縱向鋼筋配置不均時，在變截面處加密箍筋，否則會導(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) 和減低地震對橋梁結(jié)構(gòu)的地震需求( 減隔震) 兩方面出發(fā)，來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)時需同時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，隨著建筑工程減震隔震技術(shù)研究不斷深入，我國一些應(yīng)用了減隔震技術(shù)的工程經(jīng)受了汶川，蘆山等地震的實際考驗，保障了人民生命財產(chǎn)安全，產(chǎn)生了良好社會效益。實踐證明，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?？梢娢磥淼目拐鸺庸腾呄?qū)⒅饕獓@減隔震加固技術(shù)展開[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工程即北京的阜成門橋，德勝門橋，安定門橋進(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，德勝門和安定門主要就抗震的參數(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動力計算模型，以順橋向為x軸，橫橋向為y軸，豎向為z軸。主梁、墩柱、單樁采用梁單元模擬，樁周圍采用土彈簧模擬樁土相互作用。全橋計算模型如圖1。
圖1 阜成門橋抗震分析模型
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)計水平加速度反應(yīng)譜如下圖2所示。以設(shè)計反應(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 阜成門橋設(shè)計地震反應(yīng)譜（2008年版抗震細(xì)則）
Fig.2 The earthquake response spectrum of Fuchengmen Bridge
圖3 E1工地震時程 圖4 E2人工地震時程
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 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
活動墩 17 116 51 689
固定墩樁 691 304 1569 1012
活動墩樁 36 247 84 530
E2縱向+豎向 固定墩塑性轉(zhuǎn)鉸 不滿足現(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)過設(shè)計經(jīng)驗總結(jié)，采用減震技術(shù)對整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行抗震加固。即在橋梁兩端的主梁與橋臺之間安裝液態(tài)粘滯阻尼器，通過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)驗在兩側(cè)橋臺各設(shè)置10個阻尼器，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 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
活動墩 18 116 51 689
固定墩樁 20 304 48 1012
活動墩樁 36 247 84 530
E2縱向輸入 固定墩 62 178 508 1080 1
活動墩 62 116 182 689
固定墩樁 260 304 568 1012
活動墩樁 123 247 287 530
另外，注意到應(yīng)用粘滯阻尼器會增加橋臺受力，應(yīng)進(jìn)行復(fù)核驗算。
4.1.4加固方案經(jīng)濟(jì)性及可實施性分析
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)動車道安裝阻尼器施工），因而可操作性強(qiáng)，施工過程可見圖11。
表3 加固方案比較
Table 3 the comparison of strengthen scheme
項目名稱 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；對原承臺進(jìn)行加寬處理，在承臺加寬部分下施工樁基礎(chǔ) 在主梁及橋臺表面安裝阻尼器基座及錨筋
交通影響 二環(huán)主輔路各斷行一個車道 對二環(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 1220萬 760萬
4.2案例二德勝門東橋[5]
4.2.1模型建立
對德勝門原橋進(jìn)行抗震性能評估：結(jié)構(gòu)建模采用三維空間有限元模型，主梁、橋墩采用空間梁單元，橋面板采用均勻布置在主梁上梁單元的，邊跨兩側(cè)在順橋向以及橫橋向采用彈簧單元模擬支座；圖5為德勝門橋有限元模型。
圖5德勝門橋計算模型
Fig.1 The Caculation Model Of Deshengmen Bridge 圖6E2級的地震下頻譜數(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)計細(xì)則JTG/T B02-01―2008》[5]中的阻尼比為0.05的設(shè)計加速度反應(yīng)譜。E1地震下，水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜最大值取為0.19g；E2地震下，水平設(shè)計加速度反應(yīng)譜最大值取為0.59g，如圖6。橋臺前墻應(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，E2地震作用下墩柱將進(jìn)入塑性狀態(tài)，需要對墩柱抗剪及基礎(chǔ)進(jìn)行能力保護(hù)設(shè)計，但現(xiàn)況橋梁不能滿足延性要求。
4.2.3阻尼器優(yōu)化設(shè)計
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)行時程反應(yīng)分析，對阻尼器進(jìn)行優(yōu)化。阻尼器優(yōu)化是布置位置，阻尼器個數(shù)，阻尼系數(shù)和速度指數(shù)等參數(shù)不斷組合優(yōu)化選取的過程，本工程優(yōu)化時速度指數(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)計中主要進(jìn)行布置位置的優(yōu)化和設(shè)計參數(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)對比 圖8加固方案彎矩響應(yīng)對比圖9加固方案相位移響應(yīng)對比
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)合德勝門橋結(jié)構(gòu)形式提出兩種阻尼器布置方案。方案一：橋臺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。對其進(jìn)行地震反應(yīng)對比如上圖7~圖9。
由上圖可見：在橋臺處布置粘滯阻尼器后，分界墩，中墩受力及位移可取得可觀的減震效果， 但在E2地震下，橋臺受力仍較大，仍然需要驗算加強(qiáng)；若在分界墩處布置阻尼器，橋臺受力大幅降低，可無需再加固橋臺，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足要求。見下文。
4.2.3.2設(shè)計參數(shù)優(yōu)化
根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)的實際情況，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墩底剪力是地震控制響應(yīng)。為此，文章選出了幾種設(shè)計方案（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），對關(guān)鍵響應(yīng)進(jìn)行比較分析，對設(shè)計參數(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，阻尼器布置越多對橋梁抗震越是有利，但是造價較高，可實施性也會較差?？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，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，僅以橋臺剪力為例）：
表7橋臺剪力最大值（kN）
Table 7 the maximum shear force of abutment
地震波 原模型時程結(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，滿足了要求。同時通過布置位置及阻尼參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計，其減震率和可實施性得到了良好的保證，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。
4.3案例三安定門東橋 [5]
鑒于安定門的設(shè)計及阻尼器的優(yōu)化方案方法相似，本文不再贅述。主要對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，滿足了要求。
4.4 工程案例現(xiàn)場施工圖
圖10現(xiàn)場施工圖
Fig. 10 Pictures of Site Operation
4.4案例經(jīng)驗總結(jié)
根據(jù)前面的案例，以得到以下經(jīng)驗：
（1）沒有進(jìn)行抗震設(shè)計、或按照77規(guī)范進(jìn)行抗震設(shè)計的現(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)盡快開展抗震加固。
（2）減、隔震加固方法，特別是在墩梁、橋臺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很好的解決方案。
（3）減震加固時，需進(jìn)行阻尼器布置位置及設(shè)計參數(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)件能滿足承載力及正常使用極限狀態(tài)的要求。
當(dāng)然通過上述實例可發(fā)現(xiàn)，采用液體粘滯阻尼器對城市立交橋進(jìn)行減、隔震加固，只要布置位置恰當(dāng)，參數(shù)選擇合理，則無論在墩臺受力方面，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，無論是對交通的影響，或者是施工的復(fù)雜性和時間，還是造價方面也都有較大優(yōu)勢，易于在同類橋梁中推廣應(yīng)用。
5阻尼器在我國應(yīng)用存在的問題及其前景（市場走向）
5.1阻尼器在我國應(yīng)用存在的問題及其前景
近些年來,隨著我國基礎(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。在美國阻尼器的大量應(yīng)用是經(jīng)過十幾年的發(fā)展過程。這是一個從基礎(chǔ)研究到工程鑒定、從大量的試驗到設(shè)計規(guī)范、直到140多個大型工程的應(yīng)用過程。在我國,基礎(chǔ)研究和大量的使用比起來就顯得不足。不少問題有待我們?nèi)ジ倪M(jìn)和提高，例如，缺少相應(yīng)的設(shè)計規(guī)范和阻尼器驗收規(guī)程，減隔震設(shè)備的測試手段和測試規(guī)程欠缺以及阻尼器基本知識的普及等。
5.2抗震阻尼器未來的市場走向
在國際上，阻尼器的應(yīng)用已經(jīng)十分廣泛，迎來了自身發(fā)展的“新紀(jì)元”。國內(nèi)市場前景很好。也正因國內(nèi)市場前景可觀，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，它的低價位成為了主要的市場競爭手段。我們只能面對這種形勢，在阻尼器產(chǎn)品的介紹宣傳和工程實際應(yīng)用上更加努力，提高大家對這種產(chǎn)品的認(rèn)識，并通過自己的國際優(yōu)勢，將世界上最先進(jìn)的理論、最優(yōu)良的產(chǎn)品推廣到國內(nèi)。
總之,近十幾年來,隨著橋梁工程、抗震工程等在我國的發(fā)展,阻尼器在我國土木工程界應(yīng)用越來越廣泛,隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)力度的加大,阻尼器在我國有十分廣闊的應(yīng)用空間。我們已有了一個很好的開始。隨著進(jìn)一步的完善,一定會有更加廣闊的發(fā)展前景。
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