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如何验证某铁路隧道支护设计

2024-10-23 17:34:41

当涉及复杂地形的隧道支护设计时,仅凭经验方法往往是不够的。我们的岩土工程软件RS2可用于数值分析,以评估和优化经验支护设计并确保隧道稳定性。

该数值分析提供了确保设计安全有效所需的关键验证,这对于雅加达-万隆高速铁路上的7号隧道来说是必需的。研究人员希望确认他们提出的支撑设计在现实条件下(包括地震活动)是否有效。

在这里,我们将介绍如何使用RS2来评估该隧道的支撑设计。

地质环境 

雅加达至万隆高铁7号隧道穿越西爪哇省西万隆县的多种地质构造。主要地层包括较古老的火山产物、Cantayan地层的砂岩以及Jatiluhur地层的泥灰岩和石英砂岩。现场调查还发现了火山角砾岩、火山角砾岩、粉砂岩、砂岩和粘土岩。

研究挑战 

由于隧道所穿过的地层机械性能差异很大,因此需要适应性强的支护设计。研究人员旨在利用数值分析来验证和优化拟议的7号隧道支撑系统。隧道沿线岩体质量也发生变化,因此支护系统需要有效应对这些变化。   
由于该地区地震活动频繁,支撑设计需要在动态载荷下进行测试。经验方法提供了初始设计,但没有详细的应力和变形分析,需要数值建模来进行验证和优化。

解决方案 

研究团队采用我们强大的有限元分析软件RS2来准确评估应力分布、变形以及RMR和Q系统支撑方法在静态和地震条件下的有效性。借助该软件,研究人员可以:

模拟真实的岩土条件:RS2允许团队合并详细的地质数据,包括来自现场和实验室测试的岩体评级和属性。这种真实的建模对于理解隧道在地震等各种条件下的表现至关重要(见图1)。

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图1 在Q系统支持下,在RS2中对隧道1区进行了数值分析。©IOP出版

       

 

模拟复杂场景:团队可以对无支撑和支撑隧道条件进行模拟建模,然后评估不同支撑设计的性能。这包括有和没有地震的情况。

评估应力重分布和变形:使用RS2,可以可视化隧道周围的应力重新分布和变形模式,这有助于识别潜在的失效区域并优化支撑系统。   

优化支撑设计:通过比较基于RMR和Q系统的设计的性能,RS2帮助微调支撑参数,例如锚杆长度和间距、喷射混凝土厚度和衬砌要求。该软件的详细输出指导选择最有效的支撑配置。

提高安全性和效率:RS2的模拟提供了见解,确保最终的支撑设计能够解决隧道的岩土工程挑战。研究人员可以通过防止过度设计来提高安全性并可能降低建筑成本。

结果 

使用RS2,该团队取得了重大发现:

位移减少:与无支撑条件相比,基于RMR的支撑系统将总位移减少高达99%。Q系统设计也表现良好,只是效率稍差一些。

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图2 在RS2中针对基于RMR的支持系统进行数值建模分析的示例。©IOP出版

屈服单元:RMR 支持系统将屈服单元减少高达 80%,而 Q 系统则减少高达 77%。
抗震性能:两个系统都提高了地震荷载下的稳定性,但RMR系统在最大限度地减少地震期间的位移和屈服元素方面表现最好。请参阅下表1,了解作者的完整数值分析结果。   
表1 发生和未发生地震时两种支撑系统的数值分析结果。©IOP出版

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使用RS2进行抗震隧道支护设计 

岩土工程师可以依靠RS2来获得全面的支撑设计解决方案。雅加达-万隆高速铁路研究展示了该软件如何用于隧道支撑系统,特别是在复杂的地质条件下。它准确地验证了经验设计,并确认所提出的支撑系统将保持隧道稳定性。
地震多发地区的未来城市隧道项目可以使用RS2设计适合特定岩石类型的支撑系统,这些系统在地震事件期间将保持稳定和安全。

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