盾构隧道衬砌设计中几个问题的研究

文中讨论了目前用于软土盾构隧道衬砌设计的多种荷载结构模型及其适用条件 ;对盾构隧道衬砌设计中荷载取值、几何参数、土层力学参数等进行了分析 ,从而得出了一些有助于盾构隧道衬砌设计的建议     

盾构隧道衬砌设计中几个问题的研究

文中讨论了目前用于软土盾构隧道衬砌设计的多种荷载结构模型及其适用条件；对盾构隧道衬砌设计中荷载取值、几何参数、土层力学参数等进行了分析，从而得出了一些有助于盾构隧道衬砌设计的建议。     

软土盾构法隧道设计与施工的最新研究进展

本文在总结国内外软土盾构法隧道衬砌设计与施工技术的研究现状及最新进展的基础上 ,指出了我国目前盾构法隧道衬砌设计与施工中存在的若干问题,,提出并论证了目前在软土盾构法隧道衬砌设计与施工中急待解决的研究课题     

隧道衬砌温度应力的有限元分析

大温差变化对隧道衬砌受力的影响是隧道计算与设计中的一个问题。以武夷山隧道衬砌为例,考虑温度荷载影响,采用有限元法对隧道衬砌结构的变形和受力进行了计算分析,得到了温度应力影响下隧道衬砌和围岩的变形和受力一些规律,此结论可为考虑温度应力影响下隧道衬砌设计与施工提供一定参考价值。     

软土盾构法隧道设计与施工的最新研究进展

本文在总结国内外软土盾构法隧道衬砌设计与施工技术的研究现状及最新进展的基础上,指出了我国目前盾构法隧道衬施工中存在的若干问题,提出并论证了目前在软土盾构法隧道衬砌设计与施工中急待解决的研究课题。     

黄土连拱隧道二次衬砌的结构分析与监测研究

大跨连拱隧道受结构和跨度的影响,其初期支护与二次衬砌各自承受不同的围岩压力。通过数值计算和现场监测分析表明,二次衬砌所受荷载很大,在初期支护和二次衬砌间存在不均匀压力,二次衬砌也是隧道的主要承载结构。二次衬砌所受荷载大小与其施筑时间有很大的关系,在设计和施工中要合理掌握二次衬砌所承担的荷载比例和以及施筑时间。     

列车振动荷载作用下管片接缝对盾构隧道衬砌结构与周围软土地层动力响应影响研究

 为探究盾构隧道管片接缝对于隧道结构及周围软土地层的动力响应的影响,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,借助2种不同的盾构隧道模型--忽略接缝的均质圆环模型与考虑接缝效应的管片衬砌拼装模型,以频域分析为基础,模拟计算列车振动荷载全频域内隧道衬砌结构及周围软土地层的频率响应函数,分析在不同频率荷载作用下衬砌结构的内力分布规律。研究结果表明：在列车振动荷载作用的频域区间内,隧道结构和软土地层的竖向加速度响应均呈现出随频率升高而增强的趋势,在低频段(0～60 Hz)增长迅速,中高频段(60 Hz以上)则增速放缓;管片接缝的存在使隧道结构的动力响应明显降低,最高幅值可达10 dB,但影响范围主要集中于40～200 Hz的中高频率荷载区段;管片接缝对软土地层的动力响应也具有一定的影响,但影响程度远小于隧道结构本身;管片内力主要集中于施加振动荷载的拱底附近,接缝对管片环所受轴力有较为明显的影响,而对结构所受弯矩影响较小。从模型试验与数值模拟计算结果可以看出,考虑列车振动荷载作用下隧道衬砌结构的动力响应时,应充分注意管片接缝的影响。     

软土地区既有盾构公路隧道结构损伤成因和表征

随着大量软土地区盾构公路隧道投入运营,隧道结构的损伤问题逐渐显现。介绍了设计、施工、隧道管片生产等因素导致的隧道结构早期性能损伤。同时研究了运营期特殊荷载(加载、卸载、地震、火灾、爆炸、水灾等)导致的隧道结构突发损伤、长期行为引起隧道结构耐久性不足和隧道结构变形等产生的损伤。最后指出盾构隧道结构的病害损伤主要表征在混凝土衬砌、连接螺栓、衬砌接头和路面结构等方面。     

隧道湿喷衬砌施工质量控制技术研究

隧道湿喷射施工质量控制技术和控制质量直接关系到衬砌结构的承载能力、刚度及荷载稳定性,在隧道衬砌施工过程中必须予以重视。本文以隧道衬砌施工控制为研究对象,从不同角度提出了具体的衬砌控制技术措施和建议,拟提高现有的衬砌结构施工质量水平。     

分岔隧道大拱段衬砌结构受力分析

大拱隧道受结构和跨度的影响,其初期支护与二次衬砌各自承受不同的围岩压力。给出了大拱隧道的荷载计算方法,并以某高速公路隧道为例,按荷载结构法分析计算了衬砌内力。计算分析表明,初次衬砌所受荷载比二次衬砌大得多,所以初次衬砌是主要承载结构。分析方法对类似隧道衬砌设计具有参考意义。     

Evaluation of the load on shield tunnel lining in gravel

It is important to evaluate accurately the load acting on a shield tunnel lining to facilitate its economical and rational design. In Japan, the load calculated by Terzaghi's formula, or overburden load, is generally adopted for the design of tunnel segments. However, some previous field measurements have shown that the actual load acting on the shield tunnel lining could be much smaller than that adopted for the design in the case of good ground conditions. In this study, field measurements at two shield tunnel construction sites in gravel were carried out, and the load acting on the shield tunnel lining was evaluated by analyzing the field data to establish the rational design of the shield tunnel segments. The method of treating the dead load of segments in the design was also investigated.     

复杂地质条件下大埋深隧洞衬砌与围岩协同作用#br# 物理模型试验研究

围岩-支护协同作用是地下工程支护结构设计的核心问题,关乎着地下工程建设的成败。为揭示深埋隧洞围岩与支护结构协同作用机理,以滇中引水最大埋深约1512m的香炉山隧洞为研究背景工程,首次开展复杂地质条件下深埋隧洞衬砌与围岩协同作用真三维地质力学模型试验,真实再现隧洞开挖与支护的施工全过程。模型试验研究表明：1）不同地质条件下隧洞围岩的应力释放过程不同,硬岩隧洞围岩应力释放速率先慢后快,软岩隧洞应力释放速率先快后慢;2）不同地质条件下隧洞衬砌与围岩接触压力的分布形式不同,硬岩隧洞最大接触压力位于拱肩,软岩隧洞最大接触压力位于拱顶;3）衬砌与围岩协同作用包括两种应力释放机制、3个施工阶段和4种承载状态;4）不同地质条件下隧洞衬砌施作后围岩和衬砌承担的荷载比例不同,硬岩隧洞围岩平均承担约85%的荷载,衬砌约承担15%的荷载,软岩隧洞围岩平均承担约25%的荷载,衬砌承担约75%的荷载。     

盾构隧道双层衬砌横向力学结构参数优化研究

随着水下盾构隧道建设及运营环境日益复杂,安全要求日益提高,盾构隧道双层衬砌有望在工程中得到较为广泛的应用。本文依托武汉轨道交通8号线越江隧道工程,采用双层衬砌盾构隧道三维壳—弹簧力学分析模型,研究了不同工况下二次衬砌强度及厚度对双层衬砌内力及变形的影响,并对二次衬砌是否应当配筋的问题进行了探讨。研究结果表明:二次衬砌强度变化对管片衬砌结构内力影响甚微,但二次衬砌弯矩量值略有提高,同时通过提高二次衬砌强度来抑制隧道竖向变形的效果不明显,考虑到工程造价问题,二次衬砌强度不宜过高,取C40为宜;二次衬砌厚度增加对管片横向内力影响甚微,但对其结构受力有不利影响,综合考虑隧道运营期火灾以及列车撞击等因素,二次衬砌厚度取30~40 cm为宜;在外荷载增大情况下,二次衬砌拉应力量值显著增加,超过混凝土规范容许拉应力值,因此,实际工程中建议对二次衬砌进行配筋设计。研究结论可为盾构隧道双层衬砌的设计及施工提供有益的借鉴。     

乌鞘岭隧道F4断层区段二次衬砌安全性分析

掌握二次衬砌结构受力的规律,确定隧道衬砌安全性,在F4断层主带和影响带进行了初期支护与二次衬砌间接触压力监控量测,并利用量测结果对实测荷载下二衬的安全性进行了分析,以指导隧道的设计和施工。     

软土隧道纵向剪切传递效应的三维数值模拟分析

采用三维空间模型对软弱地层中隧道衬砌结构进行数值模拟分析计算，针对隧道施工及使用阶段可能遇到的荷载及变形作用两类典型受荷状态，对比分析了这两种作用、不同作用方式下，隧道纵向剪切传递规律及其对纵横向内力的影响。找到了隧道纵向小均匀变形引起的纵向剪切传递的机理以及变形不同区段的隧道横向变形受力特征，证实了纵向剪切传递是导致隧道横向内力变化的关键因素，得到了纵向剪切传递对隧道横向结构及接头变形的抑制作用以及与隧道横断而最大附加内力的线性相关性、与隧道原始内力正负叠加效应等重要结沦，对隧道横向设计中考虑纵向变形的影响具有重要参考价值。     

海底隧道复合衬砌水压力分布规律及合理注浆加固圈参数研究

 与普通山岭隧道不同,海底隧道深埋于海床之下,地下水的处理是其修建过程中的关键问题,而隧道渗水量控制及衬砌结构水荷载确定又是地下水处理的核心问题。采用“堵水限排”的设计理念,设计海底隧道复合衬砌结构防排水系统,可以实现以较小的排放量明显折减甚至消除作用在支护结构上的外水压力,使海底隧道衬砌结构设计更经济。基于地下水水力学理论,推导海底隧道渗水量和复合衬砌结构外水压力的计算方法,并结合厦门海底隧道工程实践,采用理论分析和数值模拟方法揭示初期支护、二次衬砌以及注浆加固圈等参数的变化对隧道渗水量和衬砌外水压力的影响规律。在此基础上,提出海底隧道复合衬砌合理注浆加固圈参数的确定方法,并在厦门翔安海底隧道穿越F4风化深槽的合理注浆加固圈参数设计中取得成功应用。研究结果可为海底隧道或富水区高水头山岭隧道工程的防排水系统设计提供借鉴和参考。     

大直径越江盾构隧道结构受力现场实测分析

以南京地铁3号线越江隧道为依托,通过对大直径越江盾构隧道3环管片周边荷载、钢筋应力进行监测,并对实测数据进行统计分析,探讨越江盾构隧道施工期以及施工后一段时间,盾构隧道荷载、受力变化特征,并根据现场实测应力计算盾构管片内力,采用修正惯用法和梁-弹簧法计算隧道衬砌内力,并与实测值进行比较。研究结果表明:盾构掘进过程会引起管片周边土体的扰动,管片壁后注浆及施工期的临时荷载会影响管片周边土压力分布及大小;管片内外侧钢筋应力变化规律与实测土压力变化趋势基本一致,管片实测应力开始趋于稳定时间相比实测土压力较短;梁-弹簧法计算管片内力与实测反算结果更吻合,实测反算轴力是计算轴力的2倍左右。研究成果可为大直径盾构越江隧道管片设计、施工提供参考。     

公路隧道偏压效应与衬砌裂缝的研究

衬砌裂缝是公路隧道施工中常见的病害之一。结合三公菁隧道各项监控量测数据和隧道实际地质情况,对裂缝产生的各种原因及其发展变化从力学角度进行正、反演分析和归纳。讨论了隧道设计规范的适用范围,并与实测及反演方法进行比较,同时提出了合理的设计施工方案。实例分析了某断面二次衬砌内力状况,并进行强度校核以解释其裂缝成因。经综合分析及力学计算,存在较大偏压是隧道衬砌产生裂缝的主要原因。最后,提出了综合处理隧道裂缝的具体措施,方案实施后,其效果令人满意。     

膨胀岩土地层环状膨胀对盾构隧道衬砌荷载的影响

为了获得膨胀岩土地层环状膨胀产生的膨胀荷载对于盾构隧道衬砌结构内力的影响规律,从理论上推导了岩土环状膨胀引起的附加荷载计算公式, 并利用有限元分析软件ANSYS,建立了膨胀地层隧道模型并进行数值模拟。结合数值分析方法,研究了不同膨胀圈厚度情况下,地层环状膨胀对衬砌结构接触压力增量的影响。研究结果表明,膨胀荷载与岩土膨胀力大小、应力水平、地层抗力、膨胀后岩土的物性参数等因素有关,因环状岩土膨胀引起的衬砌压力增加值小于室内测得的岩土膨胀力;衬砌径向压力增加值与衬砌和深部围岩刚度、膨胀圈厚度成正相关关系;衬砌压力的增加值主要体现在结构轴力上,这对结构受力是有利的,从而轴力成了该结构设计的控制因素。研究成果为盾构隧道结构设计膨胀荷载的取值提供了依据。