盾构隧道通缝拼装管片上浮的监测研究

盾构隧道管片上浮引起的拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显,并直接影响到工程质量.文章对盾构推进过程中管片上浮进行了现场监测及其结果分析,进而得到上浮发生和发展规律,进一步从盾构工法特性、衬背注浆、盾构姿态及线路走向等影响因素着手,对盾构掘进过程中管片产生上浮的现象、原因进行了分析研究,并提出了控制措施.     

盾构隧道施工阶段管片上浮的力学分析

 盾构隧道衬砌管片在施工阶段处于复杂的受力状态,易出现管片错台、整体上浮等现象。对盾构隧道施工阶段管片注浆段进行受力分析,考虑静态上浮力和动态上浮力,分别分析其作用机制,提出上浮阶段的衬砌环受力模型及计算公式。针对盾构隧道衬砌环在正常设计状态与上浮状态下的受力不同,采用修正惯用法衬砌设计理论分别对其进行内力计算,并将计算结果进行对比分析。结果表明：上浮状态下管片的弯矩值、剪力值和轴力值分别比正常设计状态下的管片内力增加64%,51%和46%,表明隧道上浮对管片受力不利。其中施工阶段动态上浮力对管片的受力影响非常大,超过静态上浮力,必须对其进行合理控制,防止压裂管片。     

盾构隧道通缝拼装管片错台的监测研究

随着盾构法隧道施工技术的发展和众多问题的解决,管片错台引起的管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显.以上海轨道交通二号线西延段盾构隧道工程为背景,对盾构推进过程中管片错台进行现场监测,并对监测数据进行了计算、作图和比较分析,进而得到错台发生和发展规律,以及错台和顶力等因素之间的关系,为消除盾构隧道管片在推进过程中的错台,确保施工精度,提高工程质量提供了依据.     

盾构隧道通缝拼装管片错台的监测研究

随着盾构法隧道施工技术的发展和众多问题的解决,管片错台引起的管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显。以上海轨道交通二号线西延段盾构隧道工程为背景,对盾构推进过程中管片错台进行现场监测,并对监测数据进行了计算、作图和比较分析,进而得到错台发生和发展规律,以及错台和顶力等因素之间的关系,为消除盾构隧道管片在推进过程中的错台,确保施工精度,提高工程质量提供了依据。     

盾构管片接头简化数值模拟方法

由管片组装的盾构隧道衬砌环刚度分布不均,其薄弱环节为管片接头处。管片接头刚度的合理确定对于盾构隧道施工全过程模拟的合理性、地表沉降槽的确定以及土体损失的准确估算至关重要。根据管片接头受力特点及其构造,考虑对管片接头及其附近区域进行刚度修正,而管片其余区域保持原刚度不变,提出管片接头简化数值模拟方法——局部刚度修正法。基于圣维南原理和变刚度梁理论,推导了确定接头刚度的公式,并给出了相关参数的确定方法。结合室内盾构管片接头足尺试验成果,对不同荷载作用下管片接头的变形情况进行了数值模拟及对比分析。研究成果为盾构三维施工全过程的精细化数值模拟分析奠定了基础。     

盾构隧道管片上浮机理分析及控制研究

管片上浮是盾构隧道施工过程中普遍存在的问题。本文针对北京地铁亦庄线盾构隧道施工过程中出现的管片上浮问题,提出了施工、设计过程中控制管片上浮的对策和措施,为盾构隧道的施工和设计提供了参考。     

某盾构隧道工程开挖数值模拟分析

隧道工程是我国公共交通线的重要组成部分,盾构法由于施工速度快、对周边扰动小、安全性较高等原因被广泛应用于隧道工程。通过有限元建模,模拟了盾构隧道开挖全过程的变形情况并通过现场的实测数据对数值模拟的结果进行进一步的验证。研究发现在盾构机掘进完成后,隧道中部管片和地表土体发生沉降,而隧道两端的管片发生上抬,且地表亦产生隆起现象。而将实测数据与数值模拟结果进行对比后发现,在开挖中部,管片变形与地表沉降实测值与数值模拟的结果较为接近,但在开挖隧道两端,管片变形与地表沉降实测值与数值模拟的结果存在一些偏差。     

下穿河流双线盾构隧道管片力学特性数值模拟研究

基于常州市轨道交通2号线一期工程土建施工M2-GC-TJ-04标段下穿京杭运河段,分析下穿河流双线盾构隧道管片力学特性,以指导工程实践.建立有限元二维模型,分析小半径双通道盾构隧道管片内力及变形特性,在此基础上,针对小半径盾构隧道,分析不同上部荷载及注浆压力对管片内力及变形的影响,进一步分析双线开挖对管片变形的影响.     

盾构隧道钢板加固衬砌管片环缝抗剪性能数值模拟研究

盾构隧道环缝相邻管片之间的错台变形,加剧了运营隧道结构所面临的风险。采用外置钢板对已经发生错台变形的环缝处相邻管片进行加固是一种可取的错台变形控制措施。采用有限元数值模拟的方法,建立了盾构隧道管片环缝钢板加固的三维数值分析模型,在此基础上设计并开展了钢板加固管片环缝数值模拟试验。根据数值模拟试验结果,首先分析了外荷载作用下管片接缝错台变形的发展规律,通过螺栓与管片内的应力分布及发展模式解释现象发生的原因;然后,通过对比未加固与钢板加固接缝管片错台变形随荷载增大的发展情况,对该加固方法对错台变形的控制效果进行量化讨论;最后,分析了当接缝发生错台变形时钢板与管片间连接界面的应力分布规律,揭示了加固钢板与管片之间的传力机制,据此对实际盾构隧道加固工程提出指导性建议。     

盾构隧道管片及纵向接头力学性能数值模拟研究

管片接头作为盾构隧道衬砌结构的薄弱部位,其力学行为直接反映隧道结构整体受力性能。考虑到接头由相邻管片连接而成,本文首先选用非线性有限元法对单个管片的静力响应开展研究,并与文献试验结果对比以验证数值模型。借此模型分析了混凝土剪胀角、拉压损伤行为等对管片结构力学行为影响。在此基础上,依托文献中管片纵向接头静载试验,详细地考虑了接头构造及接头处的相互作用,建立相应模型模拟试验加载过程,同时将数值分析结果与实测试验结果的破坏模式对比分析。基于提出的有限元模型,进一步研究了管片纵向接头力学特性随各关键因素变化规律,包括接头外侧间隙、螺栓倾斜角度及伸入管片长度、接缝两侧密封垫弹性模量和厚度,以及螺帽与手孔混凝土间初始接触状态。获得不同工况下接头挠度、接缝变形及接头转角等变化规律。     

软土地铁盾构隧道环缝张开可靠度分析

软土地铁盾构隧道运营后，受各种内外部因素影响，隧道产生较大的不均匀沉降，进而产生不同程度的环缝张开,严重影响运营安全。在综合考虑隧道衬砌几何尺寸、纵向曲率半径及沿隧道纵向抗压抗拉刚度比基础上,同时考虑认识不确定性及随机不确定性，通过区间Monte Carlo抽样模拟计算环缝张开的失效概率区间。讨论了环缝失效概率随不同纵向曲率半径及衬砌环沿隧道纵向不同抗压抗拉刚度比的变化情况，定量化的得到两者在一定失效概率区间下的控制范围。为地铁运营养护决策的制定、优化结构和防水设计提供依据。     

复杂接缝面管片接头的力学性能数值分析

根据武汉长江隧道工程管片接头所具有的复杂接缝结构特点,采用三维非线性有限元方法,对管片混凝土和接头承压衬垫均采用非线性材料性质,对螺栓采用三维实体结构模拟并考虑了螺栓预紧力的作用,对榫头采用三维实体模拟并考虑了接触关系,完成了对管片接头力学特征的分析研究。分析表明,接头弯曲刚度随接头弯矩增大而明显减小,但当弯矩增至一定程度后,接头切线弯曲刚度反有轻微增大;随接头弯矩的增长,端面混凝土最大压应力也相应增大,但当接头弯矩增到一定程度后,接头端面混凝土最大压应力数值趋于稳定不变;随接头正弯矩增大,弯螺栓拉应力将有明显提高,而随接头负弯矩增大,弯螺栓拉应力将会有所衰减。研究结论可供类似盾构隧道工程参考。     

盾构隧道管片设计参数的灵敏度分析

在我国目前的工程实际应用中 ,盾构隧道的设计多采用将管片考虑为均匀刚度的环来进行结构计算。由于国内目前尚无统一的盾构隧道设计规范 ,无论在荷载条件还是结构模型的取值中均存在一定的随意性。针对这一现状 ,本文对设计中的关键参数进行了灵敏度分析 ,明确了围岩条件、结构条件对设计计算结果的影响 ,提出了设计取值的一些原则     

软土地区盾构法隧道施工三维数值模拟

本文采用三维有限元方法,考虑软土的固结作用和隧道开挖与周边建筑物变形的相互作用,对隧道施工的全过程进行数值模拟,分析盾构法隧道施工对周边建筑物的影响。数值计算结果表明:在考虑流固耦合的条件下,盾构法隧道开挖时3~4倍洞径范围内的土体变形可能会超过土体位移的规范规定值,施工中应加强该距离范围内的土体和周边建筑物的监测;盾构法仅对开挖掌子面处附近局部区域的孔隙水压力有影响,说明软土地区盾构法隧道施工对地下水的扰动很小;通过监测数据与计算值的对比分析可以得出,典型监测点的变形规律与监测规律相同,说明在工程条件相似的软土地区采用数值模拟对盾构法隧道施工进行预测和仿真分析是可行的,具有一定的工程参考价值。     

盾构隧道管片接头三维有限元分析

钢筋混凝土管片作为盾构隧道最基本的结构单元,其承载力影响管片环的整体性能。接头对管片环有削弱作用,使得对接头力学行为的分析显得尤为重要。通过对盾构隧道管片接头进行精细的三维有限元分析,得到接头的极限荷载及极限荷载下的应力、裂缝分布。研究发现,正弯矩作用下的接头强度取决于接头的局部强度;接头极大降低了管片环的整体承载能力;螺栓等连接件与管片混凝土之间的强度匹配也影响了管片接头强度。     

盾构隧道已开裂管片的受力变形特性

结合广州地铁某已运营的盾构区间隧道现状,通过采用三维Goodman单元来模拟管片已存在的裂缝,对盾构区间隧道已开裂管片的裂缝深度变化对管片结构造成的影响进行了分析,同时也对侧向土压力、地基弹簧系数以及地下水位等几种重要因素对管片受力变形特性的影响进行了评估。研究表明,随着裂缝深度的增加,管片砼的拉应力、压应力虽然达到最大值,但变化幅度并不大。但当裂缝接近径向贯通的时候,钢筋的拉应力值会大大增加,有可能超过允许值。同时,在盾构管片存在既有裂缝的情况下,盾构管片的最大拉应力值、水平和竖向收敛值、竖向沉降值均随侧向土压力系数、地基弹簧系数的减少而增大,同时随地下水位埋深的增大而增大。根据研究结果,对该区间隧道盾构隧道的裂缝等病害采取了针对性修复措施,目前无新的裂缝出现,总体处于稳定及安全的状态。     

海底盾构隧道管片上浮分析及控制研究

为研究海底盾构隧道中管片的上浮机理及控制方法,以厦门地铁2号线海底盾构段为依托,采用数值模拟方法,首先分析注浆压力、初凝时间等对管片上浮量的影响,并提出相应的上浮控制措施;然后,建立三维管片模型,对注浆压力作用下,上浮量和管片错动及螺栓的内力进行分析计算;最后,结合现场实测数据予以分析。结果表明:注浆压力越大,管片底部上浮量越大;软土与硬土条件下相比,管片上浮量下降43.8%;沿管片周边不同部位设置不同的注浆压力,提高浆液早期刚度,能显著降低管片上浮量,注浆材料的刚度比E1/E28从0.6提高到0.8时,管片上浮量降低37.99%,最大弯矩降低43.27%;结合实测土压力与计算值表明,基于黏弹塑性流变模型(shotcrete混凝土本构)的海底盾构隧道模拟方法,能较合理地预测管片外土压力主要区段的量值和衰减规律。研究成果可为管片结构设计提供更加合理的依据。     

隧道壁后注浆体的探地雷达探测模拟试验研究

针对现阶段软土盾构隧道壁后注浆施工过程中存在的问题,通过对隧道管片后的探地雷达探测目标体的模拟试验研究,充分展示了隧道壁后充填“探测对象”时电磁波的传播规律。结合室内实体管片壁后注浆体和砂层的探地雷达无损探测模拟试验的研究成果,和基于射线追踪原理的GPR数据二维正演结果,对隧道壁后注浆体的分布形态进行了准确的识别。结果表明：隧道壁后注浆材料的期龄,分布形态对GPR探测的剖面图具有显著的影响。试验对探地雷达准确探测和解释盾构隧道盾尾壁后注浆效果具有十分重要的作用。