盾构隧道管片衬砌的平板壳-接缝元-地基系统模型研究

基于Mindlin平板理论及钢筋混凝土分层组合式模型,提出了平板壳-接缝元-地基系统模型.模型以所构造的接缝元模拟管片衬砌间力的传递,可体现管片中钢筋、接缝处各种构造对衬砌结构力学性能的影响.模型在对管片接缝的模拟中以较容易确定的止水、衬垫、螺栓和混凝土等材料的力学及几何指标替代了传统方法中不易确定的接缝刚度指标,可更...     

盾构隧道管片接头衬砌系统的两种受力设计模型

本文在文献（１）的基础上，详细讨论了梁一弹簧连续模型与梁－接头不连续模型，比较了这两种结构模型的平板管片接头加载条件下的理论解，以及圆形衬砌管片接头构造在一定外力作用下的接头剪力和转动角位移，并采用梁－接头不连续模型模拟了接头的非线性转动效应，结果表明，由这两种模型计算得到了接头部位的内力和变形具有明显不同的表现形式，为模拟管片环在纵向上的错缝拼装方式的整个系统的受力加强作用还引入了纵向剪切接头无     

基于接头抗弯刚度非线性的壳-弹簧-接触-地层模型的建立

管片接头抗弯刚度与接头处所受弯矩和轴力相关,具有明显的非线性特性,导致隧道整体力学机理变得复杂。通过计算发现,接头抗弯刚度对结构内力有较大影响。因此,建立壳-弹簧-接触-地层模型,其中接头抗弯刚度根据接头处的受力情况调整,反复迭代计算得到衬砌的真实受力状态,简称迭代模型。通过大比例尺室内试验对模型计算结果进行了验证,然后采用该模型对狮子洋隧道复合地层中衬砌受力进行了计算分析,并与接头抗弯刚度恒定模型（简称恒定模型）进行了对比研究。结果表明：相对于恒定模型,迭代模型的刚度取值与模型实验更为接近,因此得到的结果也更为可靠;对于复合地层而言,恒定模型与迭代模型所得结果差别较大,且该差异随着软弱层厚度与隧道直径比值的增大呈增加趋势;当盾构隧道结构所处岩层较均匀时,全环各个位置处接头刚度值差别不大,此时若输入适当的接头刚度值,恒定模型也可以得到较为准确的计算结果。     

大断面越江盾构隧道管片拼装方式对结构内力的影响效应研究

大断面越江隧道管片拼装方式对结构内力的影响一直引人关注,由于拼装方式的不同将引起管片结构内力的分布与量值的变化。鉴于此,该文对圆形盾构隧道管片拼装效应的产生机理进行了理论分析,着重探讨了纵向相互作用力对管片环向内力的影响,随后以南京长江隧道为工程背景,对其管片在通缝与错缝拼装条件下结构环向内力分布及错缝拼装下目标管片内力沿圆周及幅宽方向的内力分布规律开展了原型试验研究。结果表明,由于环间的相互作用效应,使错缝结构局部区域弯矩呈现出加强的效果。在纵向螺栓作用区域,管片环向弯矩增幅、轴力降幅较大。沿管片幅宽方向,正弯矩呈“凹”型分布,负弯矩呈“凸”型分布,轴力呈“凸”型分布。该研究结果可为大断面水下盾构隧道的设计、施工和相关研究提供重要参考。     

既有盾构隧道管片衬砌结构病害、成因研究

针对既有盾构隧道管片衬砌结构的主要病害及其成因开展研究。首先，通过调研和查阅相关文献，了解、总结、分析既有盾构隧道管片衬砌结构的病害发生条件、发展过程及对盾构隧道功能的危害。其次针对不同工程水文地质条件、不同使用功能、不同隧道规模等主要因素，并综合施工工艺流程、营运环境等具体因素，分别对盾构隧道管片衬砌结构病害的成因进行分析、总结。综合分析得出盾构隧道管片衬砌结构的主要病害有很多，包括衬砌结构错台、渗漏水、衬砌结构破损与开裂、材料劣化、纵向不均匀沉降等。最后对主要病害的成因进行了透彻的分析、研究。该研究对今后盾构隧道的修建及养护有很大的作用。     

盾构隧道管片扭转原因分析及应对措施

在盾构法隧道施工中,由于受刀盘扭矩的影响,拼装成型的管片会产生一定角度的扭转,通过北京市南水北调配套南干渠工程盾构施工实例,对部分地段管片扭转产生的原因进行了分析,提出了应对管片扭转的一些措施,对今后类似工程提供一定的借鉴。     

地铁盾构隧道管片防水技术措施探索

本文通过结合某地铁盾构隧道施工实例,针对该隧道管片施工环节,提出采取可行的防水技术措施,从管片安装、管片自防水、环形间隙注浆体作为隧道防水的加强层等措施分别探讨管片防水的实现,旨在能为同类工程提供有价值的参考。     

电力盾构隧道管片设计影响因素分析

目前国内地下管线采用盾构法施工的相关经验较少,设计计算中仍存在许多问题.本文依托北京市某送电工程,针对电力隧道管片的计算方法、拼装方式、荷载计算进行研究,并在此基础上比较分析了土层参数的取值对管片结构受力的影响,从而提出了一些相应的设计原则.     

考虑剪切作用的盾构隧道管片接头力学模型研究

目前使用较广泛的盾构隧道管片接头研究模型往往视切向为刚性,大多考虑了轴力与弯矩的共同作用而忽视了剪力作用。然而剪切力可能会使接头位置发生剪切位移,严重时可能引起管片剪切破坏、隧道错台等。该文将轴向、切向和转动三个方向的位移作为已知荷载,分别推导接头区域内螺栓与混凝土结构的刚度矩阵,然后对刚度矩阵进行合成,得到管片接头考虑剪切时的力学模型。并以狮子洋盾构隧道工程为依托,对比了有限元法与该模型的计算结果。研究表明,模型与有限元法计算的结果规律相同,两者具有较好的一致性。该文建立的模型考虑了轴向、剪切及弯曲三个方向上荷载的耦合作用,使之更符合接头的实际情况。研究成果对补充管片接头力学模型有一定参考价值。     

盾构隧道管片纵缝错台的影响分析

采用有限元软件ABAQUS建立存在10mm既有纵缝错台的盾构管片与螺栓的三维非连续-接触计算模型,分析错台对管片的影响,并与现场实测值进行对比分析。研究结果显示：管片错台使错台拼装块与邻近拼装块之间产生附加的接触压力。由于错台发生在管片环中的具体位置不同,轴力值最小增加幅度为101%,最大增加幅度为281%;弯矩值最小增加幅度为78%,最大增加幅度为275%。相对于无既有错台工况,受既有错台影响,盾构管片两侧拱腰的弯矩值均有所减小。采用正常使用极限状态方法计算得出管片在错台附近的最大裂缝宽度为0.21mm。通过模拟计算与现场实测数据可以得出：盾构管片错台会引起局部管片内力增大以及破损,在盾构施工与设计工作中应当引起足够的重视。     

盾构隧道衬砌整环力学机理模型

目前未见有普遍适用的理论公式来表征盾构隧道衬砌结构参数的内在联系。该文首先提出了用“代表性区段”体现整环结构弯曲刚度特征的思想,然后建立了通缝和错缝条件下管片环拼装力学机理模型,接着运用力学模型推导出弯曲刚度有效率和弯矩提高率等参数的取值公式和相互关系式,最后验证了公式的正确性。研究表明：力学模型能够推导出弯曲刚度有效率、管片体弯矩提高率、管片接头弯矩减少率、衬砌结构参数之间的关系公式;管片接头弯矩减小率未必等于管片体弯矩提高率,表明传统采用单一弯矩提高率值的做法不够科学;匀质圆环法还能给出环间接头径向最大剪力取值,并且其结果较为可靠;参数取值公式中有两个重要的中间参数,与环向相对刚度和径向相对刚度具有相似性,应予重视。参数取值理论公式的提出,对揭示盾构隧道整环拼装内在力学本质有着重要价值。     

盾构隧道衬砌结构性能演化分析与思考

在中国交通强国战略背景下,特长、超大、超深、高密度的盾构隧道工程建设逐年增多,对隧道衬砌结构的力学性能和耐久性都提出了更高要求.该文在广泛调研国内外文献的基础上,系统总结了传统的盾构隧道结构设计理论与方法与发展趋势,深入探讨了盾构隧道结构力学性能与耐久性研究的现状和不足,并对目前盾构隧道结构性能检测技术和评价方法进行了...     

盾构隧道衬砌结构应力与变形的三维数值模拟与模型试验研究

结合广州地铁三号线盾构隧道工程实例,提出钢筋混凝土衬砌结构三维非线性有限元计算模型,应用非线性有限元程序ANSYS分析了上部和周围土体荷载作用下衬砌的应力场与变形情况.结构计算模型采用三维实体单元,考虑了衬砌与周围土体的共同作用、土体和钢筋混凝土材料的非线性性质,通过模型刚度折减考虑了管片接头的不连续性对衬砌应力和变形性质的影响.为验证数值分析结果,进行了衬砌结构的相似模型试验.给出了衬砌结构的应力场、应变场、结构整体位移以及裂纹的分布图.     

大断面盾构隧道管片接头抗弯力学模型研究

针对大断面盾构隧道复杂接缝面管片接头特点,考虑其接缝面细部构造、混凝土及传力衬垫的非线性力学特性、接缝面荷载传递特性以及接头螺栓预紧作用等因素的影响,建立了能够表征管片接缝面混凝土开裂与压碎、螺栓屈服以及接头破坏的管片接头抗弯力学模型,并结合管片接头抗弯足尺试验对大断面盾构隧道管片接头的抗弯性能进行对比分析。研究结果表明：弯矩较小时接缝面最大张开量增长较缓慢,当弯矩超过一定量值后,接缝面最大张开量显著增长;接缝张开高度超过螺栓位置而使螺栓受拉后,张开高度随弯矩增长幅度逐渐减小并趋于稳定值;负弯时接缝面的张开时机及螺栓的受力时机晚于正弯;轴力越大,接缝面的张开时机越晚,同等大小弯矩条件下张开高度的越小;管片接头抗弯刚度随弯矩增长总体呈非线性减小特点,轴力对于抗弯刚度的保持有益,轴力越大接缝面的抗弯能力越持久。研究结果可为大断面盾构隧道管片接头的设计提供指导与参考。     

盾构隧道新型分布榫式管片结构的局部原型试验研究

大直径盾构隧道在穿越复杂地层或水下环境时,环间常设置加强措施以控制环间错动与张开变形.为探明环间设置分布式凹凸榫的新型分布榫式管片结构力学特性与破坏机理,针对佛莞城际狮子洋隧道所采用的环间分布四榫式原型管片,开展了考虑相邻环错缝拼装组合的局部原型试验,详述了结构变形、环缝错台、接缝张开的变化规律与特征,对裂缝发展规律与...     

软土地铁盾构隧道垂向随机振动分析模型

针对我国地铁盾构隧道与长枕埋入式整体道床的常用形式, 基于车辆-轨道耦合动力学理论, 并通过引入软土动刚度与应变的非线性关系表达式, 建立了软土地铁盾构隧道垂向随机振动分析模型, 用以研究非线性变化的软土动刚度对地铁盾构隧道随机振动的影响规律. 研究结果表明：当软土动刚度随应变频响非线性变化时, 盾构隧道随机振动在10Hz以上的中高频段呈下降趋势, 与此同时10Hz以下隧道低频振动不降反升, 其上升幅度明显高于隧道中高频振动的下降幅度;此外, 从地基反力幅频曲线的变化来看, 非线性变化的软土动刚度既影响地基反力频域幅值大小, 还会导致反力幅值在频域内的重分布, 特别是10Hz以下的低频段.     

盾构在掘进过程中的力学分析与载荷预估

该文分析了盾构在掘进过程中的总载荷,将其分为基准载荷与掘进载荷,提出一种基于力学分析的可有效描述地质参数、操作参数及结构参数影响规律的盾构载荷计算方法。在计算掘进载荷时,建立了反映盾构刀盘与土体在掘进界面上耦合作用的刀盘接触载荷近似计算模型。通过天津地铁工程的载荷实测数据与基于该文提出方法得到的载荷计算结果比对表明:该方法可用于估算盾构掘进过程中的总载荷,并可用于近似描述地质条件、操作状态及刀盘结构等重要工程参数对载荷的影响,为盾构设计及施工提供了一种可行的工程载荷计算手段。