大断面类矩形盾构隧道管片接头极限抗剪切#br# 承载力试验研究

类矩形盾构隧道具有断面利用率大、覆土浅、施工成本低等优点,在城市高密度区域具有广泛的应用前景。相较于广泛使用的圆形隧道,类矩形隧道由于自身成拱效应较差,隧道肩部接头结构易产生较大的剪切荷载,有必要对接头的剪切性能进行研究。文章以某大断面类矩形盾构隧道为原型,以混凝土管片接头为试验对象,采用足尺试验方法对其抗剪切性能进行研究,归纳宏观破坏现象,获得了剪轴比（接头剪力/轴力）-相对错台量关系等整体力学响应特性,得到了剪力-螺栓应变曲线和剪力-混凝土表面应变等局部力学响应特性,并引入数字照相分析技术（DIC）对接头结构的开裂破坏全过程进行记录,分析剪切裂缝的扩展规律,最后对结构的抗剪承载性能进行评价。基于试验数据总结了管片错台随剪轴比的“四阶段”变化规律：克服摩擦阶段（剪轴比小于0.4）、间隙闭合阶段（剪轴比为0.4~0.75）、抗剪强化阶段（剪轴比为0.75~2.76）、屈服破坏阶段（剪轴比大于2.76）。试验结果表明,剪切荷载作用下该断面形式的大断面类矩形盾构隧道接头抗剪切屈服剪轴比为2.76,具有较好的抗剪切承载性能。研究成果可以为类似类矩形盾构隧道工程提供理论支撑和技术参考。     

矩形盾构管片接头抗剪试验研究

某一大型隧道拟采用矩形盾构施工,其管片接头处除弯矩和轴力外,剪力作用也不容忽视。通过对2组管片接头的现场抗剪试验研究,验证其抗剪承载能力。研究了矩形盾构接头在复合抗剪、考虑安装误差、凹凸榫单独抗剪3种工况下的性能,具有一定的指导意义。     

盾构隧道管片接头抗弯承载力计算模型研究

盾构隧道管片接头承载力的计算是管片设计和服役性能评估的重要部分和关键部分,针对形式相同而细部构造不同的管片接头,提出一套适用于其抗弯承载力计算的理论方法十分重要。鉴于此,文章基于接缝面的不连续特征将接缝面进行适当分区,建立盾构隧道管片接头抗弯承载力计算模型,并给出对应的求解算法。将理论模型的计算结果与接头足尺试验结果进行对比分析,验证理论模型的正确性,然后采用该计算模型对管片接头抗弯承载力进行分析与讨论。结果表明：管片接头抗弯承载力曲线具有明显的非线性特征,随着轴力的增大,接头极限弯矩呈先增大后减小的趋势。混凝土强度对于接头抗弯承载力的影响较为显著,而螺栓强度和螺栓直径对于接头抗弯承载力的影响程度受轴力控制,轴力较小时,上述两参数的增大对于接头抗弯承载力的提升效果明显,轴力较大时效果逐渐减弱,当轴力高于某一阈值后,螺栓对于接头抗弯承载力无影响。文章所提出的抗弯承载力计算模型与研究结果以期为盾构隧道结构设计、试验和性能评估提供重要参考。     

盾构隧道施工阶段管片接头刚度试验研究

以广州地铁盾构隧道管片为对象,通过室内足尺试验对施工阶段盾构隧道管片接头的抗弯刚度进行研究,结果表明管片接头刚度呈线性变化,且与管片接头的构造形式密切相关,并随接头内力组合的不同而变化。     

盾构隧道原型管片接头抗弯性能试验

盾构隧道原型管片弧形接头试验在研究管片接头抗弯性能、尤其是破坏的发展过程时更接近实际,但由于加载力系复杂,试验难度较大。文章依托某输气盾构隧道工程,开展了原型管片弧形接头抗弯试验,首先进行弧形管片接头受力分析,考虑了弧形接头接缝变形对其内力的影响,确定了弧形管片接头抗弯试验的等轴力加载方法并推导了荷载计算公式。分析了接缝面应变、螺栓应力、张开量、张开高度以及抗弯刚度随接头内力的变化规律,讨论了弧形管片接头破坏的发生发展与接头变形的关系。结果表明,弧形管片接头接缝面轴力和弯矩的相对大小、螺栓受力状态对接头抗弯性能影响较大,轴力抑制接缝张开,对接头的抗弯能力有保持作用;弯矩使得接头发生张开变形,接头抗弯刚度随其增大而减小。压弯条件下,随着弯矩的增大,接缝变形呈近似线性发展;当接头张开至螺栓附近时,螺栓受力明显增大,此时接缝变形受到一定的限制;随着弯矩进一步增长,弯矩对于接缝张开变形的控制强于轴力和螺栓对于接缝面变形的控制,接缝变形基本由弯矩控制。故随着弯矩的增长,接缝变形呈非线性变化。接头破坏过程与接缝变形的关系可分为稳定变化阶段和失稳阶段,两者的破坏特征区别明显。前者表现为出现首条裂缝和螺栓屈服,后者表现为裂缝的持续发展以及接缝面混凝土压溃。对于弧形接头,两阶段分界点为弯矩与破坏弯矩比值达到0.75~0.85,或管片直径变化率为0.35%~0.45%;对于直接头,分界点一般出现在破坏弯矩比值达到0.35~0.45,故弧形接头和直接头的抗弯性能存在明显差异。轴压比为0.0902时,弧形接头压弯破坏属于延性破坏,破坏前裂缝的发展可以分为数量增长和宽度长度扩展两个阶段。当观察到大量宽度大于0.5mm的裂缝时,弯矩与破坏弯矩比值已达到0.95~0.97。研究结果可为盾构隧道管片接头的设计和类似试验提供重要参考。     

连接螺栓对类矩形盾构隧道结构极限承载力影响的试验研究与分析

针对类矩形盾构隧道衬砌结构纵向接缝处弯矩正负性确定的特点,对纵向接缝连接螺栓位置进行了优化。基于结构整环足尺试验结果,对比分析了优化前后衬砌结构整体变形、接缝变形和螺栓应变的发展,研究了优化前后结构设计阶段受力性能、破坏机制、极限承载力和鲁棒性的异同。研究结果表明：①螺栓位置优化对结构设计阶段受力性能影响较小;②优化后结构在带缝工作阶段的受力性能明显提升,结构整体刚度提高,极限承载力提高30%;③优化后结构破坏呈延性破坏特征,属于塑性铰机制,结构结构整体安全性得到提高。     

矩形盾构隧道管片拼装方法的研究

管片拼装是盾构隧道施工中的一项重要工序,但其对于矩形盾构隧道的难度比圆形隧道更大.在研究分析国外矩形盾构隧道管片拼装方法的基础上,讨论了采用悬臂起重机式管片拼装机、采用2台回转式管片拼装机和采用轨道式管片拼装机等不同管片拼装方法的优缺点,为国内矩形盾构隧道管片拼装技术的研究提供参考和指导.     

矩形盾构隧道内的管片运输研究

分析了矩形隧道内管片运输的特点,提出了适合在矩形隧道内进行管片运输的新方法。其一,通过研制带有旋转和提升装置的运送车,实现管片在隧道内进行运送;其二,通过研制双层结构的新型喂片机,实现准确放置管片至喂片机。矩形隧道内管片运输方法在实际应用中效果明显、适应性强和操作简便,有良好的社会效益和经济效益。     

盾构隧道预应力管片接头的模型试验研究

盾构隧道普通混凝土管片接头的抗弯刚度主要是通过现场试验确定,目前尚无现成的公式或者图表可遵循,对于预应力管片这一新型的结构型式则更有必要对其接头的正负转角刚度,为此进行了弯曲的预应力管片接头试验.文章介绍了模型试验的设计及试验过程,通过试验数据分析了影响预应力管片接头刚度的各项因素,如施加预应力的大小、偏心距等,并得出了计算其刚度的经验公式.     

谈盾构隧道管片接头模型研究现状

采用模型分析对盾构隧道管片接头力学性能进行了研究,通过分类阐述领域内学者的研究成果,对管片接头模型研究现状进行了系统总结,并对三类模型的研究特点及进展作了分析,为类似研究提供参考。     

盾构隧道预应力管片接头的模型试验研究

盾构隧道普通混凝土管片接头的抗弯刚度主要是通过现场试验确定,目前尚无现成的公式或者图表可遵循,对于预应力管片这一新型的结构型式则更有必要对其接头的正负转角刚度,为此进行了弯曲的预应力管片接头试验。文章介绍了模型试验的设计及试验过程,通过试验数据分析了影响预应力管片接头刚度的各项因素,如施加预应力的大小、偏心距等,并得出了计算其刚度的经验公式。     

盾构隧道管片接头破坏特征及损伤特性试验研究

破坏特征和损伤特性是管片接头失效分析和承载性能研究的重要内容,对于确保其受力安全具有重要意义.文章开展了正负弯矩下管片接头抗弯破坏试验,对接头混凝土裂纹和压溃、螺栓受力和变形及接头位移等宏观破坏特征进行了总结,采用声发射技术对接头混凝土损伤演化过程和分布范围等细观损伤特性进行定量分析.研究结果表明:高轴压下管片接头破坏...     

钢管混凝土加固盾构隧道管片接头受力性能试验研究

管片接头是盾构隧道结构的薄弱部位,对结构的综合性能起着控制作用。为了研究其受力性能,开展了8个足尺管片接头试件在正、负弯矩作用下的静力试验,其中4个试件采用钢管混凝土加固,另外4个为对比试件(2个采用传统钢板加固,2个未加固),得到了正、负弯矩作用下不同试件的破坏模式;在用钢量相近的条件下,对钢管混凝土加固和传统钢板加固进行了比较,考察了钢管混凝土截面高度对加固效果的影响。研究表明：正、负弯矩作用下,钢管混凝土加固均能显著提升管片接头的受力性能;正弯矩作用下,钢管混凝土的加固效果全面优于传统钢板加固效果;负弯矩作用下,钢管混凝土加固试件的接头张开量在化学锚栓断裂之前明显小于传统钢板加固试件的;钢管混凝土的截面高度从45mm增至60mm,加固效果并未进一步提升。     

盾构隧道装配式管片接头有限元分析方法

带接头的管片内力的分析一直是盾构隧道研究的重点。将管片接缝处整体看作为一种材料,采用一种薄层有限单元法,从现有的接头力学模型出发,建立接缝材料的本构关系模拟管片接头效应。该方法能反映实际的接头在受到外力作用时,接头转角刚度变化过程。并且避免了由于接缝构造的复杂性而造成建立有限元模型的困难。     

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。     

大断面盾构隧道施工抗浮计算研究

基于大断面盾构隧道施工中经常碰到的上浮问题,首先讨论了盾构隧道施工中管片上浮的原因:水、注浆所用浆液、泥水盾构所用泥浆等所产生的浮力,以及建筑间隙的存在、施工过程对上覆土的扰动等,都可能是盾构管片上浮的原因.进而对盾构隧道抗浮问题进行了计算分析,在上覆土荷载及管片自重荷载之和小于管片所受浮力的情况下,重点考虑了邻接管片对上浮管片的约束作用(管片环间的摩阻力以及管片纵向连接螺栓自身的抗剪切能力),以及剩余力对上覆土产生的压缩效应.分析结果表明:隧道上浮问题的产生与否不仅与管片自重、上覆土荷载以及受到的浮力大小有关,也与管片本身特性有关;隧道抗浮控制既可以从改善上覆土性能,增加上覆土厚度入手,也可以从改善管片自身受力性能入手,诸如增加纵向螺栓数量、加大螺栓直径、加大螺栓紧固力、设置剪力键等.     

世界上最大断面类矩形盾构隧道成功贯通

正日前,世界最大断面的阳明号类矩形盾构机在浙江宁波轨道交通3号线出入段破土而出,标志着国内第一条城市轨道交通类矩形盾构隧道顺利贯通,这也是目前世界上最大断面的类矩形盾构隧道。据了解,阳明号类矩形盾构机重达720吨,总长约59米,形状接近长方形,与一般圆形盾构机前面只有一个大刀盘不同,阳明号头部切削装置由两个X型大刀盘和1个     

盾构隧道管片无衬垫接头抗弯刚度研究

在考虑接头细部构造特征的基础上,通过合理的假定和简化,建立了无弹性衬垫的管片接头抗弯刚度计算模型,并对接头抗弯刚度计算公式进行了推导.该模型考虑了接触面几何尺寸、螺栓数量、螺栓位置、螺栓预紧力以及接头弯矩、轴力等因素对接头抗弯刚度的影响.文中得出公式与接触力学模型计算结果相比,当受压区混凝土在弹性范围内时二者吻合良好,当超过弹性范围后偏差较大.因为正常使用阶段混凝土一般处于弹性状态,且本模型计算过程简便快捷,故可作为盾构隧道设计的参考.     

极限荷载条件下盾构管片接头模型比较研究

为了解盾构隧道装配式管片接头在极限荷载条件下的力学性状,在对既有管片接头模型综合分析比较基础上,提出采用平面应力模型结合混凝土脆性破坏准则及不抗拉节理单元（Goodman单元）作为接头分析的计算模型,并以接头破坏试验实测数据为标准,对提出的分析方法进行了验证。计算结果与实测结果的对比表明,获得的接头转角-弯矩曲线可较好地逼近试验曲线,与试验结果基本一致。可以采用这两种模型对接头在极限荷载条件下的受荷过程做精细分析。     

地铁隧道大断面矩形盾构设计与施工关键技术

大断面矩形盾构在我国地下空间开发中发挥着越来越重要的作用,与此同时,放不下、碰不得等问题也逐渐凸显出来。为进一步完善适应我国地下空间集约化利用、高标准环境保护、空间使用灵活的矩形盾构技术体系,结合宁波地铁3号线出入段矩形盾构工程特点,在分析工程重难点基础上,从矩形盾构针对性设计、软弱沉积地层掘进稳定性控制、矩形管片结构优化设计等方面对大断面矩形盾构设计、施工的关键技术进行了系统深入的研究与分析。