通缝盾构隧道衬砌施工期三维力学特性数值研究

建立软土条件下通缝拼装盾构隧道衬砌三维有限元模型,实现对施工期衬砌结构所受外力作用的模拟,包括盾构千斤顶推力、注浆压力、土层应力等,并分析它们对衬砌结构力学性能的影响。其中,千斤顶推力过大和不均匀加载对管片的纵向变形影响较大,不均匀加载还会导致管片错台,而千斤顶推力偏离轴线则会导致管片接缝张开。注浆压力出现异常极大值,管片变形则会非常大。土层对管片变形直接影响较小,管片变形主要为竖向位移。     

哈尔滨地铁过江隧道上浮控制研究

以哈尔滨地铁过江盾构隧道为依托,结合施工阶段管片的真实受荷状态,采用荷载结构建立考虑管片与螺栓、盾构机作用、注浆浆液和水土压力作用等影响施工期管片上浮的三维力学分析模型,分析管片施工期管片上浮和管片环接头变形特征,探讨千斤顶总推力、螺栓预紧力、注浆压力、浆液质量和浆液性质等因素对管片上浮的影响规律。研究结果表明,增加千斤顶推力,适当提高注浆压力,加快浆液凝固能有效控制盾构管片上浮趋势,而增加纵向螺栓预紧力对控制管片上浮则影响并不大。     

不同荷载作用下TBM隧道管片数值模拟分析

介绍了TBM施工荷载的种类和产生原因,通过ANSYS有限元软件,从围岩压力、千斤顶推力、注浆压力等方面,模拟了不同荷载对管片结构内力及变形的影响,研究发现:偏心的千斤顶推力是管片产生受力和变形的最不利施工荷载,在盾构施工时应合理设计,避免出现应力集中现象,导致管片的破坏。     

大坡度小半径曲线盾构施工管片破损及上浮受力分析

盾构在大坡度小半径曲线情况下施工易引起管片破损及上浮,对结构安全及隧道正常运营造成不利影响,因而在工程设计与施工中备受关注。依托天津地铁3号线水上北路站—吴家窑站盾构区间工程,针对大坡度、小半径曲线盾构施工时的管片破损及上浮问题,结合盾构姿态、盾尾间隙、千斤顶状态、相邻管片的约束等方面对管片进行受力分析,讨论了引起管片破损及上浮的原因,并提出了相应的技术控制措施。结果表明,在淤泥质粉质黏土地层中进行小半径曲线施工,盾尾千斤顶推力对管片的侧向分力是管片破损的主要原因;壁后注浆的静态上浮力和千斤顶推力产生的竖向分力是引起管片上浮的决定性因素。     

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。     

盾构隧道管片施工期上浮影响因素的现场试验研究

针对盾构掘进施工时常面临的管片局部或整体性上浮问题，依托宁波地区2例施工期发生较大上浮的地铁盾构隧道工程实例，选择地层特性、埋深等外部条件相似的区段建立掘进速度、总推力反力的竖向分力、同步注浆压力等盾构施工参数以及同步注浆浆液配比的现场试验段，并结合试验段管片上浮的现场监测数据分析上述不同单一因素对施工期管片上浮的影响规律。研究结果表明：管片下半侧注浆压力高于上半侧注浆压力时，管片上浮量增大，当压力差达0.3 MPa时，管片上浮量增加约20 mm；总推力反力变化不大的基础上，其竖直向上的分力增大时，管片上浮量相应增大，当分力增加260 kN，管片上浮量增加约15 mm；在同步注浆胶凝材料总量不变、且非胶凝材料掺量不变的基础上，随着粉灰比、水灰比的减小，浆液抗压强度、黏聚力提高，初凝时间缩短，管片上浮量减小，当每3 m3浆液中水泥的相对掺量增加100 kg，管片上浮能减小19.8 mm；掘进速度单因素对施工期管片上浮无明显影响。     

基于损伤塑性本构的盾构隧道施工阶段管片受力变形特性

在盾构隧道施工阶段,管片受力特性十分复杂,伴随出现局部损伤甚至碎裂,影响其服役性能。基于混凝土损伤塑性本构,采用ABAQUS软件建立施工阶段盾构隧道三维有限元模型,加入地层压力、千斤顶推力、注浆压力等外部荷载,考虑内置钢筋网对管片结构力学性能的影响,来分析盾构隧道施工阶段管片的受力变形特性。分析结果表明:盾构隧道施工阶段管片的受力变形沿隧道纵向发生改变,与传统的均质连续模型存在较大差别;采用损伤塑性本构能较好地模拟施工阶段管片损伤后承载性能降低的特点;管片边角、接缝部位易出现混凝土损伤和压碎现象,造成隧道渗漏水。     

城市地铁双护盾TBM工法隧道衬砌结构受力特征研究

以深圳市城市轨道交通8号线一期梧沙区间隧道为依托工程,对“双护盾TBM工法隧道”施工期间管片衬砌外部压力和结构内力开展了现场跟踪测试,总结归纳出“双护盾TBM工法隧道”管片衬砌外部压力和结构内力在施工期内的时变演化规律。研究结果表明：隧道施工期间,管片外侧压力共经历四个发展阶段,注浆压力对管片内力变化影响较大,管片设计应考虑注浆压力的影响,同时应注意TBM施工时的注浆量控制。对于深埋TBM隧道,结构内力与隧道埋设深度不具有明显的对应关系,但随着结构上部围岩风化程度增加,隧道上方垂直荷载对管片结构内力影响加大。研究成果可为城市地铁双护盾TBM施工结构受力分析提供依据。     

不同注浆阶段矩形盾构隧道衬砌结构的力学性态研究

矩形盾构隧道受力相比圆形隧道存在受力较不均匀的缺点,在各种施工荷载作用下局部会产生较大弯矩与剪力。结合现场工程,采用将理论分析、数值仿真与现场实测相结合的方法,研究不同注浆阶段矩形盾构隧道衬砌结构力学性态。研究结果表明,梁-弹簧模型能较为准确地反映矩形衬砌施工期的受力情况,施工期由于注浆作用导致衬砌所受的弯矩和剪力增大,应加强此阶段的衬砌管片力学性态的监控。     

超大直径盾构法隧道施工期衬砌结构安全性

以上海长江隧桥工程中的超大直径盾构为背景,以盾构法隧道施工中管片拼装变形、注浆产生的附加应力以及隧道上浮等施工工况的受力条件为研究对象,通过1∶1衬砌水平整环错缝结构加载试验,取得结构试验数据。通过三维数值模拟分析,确立施工期隧道衬砌结构的计算模型、计算参数和计算方法,验算施工期隧道结构的安全性,并提出隧道施工质量控制技术措施和管片构造要求。     

南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构受力分析

地应力和地下水问题对深埋长隧洞衬砌的设计及施工具有重大影响。通过数值计算对南水北调西线工程深埋长隧洞管片衬砌结构进行了受力分析,研究了围岩变形及水压力对管片衬砌结构的影响。初步研究结果表明:约90%的洞段稳定性较好,围岩变形对管片衬砌结构影响较小,可采用管片衬砌;隧洞沿线外水压力较高,是影响衬砌设计的主要因素,应采取适当的排、堵措施降低外水压力对管片衬砌结构的作用。研究结果为南水北调西线一期工程隧洞衬砌设计提供了依据。     

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。     

热力盾构隧道内管道纵向大推力对衬砌作用的实测及研究

为了研究热力管道纵向大推力对盾构衬砌的作用,结合国内首条热力盾构隧道,对不同阶段下不同节点处衬砌受管道的作用进行了实测分析。结果表明,在隧道内部铺底和管网运营阶段,隧道管片受到的影响较大,其中受影响最大的是管网运营中固定支架处的管片,且受影响的范围已经扩展到了支架两侧,共14个管环。为了进一步研究大推力对隧道衬砌的影响范围,对不同土体摩擦系数、不同推力作用下,设置有固定支架的热力盾构隧道进行了数值模拟,得到了推力、摩擦系数和影响范围之间的关系。在实测分析与数值分析的基础上,结合地下结构抗滑移的原理,对现有的盾构摩擦阻力的计算公式进行改良,得到了纵向推力对盾构管片影响范围的估算公式。可为今后热力盾构设计提供一定的参考与借鉴。     

地铁隧道盾构施工常见风险及规避对策

地铁隧道盾构施工技术概述（一）地铁隧道盾构施工工艺分析所谓盾构施工,即利用盾构机在地表下开挖隧道的一种施工方法,通过利用盾构机外壳对土体产生的抵抗作用,再利用千斤顶顶住既有管片,在活塞杆推力的作用下,促使盾构刀盘在土层中不断切削土地并不断前进。另外当其每掘一环便衬砌一环,并利用盾构机机尾的管片拼装机实现管片的定位安装,再运用水泥浆将管片和周围的岩土之间的间隙填充,如此便可以达到抵抗后续变形和逐渐变化的围岩产生的压力。     

盾构施工中不利工况下隧道结构的力学行为

钱江隧道是目前世界上最大直径的软土盾构隧道工程之一。采用有限元分析方法,对盾构掘进与管片拼装阶段中常见的K块挤入、壁后注浆缺陷、环面不平整、盾构纠偏或曲线推进等不利工况,分析隧道结构的受力和变形特征。结果表明:K块挤入对邻接块的受力状态的影响最为明显,K块宜位于衬砌环腰线以上区域。环面不平整、壁后注浆缺陷和盾构纠偏(或曲线推进)将显著影响盾构推进阶段的衬砌的受力和变形。当环面不平整超过1 mm时,壁后注浆缺陷超过1 m²,或盾构纠偏顶部推力最大时,极易造成管片结构局部开裂、破损。在今后的设计和施工控制中应予以充分考虑。     

注浆压力对盾构隧道管片变形及受力特性的影响研究

以深圳地铁7号线为工程背景,通过建立数值计算模型,探究了管片衬砌在非均匀注浆压力作用下的变形及受力情况,结果表明:在非均匀注浆压力的作用下,盾构隧道管片衬砌结构产生明显的上浮现象,管片上浮值较大,管片应力值在可控范围内。     

注浆技术在隧道工程施工中的应用研究

本文通过建立管片衬砌结构梁-弹簧模型及地层与隧道衬砌结构间的相互作用模型,对隧道二次注浆工序中注浆压力、注浆位置等关键控制问题进行研究,讨论注浆在隧道施工中的应用并对其作用效果进行分析。     

盾构隧道衬砌近接桥桩的施工力学响应及影响分析

衬砌结构作为盾构隧道主要承重结构,其受力特性直接决定隧道能否安全使用,运用有限元分析软件模拟不同注浆压力和不同近接距离下盾构隧道施工过程,分析衬砌结构近接桥桩的施工力学响应,结果表明:注浆压力在0.1MPa~0.5MPa范围内,随着注浆压力的增加衬砌管片的最大隆起值和最大沉降值均减小,水平最大正位移值与负位移值均增大,且管片的弯矩与剪力逐渐增大,轴力逐渐减小,其中水平位移与轴力的变化率较大;近接群桩距离的改变,衬砌管片的内力与变形均随着距离的增大而减小,逐渐接近于无桩时的状况,其中管片的沉降最大值与轴力的减少幅度较大。研究结果为类似工程提供参考。     

考虑地层渗透性的盾构隧道施工期管片上浮预测

地层渗透性影响盾尾同步注浆浆液的凝固,从而影响施工期管片上浮。针对目前施工期管片上浮分析缺乏考虑地层渗透性影响的不足,将同步注浆浆液视为牛顿流体、土层简化为多孔介质,利用渗透力学及流体力学原理,提出渗滤效应下同步注浆浆液固结时间的计算方法;进而将不同地层浆液固结时间、浆液性质及施工掘进速度等因素,表征为管片上浮分析的等效梁模型中的浆液未凝固区长度,对等效梁模型进行改进,建立考虑不同渗透性地层中同步注浆浆液固结特性的管片上浮分析模型,并编制有限元程序对其求解。利用此模型对南宁某含粉砂–圆砾、砂层及粉质黏土等地层的盾构区间施工期管片上浮特性进行分析,结果表明:考虑地层渗透性影响的等效梁模型进一步揭示了地层特性影响管片上浮的作用机制,其计算结果与现场实测数据具有更好的一致性,更适合于不同渗透性地层管片上浮分析。同时得到,地层渗透性越小,同步注浆浆液固结时间越长,盾尾浆液压力消散越慢,管片上浮量值越大。     

考虑地层渗透性的盾构隧道施工期管片上浮预测EI北大核心CSCD

地层渗透性影响盾尾同步注浆浆液的凝固,从而影响施工期管片上浮。针对目前施工期管片上浮分析缺乏考虑地层渗透性影响的不足,将同步注浆浆液视为牛顿流体、土层简化为多孔介质,利用渗透力学及流体力学原理,提出渗滤效应下同步注浆浆液固结时间的计算方法;进而将不同地层浆液固结时间、浆液性质及施工掘进速度等因素,表征为管片上浮分析的等效梁模型中的浆液未凝固区长度,对等效梁模型进行改进,建立考虑不同渗透性地层中同步注浆浆液固结特性的管片上浮分析模型,并编制有限元程序对其求解。利用此模型对南宁某含粉砂–圆砾、砂层及粉质黏土等地层的盾构区间施工期管片上浮特性进行分析,结果表明:考虑地层渗透性影响的等效梁模型进一步揭示了地层特性影响管片上浮的作用机制,其计算结果与现场实测数据具有更好的一致性,更适合于不同渗透性地层管片上浮分析。同时得到,地层渗透性越小,同步注浆浆液固结时间越长,盾尾浆液压力消散越慢,管片上浮量值越大。