封顶块位置对地铁隧道管环力学性能影响研究

在盾构隧道施工和运营期,封顶块位置对盾构隧道的整体结构受力及变形有显著影响,因此对其位置的合理选择进行研究非常必要.采用ABAQUS有限元软件建立壳-弹簧模型,对封顶块不同软土不同埋深及在不同位置下盾构隧道通用管片结构力学行为进行研究分析.结果显示:同种软土中,通用管片整体结构弯矩随着埋深增加,弯矩增大;同种埋深下,随...     

深埋高内水压盾构隧道管片衬砌力学特性足尺试验研究

鉴于目前内水压盾构隧道力学性能的研究尚不充分,未能揭示内水压荷载作用下盾构衬砌的内力与变形等规律,结合上海市拟建设的深埋蓄排水盾构隧道,研发原型管片衬砌加载装置并对内水压盾构衬砌的力学行为开展试验研究。试验结果表明：内水压会显著影响盾构隧道衬砌结构的力学性能,在内水压荷载作用下盾构衬砌环弯矩增大、轴力减小,衬砌环与局部接头变形及螺栓应变均增大,结构安全储备降低。当内水压达0.6MPa时,衬砌环收敛变形约为无内水压作用时的2倍。环间作用增大时错缝拼装衬砌环的抗变形能力及安全储备提高,主要原因是管片接头弯矩向相邻管片截面的传递效应增强。此外,分析了内水压作用时衬砌结构的弯曲刚度有效率与接头弯矩传递系数变化规律及衬砌环收敛变形限值,可为双排螺栓连接的深埋内水压盾构衬砌设计计算参数的选取提供参考。     

拼装方式对大断面越江电力盾构隧道 结构内力的影响

针对大断面电力盾构隧道穿越长江时管片拼装方式对隧道结构内力影响显著的问题,以苏通GIL综合管廊工程盾构隧道衬砌结构为研究对象,利用梁-弹簧模型模拟管片结构,采用荷载-结构模型计算管片结构荷载,对不同拼装方式下衬砌结构力学行为进行研究,分析了拼装方式对输电盾构隧道结构内力的影响效应。结果表明:错缝拼装控制管片结构内力,通缝拼装控制管片变形量; 通缝拼装的受力性能要优于错缝拼装,但通缝拼装的变形更大,在施工时要根据使用要求进行选择,同时管片结构力学行为在不同拼装方式下是不同的,与封顶块的位置、错缝角度、目标环的环向和纵向接头的位置有关; 拼装方式对管片最大变形量、最大正弯矩、最大负弯矩影响较大,对管片最大轴力影响较小; 在错缝拼装时,尽量避免错缝角度为180°,最理想的错缝角度在32.7°～81.8°之间; 所得结论可为输电盾构隧道管片拼装方式的选择提供借鉴和参考。     

青草沙水源地原水工程输水隧道单层衬砌管片接头荷载试验研究

纵缝转角刚度、纵缝（环缝）剪切刚度和弯矩传递系数是盾构隧道衬砌结构计算模型中的关键参数，历来是本领域研究的重点和热点。结合青草沙水源地原水工程，通过管片接头 原型荷载试验 ，对上述关键计算参数进行研究。试验结果表明正弯矩作用下接头转角刚度符合双直线模型，负弯矩作用下转角刚度近似成线性，而且不同的接头构造情况下纵缝转角刚度值和其变化规律不同。在纵缝和环缝剪切试验中，管片间的错动随荷载变化过程分为 3 个阶段，其中错动主要发生在第二阶段。弯矩传递试验表明弯矩传递系数随着荷载的增大而减小。并且当纵缝转角刚度较大时，弯矩传递系数较小，反之亦然。最后结合试验结果，给出了盾构隧道衬砌结构计算模型关键参数具体取值范围和一些 有益 的结论，以供盾构隧道衬砌结构设计计算参考。     

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。     

斜螺栓等级对盾构隧道接头受力和变形的影响

盾构隧道管片接头的性能对衬砌环的受力和变形有很大影响,尤其在软土地区,接头变形过大会造成渗水和漏泥等危害。以盾构隧道复合管片斜螺栓接头为研究对象,基于实际隧道工程,利用ABAQUS建立了复合管片及斜螺栓的三维实体模型,对管片环向斜螺栓接头在荷载作用下的受力及变形规律进行研究,分析不同等级普通螺栓和高强螺栓对接头错台量和张开量以及斜螺栓应力应变的影响。分析结果表明:斜螺栓接头承受正弯矩的能力优于负弯矩;采用高强螺栓能够有效的减小接头张开量,增大接头刚度,从而减小渗漏现象;弯矩较大时,螺栓等级越高,高强螺栓对错台量的控制越好;同样荷载条件下,高强螺栓应力大于普通螺栓,但应变较小,等级越高应变越小。     

紧邻超大超深基坑的地铁隧道施工微扰动双液注浆加固技术

南京河西某商业广场超大超深基坑因深层土方开挖、围护支撑拆除等施工活动,会给紧邻基坑并已运营的地铁隧道造成侵害。为此,通过将在上海软土地区地铁隧道通缝盾构管片采用的微扰动双液注浆加固技术,应用于南京砂土地区且邻近该商业广场的地铁隧道错缝盾构管片的加固中,并对管片收敛变形、管片接缝变形、断面变形以及垂直位移进行了跟踪监测。数据表明,各变形均在加固过程中或加固后得到有效的控制,保证了地铁的运营安全,从而验证了砂土地区错缝盾构管片采用微扰动双液注浆加固技术的可靠性。     

软土盾构隧道纵向设计综述

通过对软土盾构隧道结构设计理论的现状和已建软土盾构隧道结构存在问题的分析,指出克服软土盾构隧道结构发生过量纵向沉降或不均匀沉降而引起隧道渗水、漏泥、结构局部破坏等影响隧道正常使用及其耐久性问题的关键是展开纵向设计理论研究。在纵向设计理论指导下,通过软土盾构隧道衬砌管片拼装形式、管片材料等方面的创新改造,使软土盾构隧道的设计方法更加科学合理。     

错缝输水盾构隧道衬砌力学性能试验研究

针对三门核电站二期取排水盾构隧道工程设计问题,通过接头足尺试验,研究错缝拼装管片的受力性能,包括极限承载能力和破坏模式,利用单环压弯试验进行对比分析,探讨错缝与通缝衬砌在受力性能上的区别.主要结论为:(1)一般负弯矩纵缝接头处的弯矩传递系数相对较大;(2)对错缝拼装的衬砌而言,环缝和管片本体的破坏更易发生,而不会先发生...     

地铁盾构隧道管片受力分析

盾构管片接头刚度系数一直是影响盾构管片设计计算结果正确性的直接影响因素。通过建立盾构管片及弯曲螺栓的三维非连续介质模型,以及设置合理的管片接头接触模型,消除了接头刚度系数对计算结果的影响。对盾构管片在实际荷载作用下的受力与变形情况进行研究。研究表明:管片拱顶与拱底接头向内侧张开,两侧拱腰接头向外侧张开。非连续介质模型中,盾构管片的分块拼装形式以及管片间连接螺栓单元的设置改变了管片环的整体刚度,管片接头附近出现了不均匀的波浪形云图。相对于惯用法模型,三维非连续介质模型的轴力值在接头处有明显突变,并且其最大正弯矩值小于惯用法模型计算结果。两种计算方法得出的最大负弯矩值相差不大,本次研究取得的成果对盾构管片设计工作有一定的参考价值。     

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。     

考虑管片环间接头弱化的新建隧道上穿引起既有盾构隧道纵向变形分析

探究新建隧道上穿引起既有盾构隧道的纵向变形规律,对进一步评估并减少新建隧道施工对既有盾构隧道的不利影响具有重要的现实意义。现有解析方法多是将既有盾构隧道简化为搁置于线弹性地基上的等效连续梁,不能考虑隧道管片环间接头的弱化和土体非线性变形特征。首先,引入接头非连续盾构隧道模型和非线性Pasternak地基模型来考虑隧道管片环间接头的弱化及隧道–地基的非线性作用,推导得到新建隧道上穿开挖下既有盾构隧道纵向变形控制微分方程;其次通过有限差分法和牛顿迭代法求解得到既有盾构隧道纵向变形的数值解答;最后,对2个工程案例及常用等效连续梁模型对比验证。研究结果表明：等效连续梁模型计算得到的隧道纵向变形表现为连续特征,而所提方法考虑了隧道接头弱化作用,得到的隧道纵向变形表现为非连续特征,隧道纵向位移和弯矩在接头处会发生突变。通过参数分析可知,增加新旧隧道间净距可有效减少既有盾构隧道的隆起变形、弯矩和环间接头张开量;随着管片长度增加,既有盾构隧道的隆起位移略有减少,但是管片间环间张开量及弯矩随之增大;增加环间接头的刚度可有效减少既有盾构隧道的竖向位移和张开量,但是会导致隧道弯矩增加。     

媒体重头文章概览

正《建筑施工》10/2017南京河西某商业广场超大超深基坑因深层土方开挖、围护支撑拆除等施工活动,会给紧邻基坑并已运营的地铁隧道造成侵害。为此,通过将在上海软土地区地铁隧道通缝盾构管片采用的微扰动双液注浆加固技术,应用于南京砂土地区且邻近该商业广场的地铁隧道错缝盾构管片的加固中,并对管片收敛变形、管片接缝变形、断面变形以及垂直位移进行了跟踪监测。数据表明,各变形均在加固过程中或加固后得到有效的控制,保证了地铁的运营安全,从而验证了砂土地区错缝盾构管片采用微扰动双液注浆加固技术的可靠性。(段博,陈云峰,张赢军)     

珠海杜洲海域软土超大直径盾构隧道建设关键技术

依托珠海市横琴杧洲隧道工程项目,系统地总结和分析了在珠三角地区海域超软土地层条件下的盾构法设计原理和施工控制技术.展开了盾构选型、管片结构设计、管片防水及软土地基加固等方面的设计研究;基于工程的特点,提出浅覆土情况下盾构开挖面的稳定性控制、平行隧道掘进中的相互影响、软土地层的管片上浮,以及掘进过程姿态精细化控制等施工关...     

盾构隧道破损管片修补强度的理论与试验研究

在充分调研一软土盾构隧道管片在施工阶段出现破损的基础上,总结该区间的管片破损规律;分析管片修补块在隧道发生纵向变形时的受力状态,利用纵向等效刚度模型,分析管片修补块在环缝位置所受压应力和隧道纵向变形的关系进而得出盾构隧道管片破损修补的强度控制值;根据修补块的受力特征及管片破损形态设计室内试验模型,通过试验得到满足强度要求的修补材料。该研究可为盾构隧道管片破损修补提供一定依据。     

地表超载作用下盾构隧道劣化机理与特性

对某软土地区地铁盾构隧道进行了调研与分析,发现盾构隧道在现有计算理论所允许的地表超载作用下极易发生横向变形超限,并引发管片纵缝接头破损与渗漏水,对此展开了模型试验、数值仿真及理论分析。研究表明:地表均布超载导致的隧道附加竖向土压力并不是均匀分布,且在隧道中心正上方一定范围内要大于地表均布超载;隧道的穿越土层越软弱,地表超载导致的隧道周围附加土压力对隧道结构抵抗横向变形越不利;隧道发生横椭圆变形过程中,管片纵缝接头是管片环中的最薄弱部位。最后提出了软土地区盾构隧道采用"刚性衬砌"的设计理念,并给出了加大管片纵缝接头强度与刚度的建议。     

盾构隧道结构病害及其机理研究

轨道交通已经成为城市交通的重要组成部分,而基础建设发展较早的北京、上海、南京等城市出现了日益增多的隧道病害现象,盾构隧道结构病害发展机理研究是维修养护工作的理论基础。本文以软土地区某地铁盾构隧道为背景,总结了盾构隧道常见结构病害,建立盾构隧道管片三维有限元模型,研究管片变形性能和损伤性能特点,据此分析盾构隧道病害演化发展机理和给出隧道病害治理措施。研究成果为隧道结构病害发展过程及治理隧道病害提供理论参考。     

盾构隧道通用型楔形管片选型计算及优化控制

盾构隧道管片选型在一定程度上影响盾构隧道拼装质量,尤其针对线路坡度大、转弯半径小的线型隧道工程.基于天津地铁6号线海–天区间工程,阐述了软土地区盾构管片选型的原则、拼装点位选择及楔形量计算方法.根据管片楔形量特征,提出了盾构隧道管片姿态趋势计算方法.此外,根据工程实践提出了控制措施.研究成果可为类似工程提供借鉴.     

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。     

盾构隧道管片接头抗弯刚度简化计算方法研究

考虑盾构隧道管片接头刚度对管片环整体受力的影响,文章采用三维有限元方法,基于不考虑弹性衬垫的接头力学模型,分析埋深、土体侧压力系数、螺栓预紧力、螺栓强度等级4种因素对正、负弯矩区域接头抗弯刚度的影响,建立弯矩-接头转角-侧压力系数三维曲面,推导出接头抗弯刚度在不同侧压力系数下的简化计算公式.