基于声时和声幅的盾构管片预紧力的监测方法及应用

为准确掌握地铁隧道施工及营运期间盾构管片间的预紧力状态,根据盾构管片及止水条、螺栓垫片在隧道衬砌结构中的实际构造,分析这些构件在管片施工过程中的受力演变过程. 确定了管片间预紧力是通过预紧螺栓、压缩变形后的止水条及螺栓垫片来传递的. 随着预紧力增加,在管片间传递的超声波声时会逐渐减小. 然而,随着止水条压缩固结,其对超声波的衰减作用削弱,导致幅值逐步升高. 设计研制了管片预紧室内模拟装置,通过试验数据建立了不同等级预紧力与超声波声时、波幅之间的对应关系. 同时阐述超声波在管片间传递的机理及其影响因素. 依托市政工程（武汉市轨道交通3号线工程王家湾站—宗关站区间越江隧道）的盾构管片为实际测试对象,对拼装的盾构管片间的预紧力进行了监测. 经过分析测试数据结果符合管片环在预紧状态下的受力情况,最终探索出一种高效快捷的隧道管片预紧力监测方法.     

盾构隧道管片开裂原因及数值仿真

本文从地质原因、管片接头刚度、右线施工时对左线管片受力影响等方面分析了某地铁管片在使用中的开裂原因,并利用数值方法分析了管片接头刚度变化和右线施工时对左线管片受力的影响。分析结果表明:管片接头处的连接块和封顶块变形不相等,封顶块的变形比连接块的大,当外荷载增加时,连接块会承担更多的荷载,如果超过其开裂荷载就会产生裂缝;后施工的右线盾构掘进过程对先施工的左线隧道管片受力也有影响,后施工隧道所产生塌落拱拱脚作用在临近既有隧道斜上方,会引起既有线路管片环向拉应力发生改变。综合分析地质原因、管片接头刚度、右线施工时对左线管片受力影响,找到了裂缝隔片产生在连接块上的原因。研究成果对管片隧道工程在设计和施工中预防裂缝出现具有一定的指导意义,可为类似工程提供借鉴。     

流固耦合作用对新建水底隧道近接施工影响分析

为探索流固耦合在水底隧道近接施工中的影响,文中依托长沙地铁4号线下穿湘江近接南湖路隧道建立三维有限元模型,通过数值模拟研究流固耦合作用对新建隧道以及既有隧道的位移和应力的影响.研究发现:考虑流固耦合作用时,盾构隧道掘进扰动的范围更大,引起的变形也更大;有渗流和无渗流作用下土体的竖向沉降曲线与Peck沉降槽一致;在未考虑渗流场时,既有隧道水平向位移是整体趋向于远离新建隧道的方向,竖向位移是整体向上隆起;在考虑渗流场时,既有隧道管片水平位移是向隧道内收敛,竖向位移也是整体向上隆起,研究成果将对今后的类似工程建设提供指导作用.     

邻近工程施工卸载再加载对已建盾构隧道影响的风险分析

基坑开挖和上部结构施工引起的卸载和再加载会使邻近已建盾构隧道产生一定位移与变形.以上海已建地铁盾构隧道侧向和上方受基坑开挖和结构施工引起的卸载和再加载工况为背景,利用数值模拟方法,分析了隧道侧向和上方不同区域开挖和结构荷载施加过程中隧道的整体位移和隧道结构变形的发展规律.结果表明,隧道侧向与上方卸载,会使隧道位移与结构变形产生不同幅度的增加;而侧向与上方再加载,会减小因卸载而产生的隧道位移,但会增加部分隧道管片结构变形.因此只有综合分析隧道的位移与结构变形,才能合理预测分步卸载、再加载对已建盾构隧道的影响规律,减小因工程施工引发的已建盾构隧道结构安全风险.     

双线隧道盾构施工对邻近桩基影响的数值分析

文章利用MIDAS/GTS软件,对合肥地铁1号线双线盾构隧道穿越邻近建筑物桩基进行了数值模拟,分析了不同开挖顺序情况下桩基的变形特征。结果表明:当按顺序对双线隧道进行开挖时,位于后开挖隧道侧的桩基变形和内力比先开挖隧道侧略大。除此之外,不同的隧道开挖顺序引起的桩基水平位移、竖向位移、轴力以及弯矩的差别不大。     

下穿地铁深基坑开挖影响的监测分析

临近地铁隧道的软土深基坑开挖时,若不能严格控制基坑施工效应,既有盾构隧道易出现损坏.在杭州市萧山区彩虹大道(工人路-市心路)B标段深基坑工程开挖过程中,对基坑下穿地铁隧道受影响范围内的隧道位移、收敛等进行监测,同时开展基坑地下连续墙与土体深层水平位移、地下水位、支撑轴力、地表和周边建筑物沉降、基坑围护墙顶与立柱沉降的监测工作.数据分析结果表明:基坑开挖对下穿隧道的影响以竖向位移为主,对水平位移和收敛变形影响较小;地下连续墙深层墙体水平位移与深层土体水平位移有明显的相关性,可用墙体水平位移代替土体水平位移;基坑地下水位的变化趋势与周边建筑物沉降变化趋势相同,开挖期间需密切关注地下水位的变化;基坑隆起是导致支撑轴力出现负值的主要原因,当支撑轴力出现负值时应高度关注坑底隆起和地表下陷.     

盾构隧道管片施工期上浮特性

针对盾构隧道管片施工阶段的受力特点,建立包含管片与螺栓、盾构机作用、浆液和水土压力作用的管片施工期上浮三维分析模型.借助有限元软件ABAQUS进行求解,对管片施工期上浮变形规律及其引起的管片环接头变形、螺栓受力进行分析.结果表明：第1～5环管片环接头以错台变形为主,第6～12环管片环接头以张开变形为主;减小浆液初凝点与盾尾的距离对控制管片上浮最为有效;当千斤顶总推力较小时,可以通过增加千斤顶总推力进行上浮控制;增加螺栓预紧力对减小管片上浮量的作用比较有限.     

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.     

地铁盾构隧道小净距穿越高架桥桩基数值模拟分析

针对南京地铁3号线部分路段小净距穿越高架桥桩基问题,适当简化后建立了隧道、管片及桩基的三维数值模型。模拟结果表明,地铁盾构小净距穿越高架桥对地表和桩基的受力和变形将会带来影响,地表最大变形量大于桩基顶部变形量,隧道右帮下侧管片出现应力集中。通过与现场监测结果对比,现场监测值与数值模拟结果吻合,建议今后施工时控制好施工参数,加强跟踪监测,必要时进行跟踪注浆加固。研究结果为本工程的顺利实施提供了参考。     

盾构施工对软土地层地表沉降及管片的影响分析

为了研究盾构施工对软土地层地表沉降及管片受力的影响,以无锡地铁2号线隧道穿越"软-流塑状淤泥质粉质黏土及粉砂地层"为工程案例,采用Peck法和有限元法进行计算分析,对盾构始发段施工的力学响应进行研究,准确分析了盾构施工对软土地层地表沉降及管片受力的影响.针对两条隧道由于施工顺序的不同,得出对地表沉降及管片受力均存在相互影响的结论,提出了软土地层地铁施工应先施工地质情况较差一侧的控制措施,为后续施工及类似工程提供帮助.     

土压平衡盾构掘进土量平衡及参数相关性分析

土压平衡盾构掘进时,一般是通过监测地表沉降数据对土仓压力进行调整,使盾构达到土压平衡状态,但该方法过于滞后,易造成不平衡掘进状况.故分析控制土量平衡的方法使盾构掘进时处于土压平衡状态,确保开挖面土层的稳定.阐述了土量平衡中的挖土量与排土量,得出使盾构达到土量平衡状态时,控制螺旋输送机转速与推进速度的比值(N/V),并总结出盾构掘进中土量平衡控制的标准.基于合肥地铁4号线隧道工程,对现场监测数据进行土量平衡分析,同时讨论关键参数的相关性,以保障盾构施工安全.结果表明:合肥地区类似工程盾构施工时可将N/V控制在0.162附近,此时盾构对土层扰动最小;土仓压力随着N/V和刀盘扭矩的增大而减小;总推力与N/V存在一定的相关性.     

地铁盾构隧道掘进施工过程三维仿真分析

结合南京某越江地铁区间盾构隧道工程实例,采用大型有限元软件ANSYS进行地铁盾构隧道掘进施工过程三维仿真分析,在此基础上,就盾构隧道掘进施工引起的地层位移、地表沉隆和管片衬砌结构的内力3个方面进行了分析,为地铁区间盾构隧道施工及监控量测提供了参考。     

考虑剪切效应的盾构隧道在轴向传播横波作用下的动力响应研究

盾构隧道具有显著的结构离散性.考虑到管片之间的实际联结,尤其是考虑到隧道横向联结来研究隧道结构的地震反应还是一个需要深入研究的问题.研究盾构隧道在沿轴向传播地震横波作用下的动力响应,通过建立梁-弹簧模型来模拟土与结构相互作用,考虑了盾构管片间的剪切作用和盾构隧道纵向刚度的不均匀性,建立了盾构隧道的一种离散化分析模型;推导了盾构隧道在简谐波作用下的多自由度运动方程.应用中心差分法求解所得运动方程,得到了管片位移的递推公式,并用计算软件MATLAB进行了计算,得到了管片在地震作用下动力响应的时间和空间特性,得到了盾构管片之间抗剪刚度对于盾构隧道横向动力响应的影响规律.     

地铁低瓦斯区间小间距重叠隧道大直径盾构施工技术

针对成都地铁18号线天府新站-龙泉山隧道进口端盾构区间和合江车辆段出入线组成的上下重叠隧道进行了施工技术研究,提出了"下部隧道盾构掘进参数控制+下部隧道围岩和夹层土体注浆双加固+下部隧道内设管片支撑结构+上部隧道盾构掘进参数控制"施工措施,建立了地铁区间小间距重叠隧道大直径盾构施工技术.经管片支撑结构应力、地表沉降和下...     

既有建筑物工作性状受盾构隧道施工影响研究

针对盾构隧道近接既有多层框架结构建筑物施工工况,通过构建考虑隧道-土体-建筑物共同作用的3维有限元模型,对盾构隧道开挖引起的建筑物楼面扭曲变形及框架柱轴力进行了系统的敏感性因素分析.研究结果表明:盾构隧道施工导致位于建筑物角部的梁柱节点出现应力集中,且该建筑物对周边地面沉降存在一定约束作用;隧道开挖会导致其左侧3维建筑物楼面产生顺时针扭曲变形;当隧道开挖面推进至建筑物且尚未穿越其横向中心时,楼层扭曲变形增大、框架柱轴力下降,当开挖面到达并超过建筑物横向中心后,楼层扭曲变形及柱轴力的变化趋势与前述刚好相反.研究成果有助于更好地评估地面既有框架结构建筑物因隧道开挖导致的破坏效应.     

溶洞注浆加固的空间属性对地铁盾构隧道建设安全的影响效应

依托深圳地铁16号线盾构隧道穿越岩溶溶洞工程,采用数值计算分析方法,建立溶洞注浆加固对地铁盾构隧道建设安全影响的力学计算模型,综合考虑岩溶溶洞注浆加固的空间属性,重点研究不同位置溶洞注浆加固前后对地铁盾构隧道稳定性的影响作用。结果表明:随着溶洞与隧道距离的增加,盾构隧道开挖受未注浆加固的溶洞的影响越来越小;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖,溶洞的注浆加固处理可以有效控制地表沉降,在很大程度上降低了隧道围岩的变形量;相比于对溶洞不进行处理的盾构隧道开挖支护,溶洞的注浆加固在一定程度上改善了盾构隧道管片的受力状态,降低了衬砌结构破坏的可能性。     

增湿条件下膨胀土隧道围岩的稳定性

增湿条件下,膨胀土的强度会降低并产生膨胀力,在两者的共同作用下,膨胀土隧道围岩稳定性会严重降低,有必要研究增湿条件下膨胀土隧道围岩的变形和衬砌受力.采用室内试验和数值模拟的方法对膨胀土隧道围岩稳定性进行研究,对不同含水率的重塑膨胀土进行剪切试验,得出摩擦角、黏聚力与含水率的拟合关系式,运用ABAQUS有限元软件对膨胀土...     

管片衬砌配合碎石可压缩层与锚杆的支护型式研究

针对深埋地层中修建盾构隧道,特别是围岩表现蠕变特性,研究一种管片衬砌配合压缩层与锚杆的联合支护技术.采用有限差分与离散元的耦合计算方法,进行了管片衬砌壁后注浆、管片衬砌壁后填充碎石可压缩层、管片衬砌配合碎石可压缩层和高强预应力锚杆的支护效果对比研究.从围岩塑性区发展、沉降随时间变化、管片衬砌弯矩和轴力分析了联合支护效果.从碎石可压缩层的压缩变形路径、锚固围岩的位移矢量等角度揭示了联合支护的细观作用机理.研究结果表明:仅采取管片衬砌配合碎石可压缩层的让压支护手段无法维持管片衬砌的长期稳定;联合支护结构型式既可以提高围岩自身承载能力,也能够有效吸收围岩的蠕变变形.联合支护的作用机理由两部分构成:碎石可压缩层的让压作用与高强预应力锚杆加固围岩作用.其中,碎石可压缩层的让压机理主要通过颗粒间相互嵌挤和错动移位作用调减管片衬砌壁后接触力;高强预应力锚杆的加固机理是由锚杆形成的锚固区控制了蠕变变形的过大发展.研究结果对未来盾构工法修建深部高地应力、强蠕变隧道的支护型式设计具有一定参考价值.     

地铁盾构施工地层变形预测及数值分析

以某城市地铁在建盾构隧道为研究对象,借助数值仿真建立了三维盾构施工有限差分计算模型,给出了盾构施工引起的地层变形三维地层损失预测方法,并对盾构施工地层竖向变形及水平变形计算结果进行对比分析.结果表明,隧道横向地层变形接近"V"形分布,形成的地表沉降槽宽度约为6倍隧道直径;盾构前方土体产生隆起,开挖面后方表现为沉降,沿盾构掘进方向近似呈倒"S"形,并在开挖面前后3倍直径以外逐渐趋于稳定;地层水平变形左右两侧反对称,距隧道中心约1倍直径处地层水平变形值最大,6倍直径以外地层水平变形基本不受施工影响;随着埋深的增加,地层水平变形值减小,隧道拱腰上下一定范围土体向洞外移动.所得结论对城市地铁盾构隧道设计与施工变形控制有指导意义.     

卵石地层中盾构下穿盾构隧道的设备改造及施工控制

依托北京地铁16 号线双线盾构下穿既有地铁4 号线盾构隧道工程, 探讨了卵石地层中地铁盾构施工穿越既有盾构隧道工况下的盾构设计改造, 结合既有隧道沉降监测数据分析了盾构施工参数的调控经验。研究表明: 针对地层特点进行的盾构关键结构设计改造, 可提升盾构掘进、 耐磨、 脱困和防水性能; 既有隧道变形受双线盾构先后穿越施工的二次影响显著, 通过顶推力、 土仓压力等盾构施工参数的及时调整,配合有效的注浆和补浆措施, 可减小穿越施工对既有隧道的影响。