盾构隧道管片破裂的原因分析及预防

结合具体工程实例,从盾构隧道管片拼装及破裂的特点出发,分析了成型隧道管片破裂的原因,在此基础上提出了一些合理有效的预防和处理措施,从而有效地减少了管片破裂的发生,提高了隧道的施工质量。     

盾构管片错缝拼装的一种简化计算有限元模型

盾构隧道衬砌存在通缝和错缝拼装两种形式,错缝拼装情况下,管片接头的有限元模拟存在一定难度.在采用壳-弹簧模型模拟衬砌前提下,提出一种计算盾构管片错缝拼装的简化有限元模型,同时验证了此模型的合理性.分析成果对目前盾构管片的设计具有一定的参考价值.     

盾构管片排版计算方法的研究

管片的排版是盾构法隧道施工中的重要研究课题。施工人员通过选择适当的管片排版方案,来实现盾构隧道的实际轴线对于设计轴线的拟合。本文基于盾构管片的几何特征,提出了对管片建立坐标系来描述管片信息的方法。利用坐标系变换的理论,并根据施工中管片的拼装点位参数,对管片的排版过程进行分析。进而推导出了管片排版计算方法。利用MATLAB模拟管片的排版计算过程,验证了方法的可行性。本文实现了对管片的排版计算,对隧道施工中管片的拼装起到指导作用。     

盾构自动化拼装系统

基于成都地铁17号线直径Φ8 m级真空吸盘式土压平衡盾构和南京和燕路Φ15 m级大直径泥水盾构的电气控制设计，对盾构在现场施工过程中，尤其是管片拼装过程中，尽可能减少人工操作，实现管片拼装的自动化进行分析。从自动化拼装系统的搭建，管片在喂片机上的运输，管片的抓取和拼装等方面，介绍盾构自动化拼装系统的工作过程。     

盾构隧道管片拼装错缝对密封垫防水性能的影响研究

盾构隧道管片接缝处易发生渗漏,是隧道防水设计的关键环节之一,而弹性密封垫防水是接缝防水的重点内容。弹性密封垫的防水性能除了与断面特性有关之外,也会受到管片拼装状态的影响。结合隧道管片接缝的防水设计,利用有限元分析对弹性密封垫的压缩过程进行数值模拟,研究了管片拼装错缝对密封垫防水性能的影响,供实际工程参考。     

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.     

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.     

盾构隧道通缝拼装管片错台的监测研究

随着盾构法隧道施工技术的发展和众多问题的解决,管片错台引起的管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显。以上海轨道交通二号线西延段盾构隧道工程为背景,对盾构推进过程中管片错台进行现场监测,并对监测数据进行了计算、作图和比较分析,进而得到错台发生和发展规律,以及错台和顶力等因素之间的关系,为消除盾构隧道管片在推进过程中的错台,确保施工精度,提高工程质量提供了依据。     

考虑气囊效应的盾构隧道密封垫压缩性能分析

盾构隧道密封垫的压缩性能直接关系到其防水性能以及管片是否可以顺利拼装,在以往有关盾构密封垫的相关数值分析中均无法模拟封闭在密闭孔洞中的空气所引发的“气囊效应”.为此专门编制了计算程序,采用有限元方法模拟了密封垫在压缩过程中孔洞的压力变化,并分析了其对于密封垫压缩过程的影响.研究表明：由于孔洞内气体压力的存在,密封垫的孔壁失稳过程明显滞后,闭合压缩力指标提高了10%以上,气囊效应不容忽视.     

盾构隧道通缝拼装管片上浮的监测研究

盾构隧道管片上浮引起的拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显,并直接影响到工程质量.文章对盾构推进过程中管片上浮进行了现场监测及其结果分析,进而得到上浮发生和发展规律,进一步从盾构工法特性、衬背注浆、盾构姿态及线路走向等影响因素着手,对盾构掘进过程中管片产生上浮的现象、原因进行了分析研究,并提出了控制措施.     

层状围岩中管片衬砌受力特征的模型试验研究

深部层状围岩结构强度具有各向异性特点,此类地层中修建盾构隧道,管片衬砌易受偏压作用,对结构安全构成挑战。开展层状围岩与盾构管片衬砌相互作用关系的相似模型试验研究,研究不同层理倾角下管片衬砌壁后围岩压力、管片衬砌内力和变形分布规律。研究结构表明:管片衬砌受力和变形特征受层理面控制明显,管片衬砌受力极不均匀,弯矩、轴力和变形呈现非对称分布;管片衬砌壁后围岩压力最大值集中在强度最弱的层理面法线方向,该方向上管片衬砌的弯矩最大,轴力最小,变形最大;层理倾角对管片衬砌的受力和变形影响显著,层理倾角不仅影响管片衬砌壁后围岩压力分布形状还影响其量值大小;均质地层中,管片衬砌裂缝主要出在封顶块接头处和其他环向接头处,层状地层中管片衬砌裂缝出现位置受接头位置影响减弱,而受层理倾角影响明显,管片衬砌裂缝出现位置主要集中在层理面法向。研究结果对层状围岩中修建盾构隧道的支护结构型式设计具有一定参考价值。     

水下盾构隧道管片衬砌结构渐进性破坏机理模型试验研究

水下盾构隧道管片衬砌结构病害的防治是一个公认的难题,揭示管片衬砌结构破坏、失稳的机理显然对病害的科学治理具有很强的指导意义。采用模型试验方法,通过超载的形式对水下盾构隧道管片衬砌结构从材料细观损伤到结构宏观局部破坏再到结构整体失稳的整个渐进性破坏失稳过程进行了系统研究。将大型水下盾构隧道管片衬砌结构渐进性破坏过程划分为初始弹性阶段、局部损伤阶段、宏观破坏阶段和整体失稳阶段四个阶段,并给出了各阶段管片衬砌结构的力学行为特性;探明了盾构隧道管片衬砌结构失稳临界点,并以关键点位移与隧道外半径比值的形式给出了失稳临界建议值;通过对声发射数据的分析,揭示了管片衬砌结构破坏过程的渐进性特性,并获得了声发射事件出现的频率与幅值分布随外部荷载的变化规律;分析了管片衬砌结构宏观裂纹的出现及扩展规律,并通过最终破坏形态分析了造成管片衬砌结构整体失稳的关键部位的空间分布以及破坏形式。     

管片衬砌承担高内水压力的可行性分析

 双护盾掘进机掘进与管片衬砌几乎同时进行,具有快速施工的特点,但管片衬砌能否承受电站引水隧洞高内水压力作用,是决定引水隧洞能否采用管片衬砌及TBM施工的关键之一。结合青松电站引水隧洞,对管片衬砌在承受高内水压力作用下的应力与变形特性进行三维有限元计算,对影响管片接缝张开的主要因素进行分析,获得在高内水压力作用下的管片应力、变形分布,深化对高内水压力作用下的管片衬砌特性的认识。计算发现在内水压力作用下,管片衬砌具有柔性变形特征,就青松电站而言,在现有的接缝止水技术条件下,管片衬砌可承受高水头内水压力作用,这对推动管片衬砌及TBM在引水隧洞中的应用具有重要意义。     

火灾下盾构隧道衬砌拼接接头力学行为试验研究

盾构隧道管片接头是隧道结构的薄弱部位,针对盾构隧道管片接头的抗火性能研究显得尤为重要,该文以存在安装误差的缩尺衬砌结构接头试件进行火灾试验,以管片的表观特征、温度场分布及变形响应等特征,研究火灾高温作用下盾构隧道衬砌结构接头的力学性能.研究结果表明:无初始缺陷的衬砌管片爆裂面积大且深度浅,具有初始缺陷的衬砌管片剥落深度...     

地铁盾构衬砌管片加载裂缝的分析

盾构衬砌管片在拼装和使用中出现很多裂缝问题,通过衬砌管片的加载考察分析影响衬砌管片裂缝开展的因素,为管片结构优化设计提供技术支持。分别采用普通盾构衬砌管片(纵筋采用直径18mm的HRB335钢)和加重盾构衬砌管片(纵筋采用直径22mm的HRB335钢)两种管片的加载裂缝对比情况来分析影响衬砌管片裂缝的因素。试验结果表明,初始裂缝主要受混凝土的影响,钢筋作用不明显。加载力越大,裂缝开展深度越大。破坏时加重管片的混凝土破坏更为严重。裂缝开展严重地方在中心螺栓孔附近,此段主要承受弯矩,两旁螺栓至接头处基本不开裂,此段主要受轴向力的作用。外侧保护层破坏时钢筋屈服,衬砌管片承载力急剧下降。衬砌管片开裂主要在管片环的上部,应该重点加强承受上部土压力的管片强度,初始裂缝与混凝土有密切关系,应该重点加强上部混凝土的强度或在两侧螺栓孔中间添加钢纤维以加强。     

纤维混凝土在盾构隧道衬砌管片中的应用研究

由于传统盾构隧道混凝土管片存在的问题,新型管片的研究成为盾构隧道技术研究的一个重要方向.纤维混凝土管片的研究和应用在国内实例较少,尚处于起步阶段.文章通过材料试验,研究了纤维混凝土的抗压性能和高温下的抗爆裂性能,为纤维混凝土管片的应用提供试验依据;通过对纤维混凝土盾构隧道管片的承载力和裂缝宽度的结构分析,得出一些结构设计方面的建议.文章探讨了纤维混凝土管片的应用可能及相关问题,对推动我国新型隧道管片研究和应用具有实际的意义.     

一种改进的盾构隧道双层衬砌分析模型及其应用研究

 在分析现有3种双层衬砌数值模型的基础上,提出改进的双层衬砌盾构隧道衬砌梁–接头弹簧–结合面压杆弹簧组合分析模型。该模型采用压杆、结合面点位移耦合等技术,解决现有模型中地层与衬砌之间、双层衬砌结合面之间存在拉力以及结合面剪切应力与剪切位移无关等问题,提出适用于该模型的双层衬砌结合面和地层衬砌接触面参数计算依据,探讨结合面单元数量对分析结果的影响,研究杭长客运专线钱塘江隧道双层衬砌的力学行为。研究结果表明：(1) 双层衬砌厚度增大将引起双层衬砌弯矩明显增大,其增大趋势与双层衬砌厚度增大趋势基本一致;(2) 双层衬砌厚度的增大对轴力的影响甚微;(3) 双层衬砌弯矩在管片衬砌和二次衬砌之间的分配比例与管片衬砌和二次衬砌的厚度相对比例无线性关系。研究结果对未来水下双层衬砌盾构隧道的设计分析具有一定的参考价值。     

盾构隧道管片受力与变形研究

文章结合上海地铁M9线工程实例,借助有限元法对不同拼装方式下地铁区间盾构隧道通用管片结构进行力学行为分析.结果表明:管片结构在不同拼装方式下的力学行为是不相同的,与拼装类型、分析目标环的环向和纵向接头的位王、封顶块的位置有关.对通、错缝拼装隧道衬砌使用阶段的受力及变形进行了对比分析,得出了一些有益的结论,为设计施工提供参考.     

盾构隧道60°斜穿地裂缝的变形破坏机制试验研究

 从西安地铁盾构隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计盾构隧道管片衬砌结构60°斜穿地裂缝的物理模型试验。管片混凝土应变、纵向和环向螺栓应变、结构接触土压力和结构外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形以及宏观变形破坏现象表明,盾构隧道管片衬砌结构60°斜穿地裂缝的变形破坏模式以剪切变形为主,局部有扭转和弯曲变形;结构破坏范围为上盘0.75D(D为管片环外径1.20 m),下盘0.50D;管片混凝土破坏主要发生在螺栓孔附近,地裂缝处纵向螺栓发生较强的剪切、扭转和拉伸变形破坏;管片衬砌结构变形破坏不对称,管片环向处于偏压状态;环缝拱顶错位量大于拱底和拱腰,拱顶最大错位量达30 mm(0.025D),模型难以适用地裂缝错动变形20 cm(0.166 7D),盾构管片衬砌结构不适用于地裂缝活动强烈的地质环境。     

层状复合地层条件下管片衬砌结构力学特征模型试验研究

针对武汉长江隧道承受高水压和局部区段穿越软硬程度差异极大的层状复合地层的特点,采用盾构隧道–地层复合体模拟试验系统和旋转式水压装置共同作用,完成了在不同水土压力场作用下对层状复合地层和单一地层两种不同地层条件下的管片衬砌结构力学特征相似模型试验,并根据试验结果分析了层状复合地层对盾构隧道管片衬砌结构的力学特征的影响。研究表明,随着水压力加大,管片衬砌结构的平均轴力明显增大而最大正负弯矩略有增长或基本不变;处于坚硬岩层包围区域的管片体结构局部弯矩明显减小;小范围的硬岩层对管片衬砌结构整环最大内力影响不大。该研究为武汉长江隧道的管片衬砌结构设计提供有价值的参考。