盾构隧道功能梯度混凝土管片的研发及性能研究

武汉长江隧道工程所面临的高压富水环境要求衬砌结构管片具有高抗渗、长寿命的性能。引入功能梯度材料设计原理,对钢筋混凝土管片进行功能梯度设计与优化,实现管片外层高防水抗渗、结构层提供强度及内衬层耐火的多重功能。同时采用适当的界面处理技术,保证管片各功能层的性能均匀过渡,实现功能和结构一体化设计。对结构层混凝土、保护层材料性能分别进行测试,测试结果表明,保护层材料具有优良的抗渗性能,相比普通混凝土氯离子扩散系数降低一个数量级,寿命提高10倍以上,优于目前国际上已报道的最好水平(6×10-13m2/s);结构层、保护层混凝土力学性能优良,强度满足设计要求,保护层材料强度达C70以上,主体结构层达到C50;保护层材料与结构层材料体积稳定性良好;耐酸性气体腐蚀性能大大增强,90d中性化深度不足1mm;同时,管片内衬层通过刷涂防火抗爆材料有效提升了管片的内层耐火性能,耐火极限是未经处理试件的4.72倍;最后通过实际的生产及检测,进一步证明了功能梯度混凝土管片具有较好的服役性能。     

功能梯度混凝土管片的设计及材性研究

引入功能梯度材料设计原理,对盾构隧道衬砌管片进行分层设计,制备出功能梯度混凝土管片。并针对影响混凝土管片性能的关键性指标如抗渗性能、体积稳定性以及力学性能等进行了试验研究。结果表明,混凝土管片保护层材料抗渗性优良,氯离子扩散系数相比普通混凝土管片降低1个数量级;保护层材料与结构层材料体积稳定性良好,且具有较好的体积变形匹配性能;同时保护层及结构层混凝土力学性能均完全满足工程需要,有效保证了混凝土管片的高耐久、长寿命。     

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。     

盾构法施工中隧道管片开裂原因分析及应对措施

钢筋混凝土管片作为盾构隧道最基本的结构单元，管片的质量关系到隧道的整体质量和安全，影响隧道的防水及耐久性能。管片生产中，施工工艺的选取对管片的质量尤为重要；隧道施工中由于管片运输、拼装不当，管片结构受力不均以及管片上浮、错台等均可能引起管片缺陷的产生。分析了盾构法施工中隧道管片破损、开裂产生的原因，探讨了其应对措施。     

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.     

管片局部渗漏对地铁隧道长期沉降的影响规律

由盾构法施工的地铁隧道,其周围衬砌常使用管片组成.管片的接缝处、注浆孔及管片碎裂引起的渗漏会导致地表的沉降.本文通过数值模拟分析管片局部渗漏对地铁隧道长期沉降的影响.通过增加渗漏点的个数并改变区间隧道的总渗漏量,讨论管片渗漏对地铁隧道长期沉降的影响规律.分析结果表明,沉降量随着管片局部渗漏量的增加逐步增大,二者呈线性关系.     

狮子洋隧道管片生产管理与质量控制

管片是盾构隧道质量控制的基础,管片质量的好坏关系到盾构隧道工程结构的安全性和耐久性,必须得到充分的重视.通过对广深港客运专线狮子洋隧道盾构管片生产情况的介绍,探讨盾构隧道管片生产工艺流程与质量控制措施,提出了一些有益的建议,可为同类工程参考.     

地铁二号线赤鹭盾构区间设计

结合广州地铁二号线赤岗-鹭江盾构区间隧道工程；从盾构管片的设计、隧道防水设计及建筑物保护设计介绍了其隧道的设计新技术，工程结果显示该设计取得了良好的社会经济效益。     

混凝土耐久性破坏经时模型在HILS服役寿命预测中的应用

采用混凝土耐久性破坏经时模型(CDFTModel)对不同体系设计下的武汉长江隧道管片进行服役寿命预测。结论表明:考虑各种潜在影响因素,按实际应用过程的最保守估计,高抗渗长寿命大直径盾构管片(HILS)功能梯度层体系的使用寿命可达到150年以上。采用有限元法分别对各体系进行Cl-离子渗透浓度分布模拟,结果显示,功能梯度体系管片的抗Cl-离子渗透性能远远优于复合胶凝材料体系。     

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.