盾构隧道横向刚度有效率研究

对现有国内外盾构隧道横向刚度有效率的取值进行了整理分析,认为目前通错缝隧道刚度有效率的取值常凭经验判定,缺少足够的验证。基于二环盾构隧道相似结构模型加载试验的结果以及相关研究成果,发现隧道加载时变形与荷载存在着明显的线弹性关系,隧道刚度有效率为一常数,符合修正惯用设计法的理论基础。对上海地铁盾构隧道的研究表明,通缝拼装时刚度有效率为0.67,错缝拼装时刚度有效率为0.75,软弱土体抗力对隧道有效刚度的影响可以忽略。通过与已有经验公式、结构试验结果的比较,表明相似模型结构试验具有简单、可操作性强、数据丰富、结果可信、经济的特点,可成为研究通错缝拼装盾构隧道刚度有效率的较理想方法。     

基于模型试验的盾构隧道纵向刚度分析

为探明盾构隧道纵向变形性能及抗弯刚度有效率的取值,基于模型试验,根据相似理论对通缝、错缝及匀质圆筒模型进行纵向模型试验研究。分别对3种纵向试验模型进行了加载试验,采用数据采集系统测试加载过程中的管片模型的纵向变形,得到了各级荷载下通缝、错缝及匀质圆筒模型纵向变形规律及其抗弯刚度有效率,并对试验结果进行对比分析。结果表明:1盾构隧道纵向变形与荷载基本呈线性关系;2通缝、错缝隧道纵向抗弯刚度有效率分别在0.18~0.39和0.20~0.40;3通缝和错缝隧道的纵向弯曲变形性能基本一致,错缝拼装效应对盾构隧道纵向变形的影响并不明显,研究成果可为盾构隧道的设计提供参考。     

大断面盾构隧道结构横向刚度有效率的原型试验研究

通过对盾构隧道横向刚度有效率的影响因素进行分析,提出了针对大断面水下盾构隧道横向刚度有效率的原型试验求解方法,进而对南京长江隧道及广州珠江狮子洋隧道管片衬砌结构开展原型试验,得出两座隧道管片结构 和 随荷载条件变化的规律。结果表明,在同等荷载条件下,断面越大, 越小,对应 越大,错缝结构的 大于通缝结构。正弯区与负弯区的 不同,对于不同的管片结构型式, 与 的对应关系不同。同时,针对两座隧道不同结构形式给出了 , 的关系曲线,并提出了 10 m 级和 15 m 级水下盾构隧道通缝与错缝条件下 与 的建议值。     

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。     

西安富水砂层盾构施工Peck沉降预测公式改进

隧道开挖引起的地表沉降预测主要有公式法、数值法、解析法等,由于Peck公式法的合理、简便,被广泛应用于隧道开挖引起的地表沉降预测中。但由于Peck公式的局限性,在不同地层中预测隧道开挖引起的地表沉降时需要对其进行修正。本文以西安地铁某区间盾构穿越富水砂层为背景,通过现场实测数据、线性回归方法并引入地表最大沉降修正系数α和沉降槽宽度修正系数β两个参数对原始Peck公式进行修正,得出α的取值范围为0.106 7~0.354 4、β的取值范围为0.539 0~0.681 9,将修正后的公式和现场数据对比发现拟合效果较好,参数取值合理。相关结论可供盾构在富水砂层中施工作为参考。     

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.     

修正惯用法管片环弯曲刚度有效率η和弯矩提高率ξ的研究

介绍了修正惯用法管片环弯曲刚度有效率和弯矩提高率的定义,论述了用梁-弹簧模型确定弯曲刚度有效率和弯矩提高率的方法,研究了接头刚度对弯曲刚度有效率和弯矩提高率的影响,提出了管片环弯曲刚度有效率和弯矩提高率的拟合公式,对盾构管片的设计具有一定的指导作用。     

地铁“先隧后站”车站基坑施工力学效应分析

为了解“先隧后站”法先期隧道施工产生的土体扰动对后期地铁车站基坑开挖的影响规律,以厦门地铁2号线高林站工程为依托,根据工程经验考虑4种地层损失率η,通过数值模拟先盾构隧道后明挖法扩建地铁车站基坑开挖过程,研究基坑开挖破除隧道前后基坑变形及围护墙内力变化规律。计算结果表明:地表沉降和墙体侧移及内力分布规律基本不变,但极值存在一定变化;对于地表沉降极值η为0.5%、1%和2%时的比无隧道时(η=0)分别增大15.8%、12.6%和10.7%;对于围护墙侧移,η从0.5%增至2%,极值增幅约4.1%;先期盾构隧道施工力学效应不利于后期基坑开挖。为克服这种不利效应,现场提出了一套基坑土方开挖及管片拆除的施工方案,实践表明采取的方案可靠,基坑安全稳定。     

盾构隧道通、错缝拼装管片受力及变形比较

通缝、错缝管片在国内盾构隧道施工中均有运用,关于两种衬砌形式孰优孰劣的争论一直存在.基于两种衬砌的结构特征,采用修正的地层弹簧模型,结合南京地铁一号线的工程实例,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.     

基于足尺试验的管片纵缝接头刚度分析

为了研究上海地铁通缝拼装盾构隧道的结构承载力学特性,进行了通缝隧道结构荷载足尺试验,试验通过24个加载点施加水平集中荷载来模拟盾构隧道周围土体的分布荷载。通过反演分析结果及足尺试验观测结果,对管片纵缝接头刚度与结构变形的总体趋势进行了分析。试验结果表明,管片的纵缝接头抗弯刚度随着结构变形的增加而呈现出减小趋势,主要与管片接头受压区混凝土受压面积减小有关,其次还与受压区混凝土破坏和螺栓发生塑性变形有关。基于纵缝接头刚度的衰减特性,运营期盾构隧道安全评估时管片环的刚度有效率提出结合盾构隧道结构的变形状态进行合理取值。     

矩形钢管和矩形钢管混凝土T形不等宽受拉节点 轴向刚度

为获得T形节点轴向刚度简化计算公式,根据节点受力特点,提出了适用于矩形钢管节点的平面框架模型和适用于矩形钢管混凝土节点的固端梁模型,并推导得到了2类节点的节点轴向刚度理论公式; 运用有限元方法对节点轴向刚度理论公式中的节点域有效长度l_eff进行参数分析,拟合得到l_eff简化计算公式; 将节点轴向刚度理论公式与试验及有限元结果进行了对比,并分析了主管内填混凝土对节点轴向刚度的影响。结果表明:主管高宽比和主管宽厚比对l_eff的影响较小,不予考虑; l_eff与主管宽度和支管高宽比均呈线性关系,且随之增大而增大; l_eff与支主管宽度比β呈非线性关系,且随之增大而减小; 2类节点的轴向刚度理论公式计算结果与试验结果及有限元结果均吻合较好; 主管内填混凝土可以提高节点轴向刚度,提高系数k_c/h随着主管高宽比的增大而增大,随着β的增大呈现先增大后减小的规律,且当β=0.6～0.7时提高最大。     

FRP筋混凝土梁挠度与裂缝宽度计算模型分析

收集国内外218组纤维增强复合材料(FRP)筋混凝土梁受弯性能试验结果,重点研究了正常使用阶段和极限状态下梁挠度和裂缝宽度的发展规律,基于试验数据修正了FRP筋应变不均匀系数ψ与强度配筋影响系数的关系,建立了该类梁受弯挠度计算模型;深入分析了FRP筋混凝土梁受弯截面内力臂系数η、构件受力特征系数α_cr对构件裂缝宽度计算精度的影响,确定η,α_cr的合理取值,优化计算模型,并与规范GB 50608—2010建议模型计算值进行对比分析。结果表明:根据建立的ψ与强度配筋影响系数关系,选取η=0.88,α_cr=1.5得到的建议模型能够较好预测FRP筋混凝土梁受弯挠度和裂缝宽度,比规范计算结果吻合好,验证了建议模型的准确性和合理性。     

管棚注浆支护隧道开挖引起地表变形特征分析

隧道开挖引起的地表变形是工程安全的重要指标,基于管棚注浆隧道开挖引起的地层受力分析,将地表变形影响因素分为注浆压力、附加荷载和地层损失,并引入Mindlin解和Peck公式,获得了隧道引起的地表变形计算公式。通过对地表变形特征进行分析,结果表明:岩土力学参数对地表变形最大值有显著影响,但对沉降影响宽度影响甚微;沉降槽宽度、地层损失率和沉降宽度与沉降槽宽度比值(I/i)均随内摩擦角和黏聚力增大而减小,弹性模量对沉降槽宽度几乎没有影响,随弹性模量增大,沉降槽宽度稳定在7.6~7.9,地层损失率迅速减小并在1.2‰左右趋于稳定,I/i则迅速增大并稳定在3.0左右。隧道参数对沉降最大值和沉降影响宽度均有显著影响,且影响幅度没有减缓的趋势;在单一地层中,随着埋深增加,沉降槽宽度、地层损失率均呈直线增大,I/i值先增大后减小;随洞径增大,沉降槽宽度呈线性增大,地层损失率呈线性减小,I/i值先增大后减小,最大值为3.1左右。     

PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点有效分布宽度

为研究PBL加劲型矩形钢管混凝土支管受拉节点应力分布规律及其有效分布宽度,采用ABAQUS软件建立42个矩形空钢管、钢管混凝土及PBL加劲型矩形钢管混凝土节点有限元模型并进行位移加载;根据有限元计算结果拟合得到矩形空钢管、钢管混凝土及PBL加劲型矩形钢管混凝土节点的有效分布宽度表达式,将拟合公式计算值与CIDECT规范计算值和有限元计算值进行对比。结果表明:在节点受力全过程中,PBL加劲型矩形钢管混凝土节点相对于矩形空钢管节点和钢管混凝土节点的应力分布不均匀性减小;当加载位移达到3%b₀（b₀为主管宽度）时,PBL加劲型节点的有效分布宽度更大,具有更好的受力性能,支板应力分布效率ξ随主管宽厚比2γ与支主管厚度比τ的增大而减小,其中τ对ξ的影响更大;支板应力分布效率ξ随支主管宽度比β变化较小,且呈抛物线变化;拟合公式计算值与CIDECT规范计算值及有限元计算值吻合良好,验证了公式的正确性     

地面出入式盾构引起地下管线附加荷载研究

考虑盾构仰俯角β(即隧道埋深变化)以及地下管线自身宽度,基于Mindlin解和统一土体移动模型三维解,推导出地面出入式盾构隧道掘进中正面附加推力、盾壳摩擦力、附加注浆压力和土体损失引起的土体附加应力计算公式,进而得到邻近地下管线附加荷载计算方法。算例分析结果表明:盾构上仰时,随着β增大,管线承受的总附加荷载最大值变小;随着管线埋深变大,隧道轴线两侧各0.5h范围内,y向附加荷载分布曲线呈上移趋势;隧道轴线两侧各0.5h范围外,y向附加荷载分布曲线呈下移趋势;隧道轴线两侧0.5h左右处,为管线附加荷载分布曲线的交点。     

基于有限元极限分析的双孔隧道稳定性分析

为进一步探讨在考虑土体内摩擦角情况下,双孔隧道在支护反力及地面超载共同作用下的相互作用规律及稳定性分析,首先,基于有限元极限分析法,采用MATLAB平台编制了相关计算程序;此外,为减少各参数之间的交叉影响,引入无量纲分析方法;然后,将本文模型的计算结果与已有成果进行对比,验证了本文分析方法的合理性;最后,在此基础上求得各影响因素下的隧道稳定性参数(N_s),并绘制了无量纲分析图表。结果表明:(1)N_s随φ的增大逐渐增大,且当φ较大时,在N_s未达到稳定值之前,对其产生显著影响;(2)N_s随S/B的增大而增大并趋于稳定;(3)φ的存在与否对N_s随着γB/c的变化产生相反的规律,且随φ的增大,γB/c的变化对临界间距比(S/B)的值影响减弱;(4)临界间距比随H/B的增大不断增大;(5)S/B和φ是影响隧道破坏模式的关键因素。     

地铁上穿工程中既有隧道卸荷附加应力系数

推导了新建地铁上穿施工引起的既有隧道结构的卸荷附加应力系数解析解,利用Maple软件对卸荷面积、卸荷中心距既有隧道水平距离、卸荷平面至既有隧道顶部距离、卸荷宽长比等关键卸荷参数与附加应力系数的关系进行研究,旨从弹性卸荷理论的角度提出了地铁上穿工程中如何减小既有隧道结构卸荷效应的措施。研究表明:随着卸荷面积的增大,底板下方不同深度处的附加应力系数逐渐增大,应尽量减少一次卸荷面积,减少开挖进尺;当既有隧道处于卸荷面积边界附近时,卸荷附加应力系数急速衰减,应对开挖卸荷长度范围内的既有线结构周围土体进行重点加固;附加应力系数随着夹层土厚度的增加逐渐减小,应尽量加大新旧结构之间的距离;随着宽长比的增大,卸荷中心下的附加应力系数逐渐减小,建议采用长条形的土体开挖方式;在相同的卸荷面积条件下,泊松比对附加应力系数的影响较小。     

原竹材料抗弯性能试验研究

开展了原竹材料抗弯性能试验,探究了竹材抗弯强度和弹性模量与高度、壁厚、周长的关系,采用Bootstrap法分析了竹材抗弯强度标准值,基于可靠度理论研究了原竹材料的抗弯强度设计值.结果表明:竹片抗弯加载经历较长的弹性阶段,塑性阶段较短,竹材抗弯承载力随高度增加而减小;竹片抗弯强度和弹性模量随高度增加而增大,随壁厚和周长增...