运营期盾构隧道结构治理评价体系研究

针对盾构隧道加固治理后效果评价问题开展研究。首先,以两种极限状态设计为基础,从表观特性、变形特性和强度特性3个方面选取了21个影响因素,构建了盾构隧道加固治理效果评价指标体系。其次,结合现行规范及现场治理要求,建立了盾构隧道治理效果评价等级集,确定了各项指标限值,采用专家打分法和直线型无量纲化方法对定性、定量指标进行了量化处理。最后,采用层次分析法建立各级指标判断矩阵,并进行了一致性检验,形成了盾构隧道加固治理效果评价方法体系。通过实际工程案例应用表明,文中提出的评价指标体系及评价方法切实可行,可为后续盾构隧道治理评价提供借鉴。     

盾构隧道结构病害状态综合评价方法研究

为了定量化评估运营盾构隧道健康状态,需要考虑结构病害对其安全性、耐久性和适用性的综合影响。将盾构隧道常见病害成因分为管片错位、衬砌材质劣化以及渗漏水等6个子系,对每个子系构建了病害故障树;从工程应用角度出发,从故障树中选取了23个可定量化因素作为评价指标,通过层次分析法建立了三层病害评价指标体系;对体系中单一评价指标的定量化分级方法进行简述,并给出所有指标的建议分级标准,采用改进的层次分析法-乘积标度法确定了各评判指标之间的相对权重;确定了基于Cauchy分布模型的隶属函数的关键参数。本方法修正了单因素诊断指标的片面性,考虑了多种病害对隧道结构综合作用,对"亚健康"的隧道结构的健康状态也能进行有效的定量化评价。     

一种运营地铁盾构隧道结构健康状况评价方法

为解决多指标对盾构隧道结构健康状况的综合影响以及人的有限理性对评价结果的不精确性问题,提出一种基于可能性理论及前景理论的地铁运营盾构隧道结构健康状况评价方法。首先在已确定盾构隧道结构健康状况等级的基础上,构造各健康状况等级可能性分布;然后基于专家期望值得到各监测指标的参考分布函数;基于可能性理论,得到指标监测结果的可能性分布,构造出监测指标与健康状况等级可能性分布函数之间的映射关系;最后,基于前景理论对盾构隧道结构健康状况进行评价。该方法运用于软土盾构隧道结构健康状况的评价,验证了其有效性及实用性,为运营盾构隧道结构健康评价提供了新方法。     

汕头苏埃隧道运营通风系统设计

汕头苏埃隧道为特长水下盾构隧道,中部为盾构段,两端为明挖暗埋结构.充分利用盾构的圆形结构特点,对4种隧道通风方案进行了比选,确定明挖段设置射流风机+排出式通风井+盾构段设置土建排烟风道方案为推荐通风方案.结合方案的风塔位置、洞口污染物指标介绍了运营通风系统设计,指出运营通风方案与行车速度有直接关系,不能简单采用风塔+洞...     

基于数字图像的盾构隧道衬砌裂缝病害诊断EI北大核心CSCD

采用计算机视觉对隧道衬砌表面的结构病害进行快速无损检测已成为发展趋势,如何通过图像识别结果客观地评定病害严重程度是保障隧道结构服役性能的重要切入点。以地铁盾构隧道衬砌结构表面的裂缝病害二值图像为研究对象,提出客观的新型盾构隧道裂缝诊断指标(Tunnel Defect Index-Crack,简称TDI-C)及其分级标准。首先,通过数字图像处理对裂缝病害进行量化,得到长度、最大宽度、分形维数等3个参数;提出一种动态分块法来计算裂缝病害的长度和最大宽度;采用盒维数计算裂缝病害的分形维数,发现其值越大,所对应裂缝病害的形态越复杂。其次,以200环衬砌管片的隧道区段作为诊断尺度,计算病害量化参数的累计值,建立由21个隧道区段组成的病害样本空间;采用K-means++聚类,合理地确定裂缝病害的分级档数为三级与样本空间中各个样本的病害等级;通过偏最小二乘回归分析,提出隧道裂缝诊断指标TDI-C,并建立病害等级的分级标准。最后,给出地铁区间隧道裂缝病害诊断的应用实例,并指出本文方法较现有方法具有较大优势。     

隧道结构服役性能动态监测现场试验研究

以上海市某地铁线路的盾构隧道段作为试验段,深入分析了以隧道沉降为代表的关键参数,通过监测揭示了盾构隧道纵向变化的规律和采用该技术手段大规模开展隧道结构服役性能长期监测的可行性。     

基于数字图像的盾构隧道衬砌裂缝病害诊断

采用计算机视觉对隧道衬砌表面的结构病害进行快速无损检测已成为发展趋势,如何通过图像识别结果客观地评定病害严重程度是保障隧道结构服役性能的重要切入点。以地铁盾构隧道衬砌结构表面的裂缝病害二值图像为研究对象,提出客观的新型盾构隧道裂缝诊断指标(Tunnel Defect Index-Crack,简称TDI-C)及其分级标准。首先,通过数字图像处理对裂缝病害进行量化,得到长度、最大宽度、分形维数等3个参数;提出一种动态分块法来计算裂缝病害的长度和最大宽度;采用盒维数计算裂缝病害的分形维数,发现其值越大,所对应裂缝病害的形态越复杂。其次,以200环衬砌管片的隧道区段作为诊断尺度,计算病害量化参数的累计值,建立由21个隧道区段组成的病害样本空间;采用K-means++聚类,合理地确定裂缝病害的分级档数为三级与样本空间中各个样本的病害等级;通过偏最小二乘回归分析,提出隧道裂缝诊断指标TDI-C,并建立病害等级的分级标准。最后,给出地铁区间隧道裂缝病害诊断的应用实例,并指出本文方法较现有方法具有较大优势。     

盾构隧道锚索清障施工评价指标与综合评价方法

为确保盾构隧道锚索清障作业的施工安全,文中以珠海十字门盾构隧道为例,在构建了隧道锚索清障评价指标体系的基础上,运用模糊层次分析法,通过专家评价法和不同类型隶属函数得到了评价指标的相对权重和隶属度,最终提出了隧道锚索清障施工的综合评价方法。结合珠海十字门隧道锚索清障工程,对6种不同隧道锚索清障方案的可行性进行了比选分析,结果表明全回转钻机法与成槽机切割拔除法是项目锚索清障施工的最佳方案。     

越江盾构隧道结构日常检查的状况评价模型研究

为在日常养护中掌握隧道结构技术状况,基于日常检查研究建立越江盾构隧道结构状况评价模型。针对越江盾构隧道结构构件特点,建立从隧道整体到子构件的结构层次划分方法;结合日常检查工作内容和深度,选取与结构技术相关的病害类型,给出病害评价方法;以TCI为结构状况评价指标建立多层次评价模型,给出指标计算方法和结构状况分级。案例应用表明,该评价模型可用于日常养护中越江盾构隧道结构状况的快速评价,进而指导养护策略的制订。     

航道疏浚对海底盾构隧道纵向稳定性的影响研究

对海底长距离、高水压、大直径盾构隧道纵向稳定性的特点和影响因素进行了分析,并通过工程实体对航道疏浚这一影响因子进行研究。结合航道疏浚的特点、工艺和工序,选取纵向长2.4km的大型模型,采用数值模拟方法分别研究了航道疏浚深度、疏浚工序及回淤厚度等因素对结构纵向变形、受力的影响程度,初步得到了航道疏浚深度对隧道结构稳定性的控制作用。同时,给出了疏浚深度与结构变形、受力的非线性关系,即航道疏浚深度超过7m后隧道纵向变形趋势明显;提出了疏浚控制深度的指标,疏浚规划方案宜进行优化。最后,探讨了盾构隧道结构和周边地层的加固方案,以保证结构稳定性。初步研究结果对于海底盾构隧道前期规划、设计有一定的参考价值,相关研究还需要进一步深化。     

Simplified analytical method for evaluating the effects of overcrossing tunnelling on existing shield tunnels using the nonlinear Pasternak foundation model

The excavation of a new tunnel above an existing shield tunnel at close proximity may cause a series of adverse impacts on the underlying tunnel. Thus, a reasonable assessment of the existing shield tunnel’s responses to overcrossing tunnelling is crucial to ensuring the safety and serviceability of the existing shield tunnel. In this study, a simplified nonlinear analytical method is proposed to rapidly assess existing shield tunnel responses to overcrossing tunnelling. A nonlinear Pasternak foundation model (NPFM), considering the nonlinear deformation of the ground as well as the interaction between adjacent springs and upward tunnel displacement, is proposed for modelling the tunnel-soil interaction associated with unloading stress. An effective Newton’s iterative computational program, combined with the finite difference method, is developed for the nonlinear responses of the existing shield tunnel. The reliability and applicability of the proposed method are subsequently validated by a comparison with the results of three-dimensional finite element analyses and two well-documented and published field measurements. The predictions are also compared with the results of six elastic simplified analytical methods based on different subgrade reaction moduli.     

Improved analytical model for circumferential behavior of jointed shield tunnels considering the longitudinal differential settlement

Differential settlements of the shield tunnel along the longitudinal direction can significantly affect the circumferential behavior of segmental lining, degrading both the structure safety and serviceability. In this paper, the authors introduce both the shearing effect and flattening effect on the tunnel cross section, which was caused by the longitudinal differential settlement, into an existing analytical model of jointed shield tunnels. An example is then presented to illustrate the variation of the circumferential behavior of segmental lining, including both the structure safety and serviceability, along the longitudinal position. Finally, a series of parametric studies are performed to investigate how factors such as tunnel longitudinal settlement, property of surrounding ground, and the design parameters of segmental lining affect the circumferential behavior of the segmental lining.     

地铁隧道横向变形的激光扫描检测方法及应用

随着城市轨道交通运营里程数的快速增长,作为一种典型病害的地铁盾构隧道结构横向变形亟需快速精准的检测方法。传统检测方法大多采用人工操作全站仪的方式进行检测,具有成本高、效率低等不足。移动激光扫描是一种通过快速采集高精度、高密度的点云数据来检测盾构隧道结构变形的新型技术,与传统检测方法相比具有显著优势。基于该技术,本文提出一种针对地铁盾构隧道横向变形的快速检测方法。该方法通过圆柱拟合与空间投影提取横断面,建立修正强度模型并进行噪声剔除,实现隧道横向变形的计算和统计。研究表明:该方法能有效地提取隧道横断面数据,准确地剔除管道、支架等干扰物噪声;与传统检测结果相比,该方法的误差在2 mm以内,验证了该方法在地铁隧道衬砌结构的横向变形检测中具备较高的准确性及可靠性,能够满足实际工程需要。     

盾构隧道的结构病害及其成因探析和治理措施

随着大量盾构隧道投入运营,隧道结构的病害问题逐渐显现。本文从影响和引起隧道结构病害的原因出发,对盾构隧道服役寿命期内其结构病害的情况进行了总结,阐述了盾构隧道结构病害、劣化的主要类型及其内在和外在的表征形式。事实显示,引起盾构隧道结构病害的主要成因包括:运营期特殊荷载导致的隧道结构突发损伤、隧道结构耐久性不足和隧道结构变形等长期行为产生的损伤。盾构隧道结构的病害和损伤主要包括管片和路面结构混凝土开裂、破损剥落;钢筋锈蚀且与混凝土粘结力降低;管片连接螺栓锈蚀或长期受应力腐蚀作用产生扭曲变形甚至断裂;隧道衬砌环纵缝的错台变形、接缝张开等;另外还包括隧道管片、衬砌接头、螺栓孔等位置的渗漏。     

平行盾构开挖离心机模拟试验研究

通过离心模型试验模拟平行盾构隧道近接开挖施工,研究了盾构隧道近接开挖对既有隧道结构内力、管片变形和地表沉降的变化规律。结果表明:1隧道开挖引起地表沉降的大小与开挖的步骤有关,而沉降槽的范围基本不变;2既有隧道靠近新建隧道一侧受拉,这一侧弯矩出现负增量,侧向土压力也有一定的减小,且既有隧道直径水平向变大,而垂向直径基本不受影响;3由于土拱效应,新建隧道已完成开挖部分管片拱顶的土压力随开挖进程先减小后增大;4采用地层结构法可以准确模拟隧道开挖过程的隧道结构力学特性与变形规律。     

超载作用下软土盾构隧道横向变形机理及控制指标研究

隧道横向变形直接关系到结构安全,首先采用数值模拟方法研究了地面压载、土体侧向压力系数和土体抗力系数对隧道横向变形发展的影响,研究了隧道横向变形随压载的变化发展规律,建立了隧道直径变化和混凝土受力、螺栓受力以及接头张开量之间的关系,提出了以隧道直径变化作为隧道横向结构性态发展的判定指标;根据隧道横向变形发展规律,利用隧道结构变形发展过程中的结构几何特征,建立了隧道变形量发展的几何简易分析方法,利用该方法直接测量隧道直径变化就可以判定隧道变形状态,为隧道结构安全评价提供了十分简单有效的手段。     

B样条在盾构隧道沉降曲线拟合中的应用

基坑施工不可避免会对邻近的盾构隧道沉降产生影响,进而影响盾构隧道结构健康。如何选择合适的方法对隧道沉降监测点数据进行拟合,找出基坑施工参数与盾构隧道沉降趋势之间的内在关系,对快速判别盾构隧道结构性能有重要意义。本文利用三次B样条曲线在连接点处曲率保持一致的独特优势,用该方法对某毗邻型基坑施工期间引起的盾构隧道沉降监测数据进行拟合,在此基础上绘制出施工前后盾构隧道累计沉降的曲率曲线,了解盾构隧道结构的整体受力状态。曲率曲线既能有效地寻找到隧道结构薄弱部位,又能通过与地铁保护区曲率控制标准进行对比,判断隧道结构受力是否超限,为隧道的健康评判提供准确依据。     

邻近盾构隧道的建筑物安全风险模糊层次分析

盾构隧道施工会对邻近既有建筑物产生潜在的安全风险。首次将模糊层次分析法引入对邻近盾构隧道的建筑物安全风险评估中。分析建筑物和隧道的影响因素,遴选出主要因素作为模糊层次评估方法的影响因子,建立了邻近盾构隧道的建筑物风险指标体系。采用专家打分法确定层次分析中各风险评价指标的权重,建立邻近盾构隧道的建筑物风险模糊层次评估模型。运用本文方法,对武汉长江盾构隧道上方的武汉理工大学电教楼进行了风险评估,得到的评估结果符合实际工况,验证了本文方法的可靠性。     

不等跨连拱隧道衬砌结构可靠度及敏感性分析

应用基于神经网络的随机有限元,把截面抗压强度条件视为承载能力极限状态,进行某高速公路不等跨连拱隧道衬砌结构可靠度分析,得出了衬砌结构可靠指标的分布规律和衬砌结构的概率破坏规律。进行衬砌结构可靠度对随机变量的敏感性分析,得出随机变量的分布类型与变异系数对可靠指标的影响规律。结论对隧道设计与施工具有参考价值。