软土地区浅埋地铁盾构穿越铁路的管片设计

采用弹性均质圆环法对不同工况下盾构管片进行结构计算及配筋对比;依据铁路规范采用抗裂承载力进行裂缝检算;通过地基加固处理改善土体物理力学性质,对不同工况、地基加固与否进行配筋对比,从而为类似工程提供理论依据和实践经验。     

不对称配筋纤维混凝土盾构管片正截面配筋计算

采用fib Model Code 2010中纤维对受弯承载力贡献的作用方式,并结合GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中偏心受压构件正截面受力分析,提出了不对称配筋纤维混凝土盾构管片配筋计算方法。以国内某地铁工程管片配筋计算为例,采用该方法计算了纤维混凝土管片正截面配筋并与普通混凝土管片配筋进行对比。同时,计算分析了采用不同等级纤维混凝土时该管片正截面配筋的变化规律。结果表明,纤维的加入可以降低钢筋用量,该方法结合了欧洲规范和国内的钢筋混凝土设计规范,具有较高的可靠性,可用于纤维混凝土盾构隧道管片设计。     

大直径越江盾构隧道结构受力现场实测分析

以南京地铁3号线越江隧道为依托,通过对大直径越江盾构隧道3环管片周边荷载、钢筋应力进行监测,并对实测数据进行统计分析,探讨越江盾构隧道施工期以及施工后一段时间,盾构隧道荷载、受力变化特征,并根据现场实测应力计算盾构管片内力,采用修正惯用法和梁-弹簧法计算隧道衬砌内力,并与实测值进行比较。研究结果表明:盾构掘进过程会引起管片周边土体的扰动,管片壁后注浆及施工期的临时荷载会影响管片周边土压力分布及大小;管片内外侧钢筋应力变化规律与实测土压力变化趋势基本一致,管片实测应力开始趋于稳定时间相比实测土压力较短;梁-弹簧法计算管片内力与实测反算结果更吻合,实测反算轴力是计算轴力的2倍左右。研究成果可为大直径盾构越江隧道管片设计、施工提供参考。     

钢纤维混凝土管片抗剪承载力设计方法研究

通过实际算例详细介绍了我国和欧洲规范关于钢纤维混凝土结构构件抗剪承载力的设计方法。计算结果表明:和欧洲规范设计理论不同,应用我国规范设计方法进行管片抗剪承载力设计,主要是考虑混凝土的抗剪承载力,并没有考虑纵向钢筋对斜裂缝的控制作用,在一定条件下,我国结算结果保守;考虑钢纤维影响,当截面内力较小时,按我国规范计算钢纤维混凝土管片斜截面增加的抗剪承载力比欧洲规范计算结果至少40%左右。因此,建议针对应用我国规范进行钢筋钢纤维混凝土管片抗剪承载力设计的相关内容应作相应调整。本研究可为优化我国钢纤维预制盾构管片的抗剪承载力设计提供参考。     

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.     

下穿铁路的盾构隧道管片衬砌内力计算法研究

在对目前国内外盾构隧道衬砌结构设计中普遍采用的自由变形圆环法和弹性地基梁法进行比较分析后,针对盾构隧道下穿铁路,盾构隧道管片衬砌承受列车荷载引起的附加动应力进行了研究,提出了自由变形圆环法与弹性地基梁法相结合,基于弯矩与轴力转换系数的计算新方法计算承受偏应力的管片衬砌内力,同时对上海轨道交通线某下穿工点进行了算例分析.     

盾构隧道衬砌结构内力计算方法的对比分析研究

在对目前国内外盾构隧道衬砌结构设计中普遍采用的惯用法、修正惯用法、多铰圆环法和梁-弹簧模型计算法进行详细介绍的基础上,以南京地铁南北线为研究对象,运用不同设计方法对盾构隧道在不同埋深下的管片环最大变形量、轴力、弯矩、剪力、螺栓剪力等的大小、分布规律及影响因素进行了系统研究,深入探讨了设计方法对盾构隧道衬砌结构设计所造成的影响.     

基于光纤监测的盾构管片接缝受力研究

盾构法在国内外地铁施工中广泛运用,管片接缝是盾构隧道的薄弱环节,关系到盾构隧道的质量和安全。以深圳地铁11号线南山—前海湾区间盾构隧道工程为依托,利用光纤监测技术设计和开展了盾构管片接缝受力现场试验,直观地了解到盾构施工过程中管片接缝处管片及连接螺栓受力变形的实时状态,得到管片接触应力、螺栓轴向应力及变形的一些规律:(1)不同接缝位置连接螺栓和管片的应力应变都是在试验环后第2环安装完成前迅速增长,之后趋于平缓波动或缓慢增长,第2环后盾构施工对连接螺栓及管片的影响在减小;(2)在试验中连接螺栓的受力变形一般大于管片的受力变形,管片和螺栓的受力变形都还有安全储备,处于安全状态;(3)纵缝连接螺栓的应力应变大于环缝连接螺栓的应力应变,不同接缝盾构管片应力应变规律与螺栓的正好相反。     

盾构隧道管片接头三维有限元分析

钢筋混凝土管片作为盾构隧道最基本的结构单元,其承载力影响管片环的整体性能。接头对管片环有削弱作用,使得对接头力学行为的分析显得尤为重要。通过对盾构隧道管片接头进行精细的三维有限元分析,得到接头的极限荷载及极限荷载下的应力、裂缝分布。研究发现,正弯矩作用下的接头强度取决于接头的局部强度;接头极大降低了管片环的整体承载能力;螺栓等连接件与管片混凝土之间的强度匹配也影响了管片接头强度。     

盾构隧道管片结构参数化设计研究

盾构隧道管片结构形式复杂,采用传统的方法进行模板图设计费时费力。利用Visual Lisp语言对Auto CAD进行二次开发,编制盾构隧道管片参数化设计程序。该程序极大提高盾构隧道管片的设计效率和质量。以上海市虹梅南路越江隧道管片结构设计为例,介绍一个成功应用的案例。     

被动铰接盾构推力夹角的研究

依托于对被动铰接盾构推进油缸与管片之间相互作用过程的分析与计算,提出被动铰接盾构推进系统推力与管片轴线间存在夹角θ,并分析了夹角θ值对管片、主机设计计算、盾构姿态的影响.通过该研究,对主机设计初始阶段盾构总推力的计算公式中的系数进行了修正;提出管片内切应力的存在,为更精确的建立管片受力模型提供理论依据;同时补充了一种影...     

复杂地质条件下地铁盾构关键技术问题研究

针对复杂地质条件下地铁盾构隧道设计与施工遇到的问题,以某地铁盾构区间为例,从区间地层特点、盾构始发与接收加固、盾构选型及管片结构设计、立交桩基近距施工等方面对区间盾构隧道关键技术问题进行了分析,并提出相应的设计与施工方法,对类似地铁盾构隧道具有借鉴意义。     

盾构隧道管片接头抗弯承载力计算模型研究

盾构隧道管片接头承载力的计算是管片设计和服役性能评估的重要部分和关键部分,针对形式相同而细部构造不同的管片接头,提出一套适用于其抗弯承载力计算的理论方法十分重要。鉴于此,文章基于接缝面的不连续特征将接缝面进行适当分区,建立盾构隧道管片接头抗弯承载力计算模型,并给出对应的求解算法。将理论模型的计算结果与接头足尺试验结果进行对比分析,验证理论模型的正确性,然后采用该计算模型对管片接头抗弯承载力进行分析与讨论。结果表明：管片接头抗弯承载力曲线具有明显的非线性特征,随着轴力的增大,接头极限弯矩呈先增大后减小的趋势。混凝土强度对于接头抗弯承载力的影响较为显著,而螺栓强度和螺栓直径对于接头抗弯承载力的影响程度受轴力控制,轴力较小时,上述两参数的增大对于接头抗弯承载力的提升效果明显,轴力较大时效果逐渐减弱,当轴力高于某一阈值后,螺栓对于接头抗弯承载力无影响。文章所提出的抗弯承载力计算模型与研究结果以期为盾构隧道结构设计、试验和性能评估提供重要参考。     

珠海杜洲海域软土超大直径盾构隧道建设关键技术

依托珠海市横琴杧洲隧道工程项目,系统地总结和分析了在珠三角地区海域超软土地层条件下的盾构法设计原理和施工控制技术.展开了盾构选型、管片结构设计、管片防水及软土地基加固等方面的设计研究;基于工程的特点,提出浅覆土情况下盾构开挖面的稳定性控制、平行隧道掘进中的相互影响、软土地层的管片上浮,以及掘进过程姿态精细化控制等施工关...     

基于改进的TOPSIS法和灰色关联分析研究盾构管片破损程度

管片破损是在盾构隧道施工过程中出现的一种严重的病害,对盾构衬砌环的结构完整性和力学特性均有危害,研究管片的破损原因和破损程度对于预防管片发生破损具有重要意义.基于此,依托某区间盾构隧道掘进过程中的实际施工参数,利用熵权法改进的最优解距离法(TOPSIS法)和灰色关联分析法研究了影响该盾构隧道管片破损的主要因素,并对管片...     

冲击荷载作用下地铁隧道盾构管片破坏特性

为了研究冲击荷载下地铁隧道盾构管片的破坏特性,采用轻气炮试验和动力有限元数值模拟相结合的研究方法,对冲击荷载下盾构管片的破坏情况进行分析,通过分析管片单元的应力状态研究了冲击荷载下盾构管片的破坏机理。结果表明：以冲击位置为中心,盾构管片试件表面径向主要受压,环向主要受拉,相同位置压应变大于拉应变;不同速度子弹冲击下,管片正面冲击坑水平方向及竖直方向尺寸相差不大;随着子弹速度的增加,管片正面冲击坑尺寸不断增大,冲击坑的深度不断增加,冲击坑等效直径增长随子弹冲击速度增加呈“三段式”;沿着子弹冲击方向,盾构管片试件单元应力状态从三向受压变化到三向受拉,盾构管片冲击正面混凝土受压破碎,盾构管片冲击背面发生受拉破坏。研究结果可为管片抗冲击设计提供一定的理论基础。     

小净距平行盾构隧道施工先行隧道管片附加应力监测研究

通过现场监测,研究揭示小净距平行盾构隧道施工中后行隧道掘进引起的先行隧道管片附加应力的变化规律.介绍了管片附加应力测点布置及监测方法,分析给出了管片附加应力动态变化规律,研究了附加应力与后行隧道掘进距离的关系,对管片附加应力的最大值和稳定值进行了统计分析.监测结果表明,当后行隧道掘进到监测断面附近时,附加应力有突变量,水平直径处环向受到压力作用,环向应力的量值比纵向应力大.以期能为评价小净距盾构隧道施工相互影响程度及该类盾构隧道设计,施工提供参考依据.     

盾构管片整环足尺寸模型试验研究综述

在地铁施工和运营期间,盾构管片在不良工况影响下经常出现变形过大和承载力降低等问题。以优化盾构管片受力和提高安全性能为目的,国内外学者通过整环足尺寸模型试验对管片变形性状和破坏关键性能点进行了大量研究。依据试验对象的不同,分别从未加固类管片和加固类管片对研究现状进行了总结和阐述,明确盾构管片结构整体变形、管片内力、接缝变形、管片裂缝、混凝土应变、接缝螺栓、管片错台量等发展情况,总结管片受力变形规律、极限承载力及破坏特征。明确国内外研究的不足,进一步优化加载装置、加载方式和加固技术,对未来该领域的研究提出进一步展望。     

热力盾构隧道先盾后井施工对环缝及管片受力影响的研究

在盾构隧道施工中先盾后井施工是一种高效经济的施工工法。本文以我国首条热力盾构隧道工程为背景,结合现场的监测数据,获得不同施工阶段下与竖井连接范围内的管片轴向应力和环缝的张开量变化规律,然后基于纵向等效连续化模型和弹性地基梁的理论,对先盾后井过程中的盾构隧道衬砌受力的特征进行了分析,最后结合三维数值模拟方法,分析了不同隧道埋深、地层特性及注浆加固范围对竖井周边盾构管片的轴向应力及环缝张开量的影响。研究表明,在热力隧道的先盾后井工法施工中,竖井开挖产生的临近隧道附加应力及管片拆除产生的残余顶力消失是引起隧道轴向应力损失及环缝张开的主要原因。竖井施工中,由附加应力产生的负弯矩作用于隧道上,导致隧道底部轴向应力减小、环缝张开,拆除竖井内管片时,作用于端头管片的盾构残余顶力和螺栓预紧力消失,导致管片轴向应力的进一步减小及环缝张开,且对顶部管片影响更大;随着隧道埋深的增加,顶部管片轴向应力损失及张开量逐渐增大,而底部逐渐减小;不同地层对隧道顶部管片轴向应力损失及环缝张开影响很小,但对底部管片影响较大;在端头管片一定范围内进行注浆加固能有效减少轴向应力损失及环缝张开,建议加固区在4环左右,过长的注浆加固区,对管片的控制效果有限。     

土压敞开双模式盾构管片拼装机设计研究

管片拼装机作为盾构机的关键部件,负责将预制水泥管片拼砌成隧道,其工作效率、安全性直接影响整个隧道掘进的进度。为满足土压敞开双模式盾构的主机功能要求,对与之匹配的管片拼装机结构设计关键技术进行了深入研究。一方面为满足螺旋输送机摆动要求,创新设计了螺旋输送机的支撑限位结构,并基于针对主梁应力、变形的有限元分析提出了相关设计规范,同时对重载下的联接螺栓进行了强度校验;另一方面对真空吸盘系统原理和结构设计进行了研究,给出了提高管片吸附安全系数和增大回转净空的设计方法。