火灾高温下盾构隧道衬砌结构热力耦合模型试验

为研究火灾高温下盾构隧道衬砌结构的热力耦合行为，利用自主研制的温度加载设备和衬砌管环外压加载设备，分别设计并开展整环衬砌结构的无外压受热模型试验和热力耦合模型试验。试验使用不考虑接头效应的钢纤维混凝土匀质管片。首先，介绍2种试验设备的原理、主要构造和各类参数；在此基础上，针对模型试验过程进行细致的说明。然后，通过对衬砌管片结构形式的分析确定试验的火灾加载工况；详尽描述不同试验的相关结果，重点分析衬砌结构内表面各处温度场的变化过程、分布情况、管片的变形结果及破坏模式。研究结果表明：温度加载设备和衬砌管环外压加载设备能够较好的满足整环衬砌热力耦合研究的模型试验要求；试验初期底部管片的升温速率相对顶部管片有所滞后，但各部分间的温差数值随加热的持续进行会逐渐减小，衬砌结构内部能够形成稳定的温度场；无外力作用下匀质管片的破坏形式表现为沿幅宽方向的贯穿裂缝，各管片结构的裂缝发展路径存在差异；衬砌管片由于外压作用产生的压应变随温度的升高而减小；外压荷载对衬砌结构在高温下产生的膨胀变形存在抑制效果。研究结果可为盾构隧道整环衬砌结构热力耦合研究的进一步发展提供参考。     

初始损伤条件下地铁管片力学特性试验研究

为了解初始损伤对盾构隧道衬砌管片力学特性的影响,基于6组具有初始损伤的盾构隧道衬砌管片进行足尺试验研究。在考虑初始损伤位置以及初始损伤位置处钢筋有效面积减小等因素的情况下,对试件破坏过程、破坏模式、极限承载力、变形规律以及初始裂缝扩展机制进行了研究和分析。试验结果表明:初始损伤的存在对盾构隧道衬砌管片的极限承载能力影响不大,但对其正常使用功能影响很大;初始损伤位置处钢筋有效面积减小不仅影响盾构隧道衬砌管片的正常使用功能,更大大降低了其极限承载能力;增加轴力会削弱初始损伤对盾构隧道衬砌管片的不利影响;初始损伤在加载点比在跨中对盾构隧道衬砌管片更不利;初始裂缝基本沿径向或偏向跨中方向直线扩展。相关研究结果可为建立服役期间盾构隧道衬砌结构健康评估与预知理论、以及进一步开展损伤缺陷盾构隧道数值模拟和极限承载力分析提供借鉴和参考。     

裂缝数量对盾构隧道管片结构力学性能的影响

盾构隧道管片在制作、养护、运输及拼装过程中,常会出现裂缝,裂缝的存在在一定程度上会影响管片衬砌结构的整体受力。以中国某地铁越江盾构隧道为工程背景,采用相似模型试验的方法,基于盾构隧道管片的位移、内力及声发射数据,系统分析裂缝数量对管片衬砌结构力学特性的影响规律,并通过管片破坏过程示意图分析管片结构的破坏模式。研究结果表明：管片衬砌结构承载阶段可划分为弹性承载、塑性承载和破坏失稳3个阶段;裂缝的存在降低了管片衬砌结构的整体刚度,随裂缝数量增加,管片衬砌结构的弹性承载范围增加,塑性承载阶段范围减小,损伤破坏的空间影响范围呈增大趋势,结构的失稳破坏趋于突发性破坏,相同荷载下的变形增大,结构的极限承载力降低;裂缝的存在使得管片在预制裂缝位置产生纵向贯通裂缝,随裂缝数量增加,纵向贯通裂缝数量增加,破坏区域由某一位置发展为条带状分布,当拱腰预制裂缝数量达到3条时,裂缝之间管片的相互挤压导致网状裂缝产生,结构局部出现压溃区。     

深层盾构排水隧道PVC防水防蚀内衬力学性能试验研究

基于广州深层排水隧道,介绍了一种新型聚氯乙烯（PVC）内衬结构,可增强盾构排水隧道的防水和防蚀性能。当管片发生环内变形和环间错台时,盾构隧道接缝位置的PVC内衬处于不利受力状态,故针对PVC防水防蚀内衬的力学性能进行试验研究。通过拉拔试验对PVC内衬与管体之间键的连接可靠性进行研究,通过纵缝压弯试验和环缝剪切试验分别对盾构管片发生环内变形和环间错台时PVC内衬本体和焊缝的力学性能和变形能力进行研究。试验结果表明PVC防水防蚀内衬具有与管片衬砌结构协同变形能力,其力学性能满足要求。     

盾构管片纵向接缝位置对结构内力和变形的影响分析

根据盾构隧道管片衬砌之间的连接特性、衬砌结构与土层之间的相互作用性质，提出了基于弹性地基理论的盾构隧道管片衬砌结构的梁-弹性铰-地基系统模型，并研制了相应的有限元分析程序FHEF，该模型能直接计算出盾构隧道管片衬砌结枸的轴力、剪力、弯矩和变形，将计算结果直接用于工程设计。依据二维计算模型，就盾构隧道管片衬砌结构纵向接缝不同位置对衬砌结构的内力影响进行了详细计算分析，计算结果表明，纵向接缝的不同位置对结构的内力和变形不容忽视，工程设计时应从结构设计和防水设计等多个角度来确定纵向接缝的设置，从而指导工程实践。     

寒冷地区隧道衬砌裂缝成因及预防

隧道衬砌混凝土因材料缺陷、施工不当和设计疏漏等均可能诱发裂缝,衬砌裂缝的基本预防方法是相应地优选材料、优质施工和精心设计。衬砌裂缝在围岩压力、行车震动和温变应力等的影响下会逐渐发展,若不进行有效控制,裂缝的不断发展会诱发隧道渗漏水,严重时会发展为结构失稳。对于寒冷地区隧道,渗漏水会诱发隧道冻害,温变应力主要表现为更容易致裂的拉应力,因此,衬砌裂缝的设防尤为重要。针对寒冷地区隧道的气温特点和衬砌裂缝成因,提出了尽量隔离各衬砌段以减少其周边约束的防裂措施。     

围压对错缝拼装管片衬砌结构力学性能的影响

为了探明围压对盾构隧道错缝拼装管片衬砌结构力学性能的影响,以苏通GIL电力管廊隧道为工程背景,采用"多功能盾构隧道结构体试验系统"对3种不同围压下的错缝拼装的管片衬砌结构进行了原型加载试验,从管片衬砌结构的内力、变形、纵缝张开、螺栓应变和主筋应变等方面研究了围压对管片衬砌结构的影响。研究结果表明：①围压变化对管片衬砌结构弯矩的大小和分布影响较小,而对轴力大小和分布影响较大,围压增大,管片衬砌结构的轴力分布更为均匀;②管片衬砌结构的形变呈现不规则的"椭圆形",围压增大可显著降低管片衬砌结构的整体形变,提高管片衬砌结构的稳定性;③围压增大有利于控制管片纵缝张开量,减小螺栓的应变;④围压的增大能够降低管片内侧主筋拉应变,但管片外侧主筋的压应力会随围压的增大而增大,使得正常使用阶段管片外侧主筋应力由压应力控制;⑤围压增大能够有效延长管片衬砌结构单点位移、纵缝张开、螺栓应变线性变化过程,延缓了管片衬砌结构进入塑性变形的时间;⑥高围压条件下管片结构处于高轴压受力状态,使得管片结构外侧受压钢筋应力增大,易造成钢筋屈服先于混凝土压溃发生,使管片结构抗压强度降低。在进行工程设计时,建议对高围压下管片结构的外侧受压钢筋进行加强设计。     

南京长江隧道管片衬砌结构原型加载试验

以南京长江隧道工程为依托,采用自主研发的“多功能盾构隧道结构体试验系统”装置,实现了对盾构隧道原型管片衬砌结构承受水压力与土压力的分离加载模拟,对南京长江隧道原型管片衬砌结构分别在通缝和错缝拼装方式下进行了原型加载试验.研究了不同荷载条件对管片结构力学特征的影响,并对不同拼装方式下管片结构的内力分布特点及错缝拼装方式下目标管片内力沿幅宽的分布规律进行了探讨.研究结果表明:在弹性状态下和结构开裂后,通缝和错缝拼装管片结构力学特征变化显著,错缝结构对于内力、形变及纵缝张开量等发生突变的控制更有效.     

类矩形盾构隧道结构整体安全性试验与分析

为研究类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的整体安全性,针对2环纵向接缝构造相同,管片配筋不同的衬砌结构进行整环足尺加载试验。试验通过30点集中荷载模拟类矩形盾构衬砌结构在意外堆载工况下的实际受力,利用位移计和电阻应变片等传感器得到类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的破坏过程、结构变形、接缝变形及螺栓应变等试验结果,对其进行分析得到了类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的破坏机理;并对比分析了2环试验结构试验结果,探究了不同管片配筋量对结构受力性能的影响。最后,从结构鲁棒性角度出发,分析了意外堆载工况下类矩形盾构隧道结构的鲁棒性指标,对类矩形盾构隧道结构整体安全性进行评价,并通过对比分析2环试验结构的鲁棒性指标,为提高类矩形盾构隧道结构整体安全性提出管片优化设计的建议。研究结果表明:类矩形盾构隧道衬砌结构的薄弱环节为管片间的纵向接缝及T块与中柱连接处;纵向接缝构造形式相同前提下,管片配筋量增加对纵向接缝受力影响不明显,不能使类矩形盾构隧道结构的鲁棒性明显提升;管片截面抗剪不足导致结构局部破坏而失去承载力不利于结构的鲁棒性,可通过优化管片本体截面的抗剪承载力提高类矩形盾构隧道结构的整体安全性。     

盾构隧道管片及接头耐火试验

盾构隧道衬砌由预制钢筋混凝土管片通过螺栓连接拼装而成,存在很多薄弱接头,这使其在火灾高温条件下会呈现出更加复杂的力学响应。因此,为了获取盾构隧道管片及接头高温下力学性能,对7组足尺管片试件进行了火灾试验,研究了火灾类型(ISO834、HC及RABT标准升温曲线)、管片类型(标准块、标准块接头及封顶块接头)和密封设置对盾构隧道管片在火灾高温下力学性能的影响。试验结果表明：①在较快的升温速率和较高的温度下,管片受火面混凝土发生严重剥落,导致大量钢筋外露,影响盾构管片高温下承载力,威胁盾构隧道衬砌结构安全;②当各试验距受火面25 mm处混凝土温度均超过《建筑设计防火规范》规定的耐火极限判断标准时,试验管片变形较小且未出现破坏现象,可知仅将温度作为隧道内承重结构体耐火极限判定依据较片面和保守;③管片接头处手孔密封设置及接缝密封设置分别对连接螺栓螺母和螺杆起到了很好的保护作用,但对止水条的温度变化趋势和特征影响不大;④混凝土严重剥落导致的管片厚度减少、大量裂缝产生造成的管片完整性下降以及混凝土水分受热蒸发留下的与外界贯通的毛细孔道均严重降低管片的抗渗性能。     

钢筋混凝土地下构筑物的裂缝控制实践

结合工程实践 ,对钢筋混凝土地下构筑物结构设计中常用的几种裂缝控制方法进行了总结。     

矩形顶管法在浅层地下空间施工中存在的主要问题及控制措施的探讨研究

随着地下空间的开发利用,矩形顶管工法在地下工程施工中应用逐渐广泛,针对矩形顶管法在浅层地下空间施工中存在的主要问题及控制措施,文章依托深圳市轨道交通8号线深外高中站B2出入口矩形顶管工程,结合其他工程对施工中存在的风险、主要问题进行分析,对控制、解决措施进行探讨研究,并提出几点建议为工程技术人员今后类似工程设计、施工提供参考借鉴。     

大型矩形断面地下工程机械化建造技术综述及展望

基于采用盾构或顶管建造的跨度在10 m以上的大型矩形断面地下工程，通过对典型案例的研究，从建筑结构与机械化建造相互协调配合的角度，将大型矩形断面地下工程机械化建造技术归纳为矩形隧道全断面建造技术、大断面分部掘进技术、建筑分部群洞技术、结构分割与转换技术4种类型，分别介绍这4种类型的基本概念、典型案例、适用范围和技术特点，并重点介绍结构分割与转换技术的工法原理、技术特点、应用要点和工程实例。最后，基于工程背景，秉承工法研究的基本原则，提出以适用为根本，以保证工程质量、安全、环保为基础，以提高效率、降低成本为目标的大型矩形断面地下工程机械化建造技术的创新研究思路。     

地下工程自密实自防水混凝土应用研究

针对地下工程泵送混凝土施工时易产生裂缝、渗水现象,采用粉煤灰、膨胀剂、缓凝高效减水剂＂三掺＂技术,优化配合比设计,配制自密实混凝土,有效控制裂缝,以达到自防水目的。试验研究和工程实践表明：复合外掺剂有效地提高了混凝土流动性,增加了混凝土的密实度,提高了混凝土的抗渗性能,满足地下工程结构自防水的设计要求。     

平行顶管施工及公路拓宽工程的相互影响研究

顶管施工方法现在被越来越广泛地应用于地下综合管廊的建设工程中。针对某工程中三条地下综合管廊下穿公路的实际工程案例,采用三维数值方法模拟了其平行顶管施工过程,系统地分析了不同的管廊顶进顺序条件下上部公路及下部埋设污水管道变形量的变化规律,讨论得到了后续公路拓宽工程完成后已建成地下管廊及污水管线沉降量,并较为全面地研究了不同土体加固范围和深度对地下管廊顶管施工及道路拓宽工程中结构物变形量的降低程度。结果表明不同顶管顺序会影响已建成公路的变形量,最优顺序应率先进行两侧顶管施工;在公路拟拓宽区域进行土体加固可以降低顶管施工中地下结构物的沉降量,但在加固深度较浅时无法在公路拓宽工程中保证地下结构物的稳定性。     

大断面矩形顶管隧道管节结构优化设计

矩形顶管隧道在城市地下空间的开发和利用中优势明显，但其断面越大，顶管管节设计难度越大，施工风险越高。为解决大矩形断面管节设计的难题，依托郑州市红专路下穿中州大道机动车顶管隧道工程，采用数值模拟、理论分析等方法，对设计中覆土厚度、结构尺寸等关键内容的确定方法进行研究，并介绍管节设计方案、接头和纵向连接设计等要点。研究结果表明： 1）当覆土厚度不小于4 m时，沉降变形基本趋于稳定，最大沉降值为28 mm，沉降值大小安全可控。2）初步拟定断面形式后，需通过结构计算来拟定结构的尺寸，并通过施工阶段和使用阶段的计算验证其合理性。由分析可知，结构厚度初步拟定为600 mm是合理可行的，且无优化空间。3）在确保工程安全的同时，亦需充分考虑工程施工的便捷性和可操作性，需对管节预制方案、管节接头和纵向连接等做出针对性设计。     

浅析锁扣型钢地下连续墙工法的应用

为研究如何在有限的中心城区地下空间内建设超深、高刚度的地下连续墙,上海市轨道交通19号线世博大道站工程项目在基坑围护施工中引入锁扣型钢地下连续墙施工法,开展该工法的试验研究。本文阐述了该工法的关键施工工艺,并对其实际应用效果进行了分析。结果表明锁扣型钢地下连续墙在中心城区软体地区深基坑围护施工中具有一定的可行性。该工法钢构件工厂化制作、止水效果好并能节约施工场地,特别是在中心城区场地面积狭小大规模工程的快速施工中能发挥其优越性能。     

地下叠合墙接触面形式的设计研究

为解决地下工程中叠合结构接触面采用常规凿毛等方式进行预处理时存在的施工难度大、剪力槽设置参差不齐等难题，提出一种便于施工的预制叠合结构形式，然后运用ANSYS有限元软件对波浪形、三角形以及梯形波纹结构面进行受力对比分析，结果表明梯形结构面在结构应力、接触面压力以及接触面滑移方面更有优势，并确定梯形结构面作为静力荷载试验方案。通过静力荷载试验对比分析整体现浇梁和梯形结构面叠合梁在各级荷载作用下的挠度、水平位移以及裂缝开展形态，结合实测数据表明： 在受到相同荷载作用下，叠合梁的挠度增量小于整体现浇梁，同时叠合梁在裂缝开展阶段存在停滞现象，能够减缓裂缝穿过叠合面，从而提高结构的整体承载力。     

排水管道管片内衬法修复工程施工质量控制

随着管片内衬法在排水管道非开挖修复中应用的增加,需要解决施工过程中出现的技术问题,强化施工过程质量控制管理以保证施工质量。结合奉贤区南排污水总管及附属设施修复工程应用,介绍了管片内衬法的技术原理、施工工艺流程,接着列举了管片内衬法施工过程中常见的各类质量问题并深入分析其产生的原因,结合以往工程施工经验,提出了有针对性且可操作的控制措施,最后给出施工质量控制及验收要求。为今后对有结构性损坏的大管径排水管道(箱涵),在采用管片内衬法进行非开挖内衬修复工程中的质量控制,具有重要的借鉴意义。     

论市政工程施工质量控制

市政工程的设计标准严密和工程质量要求高,必须重视和加强市政工程现场施工中的工程质量控制问题。为此,从提高全员质量意识,以人为控制核心出发,对材料和构配件的质量控制、施工方法的控制、施工机械和设备的质量控制、环境因素的控制等方面阐述了市政工程现场施工中的质量控制问题。