大直径盾构隧道双层衬砌管片结构计算

目前,大直径盾构隧道的运用日益增多,常用的盾构隧道多为单层衬砌结构。鉴于单层衬砌管片结构存在一些缺点,双层衬砌管片结构的设计与使用逐渐引起人们的注意。文章针对大连地铁5号线跨海段盾构隧道双层衬砌结构,运用Abaqus软件并考虑围岩压力、地震荷载作用、溶洞以及施作方式对于结构的影响,计算分析不同工况下盾构隧道双层衬砌管片结构的变形以及受力特征。研究结果表明:基本荷载下结构受力的主体为初衬,二次衬砌的作用应更多考虑为耐久性和安全储备。地震荷载作用下二次衬砌结构内力显著增大,相对于基本荷载,初衬内力增幅为8.57%～44.1%,二次衬砌内力增幅为123.6%～332.4%,二次衬砌结构将在抵抗地震等偶然荷载作用时发挥较大作用。地震荷载作用下溶洞对双层衬砌结构内力及变形影响很大,相对基本荷载工况,初衬内力增幅为11.0%～216.5%,二次衬砌内力增幅为192.4%～353.1%,轴向变形增幅为58.9%～81.34%,水平向变形增幅约为143.6%。因此,建议对溶洞进行合理加固,以保证隧道安全。     

盾构隧道结构健康评价的变形指标研究

选取隧道横向收敛变形和纵向不均匀沉降作为隧道结构健康评价的单项评价指标,提出了采用梁-弹簧模型计算管片纵缝接头处的内力,在此基础上采用精细化解析模型进一步分析纵缝接头力学特性,以纵缝接头张开量、螺栓屈服和管片裂缝值为控制依据,计算得到横向收敛指标;采用三维壳-弹簧模型,以环缝最大张开量为控制依据,计算得到不均匀沉降的曲率控制指标。将该研究应用于南京轨交10号线越江隧道工程,得到该隧道结构健康评价的变形控制指标。     

盾构隧道地震响应及减震措施研究

文章提出了一种能够有效模拟盾构隧道衬砌管片动力行为的有限元计算模型,即用旋转弹簧模拟管片横向接头,而将多个管片环对应的剖面用剪切弹簧单元连接,从而模拟环间接头的多层平面应变分析模型。同时以显式形式将多次透射边界条件引入动力分析控制方程,以模拟无限域的影响。随后利用该方法对武汉长江隧道工程盾构段典型横断面进行了隧道地震响应分析,研究了不同的结构及接头参数对结构受力与变形的影响规律以及地基加固的减振效果。分析还表明,对盾构隧道周围的土体采取适当方法进行地基加固处理,能有效降低结构的内力和变形,减振效果显著。     

深埋蓄排水盾构隧道衬砌结构力学性能试验及数值分析

深埋蓄排水盾构隧道承受高内水压力及较大的外部水土荷载,与公路、地铁盾构隧道在计算理论、建造技术及运营维护等方面有很大不同。鉴于蓄排水隧道衬砌结构承载模式的变化,文章开展了整环力学行为试验及三维数值分析,研究了内水压作用、错缝拼装及接头螺栓安装方式等对蓄排水盾构隧道力学性能的影响。研究结果表明:通缝拼装的蓄排水盾构隧道从隧道内空水变化至隧道内满水时,隧道的变形大幅增加;内水压0.6 MPa时隧道的竖向和水平收敛变形分别为空水时的2.2倍和3.2倍。与通缝拼装的蓄排水盾构隧道相比,错缝拼装时衬砌环的收敛变形减小15%～25%,最大接头张开量及螺栓拉力减小25%～40%。内水压增大会造成蓄排水盾构隧道接头螺栓屈服,最先出现螺栓屈服现象的接头位于衬砌环最大负弯矩荷载作用位置附近;由于盾构隧道的破坏多源于接头螺栓屈服,该接头位置为蓄排水盾构隧道的薄弱点。对于采用双排螺栓连接的蓄排水盾构隧道,拱顶、拱底90°区域范围内靠近接头外弧面位置的螺栓可以不拼装;但两侧拱腰90°区域内靠近接头内弧面位置的螺栓必须安装,否则会造成最大负弯矩荷载作用位置附近的接头螺栓拉力增大5%～14%。     

盾构隧道管片拼装纵缝变形规律研究

文章基于对管片拼装阶段的拼装过程以及管片受力情况的分析,采用有限元软件对不同拼装椭圆度、不同封顶块位置下的纵缝张角变化规律进行了研究,并在此基础上计算得出封顶块处于最不利位置时密封垫处的最大内外张开量。研究结果表明,在管片拼装阶段,拼装椭圆度与管片间张角呈线性关系;在相同拼装椭圆度下,封顶块位置对张角的大小有影响,在封顶块位置角度为±32.7276°时张角最大,并且在该位置下椭圆度为±5‰D时密封垫处的最大张开量为5.1 mm。     

超大直径越江盾构隧道管片错台及渗漏影响研究

文章依托某越江盾构隧道工程实例,针对盾构在穿越防汛墙、江底和地下管线等阶段发生的管片错台、接缝、渗漏水等现象进行了实测实量,并结合隧道轴线偏移量和管片椭圆度分析了各因素之间的关系。结果表明,外部环境的变化是隧道内部渗漏的主控因素,建议根据外部环境因素分段进行盾构隧道防水设计;盾构姿态、管片环椭圆度的变化与隧道错台、接缝及渗漏呈正相关性;渗漏水的外在表现形式主要为环缝渗漏,封顶块较其他管片渗漏明显,且集中在管片角部。文章对此提出相应对策及建议,可为类似工程减小错台及控制渗漏水现象提供依据。     

基于管片错台的通缝拼装盾构隧道纵向变形安全评估

以上海软土地区通缝拼装地铁盾构隧道为研究对象,根据隧道管片环缝接头处的详细构造,对管片错台模式下的隧道纵向变形进行了研究,建立了隧道纵向结构变形安全评估方法,确定了相应的控制准则和评估流程,形成了一套隧道结构纵向变形的安全评估体系.     

水位下降对地铁盾构隧道的影响分析

某基坑施工引起紧邻地铁隧道附近区域水位下降,导致隧道受力和变形状态发生改变,可能影响隧道防水和正常运营。为研究水位降对地铁隧道的影响,首先,运用三维流-固耦合数值方法,模拟了基坑施工过程的三维渗流场;其次,采用荷载-结构模式,分析了水位降对隧道结构受力和纵向变形的影响;最后,采用分层总和法,计算了水位降与隧道下方土层沉降量的关系。研究结果表明:该基坑工程施工引起的最大水位降不超过2 m,此水位降引起的隧道结构弯矩增量和盾构管片环缝接头张开增量均在其所对应总控制量的5%范围内。因此,理论上认为该基坑施工引起的水位降不会危及地铁隧道的正常运营。     

运营盾构隧道不同椭圆度变形情况下受力性能分析北大核心CSCD

地下结构施工不当会对邻近既有地铁盾构隧道结构产生巨大影响。文章以广州市某地铁线路下穿施工导致既有运营地铁盾构隧道产生较大变形的工程实例为背景,分析了既有隧道结构因地层损失产生不同椭圆度变形情况下管片结构的受力情况。基于工程实测数据,运用三维有限元分析软件,考虑了管片接头处的螺栓孔等细部构造,研究了管片椭圆度与结构应力状态之间的量化关系,并分析了结构的塑性变形情况及其发展趋势。结果表明:随着盾构隧道管片椭圆度的增大,结构最大主应力值与最大剪应力值均增大,且盾构隧道结构最大剪应力与椭圆度呈线性相关关系;盾构隧道结构最大主应力随椭圆度变化更加明显,与椭圆度呈非线性相关关系。     

盾构隧道新型衬砌结构设计参数试验研究

盾构隧道衬砌结构由管片和接头组成,接头的形式直接影响盾构隧道的整体力学性能。上海轨道交通18号线盾构隧道新型衬砌结构环间采用新型插入式快速接头,块间采用新型滑入式快速接头。针对错缝拼装的新型衬砌结构,分别进行了整环足尺试验,介绍和分析了新型衬砌结构的受力性能;通过计算给出不同埋深、不同侧压力、不同纵向力下修正惯用法设计计算参数的取值。     

快速接头盾构隧道衬砌结构设计参数研究

管片接头受力性能是影响盾构隧道衬砌结构设计参数的关键因素,而采用快速连接件的接头受力性能尚不明确。文章参考国外盾构隧道衬砌快速连接件的研究和应用情况,结合上海市天然气管线过江隧道工程,通过管片接头荷载试验,对快速接头的纵缝转角刚度、纵缝抗剪刚度、环缝抗剪刚度进行研究。结合试验结果建立了基于梁弹簧法的三环错缝分析模型,给出了该模型关键参数的具体取值范围。最后通过计算对比提出了该种快速接头盾构隧道衬砌结构的修正惯用模型设计参数——刚度折减系数、弯矩传递系数。     

苏通1000 kV交流特高压综合管廊工程盾构隧道接缝防水试验研究

淮南—南京—上海1 000 kV交流特高压苏通GIL综合管廊工程是大直径盾构法隧道与特高压输电线路的首次结合,穿越长江,隧道结构承受的最高水压达到79.8 m,是国内水压最高的盾构法隧道。结合大直径盾构隧道接缝防水实践经验和本工程特点,设计拟定了接缝防水构造与密封垫备选断面形式;分别开展通缝拼装及错缝拼装方式下管片衬砌结构防水性能数值模拟和室内试验,得出了不同错缝量、不同张开量情况下的抗水压值和装配应力,判定能否满足本工程的防水要求;最终确定了防水材料性能指标及密封垫断面结构。     

大埋深盾构隧道结构受力现场实测分析

以广佛环线东环隧道大源站—太和站工程项目为依托，通过开展大埋深盾构隧道结构内力现场测试，探究实际施工不同阶段管片内力的变化规律，并结合数值模拟对管片内力现场实测值与模拟值进行误差对比研究，分析施工因素对管片内力的主要影响位置及原因。结果表明：盾构施工过程中管片内力最大值出现在脱环后4～8环时的壁后填充阶段，最小值为拼装完成阶段，在盾尾脱环12环之后管片受力基本达到稳定阶段；管片内力实测值皆较大于模拟值，二者弯矩分布规律相似，轴力分布有一定差异，豆砾石充填可使实际轴力沿环向分布更均匀；实测值与模拟值最大相对误差约为40%，出现在拱顶及拱底区域，拱腰处相对误差较小；大埋深盾构隧道掘进时，壁后填充及稳定阶段管片内力的主要影响因素为豆砾石充填及围岩蠕变等。     

河底地铁盾构隧道管片受力特征分析

穿河盾构隧道相比其它区段盾构隧道的工程地质和水文地质条件更为复杂,特别在我国南方地区,季节性降水量大,地表及地下水位变化明显。针对穿河盾构隧道富水软粘土地层,文章以佛山地铁2号线某区间穿河盾构隧道管片为研究对象,利用Abaqus有限元软件,采用梁-弹簧模型对受力管片进行数值计算分析,并与现场试验所测得的管片轴力进行验证。结果表明,现场测试管片受到的土压力略小于采用全覆土压方法的计算值;盾构隧道周围的水压对管片内力的影响较大,穿河盾构隧道即使上部土层透水性差,在管片设计时也要考虑岩层中裂隙水和承压水存在的可能,且为安全考虑,作用在管片上的土压可按全覆土压来计算。     

具有无序排列管片环结构的地铁盾构隧道数字模型智能重建北大核心CSCD

运营地铁隧道的管理、健康监测及维护正逐渐趋向于数字化、智能化;但常因地铁盾构隧道管理和检测单位缺少隧道数字模型,限制了地铁隧道智能维护和管理系统的应用和发展。文章针对地铁盾构隧道中无序排列的管片环结构,提出了一种基于深度学习和机器视觉的地铁盾构隧道数字模型智能重建方法,利用检测车获取的隧道衬砌内表面高清图片,对管片特征物(螺栓孔)进行智能识别与自动分类,再根据螺栓孔群的分布特点自动推断隧道管片环的排版规律,从而结合隧道实际线路实现隧道数字模型快速重建。某地铁隧道的实例应用结果表明,该方法适用于管片无规律性错缝拼装的情况,能以100%的准确率实现地铁盾构隧道数字模型的智能重建。     

大断面跨海盾构隧道结构设计与参数分析

为获得精细、合理化的大断面盾构隧道结构设计方法,文章依托某大断面跨海隧道工程,对其结构选型和结构参数进行了分析。从管片拼装方式与分块、管片连接方式、管片材料等方面,分析了管片结构的选型方法;从计算模型的选取、计算工况与荷载的确定、参数的选取、计算结果等方面,分析讨论了管片横断面和隧道纵向结构的数值模拟计算方法及其适用性。结果表明:采用梁-弹簧模型、均质圆环模型计算管片横断面时所得的内力分布并不相同,在实际设计中应以前者计算结果为主,后者进行复核;在地基变化剧烈处,盾构隧道易出现较大的纵向弯矩和管片环间剪力,可通过采用设置变形缝、硬岩破碎等方式予以处理。     

盾构隧道新型衬砌结构受力性能与设计参数

盾构隧道衬砌结构由管片和接头组成,接头的形式直接影响盾构隧道的整体力学性能。上海地铁18号线盾构隧道衬砌结构环间采用了插入式快速接头,块间采用了新型的滑入式快速接头,这种新型衬砌结构受力性能尚不明晰。文章针对通、错缝拼装的新型衬砌结构,分别进行设计工况下的整环足尺试验。通过试验结果分析,得到了不同拼装方式下新型衬砌结构的受力性能;讨论了结构的计算模型,计算了不同工况下结构修正惯用法设计参数,为新型衬砌结构的拼装方式比选、设计计算提供了参考和依据。     

武汉长江隧道盾构施工段衬砌管片方案设计

结合武汉长江隧道盾构施工段的衬砌设计,对管片环结构、管片分块方案、管片环宽等关键设计参数进行计算分析,提出合理的管片方案。     

大断面越江盾构隧道管片接头选型研究

文章针对越江水下盾构隧道管片接头设计,采用三维有限元对典型接头方案中不同螺栓位置和土水压力计算控制点下的接头抗弯刚度、接缝张开度和张开高度、螺栓应力等进行了数值计算和对比分析,研究分析了手孔和螺栓数量及布设位置、尺寸等对大断面越江盾构隧道管片接头选型及设计参数的影响.研究结果表明,工程设计中此类接头应在满足接头抗弯刚度和接缝张开度的前提下采取减少手孔数量、均布手孔位置、调整螺栓中心位置和尺寸、施加螺栓预紧力等措施,以达到提高结构防水性和整体承载能力的目的.     

错缝拼装盾构衬砌结构力学性能试验分析

错缝拼装盾构隧道衬砌结构由于存在环间传力行为,具有与通缝拼装衬砌结构不同的力学特性。文章通过三环压弯试验获得错缝拼装管片的极限承载力和力学行为规律,分析了衬砌结构纵缝、环缝及管片本体的相互协同作用,并通过一系列试验设计工况得到了纵向力和荷载水平对结构性能的影响规律。同时对比分析了三环与单环压弯试验结构的受力特性和破坏模式的差异,获得错缝拼装盾构衬砌的力学性能和环间传力效应。