扬州瘦西湖盾构隧道衬砌结构受力的现场试验研究

以扬州瘦西湖盾构隧道为背景,对管片衬砌结构在施工期和后期的结构荷载和内力进行现场追踪试验,探讨施工阶段同步注浆对隧道衬砌结构受力的影响,总结隧道衬砌结构荷载和内力在施工阶段随时间的变化规律。研究结果表明:现场测试方法可以较为全面准确地得到隧道衬砌结构荷载和内力在施工期的分布;衬砌结构荷载总体随时间呈先减低后趋于平稳的规律,施工期的注浆作用会使衬砌结构荷载大于稳定后的结构荷载;衬砌结构内力在注浆阶段不稳定,注浆作用对结构的轴力影响较大。     

矩形盾构隧道管片衬砌施工期结构性能的现场试验研究： 结合上海虹桥临空11-3地块地下连接通道工程

本文以国内首条矩形盾构隧道工程为背景,对矩形盾构衬砌结构在整个施工期的荷载及结构响应进行现场追踪测试,探索衬砌结构在施工期的主要受力阶段、结构外荷载及其响应随时间的变化规律,以全面掌握矩形盾构隧道衬砌结构在施工期的受力行为。研究结果表明： 1）衬砌结构在施工期的受力可划分为自重阶段、脱出盾尾阶段、同步注浆阶段和稳定荷载阶段; 2）脱出盾尾阶段和同步注浆阶段的结构外荷载分别为稳定荷载阶段的1.5~3.0倍和1.5~2.5倍,为衬砌结构在施工期的2个不利受力阶段; 3）稳定荷载阶段的结构外荷载及其分布与理论计算较为吻合; 4）衬砌结构在施工期的内力基本满足左右对称,内力分布特征与运营阶段基本一致。     

岩层隧道荷载结构响应影响因素分析

为探究岩层隧道各因素对管片荷载结构响应的影响规律,采用理论模型推导了岩层隧道外荷载与结构内力响应及位移响应的解析解。基于岩层隧道管片荷载结构特征,探究了上覆围岩荷载、水头高度、岩层侧压力系数、等效抗弯刚度系数、隧道直径、管片厚度以及混凝土等级等7个主要影响因素对管片荷载结构响应的影响规律;并结合成都市锦绣隧道现场监测试验进行了验证。研究发现：上覆围岩荷载增大与岩层侧压力系数的减小将显著增大管片内力与位移响应;水头增大对管片弯矩与径向位移的影响较小,将大幅增大管片轴力水平;等效抗弯刚度系数的增大不影响管片内力响应,但会使结构径向位移小幅减弱;隧道直径增大将导致管片弯矩、轴力与径向位移小幅增大;管片厚度对结构内力响应影响较小,厚度减小将使管片径向位移小幅增大;混凝土等级变化对隧道荷载结构响应影响细微。对比现场监测结果与模型计算结果,所得荷载结构响应规律相似,表明所提出的分析方法具有较高的准确性。     

水下圆砾地层盾构隧道施工荷载实测及其力学响应研究

为研究水下盾构隧道穿越圆砾地层时管片结构施工期间受力的影响因素,以常德沅江越江隧道为依托,选取东线隧道水头最高位置对应的管片环,采用连续动态测量,提取管片从拼装完成至盾构远离过程中管片结构内力和地层水压力,并提取盾构施工中同步注浆压力和盾构顶推力,与管片内力数据进行对比分析,得出施工过程中影响内力变化的因素。主要结论有:1)同步注浆对管片内力的影响较为显著,且主要通过对地层水压力的影响来实现,其中,脱环后前3次注浆对管片内力影响最为显著; 2)顶推力对管片内力产生一定的影响,且主要通过对管片纵向受力的影响来实现,顶推力对内力产生负向影响; 3)管片受力稳定后,环向轴力稳定在3 700～5 000 k N,弯矩稳定在-200～200 k N·m,纵向轴力稳定在0～2 500 k N,整体呈现出轴力大、弯矩小的状态,管片健康程度较好。     

富水淤泥质软土地层盾构隧道管片受力特征研究

为研究富水淤泥质软土地层盾构隧道施工衬砌管片受力特征,依托佛山地铁2号线采用现场试验和数值模拟方法开展研究,根据地层条件现场布置3个测试断面,分别监测了管片土压力、管片轴力及管片纵向应力随推进环数的变化规律,进而采用ABAQUS数值方法建立分析模型,研究荷载条件下管片轴力和弯矩变化情况,并与现场测试结果进行对比。结果表明：①土压力随衬砌推进先急剧增大后慢慢减小,最后趋于稳定;但不同测试断面不同测点处土压力差异较大,拱顶部分受力相对较大,仰拱部分受力较小,对于富水软土盾构隧道施工以及运营应着重关注隧道拱顶部分受力,适当加强拱顶管片的强度。②随着管片拼装的进行,各管片轴力迅速增大,随着盾构进一步推进,管片轴力逐渐趋于稳定,但衬砌不同测点处轴力大小有所不同;隧道结构受力呈现不均匀状态,3个测试断面管片轴力区别较为明显,863环和887环受力相对较大,且管片受力极不均匀,875环受力较小,且受力相对均匀,875环隧道处于弱风化泥沙岩中,而863和887环均处于硬塑状黏土地层中,可见隧道施工中地层条件对隧道轴力影响较为显著。③随着推进环数的增加,不同测点处纵向应力先增大再减小,最后趋于稳定。④现场试验和数值计算所得管片内力基本接近,数值模拟能够较为真实地反映管片实际受力情况。     

下穿黄河砂卵石地层盾构隧道管片结构受力特征现场测试

为研究砂卵石地层中管片的力学行为,以兰州地铁1号线穿黄段为研究对象,采用改良的测试传感器走线方式,对管片内力及外部水压力进行现场测试,并进行相应的数值模拟。将现场测试数据与数值模拟结果对比分析,得出如下结论:1)外部水压力及管片内力受盾构施工影响最为显著的范围为距掌子面3~5环,在此范围内应加强对受拉区的监测,并采取相应措施防止管片在施工初期破损;2)外部水压力及管片内力在距掌子面6~13环时受施工影响逐渐降低,距掌子面13环后趋于稳定;3)运用梁-弹簧模型设计管片是偏于安全的,但应充分考虑施工荷载。     

软土地基大直径地铁盾构隧道运营期衬砌结构受力特性现场测试研究

为了解大直径地铁盾构隧道衬砌结构的受力性能,基于广州轨道交通4号线南延段大直径地铁盾构隧道工程,采用水土压力计和钢筋应力计传感器对衬砌结构运营期间的外荷载和钢筋应力进行现场测试,得到衬砌结构外荷载和内力的响应规律。通过衬砌结构计算模型理论值与现场测试结果的比较,说明衬砌结构计算模型的合理性。研究结果表明:1)衬砌结构顶部的水土总压力实测值和上覆土柱的重力基本一致;2)衬砌结构底部的水土总压力呈现中间小、两边大的分布形态,计算模型中可在衬砌结构下部半圆周范围内布置土弹簧模拟衬砌结构的实际受力情况。     

盾构法隧道管片环缝面不平整对结构受力影响研究

为了解环缝面不平整导致管片产生渗漏裂缝的具体影响,对衬砌环不同错缝拼装角度、环缝面不同传力方式、环缝面不同不平整度等因素对管片纵向受力及开裂的影响进行研究。主要研究结论如下: 1)因管片制作尺寸误差不可避免,设计中必须考虑环缝面不平整对管片结构受力的影响。由环缝面不平整产生的纵向不均匀接触荷载既可能是施工荷载,也可能是使用阶段的一个可变荷载。2)因管片环缝面不平整产生的纵向荷载与衬砌环分块、拼装方式及传力方式等有关,1/3 或1/4 标准块错缝拼装角度产生的最大纵向荷载要大于1/2 标准块错缝拼装角度,凸台传力方式产生的最大纵向荷载要大于垫片传力方式。当管片分块与拼装方式相同时,凸台传力方式更容易使管片产生开裂。3)在采用最不利纵向荷载时,建议取1. 0Δ(Δ 为环宽允许偏差)作为环缝面不平整度设计值,计算所得管片纵向弯矩与管片横向内力组合后按双向偏压构件对管片进行配筋,且纵向弯矩产生的裂缝开展宽度不应大于0. 1 mm。     

基于施工全过程的矩形盾构隧道结构受力分析方法及应用

为探索如何在衬砌结构设计中充分考虑施工过程对结构受力的影响,在现场监测结果的基础上,采用理论分析和数值模拟的方法,建立基于施工全过程的衬砌结构受力分析方法,即考虑衬砌结构在施工过程中各主要受力阶段之间的非线性时变效应,采用增量法进行结构内力和变形的计算,分析结构在施工过程中各受力阶段的荷载模型以及结构刚度随内力变化的折线模型。将该方法应用到实际隧道工程中,并与传统设计方法进行对比分析。实践表明,建立的基于施工全过程的衬砌结构受力分析方法是合理可行的,其可以较全面地反映出衬砌结构在施工阶段的真实受力状态; 脱出盾尾阶段和同步注浆阶段为结构在施工期的不利受力阶段。     

煤矿盾构斜井管片衬砌接头抗弯力学性能的试验研究

针对鄂尔多斯市补连塔矿区2号辅运平硐盾构斜井管片衬砌接头结构特性,开展了管片接头抗弯试验研究。试验制作了足尺寸的盾构管片,管片接头采用工程现场使用的螺栓。在管片接头附近位置合理布置了应变、位移传感器。试验在不同的轴力下,对接头结构逐级施加弯矩荷载,并进行了破坏试验。通过测试接头应变位移分析,结果表明:在弯矩荷载的加大过程中,管片接头的力学特性表现为明显的非线性;管片接头抗弯刚度不仅与结构本身有关,还与弯矩、轴力有关,并给出了相关参考值;螺栓孔对于管片衬砌端头刚度有一定的削弱作用;接头结构的破坏是一个非线性     

基于截面分条法的“人”字形柔性桩结构试验研究

利用桩截面分条计算方法对“人”字形柔性桩结构现场试验的数据进行分析整理,研究了“人”字形柔性桩结构在水平荷载作用下,桩身弯矩和轴力的变化规律、桩截面应力分布及桩身组成材料的荷载分担特征。结果表明:柔性桩结构的桩身弯矩分布具有明显的结构整体承载特征;桩身轴力受周围岩土介质等影响,其分布变化比较复杂;桩身轴力值一般比桩身弯矩值大一个数量级,说明“人”字形柔性桩结构能够充分发挥桩体材料性能;柔性桩截面内力主要由其中钢筋提供,即提高配筋率,可显著提高柔性桩截面内力。     

黄土地区摩擦桩基承载力现场试验及数值分析

针对黄土地区摩擦桩基极限承载力的确定,分别进行静载试验及数值分析,计算得出桩顶沉降值、极限承载力、桩身轴力、桩侧摩阻力、荷载分担比等参数的分布情况。数值分析与现场试验对比结果表明:两种方法在达到预估最大加载量时,桩顶沉降值误差仅为3.34%,桩端荷载分担比仅相差0.07%;确定的极限承载力误差为0.01%;数值分析所得桩身轴力和桩侧摩阻力分布规律与现场实际情况吻合良好。证明所采用的数值分析方法较为贴近工程实际,验证了方法的可靠性。     

中英脚手架规范中满堂支撑架设计的对比分析

对比分析了中国脚手架规范《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范》JGJ130—2011和英国脚手架规范《脚手架临时工作程序和容许应力设计规范》BS5975：2008中关于荷栽取值和满堂支撑架立杆承载力的计算方法。通过满堂支撑架荷载试验结果与规范计算的立杆承载力结果进行对比,提出了根据JGJ130—2011规范计算立杆轴向力公式的修正方法。     

钢筋混凝土连续宽箱梁受力性能试验

为研究连续箱梁混凝土开裂后的内力重分布和翼缘有效分布宽度的变化规律,制作了钢筋混凝土(RC)连续宽箱梁模型,并对加载至混凝土开裂这一过程进行了试验,研究了均布荷载作用下连续箱梁各控制截面应力及应变分布规律、翼缘有效分布宽度、挠度和抗裂性能变化情况。基于换算截面法,运用变分原理对开裂混凝土连续箱梁的剪力滞效应进行了分析,并与规范方法和试验结果进行了对比。考虑弹性支座的影响,对连续箱梁的内力重分布与变形进行了分析,分析结果与试验结果吻合较好。     

排洪明槽底板按弹性地基基础梁进行的受力分析

在遵崇高速公路一填筑路基上设置的U型大断面排洪明槽结构设计中,将其底板按弹性半无限平面上的基础梁（属共同变形理论）进行受力分析,计算出地基反力、梁截面内力（剪力、弯矩）作为梁设计的依据。介绍了该方法计算的理论和步骤,并与假定地基反力按直线分布的计算结果进行了比较,显示出共同变形理论计算的合理性。排洪明槽经数年使用,完好无损。     

盾构法T接隧道结构受力足尺试验研究

在盾构法施作联络通道的过程中，由于主隧道的结构体系发生变化，衬砌内力发生重分布，对主隧道结构稳定不利。为了解结构安全性以及结构响应，开展盾构法联络通道的结构受力足尺试验进行模拟。试验采用7环管片错缝拼装进行模拟，在模拟真实水土压力荷载后，通过运用盾构直接切削管片，模拟真实盾构法联络通道施工过程中的出洞过程，得到如下结论： 1）通过模拟的方法得出该工法施工过程中的关键工况节点； 2）通过模拟得出隧道在整个切削过程中各环的收敛变形整体性较好，工法是安全的； 3）试验过程中，除切削位置以外的其余位置发生内力重分布，内力重分布的过程与工况变化过程息息相关。     

淤土地基灌注桩水平承载特性试验及数值计算

针对淤土地基灌注桩水平荷载作用下桩体受力特性,通过现场水平承载力破坏性试验,对不同桩长、桩径和桩基上部土体的两个试验区进行对比研究,由现场实测得到的桩体桩身轴力与弯矩分布情况,得知桩径增加和桩基上部土体改善有助于提高水平承载力,但桩径的增加对水平承载力的提高效果更为显著;利用ABAQUS数值计算对水平承载特性进行研究,并与现场试验结果进行对比分析,对比表明:现场实测数据和数值模拟的拟合程度较好,说明有限元在桩基水平承载能力研究方面具有合理性,为进一步利用有限元研究桩体水平承载力提供了一定的理论基础.