海底盾构隧道双层衬砌 柔性垫层研究

针对大连地铁5号线工程梭鱼湾南站单洞双线盾构区间隧道施工建设问题,探讨岩溶发育区海底隧地铁盾构隧道支护技术。考虑岩溶发育地区工程地质情况复杂及在特殊工况,如地震作用下,结构发生附加变形时的隧道安全,提出使用盾构隧道双层衬砌结构及柔性柔性垫层,通过理论分析、数值计算等方法,分析一定强制位移条件下,不同厚度及密度的柔性垫层对盾构隧道双层衬砌结构内力分布的影响。研究结果表明：随着材料密度的增加,隧道外衬所受最大弯矩先减少后增加,而内衬所受最大弯矩先增大后减小。相同密度情况下,随着材料厚度的增加,外衬最大弯矩逐渐增大,内衬最大弯矩逐渐减小。当柔性垫层材料性能适中能提供充分的协调变形空间时,隧道内外衬砌能合理分配结构附加变形产生的内力,从而大幅提高隧道支护的安全性能。     

二衬厚度对盾构隧道双层衬砌纵向力学性能的影响

盾构隧道作为一种复杂的三维线性地下结构,容易受围岩特性不均等因素影响产生不均匀变形,引发结构局部破坏等病害。为研究双层衬砌盾构隧道在运营过程中的纵向力学行为,结合武汉地铁8号线越江隧道工程,建立纵向三维壳-弹簧力学分析模型,结合工程实际探讨二次衬砌厚度对盾构隧道双层衬砌力学性能的影响,以期获取合理的二次衬砌厚度取值。研究结果表明:(1)盾构隧道双层衬砌结构的纵向等效弯曲刚度随二次衬砌厚度增加呈线性增加;(2)施作二次衬砌可降低隧道纵向不均匀沉降量及管片间的错台量,二者随二次衬砌厚度增加而减小,但幅度不大;(3)在隧道纵向出现极端不均匀变形条件下,施作二次衬砌会导致位移突变点附近部位的管片局部内力及环缝张开量增大;(4)综合分析盾构隧道管片衬砌变形及受力,同时考虑工程造价和二衬是否设置配筋等因素,对于直径12 m级盾构隧道,其二次衬砌厚度建议取20~35 cm。     

非均质地基中盾构隧道的纵向变形分析

盾构隧道沿纵向将不可避免地穿越多种地层,地基的非均质性和非连续性是广泛存在的。针对非均质地基中盾构隧道的纵向变形问题,将盾构隧道视为非均质Winkler地基中的Euler-Bernoulli梁,建立非均匀地基中盾构隧道纵向力学性能分析的非均质Winkler地基-EB梁模型,基于中心差分原理,推导得到解析模型控制方程的显式有限差分解。通过与既有研究成果的对比,验证解析模型的可靠性。而后,基于所建立的解析模型系统分析2类典型非均质地基条件下地基变异性对盾构隧道纵向变形和内力的影响,进一步讨论软硬地层渐变时隧道的纵向力学特性。研究结果表明：不同地基条件下所推导的有限差分解与既有有限元结果较为吻合,证明所建立的解析模型及其解答是准确可靠的;相邻地基刚度的差异会显著影响盾构隧道的纵向变形和内力,软硬地层交界面处隧道变形和内力会产生明显变化,且隧道剪力在此达到最大值,易产生环间错台等病害;对于软硬突变地层,隧道最大差异沉降随软弱地基刚度的减小线性增大,而最大弯矩和剪力的变化呈现出一定的非线性;对于含软弱层的软硬交替地层,软弱层相对刚度和相对长度均会显著影响隧道的纵向变形和内力,隧道最大差异沉降和最...     

列车荷载作用下深厚饱和软土盾构隧道沉降分析

软土地层盾构隧道运营期沉降一直是工程界关注的重点问题。结合工程实例,采用不排水循环累积变形理论、循环三轴试验参数和简化动力有限元及分层总和法,分析深厚软土地层盾构隧道在运营期列车荷载作用下沉降响应。分析成果表明,隧道埋深越浅、隧底软土地层越厚,则运营期沉降越大;就沉降速率来看,隧道在运营期最大沉降速率将在隧道运营后的初期出现,且地层越差,沉降量越大,沉降速率越小,沉降稳定时间越长;采取一定沉降控制措施后,深厚软土地层盾构隧道在运营期列车循环荷载作用下的沉降是可控的。针对本项目的特点,结合分析成果,合理确定深厚软土地层盾构隧道沉降控制措施。     

内衬施作时机对双层衬砌 盾构隧道内力的影响

双层衬砌是盾构隧道一种相对较新的结构形式,其被用来以期解决单层衬砌隧道在防水和受力等方面上的一些问题。但由于其结构相对更为复杂,目前工程界并无统一的设计理论和方法。本文以大连湾5号线火车站站到梭鱼湾南站跨海段隧道工程为背景,采用midas有限元分析软件对本双层衬砌隧道进行了2维荷载结构法有限元分析,研究内衬不同施作时机对于内外衬砌内力的影响。同时考虑到跨海隧道特殊的工程地质条件,还对卸载过程对于内衬的影响做了分析。结果显示,如果隧道承受的外荷载在不断增加的过程中,内外衬体现为协同受力,施作越晚,内衬承载越小。另一方面,若在施作内衬后外部荷载发生了卸载,会使得内衬产生拉应力,尤其是周期性的加载和卸载会使得内衬首先压应力和拉应力循环,这会对防水产生不利的影响。综上,内衬的施作时机对于两者之间的荷载分担有着巨大的影响,且内衬施作后如果卸载会对结构有较大不利影响,因此内外衬之间相互作用不宜过强,本文依托项目也改变了原有设计构想改为考虑采用柔性垫层的结构形式,未来相关设计与研究可就此问题予以必要的关注。     

富水砂卵石地层双层衬砌类圆形断面矿山法地铁隧道适应性研究

针对富水砂卵石地层条件下矿山法隧道下穿既有地铁盾构隧道,首先从工期要求与既有工程经验方面进行总体方案设计,明确矿山法隧道近距离下穿既有隧道的优势;随后基于规范要求与富水砂卵石地层特性,提出施工变形控制标准;最后对初期支护+双层衬砌结构型式下的沉降变形、结构内力等进行深入分析,并与常规初期支护+二衬结构型式进行对比分析,明确双层衬砌结构型式的优势。研究结果表明:类圆形断面在减小隧道开挖轮廓与改善结构受力性能等方面具有明显优势,同时本工程双层衬砌构造型式,围岩荷载主要由二次衬砌承担,永久结构(三次衬砌)承担的荷载较小,永久结构在承载力与稳定性,尤其是安全储备方面具有明显的优势。     

软弱地层盾构隧道侧穿房屋基础沉降特性分析

以广州轨道交通21号线金坑站—镇龙南站区间土压平衡盾构下穿均和村房屋群为工程依托,采用数值模拟方法研究盾构隧道侧穿房屋群基础沉降特性,对比分析不同隧道开挖顺序下房屋基础沉降响应规律,并结合现场实测数据进行对比分析,揭示软弱地层盾构隧道侧穿房屋群施工扰动特性。研究结果表明:(1)在软弱地层双线隧道侧穿既有建筑物时,优先施作受荷载作用显著侧隧道,可有效降低既有建筑物变形;(2)在软弱地层盾构隧道掘进过程中,地表既有建筑物产生的主要沉降位于隧道穿越既有建筑物前3倍洞径至穿越建筑物后6倍洞径范围内,在此区段内可加强监测力度,根据实际需求采取降低掘进速度或适当加大注浆量的控制措施来控制既有建筑物变形;(3)受软土地层特性和施工同步注浆浆液固化的影响,在盾构穿越监测点10 m左右监测点沉降达到最大,随着浆液强度的增大,存在沉降回弹现象。     

深埋双圆盾构隧道的横向地震响应特性研究

阐述反应位移法的基本原理和深埋双圆盾构隧道的地层荷载模式,并基于反应位移法和梁弹簧模型,对双圆盾构隧道仅受静载和静载与水平剪切地震荷载同时作用下结构的变形和内力等动力响应特性进行研究。分析表明:与对称静载作用下相比,在静载与地震荷载同时作用时,结构的变形和内力不再是对称的;弯矩和变形走势基本一致,两洞各自上半圆的迎地层位移侧和下半圆的背地层位移的衬砌基本都有向洞内的位移和内侧受拉的弯矩,两洞各自上半圆的迎地层位移侧和下半圆的背地层位移的衬砌基本都具有相反方向的位移和弯矩,与中柱底部连接处的弯矩集中现象得到消除;衬砌的轴力不再是全部为受压值,而是出现大范围受拉的情况,且拉力值较大,中柱的压力值减小十分明显;与中柱连接处的剪力集中现象消除明显,远离中柱处的管片衬砌剪力绝对值增大明显。     

水压条件下盾构隧道双层衬砌力学特性分析

研究目的:针对国内某些盾构隧道开始出现内部构筑二次衬砌的工程实际,为探明二次衬砌与管片衬砌的相互作用机理,提出相应分析模型,以便正确评价二次衬砌的功能以及为合理地应用二次衬砌提供参考。研究结论:采用提出的双层衬砌抗剪压模型分析了三种典型工况下结构的内力特性,结果表明:增设二次衬砌将加大管片衬砌的弯矩,减小管片衬砌的轴力,这在管片衬砌发生渗漏后更加明显;相对管片衬砌而言,二次衬砌仅发挥了辅助性的承载作用;增设二次衬砌后,双层衬砌的整体受力并非更加合理;理想中的双层衬砌联合承载作用必须在特定荷载和地层结构参数的情况下才能发生。二次衬砌的作用主要体现在管片衬砌完全失效后可立刻发挥承载潜能,担负安全储备的作用。     

铁路盾构隧道双层衬砌结构耐火性能的数值模拟分析

以某铁路盾构隧道为背景,选用RABT和RWS共2种火源曲线,通过数值模拟方法,分析在不均匀温度场作用下,铁路盾构隧道管片及二衬的应力和变形、管片混凝土的劣化深度、裂缝的产生及发展,并与单层管片衬砌结构进行对比,研究铁路盾构隧道双层衬砌结构的耐火性能。结果表明:在2种火源曲线下,无论是否使用防火涂料,铁路盾构隧道单层衬砌结构都无法达到耐火设计标准,而双层衬砌管片的温度远低于250℃的耐火极限;与单层衬砌相比,施作二衬后,管片温度与应力的变化幅度受火源曲线的影响减小,管片的最大主拉应力和主压应力均减小,衬砌结构的整体刚度增加、整体变形减小;衬砌的劣化深度对隧道半径和埋深不敏感,劣化深度为125~150mm;双层衬砌盾构隧道的防火效果较好,但建议二衬的混凝土设计标号不小于C30,设计厚度不小于150mm。     

长大隧道敞开式掘进机施工中的同步衬砌研究

TBM施工长大隧道时,通常情况下都是掘进贯通之后,再施作二次模筑混凝土作为永久支护,而这样往往制约总工期。结合新疆吐库二线中天山隧道施工实践,从同步衬砌台车的设计选型、施工组织、工序协调等方面入手,通过台车设计方案与施工组织的优化,实现了掘进,附属洞室、二次衬砌同步施工,可供同类施工参考。     

隧道衬砌冻胀压力问题初探

冻胀压力的量值和分布不仅取决于围岩的性态和气象条件 ,而且同衬砌结构的材料、刚度以及施工质量密切相关 ,是一个十分复杂的问题。本文从岩石和土层两种围岩中衬砌承受冻胀压力的机理出发 ,探讨计算方法。通过计算分析 ,对寒冷地区隧道衬砌的设计和施工提出了若干建议。     

清筛机起拨道装置参数优化试验研究

针对既有隧道内、桥梁上道床机械化清筛难题,以清筛机起拨道装置为研究对象,通过数值模拟和现场试验,对起拨道量与起拨道力的关系进行了分析。结果表明:拨道时起拨道装置影响范围为7根轨枕距离;随着起道量增加起道力呈增大趋势,随着拨道量增加拨道力呈增大趋势,起道量与拨道力成反比关系;既有大型养路机械起拨道装置的起拨道油缸参数满足新型隧道桥梁清筛机使用要求;起拨道装置的安装位置直接影响新型隧道桥梁清筛机的作业适用范围。研究结果可为新型隧道桥梁清筛机的设计提供依据。     

冲击回波声频法用于铁路隧道衬砌质量检测

研究开发了冲击回波声频法这一新型无损检测方法,通过非接触式拾取冲击弹性波信号和高分辨力频谱分析,大大提高了对衬砌厚度、缺陷等的识别能力.百余座铁路隧道检测的实际应用及与地质雷达法等的对比验证结果表明,冲击回波声频法具有测试精度高、分辨力强、测试效率较高等特点,非常适合于铁路隧道衬砌质量的检测.     

齐岳山隧道出口二次衬砌施工技术

介绍了齐岳山隧道出口工区衬砌的施工工艺和方法,着重阐述施工过程(工序)控制项目和要点,原材料控制项目和主要技术指标,分析了质量通病产生的原因和控制方法。     

装配式衬砌接头的接触力学模型研究

装配式衬砌是由衬砌管片通过螺栓连接而成的,在相邻管片连接处存在一个力学特性比较复杂的区域,这个区域存在面面接触及螺栓的连接。将其抽象为面面接触单元及螺栓预紧单元进行数值模拟,并通过算例进行了分析,得出了一些结论。     

圆形隧道快速衬砌施工技术探讨

以色尔古电站引水隧洞衬砌施工为例,阐述了圆形隧道中几种不同衬砌方法,并对其优缺点进行比较,并着重介绍了在特殊地质情况下,为保证隧道结构安全稳定和高强度工期进度要求,采用了目前圆形隧道衬砌在国内非常少见单工作面针梁+(边顶拱+底拱)相对砌施工和单工作面双针梁台车平行衬砌施工方法,使衬砌进度成倍提高,而且保证了隧道的稳定和安全,对今后类似的工程具有指导意义。     

隧道二衬欠厚检测及结构安全性分析

针对西部某高速铁路隧道二衬病害问题,采用SIR-3000型探地雷达进行二衬检测,根据病害部位、类型以及程度不同,建立多种工况的有限元模型,并以拱顶、拱腰和边墙的安全系数为评价标准,对二衬病害引起衬砌结构安全问题进行总结.检测结果表明:二衬缺陷主要表现为欠厚问题,占总病害数的69.9％,且各部位欠厚数呈正态分布.分析表明...     

隧道衬砌结构可靠性设计浅论

从隧道结构极限状态方程的建立及其变量统计特征求算、结构可靠指标计算方法、可靠指标分析等角度 ,阐述隧道衬砌结构按可靠度理论作特殊设计的过程及其中存在的问题和应注意的相关信息 ,为新的《铁路隧道设计规范》(TB10 0 0 3 2 0 0 1)的应用及今后推广可靠度理论在隧道领域的应用提供参考。     

隧道衬砌养护台车设计及研究

隧道衬砌结构病害严重影响着隧道运营安全。衬砌混凝土浇筑属于大体积混凝土浇筑,所以如果不能及时进行养护,可能会导致混凝土表面开裂等病害出现。衬砌混凝土养护需要选择合理的养护方式,并且能够实现对养护温度、湿度和时间等智能控制,从而提高隧道衬砌混凝土施工质量。依托京张高铁某隧道工程,研发出一种用于隧道衬砌养护的专用设备—隧道衬砌养护台车。该设备能够实现养护区域内温度、湿度智能控制,满足混凝土养护对于温度和湿度的要求,从而可以提高隧道衬砌养护质量。通过工程实践,与传统养护制度对比,衬砌经养护台车养护后,表面强度提高百分比达到预期,碳化深度明显降低。