大直径盾构隧道管片接头抗弯性能研究

基于我国沿海地区大直径盾构隧道的结构形式,根据接头实际受力特点,运用理论分析方法提出了大直径盾构隧道接头的抗弯刚度计算公式,并将其计算结果与上海盾构隧道接头抗弯试验结果进行了分析对比,结果表明本计算结果与试验值具有良好的吻合性.通过对目前几种常用管片、接头受力分析模型进行的比较也显示,此抗弯刚度计算方法运用到梁-弹簧模型中能够较好地预测与评价我国沿海地区大直径盾构隧道管片、接头的受力特点,对管片、接头结构设计有一定的参考价值.     

带接头盒矩形盾构接头正向抗弯三维有限元分析

大弯矩小轴力的内力工况对大断面矩形盾构管片接头的构造设计提出了挑战。接头盒作为一种接头预埋件,其合理设计以及与混凝土共同受力机理值得研究。在梁-弹簧模型中接头抗弯转动弹簧刚度值具有明显的非线性,目前主要依靠足尺管片接头力学试验获取。鉴于数值模拟容易开展,同时基于某大断面盾构管片接头足尺抗弯力学试验数据,文章采用ABAQUS大型有限元软件建立了带有接头盒矩形盾构管片纵缝接头的三维精细化计算模型。针对这类带有接头盒的大断面盾构管片接头,重点考查在正弯矩工况下接头构造设计的合理性,研究轴力对接头正向抗弯性能的影响,分析接头的破坏形态。结果表明,正弯矩工况下接头的弯矩-转角全过程曲线可以简化为三折线模型;在一定范围内,轴力的施加可有效推迟管片接头进入塑性以及破坏阶段,而对各阶段抗弯刚度的数值影响并不明显。     

盾构隧道环间接头抗弯刚度计算及其影响因素研究

为得到盾构隧道纵向梁-弹簧模型中环间接头抗弯刚度的计算方法,文章以志波模型为基础,采用解析方法分别推导了纯弯、拉弯条件下环间接头抗弯刚度的解析公式,并据此对各影响因素的敏感度及影响方式开展定量分析。结果表明:盾构隧道环间接头抗弯刚度的影响因素主要有幅宽、断面尺寸、环间螺栓参数以及纵轴拉力等,其中断面尺寸对环间接头刚度影响最大,环间螺栓参数次之,幅宽影响最小;纵轴拉力对环间接头抗弯刚度的影响方式与前述因素不同,在其作用下,环间接头抗弯刚度表现出显著的非线性特点,环间接头抗弯刚度与纵向弯矩、纵向轴力在三维空间中呈现"台阶状"曲面形态,其量值维持在上、下台阶面对应的量值之间;当环间接缝面在拉弯作用下完全张开时,环间接头抗弯刚度相比接缝面部分张开时被削弱约40%。     

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.     

卸载工况下盾构隧道结构承载性能数值模拟分析

周边卸载导致的隧道横向大变形对地铁的正常运营与安全使用产生严重影响,对于隧道结构从周边卸载开始直至破坏的全过程,需要发展一种高效并能保证精度的数值模拟方法。文章首先进行不同接头刚度下衬砌环的内力及变形数值分析,表明管片接头刚度值对衬砌环轴力分布及大小影响很小,可以先使用相对简单的等刚度圆环法计算得到管片接缝处的轴力值,再将此预分析轴力值作为确定接头抗弯弹簧弯曲刚度曲线的轴力值,用三维直梁实体单元进行精细分析得到不同轴力下的管片接头抗弯刚度模型。最后将接头抗弯刚度模型参数赋给二维梁-弹簧模型中的弹簧参数,运用二维梁-弹簧法计算得到衬砌结构各级荷载下的内力和变形。该方法得到的数值模拟结果与试验结果一致,全过程数值分析表明:在侧向压力卸载过程中,接头截面处弯矩不断增大、轴力不断减小,各接头处抗弯刚度快速下降,最终结构达到破坏状态。     

盾构隧道管片接头抗弯刚度的经验公式

接缝抗弯刚度是装配式衬砌结构设计的重要参数,工程中一般是通过接头的荷载试验来确定.文章以某拟建大型水工盾构隧洞的管片接头荷载试验为基础,简要介绍了装配式管片接头荷载的试验方法、影响接头刚度的各种因素及其影响规律.通过对试验数据的分析,建立了管片接头抗弯刚度的经验公式,给出了不同偏心距的接头抗弯刚度系数的变化范围.     

大型沉管隧道管节接头刚度特性研究

沉管隧道管节接头具有调节沉管隧道受力性能以及适应隧道不均匀变形的功能,在隧道运营中起着非常重要的作用。文章以港珠澳沉管隧道管节接头为研究对象,建立了管节接头刚度的三维非线性有限元计算模型,对管节接头的受力变形特征进行了分析,分别得到了管节接头轴向压缩刚度、弯曲刚度与轴向压缩荷载、压缩弯矩之间的变化规律。结果表明:轴向压缩刚度随轴向压缩荷载增大而增大;轴向弯曲刚度随轴向荷载增大而增大,但在相同轴压下,弯曲刚度随弯矩增大而减小。此外,结合管节接头模型试验进一步研究了管节接头轴向压缩刚度和弯曲刚度的变化规律及影响因素,并对比分析了有限元计算结果与模型试验结果,模型试验得出的接头刚度变化规律与有限元模拟结果一致。研究得到的管节刚度对沉管隧道整体计算研究具有重要参考意义。     

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。     

平陆运河沙埠江支流口泥沙淤积数值模拟分析

为准确反映平陆运河沙埠江河段真实的泥沙淤积情况,文章建立平面二维水流泥沙数学模型进行模拟分析。结果表明：沙埠江支流淤积比在丰水年、平水年、枯水年平均分别约84%、79%、83%;丰水年、平水年、枯水年淤积在旧州江支流的沙量为6.69×10⁴ t、2.69×10⁴ t、2.13×10⁴ t;丰、平、枯水年进入运河的沙量为1.28×10⁴ t、0.72×10⁴ t、0.44×10⁴ t。研究成果对类似工程有参考价值。     

预制预应力管廊接头抗弯力学研究

接头抗弯刚度是预制预应力综合管廊结构设计的重要参数,目前尚无现成的试验数据或公式.文章根据管廊接头结构特点提出力学假设,将接头截面假定为不产生挠曲变形的刚性板,弹性衬垫和预应力筋则抽象成弹簧,在此基础上建立力学模型.根据变形协调和受力平衡方程,推导出接头抗弯刚度的非线性方程式.通过与接头受力试验结果的对比,验证了接头力...     

盾构隧道管片接头弯曲刚度计算及影响因素分析

盾构隧道管片接头弯曲刚度是隧道设计关键参数之一。管片接头弯曲刚度的研究引起了广泛的兴趣,但主要集中在无传力衬垫的管片接头上。文章针对南京地铁盾构隧道粘贴了传力衬垫的管片接头刚度开展了研究,结果表明,粘贴了传力衬垫的管片接头弯曲刚度随着接头荷载的增加表现出了明显的非线性。最后对传力衬垫的厚度、螺栓预紧力和螺栓数量等弯曲刚度影响因素进行了分析,其计算结果对隧道设计具有明显的参考价值。     

基于有限元-无限元的沉管隧道三维动力响应分析

随着沉管隧道修建越来越多及近年来全球地震活动频发,沉管隧道及其接头在地震作用下的抗震性能成为目前研究的一大热点。文章立足于广州洲头咀沉管隧道工程的实际背景,基于ABAQUS软件有限元-无限元相结合的方法建立了沉管隧道-接头-场地土的三维实体模型,并通过在模型基底输入El Centro地震动时程,研究了不同接头连接刚度条件下沉管隧道不同接头处的动力响应特性。计算结果表明:隧道反应基本上呈对称分布,接头连接刚度越大,接头的内力(轴力、弯矩)也越大。在进行沉管隧道设计时,可以通过采用适当的接头刚度来控制接头的内力。     

装配式管片接头受力平面有限元分析

在盾构法隧道设计中,评价接头刚度对管片内力的影响是隧道设计的一个十分重要的内容.由于管片接头或整环管片试验资料过少,很难得到普遍性的接头刚度规律.目前工程中大多根据经验将接头刚度确定为某一常数.针对上述问题,文章通过对广州地铁三号线无传力衬垫的盾构隧道管片接头进行了接触问题的非连续弹塑性有限元分析,得出了接缝转角与弯矩的关系曲线.这种关系曲线接近双直线形状,因此可以简化为双直线关系来确定接头刚度.计算的结果反映出管片接头转角与管片内力之间的非线性关系的规律,为管片设计中的关键参数选择提供了依据,具有较大的实用和参考价值.     

盾构隧道管片接头荷载试验研究

某一大型隧道拟采用盾构法施工,初次衬砌设计为预制钢筋混凝土管片,由于管片接缝的刚度与强度的取值还无现成理论可依,设计中需通过接头荷载试验来确定.文章重点对预制管片接头荷载试验方法和典型试验结果进行了介绍和初步分析.试验研究内容包括接头的受力、变形及破坏过程;接头强度的定量评价;接头端肋、侧肋、连接螺栓等各部分的强度匹配情况的研究等.     

客运专线超大断面隧道施工过程三维力学分析

客运专线上的隧道开挖断面积在150m2以上,必须选择合适的施工方法才能满足建设需要.对此,文章以Ⅳ级围岩为研究对象,根据隧道埋深的不同,对深埋情况下的台阶法和环形开挖留核心土法、浅埋情况下的CD法和CRD法等开挖方法进行了三维数值模拟;通过对超大断面隧道基本受力规律的分析比较,给出了适合于超大断面隧道的安全、经济、有效的施工方法.     

深埋隧道层状围岩力学特性及变形防控研究

文章以深埋隧道施工中层状围岩力学性质为主要研究对象,结合四川某深埋隧道建设工程,在剖析其地质条件与工程背景的基础上,通过对层状岩石中的页岩进行抗压强度试验,分析其层状围岩开挖卸荷变形特征,并提出隧道施工支护方案,以期为复杂地质条件下的深埋隧道施工提供借鉴。     

上海长江隧道管片纵缝力学性能的试验研究

根据上海长江隧道直径15m管片的1：1直接头试验，经分析得出了该管片纵缝接头在分别承受正、负弯矩时转角随弯矩变化的规律，提出了反映管片纵缝接头力学性能的转角刚度拟合公式，可供类似工程参考使用。     

特长深埋高速公路隧道平导通风技术研究

针对越岭隧道由于大型山脉的阻隔而不便修建竖斜井的困境,文章以跨越天山的某特长深埋公路隧道为研究背景,提出了高速公路隧道平导运营通风方案。并通过大量的风网解算及通风系统总造价的正交设计分析,研究了特长深埋公路隧道取消斜竖井、采用平导进行通风的设计方法,分析了该隧道近远期通风机理和通风方案。结果表明:影响通风系统总造价的因素排序为:独立通风段长度、排风量、排风道面积、送风道面积;甄选的近远期通风方案很好地解决了较低交通量条件下高速公路隧道的运营通风难题;通风道长度达数公里的条件下,前段污风不宜全部从排风道排出,要充分利用大断面主隧道排风,减少能耗。     

通用环错缝拼装盾构隧道结构设计计算参数研究

为了探明错缝拼装条件下盾构隧道结构的内力和使用修正惯用法进行设计计算的关键参数——弯矩传递系数、抗弯刚度有效率,文章根据地铁盾构隧道实际运营条件设计和实施了不同工况下通用环错缝拼装盾构隧道结构的足尺试验,分析了埋深、侧压力系数、纵向力、侧向抗力等对于结构内力和修正惯用法相关设计参数的影响。研究结果表明,弯矩传递系数对结构埋深和纵向力较为敏感,抗弯刚度有效率则受到侧压力系数、结构埋深、纵向力和侧向抗力的影响。     

软土深埋大直径盾构法隧道施工受力及变形特性研究

随着我国城市化建设及区域融合的日益加快,盾构法隧道朝深大方向发展,隧道安全设计及建造面临着更为严峻的挑战。为探究软土地区大直径盾构深埋段的力学及变形特性,以上海某大型隧道工程为背景,通过全断面围压、结构内力及三维激光扫描变形测试,获取了盾构隧道施工期全过程结构受力变形发展规律;分析了软土地区深埋区段盾构法隧道变形发展机制,并探讨了结构内力及变形响应与外部荷载间的关联性;发现盾构法隧道变形与管片拼装机脱出盾尾时的受力有密切联系。由于深埋段围压较大,因此变形以对称状态为主,软土地区大直径隧道管片结构受力由施工初始阶段的局部受拉最终转变为整体受压、构造钢筋不受力状态。上述发现为后续合理确定盾构隧道受力模式及合理确定计算方法提供了技术支撑。