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。     

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。     

异形盾构施工注浆工况下衬砌结构受力分析与荷载设置

为更加精细化地指导大断面异形盾构隧道施工注浆荷载下的结构设计工作,依托宁波地铁3号线类矩形盾构隧道工程,探索施工荷载注浆工况下衬砌结构的受力特征,研究同步注浆填充阶段真实的浆液扩散过程及其压力分布规律,针对既有设计模型中注浆工况下的荷载施加模式、注浆填充扩散压力分布计算模型以及特殊工况下的实际受荷情况进行综合分析。结果表明： 按注浆填充扩散压力分析的结构受力较为均匀,而既有设计模型注浆工况和特殊条件下的荷载分布会使得管片结构受力更加不利,建议在类矩形盾构衬砌结构注浆工况设计模型中考虑浆液环向填充扩散机制对应的结构受力模式为基础,在拱顶、拱肩、拱腰及拱底处分别叠加100、150、200、250 kPa的分布压力较为合适。     

大直径江底盾构隧道衬砌结构受力现场测试与分析

以长沙南湖路湘江隧道为背景,对管片衬砌在施工期和后期所受外荷载和结构内力进行长期现场追踪测试,总结衬砌结构外荷载和内力随时间的变化规律,并采用梁-弹簧计算模型对不同施工阶段管片结构内力分布形态进行研究,与现场测试结果相互验证。研究结果表明:1)施工期管片衬砌脱环后容易形成偏压状态;2)注浆对管片内力影响较大,受注浆影响,管片内力增幅明显;3)随着监测的进行,管片内力特别是轴力仍然有小幅度增长。     

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。     

围岩蠕变和同步注浆浆液硬化的盾构斜井衬砌结构内力模拟分析

以鄂尔多斯市的补连塔煤矿#2盾构斜井为工程背景，基于Burgers模型，研究在围岩蠕变和同步注浆浆液硬化作用下考虑接头非线性特性的盾构斜井衬砌结构内力分布，并将内力分析结果分别与考虑围岩蠕变效应及同步注浆浆液硬化效应两种情况进行对比。结果表明:考虑围岩蠕变效应的结构内力极值呈自然对数增长，同步注浆浆液硬化效应可减小斜井衬砌的受力；由于考虑了接头的存在，采用双段折线非线性抗弯刚度的斜井结构内力分布呈现不对称现象。     

类矩形盾尾受力性能数值模拟研究

类矩形隧道具有空间利用率高、双线一次成型等优点,但其受力性能不同于传统圆形隧道。盾尾是盾构壳体最薄弱的部分,有必要对类矩形盾尾的受力性能进行研究。本文以宁波轨道交通4号线工程为背景,建立类矩形盾尾的数值模型,分析、研究理想结构模型与考虑几何初始缺陷模型在多种工况下的受力性能,最后使用参数化方法,研究壳体厚度和覆土厚度对应力和变形分布的影响。结果表明： 盾尾设计具有足够的强度和刚度储备; 几何初始缺陷对盾尾变形的影响较大; 推进工况的摩擦力对应力和变形的影响很小,变向荷载主要增大了向外变形。     

富水盾构隧道地表固结沉降及控制措施研究

依托某城市富水盾构隧道,通过数值模拟,研究地表沉降控制措施,结果表明:富水地层中地表固结沉降占比较高,计算需考虑渗流。考虑渗流下,结构受力变形有不同程度提高;隧道四周剪切塑性区增大。围岩孔压在拱腰聚集,开挖后地下水指向内空,管片注浆后,地下水沿衬砌背后向下渗流;盾尾注浆会改善盾壳受力及不均匀性。考虑渗流,管片变形及弯矩由拱顶、拱底向拱底（变形）和拱顶（弯矩）转移;增大注浆圈为较实用措施。     

下穿黄河盾构隧道“结构-壁后注浆-土体”结合部渗流研究

盾构隧道结构与土体间存在"衬砌结构-壁后注浆-土体"结合部,黄河下游"悬河"段河水水位高于两岸地表,修建于"悬河"下的盾构隧道"结构-壁后注浆-土体"结合部是否会形成渗流通道,使黄河水体涌入两岸从而影响两岸安全,是穿黄盾构隧道工程与其他穿越江河盾构隧道工程的最大不同之处,也是关系到工程建设是否可行的关键问题。对盾构隧道结构-壁后注浆-土体结合部进行理论简化和数值计算,并模拟了不同工况条件下沿结合部渗入两端的的渗流量,结果表明:壁后注浆对于减小结合部渗流具有重要作用,盾尾间隙厚度对渗流安全影响较小;随着壁后注浆体渗透系数减小,两端涌水量显著减少;盾尾间隙的减小对于降低两端渗流量作用不大。据此提出相应的工程建议:为防止"衬砌结构-壁后注浆-土体"结合部渗流通道形成,衬砌设计中增设注浆孔,施工时适当增大注浆量及注浆压力,防止无注浆空隙的产生,降低壁后注浆体渗透系数是首选措施;通过控制盾构掘进姿态、减少超挖,从而减小盾尾间隙厚度可作为辅助施工措施;施工过程中在隧道内进行壁后注浆开孔检漏试验并根据试验结果进行补充注浆可作为结合部渗流安全的检验、补充措施。     

大跨度浅埋偏压隧道围岩变形分析

利用有限元数值模拟分析了两组工况下偏压隧道的围岩变形及隧道衬砌受力情况，结果表明:衬砌外荷载主要由上覆岩土体自重以及围岩沿着潜在滑移面产生剪切变形形成，剪切变形对围岩及衬砌受力影响显著。在平行于偏压面岩层与衬砌交界处（浅埋侧拱脚、深埋侧拱肩）的内力明显突变。地表注浆加固在一定程度上改善了围岩物理力学特性，减小偏压引起的剪切变形，有利于围岩稳定及隧道衬砌受力。     

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。     

盾构法T接隧道结构受力现场试验研究——以宁波轨道交通3号线联络通道为例

为了了解盾构法T接隧道在施工过程中主隧道外部的荷载以及响应，以国内第一条使用机械法施工的联络通道--宁波轨道交通3号线为背景进行研究。本文通过研究施工过程中的施工工况节点，现场监测主隧道结构的外荷载、收敛变形并计算结构内力，得到在整个施工过程中主隧道的结构响应及其变化规律。通过本文的研究，可以得出以下结论： 1）施工过程可依据外部荷载和结构体系进行划分工况，各工况具有明显的不同响应； 2）始发端和接收端的内力变化主要受到盾构顶力和外部注浆荷载的影响，且主要影响切削侧，切削过程中的内力增量在10%～20%，注浆压力影响的增量部分达到了50%； 3）各环及内支撑轴力增量在200 kN以下，破洞位置导致的轴力损失可以由其余位置共同承担，不需要特殊的破洞阶段超载设计。     

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。     

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。     

小半径曲线地铁隧道盾构施工技术

针对上海市轨道交通9号线一期工程R413东西出入线的小半径盾构隧道施工的综合难题,采用数值模拟分析、文献调研等方法,对盾构机选择、管片选择、管片壁后注浆加固、临时纵向加强肋、加强螺栓复紧、盾构推进轴线预偏、盾构测量与姿态控制、盾构施工参数选择、土体损失及二次注浆、盾构纠偏量及盾尾与管片间的间隙控制等问题进行研究,并提出详细的施工和设计措施;进而对盾构进入缓和曲线后,盾构卡壳、盾尾管片外弧面碎裂、盾尾衬砌管片角部碎裂等施工难题给出解决措施,保障了小半径盾构隧道施工的顺利进行,对今后类似工程施工有一定的借鉴作用。     

盾构管片上浮量变化规律及简化算法研究

在大多数软弱土层盾构隧道施工中管片上浮问题十分突出,严重时往往会导致管片破损和接缝错台。为诠释该现象的发展过程,为其预防控提供合理化建议,从实际出发,利用现场试验对管片脱离盾尾后管片上浮全过程进行了跟踪监测,并记录了各上浮管片的隧道收敛变形量加以分析。分析发现,管片脱离盾尾后的上浮规律大致分为加速阶段、平缓阶段和稳定阶段,并且第一阶段管片上浮最快,其上浮变化量占总上浮量的80%左右。隧道管片脱离盾尾后随着同步注浆浆液初凝时间的延迟,其上浮量逐渐增大,当浆液初凝后上浮量增幅变缓。伴随着盾尾管片的上浮,隧道收敛变形也随之线性增加,管片的竖向压缩量与水平拉伸量的比值大体介于0.6~0.9之间,呈现“横鸭蛋”形态。此外,提出了一种简化的盾构隧道管片上浮计算方法,该方法同时考虑了注浆浆液黏度时效性、静态上浮力、地层卸载回弹力、注浆压力、管片自重及环缝处管片摩擦阻力的影响。     

长江隧道衬砌结构地震响应的三维数值分析

以武汉长江隧道为工程依托,运用Ansys软件对盾构隧道在水平、竖向双向耦合地震作用下采用3种不同衬砌材料的地震响应进行三维数值模拟,分析这3种工况下隧道衬砌结构的不同部位上应力和位移的分布状况,探明了盾构隧道在地震作用下衬砌结构的动力响应规律,找出了衬砌结构的受力最薄弱部位,研究可对盾构隧道的抗震设计提供理论参考.     

复合地层条件下水下盾构隧道衬砌结构受力特征研究

针对工程中常用的无衬垫接头抗弯刚度非线性的特点,采用描述接头轴力、弯矩及转角关系的解析公式,提出盾构隧道衬砌结构受力计算的迭代计算方法。基于南京市纬三路过江通道的工程背景,分析了接头抗弯刚度的取值对盾构隧道衬砌结构受力及变形的影响,对工程中遇到的典型土岩复合地层中衬砌结构的受力进行了计算。计算表明,所提出的迭代计算方法简便易行,收敛较快,复合地层中衬砌结构的受力分布与均一地层中相差较大。复合地层的作用使得衬砌结构内力分布更不均匀,可能使得某一部分管片内力显著增大,设计时需要针对实际地层分布形式进行计算。     

超大直径盾构隧道同步双液注浆原位试验研究

为探明水泥-水玻璃双液浆在超大直径盾构隧道工程中的浆液特性、扩散形态及注浆填充效果，在北京东六环京哈高速—潞苑北大街区段盾构隧道工程负环段进行同步双液注浆原位试验，通过在负环管片上安装钢套筒的方式形成盾尾注浆间隙，并采用土压力和孔隙水压力传感器检测同步双液注浆过程中盾尾间隙内压力的分布及变化情况，探明双液浆的胶凝特性及初步扩散形态。注浆完成后，通过现场取样和三维激光扫描的方式揭示双液浆的物理力学性能和注浆填充效果。研究结果表明： 1）在同步双液注浆过程中，双液浆浆液压力整体呈“单峰”式曲线变化，即注浆开始后传感器量值随浆液注入快速增加，在注浆停止后传感器量值迅速下降，然后缓慢下降，最后稳定至一定量值； 2）由于原位试验过程中室外温度变化大、湿度低，并且存在混合不均及双液浆产物不稳定的问题，现场取样测得的抗压强度略低于室内试验所测得的抗压强度； 3）由三维激光扫描结果可知，适当调整注浆参数后双液浆能够很好地填充盾尾间隙，注浆圈无明显缺陷。     

盾构下穿既有地铁区间隧道沉降控制研究

为探究既有区间在新建隧道盾构下穿过程中施工沉降控制方法与既有结构沉降变化之间的关系,依托深圳地铁10 号线岗厦北站—莲花村站区间(以下简称岗莲区间)左线隧道盾构下穿既有2 号线工程开展既有结构变形监测,结合现场监测数据,建立模拟隧道施工的计算模型,分析得到既有结构在下穿过程中变形与下穿施工控制方法间的关系。研究表明: 1)同步注浆等施工控制方式对既有结构初期变形影响较大,二次注浆对变形稳定时间及大小影响较大; 2)下穿过程需重视盾构土舱压力的维持,并采取保压措施,在较高水平上维持土舱压力,保持刀盘前方水土; 3)管片脱出盾尾后及时二次注浆,充分充填壁后空隙,在既有结构沉降较大时应及时二次注浆进行补救。