盾构隧道通用楔形管片排版系统的核心算法研究

盾构隧道通用楔形管片是通过前后两环的相对旋转来拟合线路中的直线和曲线要素,简化了模板设计,通用性强、质量容易保证。通用楔形管片拼装设计的关键是根据线路的平、竖曲线要素和偏差要求确定环宽和楔形量,而每一环衬砌的偏差计算是通过排版来实现的。文章对通用楔形管片排版的主要步骤和核心算法作了介绍,其中包括平、竖曲线上的坐标法定点算法、线路上理想点的二分法求值算法,以及空间任意点绕任意轴旋转的计算机图形学算法。文章最后介绍了一个盾构区间隧道的排版过程及结果。     

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。     

近接群桩盾构隧道衬砌管片变形特性研究

基于合肥地铁1号线某区间段盾构隧道施工近接群桩基础工况,文章通过Midas软件模拟盾构掘进过程,着重关注管片的变形和内力变化情况,同时模拟不同注浆压力大小或隧道是否近接群桩状态下的盾构掘进过程,对其计算结果中隧道管片的内力及变形的影响程度进行对比分析。结果表明:注浆压力在0.1~0.4 MPa范围内,随着注浆压力的增加盾构隧道掘进过程中管片的内力与变形均增大;盾构隧道在近接群桩的施工中,管片的内力与变形均受到了群桩的抑制作用,且与管片距离桩基远近相关,其中距离桩基最近位置处的管片水平位移的抑制现象更为明显。计算结果能为其他类似近接施工中研究隧道管片的内力与变形特性提供参考。     

盾构掘进姿态和纠偏曲线研究

盾构掘进过程中出现的姿态问题会影响整条隧道的质量。文章首先对盾构姿态参数和隧道设计轴线进行阐述,将设计轴线分为水平和竖直线形来研究;基于盾构盾尾间隙、铰接装置、推进油缸行程差对最小纠偏曲线半径影响的分析,得到最小纠偏曲线半径的取值范围;基于温克尔地基模型,推导出纠偏力矩与最小纠偏曲线半径的关系式;在现有纠偏曲线理论研究的基础上,提出优化后的水平线形纠偏曲线模型。通过对工程实例进行仿真模拟,获得的纠偏曲线满足要求,由纠偏曲线曲率半径变化而获得的纠偏力矩变化曲线符合在实际纠偏过程中的油缸推力变化规律。     

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。     

基坑开挖对相邻盾构隧道变形的影响研究

文章就基坑开挖对盾构隧道结构的破坏进行研究,建立了基于基坑与隧道不同距离、不同隧道管片厚度的有限元模型,分析了不同厚度盾构隧道管片的位移场及纵向变形。得出以下结论：(1)相邻基坑开挖会引起位移过大、沉降、盾构隧道结构变形,造成断裂增多、漏水、渗漏等结构破坏;(2)随着隧道与基坑距离的减小,隧道变形不断增大,当距离<30 m时,管片厚度的增加大大改善了结构变形;(3)管片厚度的增加对纵向变形阻力没有明显影响。此外,当隧道与基坑距离<50 m时,应采取附加防护措施,以减少隧道纵向变形。     

地铁盾构隧道管片衬砌结构受力特征研究

以我国城市地铁区间盾构隧道为对象,采用几何比1/12,同时考虑盾构隧道管片接头效应和管片与土体相互作用效应的三维土-盾构隧道相似模型试验,对盾构隧道管片结构在不同拼装方式下的力学行为进行了研究,并通过现场原位试验进行印证和补充,最后将研究成果与梁-弹簧模型的理论分析结果进行了比较,得出的结论可为盾构隧道的设计提供参考.     

大直径泥水盾构施工小半径曲线隧道的质量控制措施

上海长江西路越江隧道系采用15.43m泥水气压盾构施工,为避开逸仙路高架桩基和轨交3号线高架桩基,曲线段隧道的最小转弯半径仅为910m。通过对盾构设备的优化、管片的合理拼装、盾构姿态控制等措施,使隧道轴线平面偏差控制在±40mm内,高程偏差控制在±30mm内;施工中未出现管片碎裂现象,其盾尾间隙均匀,从而保护了盾尾钢丝刷,规避了盾尾漏浆等施工风险,积累的经验可供类似工程参考。     

盾构在软土地层掘进过程中的管片上浮研究

通过对杭州某地铁施工实例的监测与分析得出,隧道上浮可分为初次上浮和二次上浮,且初次上浮量在隧道总上浮中所占比重较大,约为50%~80%。文章结合该区间段盾构隧道施工,采用abaqus有限元软件对盾构在软土地层掘进过程中的管片上浮进行了分析,得出了管片上浮、管底处下卧土层回弹和管顶处上覆土层沉降随注浆压力、浆液弹性模量、土舱压力、千斤顶压力等因素变化发展的规律。研究结果表明,管片上浮可分为三个阶段:上浮激增段、上浮平缓段和上浮稳定段。     

近接桩基盾构隧道施工管片力学行为研究

盾构隧道衬砌管片在施工阶段处于复杂的受力状态,易出现局部破损现象。文章以深圳地铁5号线近接桩基时盾构隧道施工为研究背景,通过现场测试对衬砌所承受的轴力和弯矩进行了分析,以此来探究盾构隧道管片的力学特性。研究结果表明:上覆建筑物的全风化花岗岩层中,管片脱出盾尾后桩基荷载将传递给隧道上部土体,最后传递至衬砌管片,管片环受到较大的附加应力作用;管片刚拼装上时试验环内力较小;当管片脱出盾尾时其内力达到最大值;稳定后的管片内力一般相较刚脱出盾尾时稍小。由于岩层破碎且极度发育,透水性好,孔隙水压力变化速度较快,且能较快趋于稳定。     

非固化橡胶沥青涂料在富水地层盾构隧道管片接缝防水中的应用研究

在富水地层中,盾构隧道管片接缝防水的效果影响隧道施工质量及后期运营安全,而常规措施难以满足管片接缝防水的需求。文章通过调查分析非固化橡胶沥青涂料的组成成分、非固化性能和防水机理,提出了非固化橡胶沥青涂料与橡胶密封垫相结合的盾构隧道管片接缝复合防水技术,并应用在长沙某地铁盾构隧道下穿浏阳河试验段。通过统计穿越浏阳河后的左右线隧道渗漏情况,结果表明,采用非固化橡胶沥青涂料与橡胶密封垫相结合的盾构隧道管片接缝复合防水技术,可有效减少管片接缝的渗漏率,防水效果明显。     

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。     

泥炭(质)土地层盾构隧道结构力学行为研究

文章以昆明泥炭(质)土地层地铁盾构区间工程为依托,对隧道结构周边不同地层分布及组合工况其影响盾构隧道管片衬砌结构的内力分布规律进行了研究;在此基础上,选用最不利荷载工况,采用改变地层抗力系数的方法模拟泥炭(质)土地层扰动,对泥炭(质)土不同扰动程度下盾构隧道管片衬砌结构力学行为进行了深入研究,得出了盾构隧道结构内力随泥炭(质)土扰动程度的变化规律。研究成果可直接指导昆明泥炭(质)土地层地铁区间盾构法隧道的设计,同时为软土地层盾构隧道的设计提供指导。     

海相地层地铁盾构隧道钢筋钢纤维混凝土管片可靠度研究

地铁盾构隧道管片材料的选取决定了管片性能与结构的整体安全度与可靠度,钢纤维混凝土材料在抗裂、抗震、抗疲劳、抗冲击等方面具有比普通混凝土更好的力学特性。为此,文章针对深圳地区海相地层地铁盾构隧道管片衬砌,基于可靠度理论,在混凝土材料中加入钢纤维,优化配合比设计,并通过系列试验开展了钢筋钢纤维混凝土管片可靠度研究。结果表明:(1)在盾构隧道不出现大变形的前提下,以少配筋加钢纤维混凝土管片为最佳选择方案;(2)在配筋率相同时,少筋加钢纤维混凝土管片比原配筋混凝土管片具有更高的可靠度,且受钢纤维的掺量、品种、形状和长径比等因素综合影响;(3)钢筋钢纤维混凝土管片能极大提高盾构隧道管片衬砌结构的可靠度指标,满足海相地层地铁隧道结构耐久性的安全标准。     

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.     

上海市道路隧道结构设计标准综述

通过调研和总结上海已建15座盾构隧道的设计资料,对现有隧道存在的病害进行了归类分析,提出了隧道病害的预防与治理措施;对明挖段的围护设计选型、结构工程规模和盾构隧道几何设计参数进行了统计分析,提出了明挖接线段围护结构选型及插入比的建议,明确了明挖结构的计算模型和计算参数;对已建盾构隧道的埋深、最小曲线半径、最小线间距、最大坡度等几何参数进行了详细分析,总结出了工作井平面尺寸的确定方法和盾构进出洞的关键技术。     

基于实测数据统计的盾构隧道土压力分布规律研究

盾构管片所受土压力大小与盾构隧道施工过程中同步注浆、盾构机姿态、管片及地层刚度等因素紧密相关,上述问题的复杂性决定了已有理论公式和经验方法并未较好地反映盾构管片实际受力状态。文章通过收集35座盾构隧道的52个典型土压力监测断面实测数据,基于实测数据统计分析了盾构隧道土压力分布规律和影响因素。结果表明:(1)盾构管片所受土压力在0~400 k Pa之间的占样本总量的90%以上,经验注浆压力取0.3~0.4 MPa较为合理;(2)管片所受土压力与埋深近似呈指数关系,最大土压力与稳定土压力差值随埋深增大而减小;(3)侧压力系数λ范围为(0.5,2.3),部分超出了规范推荐的Ⅵ级围岩(0.5,1.0)取值区间,直接沿用规范建议值有失稳妥;(4)管片所受土压力与管-土刚度比近似满足二次函数关系,管-土刚度比ψ=1.0时,管片受力最为合理;(5)粘土地层管片所受土压力时空分布具有典型的4个阶段,即拼装阶段—注浆影响阶段—固结收缩阶段—土压力回升阶段,环向土压力具有不对称分布特性;砂土地层土水压力监测曲线分别呈"弱衰减脉冲式波动"和"双驼峰"分布特征,稳定后环向土压力对称分布特性显著,水压力具有"下大上小"的灯泡型分布形态。其结论可为研究盾构隧道土压力作用机理及管片设计方法的完善提供参考和借鉴。     

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。     

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。     

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。