大断面盾构隧道管片设计内力和变形极值分析

文章以双车道高速公路越江盾构隧道为例,设计了一种10块分管片结构,其分块为1K(18°) 2A (31°) 7B(40°)=360°。对采用匀质圆环和铰接圆环模型模拟装配式管片结构,进行了不同拼装方式下管片结构的内力和变形极值分析,得出了不同模型下管片结构的内力和变形图特征及变化规律。采用匀质圆环模型计算控制最大正负弯矩和最小变形,而采用铰接圆环模型计算控制最小正负弯矩和最大变形以及最大和最小剪力,不同的拼装方式控制不同的内力和变形设计值。     

矩形盾构法隧道管片分块案例分析及分块原则

为了对矩形盾构施工的管片结构进行合理分块,文章通过对国内外既有矩形盾构施工装配式衬砌管片分块案例进行介绍,研究分析了既有矩形盾构法施工隧道衬砌管片的分块特点,结合圆形盾构衬砌分块需考虑的影响要素,提出了矩形盾构(包含类矩形盾构)装配式衬砌管片的6个分块划分原则,涉及结构受力要求、减少分块数和降低加工制造成本要求、搬运和拼装操作要求、顶进油缸布置要求、纵环向螺栓分布以及宽高比的影响要求等方面。在地下过街道、地铁以及地下综合管廊采用矩形盾构设计施工时,该分块原则可作为工程技术人员进行管片断面衬砌合理分块时的参考,并为其它类似工程提供借鉴。     

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。     

大断面跨海盾构隧道结构设计与参数分析

为获得精细、合理化的大断面盾构隧道结构设计方法,文章依托某大断面跨海隧道工程,对其结构选型和结构参数进行了分析。从管片拼装方式与分块、管片连接方式、管片材料等方面,分析了管片结构的选型方法;从计算模型的选取、计算工况与荷载的确定、参数的选取、计算结果等方面,分析讨论了管片横断面和隧道纵向结构的数值模拟计算方法及其适用性。结果表明:采用梁-弹簧模型、均质圆环模型计算管片横断面时所得的内力分布并不相同,在实际设计中应以前者计算结果为主,后者进行复核;在地基变化剧烈处,盾构隧道易出现较大的纵向弯矩和管片环间剪力,可通过采用设置变形缝、硬岩破碎等方式予以处理。     

高速铁路水下盾构隧道管片衬砌主体结构受力分析研究

针对我国第一条水下高速铁路盾构隧道——狮子洋隧道的主体结构特点,采用了梁一弹簧模型对于隧道在运营期正常受荷情况下的受力情况进行数值仿真分析,并将最不利拼装方式下的内力、变形结果进行比较分析,总结出在该荷载条件及结构分块方式下,狮子洋高速铁路盾构隧道管片衬砌主体结构受力的一般性规律。并且针对实际工程中出现的膨胀性围岩区段的特殊地质条件,给出了偏于安全的计算方法,为设计和施工提出指导性意见。     

膨胀土地层中盾构隧道管片结构受力分析与对策研究

针对成都地铁2号线部分区间穿越由粘性土、卵石、泥岩组成的膨胀性地层的工程实践,采用数值模拟的方法计算和分析了在膨胀土位于管片结构周围不同位置时,在不同的膨胀接触压力下,管片结构的变形和内力情况.计算结果分析表明:当膨胀土位于隧道下方或上方时,膨胀土的膨胀将会增大管片结构的变形和内力,对于这类区段,隧道设计上应增加配筋量或采用通缝拼装方式;施工上要避免引起周围地下水位发生变化,应增强管片防水性及保证注浆质量.     

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.     

化学腐蚀环境下盾构隧道管片防腐研究

为了解决化学腐蚀环境下盾构隧道管片耐久性防腐问题,文章依托衡阳市二环路合江套湘江隧道工程实例开展了系统性的设计研究。结合化学腐蚀环境下结构腐蚀机理,为确保本工程设计使用年限内管片结构的安全性和可靠性,从结构、材料配合比以及防腐涂料等方面对管片耐久性防腐设计进行了明确,通过比选,选择三甲基戊基三乙氧基硅烷材料作为本工程管片的防腐涂料;从硅烷浸渍深度、吸水率以及氯化物吸收量三方面针对不同的喷涂工艺以及不同的硅烷喷涂料量开展了硅烷浸渍涂料现场工艺试验,分析得出俯喷工艺较仰喷以及站喷工艺在效果和成本方面具有明显优势,建议采用俯喷工艺对内弧面和外弧面进行喷涂,最佳喷涂量为400 g/m2,管片端侧面可采用站喷工艺进行喷涂,最佳喷涂量为500 g/m2。     

粘性地层地铁盾构隧道管片结构力学特征研究

以南京地铁一号线为工程背景,采用现场试验的研究手段对穿越粘性地层的盾构隧道管片结构在施工全过程和稳定期的力学行为进行了系统研究,同时采用考虑结构与地层相互作用的梁-弹簧模型对其进行了有限元数值模拟分析,并将结果进行比较和综合,提出了粘性地层条件下地铁盾构隧道管片结构的设计原则与方法。     

9块等分管片设计及其工程应用研究

文章就城市双车道公路盾构隧道设计了一种9块等分管片,采用有限元法进行了管片结构内力和变形分析.分析结果表明,9等分管片的受力合理,管片结构的内力和变形都满足设计要求.管片一环9块等分有利于优化配置运输能力和管片拼装机械手的拼装能力,同时减少管片的接头数量,增加隧道衬砌的防水能力,值得在我国城市双车道公路盾构隧道中推广应用.     

基于遗传算法的盾构隧道管片接头刚度反演研究北大核心CSCD

梁-弹簧模型在管片衬砌结构计算中应用较广泛,目前接头刚度取值方法主要有模型试验法及经验取值法,模型试验法耗时长、成本高昂,而依据经验取值难免存在一定主观性。鉴于此,利用C++编程语言,基于遗传算法开发了盾构隧道管片结构位移反分析程序,首先通过弹性模量值反演算例,得出反演值与理论值误差为1.4%,验证了算法和程序的可行性。利用程序将反演接头刚度值与实际设计案例管片接头刚度值进行对比,反演计算结果表明:正弯矩下管片环向接头转动刚度值反演误差为2.6%,负弯矩下管片环向接头转动刚度值反演误差为4.3%。     

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。     

粗纤维增强钢筋混凝土截面的时效分析

将粗合成纤维用于隧道管片衬砌可以提高其强度,但在持续弯曲荷载作用下构件会随时间发生蠕变和出现裂缝。随着对混凝土裂缝应对能力的提升,粗合成纤维作为一种可用的替代品,凭借优良的经济性和耐久性等优势,在隧道管片制作中将得到越来越广泛的应用。文章基于时效特性分析了在持续弯矩和轴向应力作用下,粗纤维增强钢筋混凝土横截面的蠕变和收缩效应,并通过算例进行了验证。研究结果表明:混凝土中的纤维对于提高构件横截面的抗弯强度作用有限,但是纤维减少了构件在服役期间的蠕变,并且当纤维与普通钢筋共同作用时,能显著减少最大裂缝的宽度值。     

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。     

盾构隧道预应力管片的两维有限元数值模拟与分析

针对预应力混凝土管片这一新型的盾构隧道衬砌结构进行了模型试验研究,介绍了利用有限元方法进行模拟计算的过程,采用不同的接头力学模型对其整环试验进行了两维模拟,在与试验结果分析比较的基础上,得出合适的模型参数,为预应力管片用于设计和施工奠定了基础。     

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。     

南京长江隧道管片结构健康监测系统设计与应用

基于隧道穿越地层的工程地质与水文地质条件、管片布置形式以及隧道结构设计方案，设计了南京长江隧道管片结构健康监测系统，以隧道左线浦口侧江堤下监测环为例，分析了隧道施工阶段管片所受环境地质作用与结构响应状态，确定该阶段内监测环管片结构处于“健康”的工作状态。     

在建盾构隧道突发管片破损病害成因分析及治理措施研究北大核心CSCD

盾构法广泛应用于我国城市轨道交通隧道的建设中,盾构管片的病害问题也越发受到重视。文章针对某地铁在建盾构隧道突发管片破损病害,绘制了管片破损病害展布图,分析了相关资料和检测数据,明确了病害的成因机理,制定并实施了相应治理措施。研究结果表明:管片背后大范围空洞导致围岩对隧道的约束不足,引起已成型隧道在盾构机反推力和扭矩、同步注浆浆液浮力、刀盘水土压力和扭矩等作用下发生类压杆弯扭失稳是导致该病害的主要原因;隧道变形监测数据表明"背后注浆填充+破损部位修复"两阶段治理措施取得了良好的治理效果;盾构隧道施工过程中,应严格管控同步注浆质量,防止隧道轴线偏移引起盾构管片发生开裂破损等病害。     

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。     

地震作用对盾构隧道管片张开量的影响及预测北大核心CSCD

为探索地震作用对盾构隧道管片张开量的影响,借助数值分析软件,分析典型工程在不同方向地震作用下管片张开量的分布规律。基于计算结果,对地震加速度与地震引起的管片张开量进行归一化处理,结合现有的管片张开量计算公式,提出了不同埋深隧道在地震作用下管片最大张开量预测方法。研究表明:地震作用对盾构管片环缝张开量有显著的影响,管片最大张开量的最大增幅为16%,平均张开量的最大增幅为27%;地震烈度为8度以下的区域,在静、动荷载作用下,盾构隧道管片抗震加固范围主要在工作井附近3~5环;地震烈度为8度及以上的高地震烈度区,应沿隧道轴向对环缝接头进行抗震加固。与数值计算结果对比表明,提出的考虑地震作用的管片最大张开量计算方法具备一定合理性。