软土地区通缝拼装地铁盾构隧道管片纵缝接头的优化

针对软土地区地铁盾构隧道管片纵缝接头因地表超载易发生破损的问题,考虑软土地层的特性,提出在软土地区盾构隧道横向刚度设计中,采用加大隧道结构刚度和强度的"刚性衬砌"设计理念,对管片纵缝接头进行优化。通过局部或者整体增加管片的厚度,均可增加管片纵缝接头的抗弯刚度,从而明显减小管片环的变形,虽然由此使得管片环的弯矩有所增大,但管片环变形减小的幅度远大于其弯矩增大的幅度;分别设计外张纵缝接头与内张纵缝接头连接螺栓的位置,纵缝接头的连接螺栓应靠近接头张开的一侧;在管片环分块时尽量将管片纵缝接头设计在弯矩较小的位置,同时在满足施工的条件下,尽量减少管片环的分块数量;局部加强纵缝接头位置的管片棱角,以预防管片接头棱角破损;通过合理设计防水密封垫的位置及断面形式,加强盾构隧道管片纵缝接头的防水能力。     

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。     

盾构隧道注浆纠偏模型试验研究

针对已建盾构隧道注浆纠偏加固的问题,设计并进行常重力模型试验,根据纠偏试验的参数建立三维有限元模型。基于有限元模型研究不同注浆压力和注浆位置下隧道变形的发展规律。试验和数值分析结果表明,在隧道的侧下方注浆,会使已建隧道产生水平向位移和竖向抬升,隧道横断面整体受压,局部受拉,水平直径减小,竖向直径增大。随着注浆压力的增大,隧道轴线的水平位移均增大,隧道断面变形程度增加。随着注浆深度的减小,隧道轴线处的水平位移逐渐减小,断面变形程度减小。     

盾构隧道结构横向抗震设计关键技术探讨

基于某沿江城市新建越江盾构隧道横断面结构的抗震设计,采用了拟静力法之一的地震系数法计算,再利用动力有限元的惯性力法进行检验,得到了隧道顶部位移时程曲线、顶底间的相对位移时程曲线、管片衬砌结构的内力图和变形图。得出的结论可以为本工程盾构隧道抗震设计和施工提供理论参考,针对盾构隧道横断面结构抗震设计采取的方法也可为类似工程设计提供参考。     

杭长客运专线钱塘江隧道横断面优化设计

近年来,铁路盾构法隧道特别是大直径盾构隧道得到了迅猛发展,其中也不乏一些低速客运专线穿越城区及大江大河时的盾构隧道。由于盾构法隧道造价高、工程技术难度大,有效地优化其横断面设置,在满足设计功能的前提下减小横断面,可以有效地降低工程投资和技术难度。以杭长客运专线钱塘江隧道为背景,从车辆限界、接触网、救援通道的宽度3个方面入手,对其横断面进行优化处理,最终将钱塘江隧道的横断面内轮廓由11.5 m优化到10.6 m,工程投资节约了15%,避免了工程浪费,其优化的横断面也是合理、可行的,为同类型其他工程的设计施工起到了借鉴及参考作用。     

卸荷条件下盾构隧道变形的简化计算方法

开挖卸荷导致已建下卧盾构隧道发生受力变形是城市基础设施建设面临的热点和难点问题。提出了一种盾构隧道在上方卸荷作用条件下横向变形的简化计算方法,假设隧道横断面上下方土体抗力的分布形式为不相等的三角形分布,利用力法求解隧道横断面变形,通过将隧道整体隆起与隧道横断面变形叠加获得隧道最终变形,并通过工程实例分析验证该简化计算方法的有效性。研究表明,提出的计算方法简单、便捷,且具有较好的精确度,可应用于工程实际。     

盾构隧道施工对短桩基-框架结构的影响

以成都地铁1号线盾构隧道近距离穿越某短桩基-框架结构为背景,采用Mohr-Coulomb弹塑性屈服准则,建立有限元数值模型,研究盾构穿越施工对桩基和框架结构的影响.研究结果表明:采用荷载转移措施可减小隧道上方的荷载和结构变形,有效保护建筑结构;盾构掘进对框架结构的边跨梁影响较大、对中跨梁影响较小,梁的最大正弯矩在二层右边跨梁的跨中,最大负弯矩在二层右边跨梁的右端头位置,柱的最大正弯矩在隧道右侧最远处的柱与二层右边跨梁刚接的位置;盾构从桩端下方穿越使隧道正上方及两侧的3根桩的轴力减小,两侧桩体下部向隧道方向产生挠曲变形,正上方桩体发生整体位移;距隧道较远处的桩发生刚性倾斜,桩轴力增大.监测数据表明,盾构穿越施工对桩基影响较小,荷载转移措施达到预期效果.     

波纹钢板拱桥横断面受力分析与优化设计

波纹钢板拱桥横断面抗弯刚度小,在其使用过程中易发生变形而导致在铁路工程中推广应用受限。为此,考虑到波纹钢板拱桥主要借助竖向土压力与水平土压力的共同作用减小截面弯矩,根据正常服役工况下的荷载模式进行结构受力分析,提出波纹钢板拱桥的合理受力状态,即最大限度地减小拱桥横断面主截面弯矩与拱脚水平推力,并得到了波纹钢板拱桥的横断面轴线及内力计算公式。合理受力状态下的横断面与内力特性分析表明:波纹钢板拱桥的横断面形状与竖向土压力及水平土压力有关;拱桥结构的最大轴力出现在拱脚位置,而最小轴力出现在拱顶位置。最后给出了波纹钢板拱桥工程应用建议以及设计流程。     

盾构隧道与地层相互作用的模型试验设计

设计缩尺模型时,应使影响试验测试结果的主要因素满足相似关系,次要影响因素可以不满足相似关系,以最大限度地减小模型试验误差。当模型盾构隧道材料的弹性模量无法满足相似关系时,可以调整模型隧道的内径和管片厚度,使模型隧道横断面曲梁在相似的弯矩作用下产生相似的转角,以此作为管片厚度设计要求;模型隧道材料的密度可以不满足相似关系。开槽模型管片纵缝接头的转动刚度可控性良好,建议用于模型盾构隧道管片环。模型土的黏聚力与内摩擦角可以不满足相似关系;模型土的压缩模量与实际土体的压缩模量应保持相似关系,模型土取压应力(100/Cσ)kPa到(200/Cσ)kPa时对应的压缩模量。     

盾构隧道横断面地震响应的广义反应位移法分析

盾构隧道是采用管片通过环向和纵向接头连接起来的隧道,常建于较软弱的地层之中,抗震问题比较突出。为了解地震对盾构隧道的影响,保证隧道的安全,基于成层重复反射理论,采用针对工程实际场地特点而合成的人工地震波,计算出工程场地地层的地震响应;再利用反应位移法对盾构隧道横断面方向进行地震响应分析。考察了该隧道地震时产生的位移和断面内力,计算结果可供类似工程参考。并提供了一种合理和实用的盾构隧道横断面抗震分析方法。     

轨道梁支座对盾构法隧道结构受力的影响分析

结合工程实际情况,运用有限元方法,针对跨座式单轨轨道梁支座对盾构隧道结构内力的影响进行了分析.结果 表明:在轨道梁支座作用下,盾构法隧道底部弯矩分布由正弯矩转变为负弯矩,底部轴力明显减小,底部剪力增大且局部急剧变化;轨道梁支座荷载作用对盾构隧道圆心以上结构影响较小;环间螺栓采用8.8级,可满足轨道梁支座处盾构管片抗剪承载力要求,且安全余量较大.     

泥炭质土不同赋存条件对盾构隧道衬砌结构动力响应特性影响分析

以昆明地铁3号线工程为依托,运用有限元动力分析研究泥炭质土不同赋存条件对盾构隧道衬砌结构动力响应特性的影响,为泥炭质土层盾构隧道衬砌结构抗震设计提供理论指导。结果表明:当隧道周围地层中富含泥炭质软弱夹层时,在地震荷载作用下,隧道结构受力形态呈"椭圆"状,隧道结构轴力、弯矩及主应力减小幅度较大,剪力略小,其中,两侧泥炭质土夹层组合减小幅度最大,对隧道抗震最为有利;当隧道上覆和下卧泥炭质土层时,地层交界面与隧道结构的接触点产生异常的动应力集中,是隧道结构抗震的薄弱环节,因此,盾构隧道的设计、施工应充分考虑隧道结构外侧岩土体的不均匀性,以确保隧道的长期安全性。     

考虑纵缝接头刚度折减的盾构管片性能研究

盾构隧道管片在纵缝接头处薄弱易损，研究其力学性能需考虑此部位的刚度折减。基于对原型管片、开槽管片在纵缝接头刚度上进行等效计算，构建一种可准确模拟纵缝接头刚度折减的双侧开槽盾构管片模型。同时，加入匀质圆环管片作为对照组，以覆土堆载模型试验为手段，研究接头刚度折减对管片受力变形的影响，以探明在考虑接头刚度折减条件下盾构隧道管片的力学性能，并结合数值模拟对模型试验可行性进行验证。结果表明：纵缝接头处刚性折减较大程度减小了管片横向刚度，从而加剧了管片收敛变形；纵缝接头刚度折减对管片轴力并无显著影响，但会导致弯矩包络线发生明显上移，使管片截面弯矩最大值增加近10%。     

基于Peck公式的盾构隧道施工引起的地层三维沉降预测

盾构隧道施工会诱发地层沉降,合理地预测地层沉降对于保护邻近地下结构具有重要意义。首先,通过分析地表与地表以下深层土体的沉降规律,建立二者之间的联系;然后,基于Peck公式,通过引入不同种类土体的参数a,掌子面地表位移释放率η以及地表纵向沉降最大斜率k,提出不同种类土体中单、双洞盾构隧道施工诱发地层三维沉降的计算公式;最后,利用工程实测数据进行了对比验证,并对相关参数影响规律进行了简要分析。研究结果表明:本文方法与实测数据吻合良好,验证了该方法的准确性和适用性;合理的控制先、后行隧道开挖距离可以有效地减小掌子面土体沉降;地层沉降槽形态变化系数C(z)可以较好地预测双洞隧道开挖时任一深度土体沉降槽的形态。文末通过对大量实测数据分析,给出了相关参数的取值范围,可为无工程经验地区提供参考。     

人行地道上跨地铁盾构区间隧道影响分析研究

地面基坑位于地铁区间隧道上方时,由于基坑开挖的卸荷作用会对下方地铁隧道的变形内力产生一定影响。以昆明某人行地道基坑上跨地铁盾构区间隧道为例,模拟基坑开挖过程,分析了各工况下基坑开挖对下卧地铁盾构隧道的变形和内力变化规律。分析研究表明基坑开挖会引起盾构隧道整体上浮,盾构隧道轴力、弯矩均有一定减小,剪力增大,但盾构隧道位移及内力的变化量相对较小,对地铁的安全运营影响较小。     

盾构下穿高层结构相互影响及方案优化研究

针对成都地铁盾构隧道下穿高层建筑的实际工程案例,通过三维数值模拟结果及现场实测数据对比分析表明,高层建筑物及盾构隧道应力与变形均在规范允许范围内。模拟盾构隧道与高层建筑 6 种不同竖向净距下穿的工况,结果表明:随着隧道与筏板基础距离减小,高层建筑沉降及倾斜呈现先增大后减小的趋势,且均远小于规范允许值。同时提取数值模拟得到的管片内力及变形数据,与荷载-结构法计算的管片内力及变形数据进行对比分析,表明随着隧道与筏板基础距离减小,盾构隧道弯矩、计算裂缝宽度及隧道变形呈先增大后略微减小的趋势,且均满足规范要求,管片结构安全。     

大断面矿山法隧道开挖对小净距盾构隧道的影响分析

以厦门地铁1号线集美中心站站后停车线隧道工程为背景,采用FLAC3D三维有限差分软件,对此大断面矿山法隧道开挖对小净距盾构隧道的影响进行了三维数值分析。分析了CRD(交叉中隔墙)四步开挖法、CRD六步开挖法(靠近盾构隧道部分后开挖)及CRD六步开挖法(靠近盾构隧道部分先开挖)对盾构隧道的影响,揭示了盾构隧道位移和管片弯矩的变化规律:大断面矿山法隧道开挖时对先施工的小净距盾构隧道产生4~9 mm的位移值,盾构管片产生80~170 kN·m的弯矩值。另外,CRD四步开挖对盾构隧道不利,盾构隧道的位移和弯矩分别增大约33%和6%,并且靠近盾构隧道的部分对盾构扰动更大,因此,推荐使用CRD六步开挖法(靠近盾构隧道部分后开挖)。最后对比分析了盾构隧道的现场监测位移值和数值模拟结果。     

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...     

基于ANSYS的桥式盾构受力及变形特征研究

为了得到桥式盾构变形受力规律,结合桥式盾构法施工实际工程,利用ANSYS有限元软件建立考虑盾构实际尺寸的三维框架精细化模型模拟盾构施工过程中变形受力变化规律,将计算结果与现场监测结果对比验证计算模型的合理性。研究结果表明:盾构纵向核心土高度对盾构受力变形影响较大,沿着盾构纵向随着核心土高度的减小,中柱和横梁变形很小,边柱变形较大,依次凸显出弹性地基梁、简支梁及悬臂梁的3种变形特点,其中悬臂情况对盾构受力最不利;盾构尾部边柱承受弯矩比盾构前部边柱要大很多,边柱内侧弯矩明显比外侧弯矩大,实际设计时应根据边柱内侧受力情况确定设计参数。     

盾构隧道BIM参数化建模软件设计与实现

随着BIM技术在铁路隧道工程领域的飞速发展与应用，为解决盾构隧道三维建模过程繁琐、建模精度不足、建模效率低的问题，提出参数化建模软件研发方案。通过对盾构隧道设计内容和关键技术进行研究，根据核心业务需求，对软件进行整体架构、关键模块和数据库设计，研发盾构隧道BIM参数化建模软件。对盾构通用楔形管片的几何约束和工程约束进行研究分析，建立设计参数与中间推导参数的数学表达式，实现参数间的联动，实现盾构管片BIM模型的参数化创建。然后建立线路数学模型，通过计算高精度线路坐标，完成盾构管片的三维空间定位排版拼装，实现盾构隧道BIM模型的创建。工程应用表明，该软件结构合理，满足盾构隧道建模实际需求，能有效减轻设计人员的劳动强度，大幅提高盾构隧道BIM模型的建模精度和效率。