盾构通缝拼装隧道纵向错台的数值模拟分析

以上海轨道交通二号线西延段盾构隧道工程为背景,采用三维弹塑性有限元数值方法对盾构推进过程中管片结构进行模拟分析,获得了管片结构错台发生及发展的变化规律。进一步探讨了盾构千斤顶的顶力和螺栓的预紧力对错台大小及发展规律的影响,为盾构施工中减小错台,提高施工精度和质量,以及盾构隧道设计施工提供依据。     

富水硬岩地层盾构管片上浮机理及控制对策

管片上浮引发的错台、开裂是盾构隧道施工过程中的典型问题。针对长沙地铁6 号线朝芙区间管片上浮严重的地段,分析了富水硬岩地层中管片上浮的机理,并采用数值模拟的方法探究了浆液凝固时间、浆液早期弹性模量及地下水位对管片上浮的影响,结合施工过程提出控制管片上浮的对策。研究结果表明:浆液的凝固时间对管片上浮影响最大,通过调整浆液的配比,让浆液在4~6h内凝固可有效控制管片上浮;浆液的早期弹性模量对于管片上浮也有很大影响,可根据实际情况选择性质较好的浆液,其中双液浆可在30s内速凝形成很高的弹性模量,可应用于上浮严重地段,抑制管片上浮;较低的地下水压力对抑制管片上浮较有利,在盾尾每10环施作止水环箍可有效形成止水隔离带,降低地下水的影响;控制同步注浆过程保证同步注浆的质量,其中注浆压力控制在设定范围内且不能超过设定值,将理论注浆量进行调整且增加管片上部注浆比例;控制盾构的掘进姿态从而减小管片受力不均引起的上浮,同时控制盾构掘进速度能够保证盾尾空隙被同步注浆浆液有效填充。     

南京长江隧道原型管片结构破坏试验研究

为探明南京长江隧道管片衬砌结构的破坏特征,采用"多功能盾构隧道结构体试验系统",对其原型管片衬砌结构进行了试验研究.将结构承受的水压力与土压力分离加载,并对大型水下盾构隧道结构在通缝和错缝拼装方式下的不同破坏特征进行了探讨.研究结果表明:南京长江隧道管片衬砌的破坏主要以弯曲开裂为主;结构裂缝扩展往往伴随着结构变形和纵缝张开量的显著发展;不同拼装方式的结构变形、裂缝扩展与纵缝张开量存在较大差异,与通缝拼装管片结构相比,错缝拼装管片结构变形、纵缝张开量较小,而裂缝扩展较快.     

基于精细化模型的盾构隧道纵向变形研究

为探究盾构隧道下沉或上浮时管片的受力情况,利用有限元软件ABAQUS建立三维精细化非线性有限元模型,分析在管片转动、错台等影响下连接螺栓、管片的应力发展规律。结果表明：在相同管片张开角条件下,连接螺栓的应力与变形曲率半径呈负相关。当变形曲率半径为3 000 m、张开角为0.002 0°时,首次出现螺栓屈服现象;当变形曲率半径为∞m、张开角为0.040 0°时,首次发生螺栓破坏;当变形曲率半径≤1 000 m时,不论张开角多大,所有螺栓均屈服。从环面方向对连接螺栓进行分析,可以看出环面上各螺栓的应力发展有3个阶段。当张开角增大或变形曲率半径减小时,管片部分区域的拉应力开始减小,相应阶段逐渐发展为塑性抗拉阶段。在小变形曲率半径(300～2 000 m)范围内,管片的最大主压应力水平更多取决于变形曲率半径的大小,而随转动角的增大其变化较小。     

地铁盾构隧道抗弯刚度有效率的模型试验研究

盾构管片拼装过程需要设置环向与纵向螺栓,螺栓接头会对管片整体刚度产生影响。以城市地铁单线单洞盾构隧道为研究对象,采用室内相似模型试验,开展2环管片横向、21环管片纵向加载试验,通过对比分析均质管片与错缝拼装管片,得到了盾构隧道横向和纵向刚度有效率。试验结果表明:隧道各位置的变形与荷载基本呈线性变化;横向抗弯刚度有效率为0.76,纵向抗弯刚度有效率为0.20～0.35。     

豆砾石回填灌浆工艺在复合式TBM施工中的应用

在以往的城市地铁或者轻轨工程中,多采用盾构法施工,管片背后充填采用同步注浆工艺。虽然同步注浆工艺已经使用多年,但其缺陷明显,返浆卡盾、管片上浮、注浆初期管片承载力不足下沉、管片错缝等问题一直存在,由此造成管片接缝渗漏水现象较为严重。为此,结合重庆轨道交通二号线铜锣山隧道施工实践,采用了基于单护盾的复合式TBM施工设备,并采用豆砾石回填灌浆工艺,即先进行管片背后充填,然后依次灌浆,最终取得了成功。该工艺的探索成功,为我国多山城市的轨道交通施工提供了一种新的思路和选择。     

浅谈水泥混凝土路面病害成因与预防

对于高等级水泥混凝土路面板，根据我国已建成通车的高等级公路使用情况看，有相当部分破坏，如开裂、断板、沉陷、错台等病害。就水泥混凝土路面的常见病害及其成因进行分析．并提出预防修复措施。     

利用无损探测技术研究机场道面错台成因

依托无损检测方法对某机场道面错台区域进行综合检测,得到引起该机场道面错台的原因：由于错台区域两侧道面修建历史不同,所采用的道面结构和材料不同,2种不同道面在飞机荷载和环境因素的长期作用下引起道面基层不均匀沉降,基层的不均匀沉降进一步反射到面层引起错台区域道面脱空,道面脱空和基层的不均匀沉陷最终引起道面错台．     

提篮式钢箱拱桥施工缺陷处治

以提篮式钢箱拱桥为背景,分析施工中钢箱接缝错台对拱桥内力和变形的影响,提出接缝错台的补强办法。研究结果表明：接缝错台对拱肋内力、变形几乎没有影响,但错台会造成应力集中,接缝截面应力相应增大,必须验算错台截面应力是否超过材料的容许应力,并采取有效措施保证结构的安全。算例表明提出错台处治的方法是合理的。     

水泥混凝土路面错台机理研究

现有水泥混凝土路面错台机理存在含糊不清的表述,无法解释水泥混凝土错台时的诸多表象。理论上,水泥混凝土面层和基层相互作用会引起基层出现3种基本破坏形式,从基层整体性的丧失出发,水泥混凝土路面的错台机理得到了全新的揭示。通过实际道路的现场调查,这种新的水泥混凝土路面错台机理得到了验证。新的水泥混凝土路面错台机理的认识,对于预防水泥混凝土路面破坏具有一定的理论和实际意义。     

吊出井区段盾构隧道结构病害及成因分析

对砂性地层盾构吊出井所在区段地铁隧道进行隧道渗漏水、混凝土管片损伤、错台量、接缝张开量的调查和检测,并结合隧道收敛变形监测数据进行了吊出井段开挖回填的施工数值模拟。分析结果表明,吊出井段隧道病害主要是由于回填土在隧道该部位产生的侧向应力值太低,在上覆荷载作用下隧道产生较大收敛变形,引起拱顶管片内壁拉伸外壁受压,从而导致了隧道顶部纵向开裂和接缝张开等病害。     

接缝水泥混凝土路面错台模型对比分析

在分析水泥混凝土路面接缝错台产生机理的基础上,对国外八大横向接缝错台预估模型进行对比研究。结果表明:接缝错台变化随着时间的推移增幅逐渐减小,最后趋于平缓;板底支承变形能量、基层和路基的侵蚀指数以及自由水指数是所有模型均考虑的影响因素;设传力杆能显著减小接缝错台量;路肩类型也是影响接缝错台变化的重要因素。最后给出了对应的降低接缝错台量的措施。     

煤矿斜井管片衬砌与可压缩层联合支护的效果

为研究盾构斜井管片衬砌与可压缩层联合支护体系中可压缩层参数对管片衬砌力学性能的影响,以神华新街台格庙矿区主斜井工程为依托,建立考虑管片衬砌与可压缩层之间接触效应和管片整环刚度折减效应的数值计算模型,分析有无可压缩层、不同可压缩层刚度及厚度等因素下管片衬砌内力和变形的分布规律和变化情况;采用相似模型试验对上述问题进行了进一步研究,并对有无可压缩层时管片的极限承载力和破坏形式进行了探讨.研究结果表明:可压缩层刚度越大,管片所受围岩压力越大且分布越不均匀,同时使得管片弯矩减小,轴力增大,当可压缩层模量与围岩模量之比在0.1~0.5之间变化时更为明显;随着可压缩层厚度的增大,管片所受围岩压力依次按不均匀、均匀、不均匀的趋势变化,当可压缩层厚度与管片厚度之比为1.7时围岩压力最小,管片轴力则随可压缩层厚度的增大而减小;可压缩层存在与否对管片变形影响甚微,通过自身的挤密吸收围岩压力且促使应力重分布,从而减小并均匀化传递至管片上的荷载,使得管片内力随外荷载的增长更平缓,量值更小且分布更均匀,并使管片的极限承载力提高了40%;有无可压缩层时管片破坏均经历椭变、椭变加剧、裂缝出现和扩展、失稳破坏的过程,且有可压缩层时管片的破坏更严重.      

旧水泥混凝土路面错台对沥青加铺层受力的影响研究

利用有限元软件ANSYS建立考虑错台的路面结构有限元模型,分析在标准轴载下,不同荷载位置、沥青加铺层厚度和错台高度对沥青加铺层中最大剪应力的影响。计算结果表明：错台条件下,最不利荷位为荷载刚好完全作用在错台高板一侧;在对称加载时,沥青加铺层中也会出现较严重的剪应力集中现象;随错台高度的增加,最大剪应力显著增大;增大加铺层厚度可降低沥青混凝土开裂几率和延缓裂缝的向上反射。     

错台处治技术在水泥混凝土路面的应用

针对水泥混凝土路面错台病害,系统介绍了环氧树脂砂浆薄层修补、增设传力杆预防性养护两种错台处治技术,以更好地指导高速公路路面养护工作。     

水泥混凝土路面破损状况对重载车辆动荷载的影响分析

由于刚性路面减振效应低,随着车辆载重逐渐增加,水泥混凝凝土路面破损情况逐渐加重。因此,现以福田欧马双轴车为研究目标,通过ADAMS软件建立整车动力学模型,以不同错台高度、不同行驶车速、不同车身重量3个参数变量研究重载车辆在不同路面环境下,车辆动荷载变化情况。研究表明:错台路面对车辆动荷载影响显著,在相同错台高度下前轮的动荷载比后轮大,其前轮动荷载最大为静荷载的2.35倍;在同一错台高度下,随着车速的提高车辆动荷载增大;当路面错台十分严重时,路面不平度成为影响车辆动荷载大小的主要因素,车速成为次要因素;而当路面错台较小时,车速对车辆动荷载的变化起决定作用;载重对车辆动荷载有明显影响。载重越大,车辆动荷载越大,但车辆动荷载系数越小。     

水泥混凝土路面错台自动检测方法

为实现水泥混凝土路面错台自动检测,分析了主动光学三维形状测量技术,利用面阵CCD相机作为图像接收装置,构建了主要包括电源子系统、图像采集子系统、触发子系统与GPS定位子系统的基于线激光扫描的水泥路面错台检测平台。根据水泥混凝土路面三维检测数据的噪声特点来确定噪声滤波阈值,先进行均方差滤波,再对处理后的三维数据进行开运算和腐蚀运算,消除数据中的孤立点。根据滤波之后的三维数据矩阵大小分成均匀的块,利用块的均值消除斜面,再依次取消除斜面之后的三维信息数据矩阵的每一行的拐点,得出拐点矩阵,从而计算出错台量。为了验证检测方法的可行性和有效性,在实验室模拟了平行错台、梯形错台和交叉错台,按错台量的大、中、小分别进行3次检测,并与水准仪检测结果进行对比。对同一错台,用水准仪和三维检测方法分别进行10次重复性检测,分析了检测方法的重现性。试验结果表明:检测方法测量结果与水准仪检测结果的绝对误差中有96%小于1mm,水准仪检测结果的标准差约为三维检测方法的7.8倍,表明三维检测方法具有较好的准确性、稳定性和可重现性,可用于水泥混凝土路面错台自动检测。     

水泥混凝土路面沥青加铺层设计方法研究

一些水泥混凝土路面由于结构设计和施工质量等方面存在缺陷,导致水泥混凝土路面板块出现了错台、脱空、断板等病害,使得道路的服务质量急剧下降,严重影响了车辆的行驶安全。如何有效地对旧水泥混凝土路面功能进行修复和改善,采取积极有效的措施对现有道路资产进行保护,已成为城市迫切需要面对的问题,将直接关系到城市整个路网的顺利运营。     

涉铁桩基施工对地铁隧道影响分析

邻铁桩基施工过程中的土体扰动极易对既有地铁隧道产生不利影响,隧道主体结构变形是桩基施工过程中主要监测对象。依托宁马(南京至马鞍山)高速公路油坊桥互通工程,基于隧道结构监控数据,分析桩基施工过程中隧道结构水平、沉降及收敛变形特征,研究桩基施工对隧道结构影响。结果表明:桩基施工距隧道结构越远,影响越小,间距超过14m,扰动影响可以忽略;邻铁桩基采用全套管灌注桩施工会对隧道结构产生侧向挤压作用,产生较大的水平及收敛变形;施工过程应重点监测隧道结构渗水及管片错台病害,并及时进行病害治理,研究可为同类工程施工提供参考。     

高等级公路旧水泥混凝土路面改造利用的技术应用研究

水泥混凝土路面作为高级路面具有强度高、荷载扩散能力强、使用寿命相对较长和前期养护费用低等优点,但基于交通量剧增,汽车轴载日益重型化或设计、施工等方面的因素,则出现露骨、开裂、断板、沉陷、错台、破碎、板底脱空等路面损坏,影响了道路的使用功能,但水泥混凝土路面的修复比较困难,