湛江湾跨海盾构隧道管片变形与受力分析

以湛江湾跨海盾构隧道工程为背景,应用数值分析方法,建立了单环衬砌结构的三维有限元精细模型,研究了在不同水头作用下单环管片结构以及接缝部位的变形情况。采用修正惯用法得出在最大水头作用下管片结构的内力分布,由此推算出管片内、外侧的环向钢筋应力,并与现场的应力监测数据进行对比。研究表明： 1）高水压作用下,单环管片衬砌的变形呈现“横鸭蛋形”,且管片结构变形和接缝张开量均与外水压力变化呈线性关系; 2）作用水头每增加10 m,衬砌结构中各接缝张开量绝对值约增加0.5 mm; 3）采用修正惯用法计算得到的钢筋应力与实测结果较为吻合,较好地反映了隧道管片的实际受力状态。     

考虑接头非线性的壳-接触盾构隧道衬砌计算模型研究

处于低轴力水平、复杂受力过程的盾构衬砌,如输水盾构隧道、联络通道以及盾构法车站等工程施工全过程对应结构形式,其模型计算对隧道环纵缝接头刚度和强度随衬砌内力的非线性变化提出更高的要求。为解决上述具有特殊使用功能的盾构隧道衬砌内力计算中接头刚度非线性变化明显的问题,提出一种盾构衬砌管片计算模型——壳-接触模型,该模型考虑环纵向螺栓在管片厚度方向的空间分布,在管片接头处采用"压剪耦合"的设计理念。以接头抗弯数值模型与室内抗弯试验结果对比反映模型对接头弯曲特性模拟的合理性;通过与壳-弹簧模型分析结果对比,由管片错台差异体现模型接头整体抗剪刚度、抗剪强度的非线性特征,由环向螺栓力学差异确定模型在接头处于压弯力学组合状态下螺栓对衬砌刚度的实际贡献,由此验证壳-接触模型对衬砌力学行为模拟的合理性。     

冻结降温导致地铁盾构隧道漏水的数值与理论分析

为研究地铁盾构隧道正上方基坑冻结开挖诱发隧道环缝渗漏水的问题,采用数值分析方法建立三环管片衬砌结构的三维有限元精细模型,主要研究冻结降温作用对盾构隧道环缝、纵缝张开量的影响,并结合接缝处细部构造的特点对隧道环缝出现漏水的原因进行理论分析。结果表明： 1）盾构隧道管片纵缝、环缝张开量和螺栓应力随着冻结温度的降低而增大; 2）在地层荷载与冻结温度共同作用下,盾构隧道环缝最大张开量为纵缝最大张开量的4.2倍; 3）环缝张开使得接缝处管片与橡胶密封垫接触不紧密,进而导致橡胶垫与接缝槽接触产生的摩擦力小于水压力,这是隧道漏水的主要原因。     

基于CATIA软件的楔形盾构隧道管片参数化建模与排版

为提高楔形盾构隧道管片拼装拟合设计效率，基于达索CATIA V6软件平台，分析管片几何结构模型建模与隧道设计曲线拟合原理。通过盾构管片参数换算，建立楔形盾构隧道管片环参数化建模标准库，设计函数运算关系并编辑脚本，然后以局部坐标系转换的方式实现隧道曲线参数化拟合，编写排版拟合程序，并应用排版程序分析不同楔形量对通用楔形盾构管片隧道曲线拟合精度的影响。最后，依托杭州市艮山快速路下沙段提升改造工程，对工程初设中直径为14 m的盾构管片进行建模排版模拟，结果表明排版程序计算结果满足工程需求，能为实际工程提供一定依据。     

基于等效梁模型的盾构隧道施工期管片上浮影响因素权重分析

为厘清盾构隧道施工期影响管片上浮各因素的权重大小,在明确管片上浮影响因素的基础上,基于盾构隧道纵向等效梁模型,以等效刚度的欧拉梁模拟盾构隧道衬砌环,以土体与浆液体等价弹簧来模拟土体与隧道之间的相互作用,编制有限元程序对模型进行求解,并以南宁某地铁盾构隧道施工期管片上浮实测数据来验证计算模型的合理性。采用敏感性分析法计算出各主要影响因素的权重排序,由大到小依次为浆液未凝固区长度、浆液压力、地层变形模量、隧道纵向刚度有效率和总推力竖向分力等,分析各因素的作用机制,并提出针对性的控制措施,以指导工程实践。     

复合式衬砌置换缺陷盾构隧道管片技术在实际工程中的应用

为解决由于施工原因导致的区间右线盾构隧道严重上浮事故,文章依托长沙地铁4号线长沙火车南站-光达站区间工程,根据事故隧道所处环境及地质条件,提出在软岩地层中利用复合式衬砌置换缺陷盾构隧道管片的处理方法,主要内容： 1）根据实测数据对线路进行拟合,确定缺陷盾构隧道的长度约为40 m,需处理管片为223～247环,共计25环管片; 2）采用模糊综合评价法对缺陷盾构隧道处置方案进行比选,结果表明在软岩地层中采用复合式衬砌全断面置换缺陷盾构隧道管片方案为最优方案; 3）采用有限元法分别研究单次拆除1环、2环、3环、4环管片时地层及管片的位移及应力变化,结果显示随着一次拆除管片环数的增加,围岩拱顶竖向位移逐渐增大并出现连通的塑性区,邻近第1环管片向隧道内竖向位移及向隧道外水平位移逐渐增大,管片逐渐被压扁,其弯矩、轴力值也逐渐增加,围岩及拆除区域附近管片结构体系越来越不安全,因此施工时需控制一次拆除管片的数量; 4）为确保管片置换时原盾构隧道结构体系的稳定,确保安全,做到快速施工,开发了一种新型台车及其施工方法,将其应用于实际工程。     

潮汐作用对大断面海底盾构隧道管片接缝防水性能的影响研究

为探究潮汐作用导致大断面盾构隧道管片环间接缝的张开情况及其对防水性能的影响,基于在海潮显著变化区修建的大断面海底隧道--苏埃通道工程,通过建立管片的ANSYS有限元实体模型计算出管片纵向接头的等效抗弯刚度; 建立隧道的纵向等效刚度模型,通过施加不同的潮位差所对应的水头压力,得到潮汐荷载作用下隧道纵向弯矩和轴力的分布情况; 进而通过环缝张开量计算公式,确定沿盾构隧道纵向各位置处的环缝张开量。研究结果表明： 较大的环缝张开量主要出现在地层的软硬程度沿纵向呈现剧烈变化的位置,由于该位置发生不均匀沉降,导致弯矩和轴力的结果偏大,从而影响到环缝张开量; 潮汐荷载作用引起的最大环缝张开量为0.271 mm,对接缝防水性能的影响较低。     

基于光频域反射技术的破碎带盾构隧道管片监测研究

为探究盾构施工过程中不同地质条件与注浆作用对盾构隧道管片变形的影响规律,依托地质条件复杂的珠江三角洲某盾构隧道工程,采用在空间分辨率及传感精度方面具有显著优势的光频域反射（OFDR）分布式光纤传感技术,进行不同空间位置与不同地质条件下隧道管片的监测研究。其中,监测环选取位于破碎带外的1 529环、1 538环及破碎带内的1 551环,传感光纤沿隧道管片钢筋笼纵筋布设。研究表明： 1) 注浆对隧道管片的变形影响十分显著,同步注浆后管片发生的变形是二次注浆后管片变形的3倍。2) 不同地质条件下管片变形差异性明显,破碎带内管片相对于破碎带外管片的变形较大且不稳定; 当隧道管片进入到完整的岩层内部,管片变形相对稳定。3) 破碎带内的管片变形是破碎带外的管片变形的2.6倍。     

小曲率半径盾构隧道施工中辅助油缸千斤顶推力计算模型研究

在小曲率半径隧道盾构掘进施工时,千斤顶推力的作用会导致管片发生偏移和错台,从而引发安全事故的产生。为有效解决小曲率半径盾构隧道施工过程中由于千斤顶推力而对管片造成的不利影响,通过分析双模盾构机的掘进模式,建立了盾构隧道在掘进开挖过程中的辅推油缸千斤顶推力的计算模型,并将其应用于工程实践,对千斤顶推力进行计算分析,提出了减少或避免千斤顶推力对管片造成的不利影响的相关措施。研究结果表明：（1）双模盾构施工过程中,不同施工区间的辅推油缸千斤顶推力的取值有所不同,应根据工程实际情况确定该推力值。（2）单模盾构施工过程中,辅推油缸千斤顶推力随着贯入度的增大而增大,且增大速率呈逐渐减小的趋势。（3）提出依次从施工纠偏、管片拼装控制、掘进参数合理选取、盾构机姿态控制、盾构机推力控制、隧道纵向刚度的设置和管片质量等来控制和减小千斤顶推力对管片造成的不利影响,保证盾构施工的安全性,为类似工程的建设提供理论指导和参考。     

地铁大直径盾构隧道管片结构设计计算研究

管片是盾构法隧道的重要组成构件,是控制隧道工程造价和隧道结构安全的重要因素。目前,内径6 m地铁盾构隧道管片在国内比较少见,本文简要介绍了该种管片的厚度、宽度、分块等结构参数、结构计算模型及计算方法,并以深圳地铁11号线某盾构区间为例,进行了数值模拟分析研究。结果表明:大直径盾构隧道管片的受力行为与常用的普通直径盾构隧道管片类似,结构配筋主要由裂缝控制,管片的某些特殊部位应加强配筋,已达到防止管片开裂的目的。     

盾构隧道管片上浮与对策综述

根据国内外盾构隧道施工中管片上浮现象,建立施工过程中的管片受力模型,分析管片上浮的实质原因：包括盾构姿态、隧道纵向刚度、同步注浆浆液未凝固段的长度、地层性质等,并提出控制管片上浮的主要措施。以期能对盾构隧道控制施工精度起到借鉴作用。     

软弱富水地层大直径泥水盾构管片上浮与错台分析

结合目前正在施工的一条大直径泥水盾构隧道,针对施工中出现的管片上浮和管片环与环之间规律性的错台问题,深入研究和分析其根源,并通过采取多种措施和设计优化,及时找到解决问题的关键技术,消除了因管片上浮造成较大错台的技术难题;并对盾构隧道的管片环间抗剪方式、传力衬垫设计意义及止水条硬度等方面提出相关的意见和建议,对今后盾构隧道的施工和管片设计等方面都能提供积极的借鉴。     

盾构隧道弯环管片在缓和曲线上的排版研究

目前在地下铁道施工中应用盾构越来越多,由于曲线的存在就要用标准环与转弯环配合拼装,以适应线路的走势。曲线是由一条圆曲线和两条缓和曲线组成。对于圆曲线的管片排版已有了相对较为成熟的理论,而缓和曲线上的管片排版以往通常是根据盾构机VMT来选择,没有成型的理论支持,为此,结合测量理论和弯环管片的实际,探索出在缓和曲线上准确选择弯环管片理论排版的方法。     

盾构隧道内堆载引起的隧道转动和错台变形计算

盾构隧道内堆载可以有效抑制隧道的上浮变形。为研究隧道内堆载对隧道纵向沉降及变形的影响规律，采用综合考虑管片环间错台和转动变形效应的协同变形模型，推导计算堆载引起的隧道附加荷载，通过最小势能原理求解隧道纵向沉降、环间剪切力、错台量和转角，并研究不同堆载大小、堆载长度、土质条件对隧道纵向沉降及位移的影响规律。研究结果表明： 1）采用该计算方法得到的结果与实测值和数值模拟结果比较吻合，说明方法可靠； 2）堆载引起的隧道附加应力和沉降沿隧道纵向呈正态分布，堆载中心处最大，且与堆载大小近似成正比； 3）隧道环间错台量、转角及剪切力三者变化规律相同，在堆载中心处近似为0，但在中心两侧急剧增大； 4）随着堆载长度的增加，隧道沉降量相应增大，但增大速度逐渐减缓； 5）不同土质条件对隧道堆载引起的隧道沉降量及沉降范围均有较大影响。     

一种适应2种分度管片的盾构推进油缸布置优化方案

针对当前国内最常用的6 m直径地铁管片,盾构在不同城市施工存在因管片分度不同需要改造推进系统的问题,设计一种同时满足22.5°和36°2种分度管片的盾构推进油缸布置方案。优化设计后的推进油缸布置形式提高了单台盾构在不同城市地铁隧道施工的适应性,减少了盾构改造投入和时间,对控制地铁施工直接设备投入具有实际意义。     

中隔墙对上海轨道交通16号线大断面盾构隧道的变形影响分析

上海市轨道交通16号线地下区间首次采用内径为10.4 m并设置中隔墙的"单洞双线"大断面盾构隧道。为了避免中隔墙的设置对隧道管片结构产生不利影响,中隔墙顶部与隧道结构之间需预留一定的间隙,即采用分离式设计。针对管片自身重力、地层荷载和地层固结沉降3种不同荷载类型,分别采用弹性铰圆环法、弹性地基梁法和连续介质有限元法计算管片的变形量,讨论隧道管片接头的转动刚度取9 800 kN·m/rad和19 600 kN·m/rad 2种情况。计算结果表明,隧道管片与中隔墙之间的间隙值应取为10~15 cm为宜。     

地铁盾构通用环管片楔形量计算方法研究

通用环管片通过有序旋转拼装形成地铁盾构隧道，而管片楔形量的变化将影响通用环管片线路拟合及施工纠偏的能力。为明确地铁盾构通用环管片楔形量的计算方法，对计算管片楔形量的类似通缝、紧邻交错、非对称间隔交错和对称间隔交错4种计算方法进行详细介绍与比较，然后结合天津市滨海新区轨道交通Z2线工程，系统分析几种楔形量计算方法的线路高程拟合情况和不同楔形量通用管片对整个典型区间的拟合情况，最后提出地铁盾构通用环管片楔形量的多层次控制设计流程。研究结果表明： 对称间隔交错计算方法更适用于初步计算通用环管片楔形量，并且将最小曲线半径折减50~100 m能够更快地确定初步设计的楔形量，同时有必要对管片进行设计排版来验证计算得到的管片楔形量是否满足控制要求，并且在验算时线路高程拟合偏差是一项重要的控制因素。     

全断面硬岩地层盾构隧道管片上浮控制技术研究

为了解决盾构在全断面硬岩地层中管片上浮的问题,确保管片衬砌的施工质量,结合广州7号线某全断面硬岩段的盾构施工,从力学条件和空间条件等方面分析了导致管片上浮的原因和机制,从盾构施工和设计等方面提出了减小管片上浮的新措施。包括:采用豆砾石回填灌浆工艺进行管片壁后填充、利用止浆环与隔水环防止浆液流失、半敞开式掘进提高同步注浆的填充效果、采用前盾底部设计千斤顶防止盾构栽头等。     

小直径盾构施工中管片纵向应力监测研究

为了探索小直径盾构法隧道在施工过程中管片纵向应力的变化规律,对北京槐房再生水厂污水隧道管片纵向应力进行了现场监测:将第976环、第1 054环管片分别设为第1和第2监测断面,2监测断面各预埋5个纵向应力计,各监测断面从本监测断面管片安装后即开始监测,当盾构掘进至第1 129环时停止监测。研究表明:1)在管片离开盾尾50环后,其纵向应力波动值小于管片拼装期间应力值的5%。2)在盾构掘进期间,管片距离盾构越远,其纵向压应力值越小。3)在管片拼装期间,管片距离盾构越远,其纵向压应力经历了先增大后减小的过程。4)管片距离盾构108环后,该管片纵向压应力趋近于0.2~0.3 MPa。5)随着盾构推进,管片纵向应力经历了4个阶段的变化过程,即周期性剧烈波动阶段—动态稳定阶段—逐渐衰减阶段—趋于稳定阶段。     

NOMJS联络通道施工新工艺研究

针对盾构法隧道联络通道施工中存在的风险,提出顶管直接切掘新型管片联络通道新艺(NOMJS)。该工艺采用特殊设计的顶管机直接切削贯穿上下行线隧道管片形成联络通道结构,并在顶管始发和接收过程中设置止水框体和整体接收装置,可大大降低施工联络通道施工过程中的风险,简化联络通道施工的工序。可直接切削复合管片由可切削混凝土和玻璃纤维筋浇筑,能满足隧道衬砌和顶管机直接切削的要求。联络通道管节采用钢管节,分为始发与接收管节、常规管节和特殊管节,始发与接收管节、止水框体、整体接收装置采用特殊设计,具备间隙封堵、风险应急和快速拆除的功能。