盾构千斤顶不良顶推作用下地铁管片衬砌开裂特性

为指导地铁区间隧道施工盾构掘进控制和管片衬砌防裂设计,建立考虑接头-管片的盾构隧道装配式衬砌结构数值模型,基于混凝土弥散开裂本构模型,研究直线段管片衬砌在千斤顶轴向倾斜以及千斤顶端面侧移两种不良顶推作用下管片衬砌的开裂特性.研究结果表明：在上述2种不良顶推力下,顶推导致的管片衬砌裂缝主要分为封顶块螺栓孔裂缝、手孔纵向裂缝和管片环面纵向裂缝3类;当千斤顶出现轴向倾斜致裂时,拱顶封顶块环向螺栓孔处的裂缝宽度最大,且当轴向倾斜角度达到3°时,3类裂缝宽度均已超过施工的允许值;当千斤顶端面侧移致裂时,衬砌环面及封顶块环向螺栓孔位置处的宽度最大,其中端面整体向下侧移是最为不利的情况;管片衬砌开裂将导致裂缝位置处钢筋应力增大,相同开裂位置处的钢筋应力-裂缝宽度关系基本不受顶推力倾斜角度变化的影响,裂缝的宽度与钢筋的应力呈正相关关系.盾构施工时,应严格控制盾构掘进不良顶推作用,对容易产生裂缝的位置建议加强配筋以控制裂缝的发生.     

封顶块位置对高水压通缝拼装管片结构的影响

为了探明封顶块位置对盾构隧道管片结构力学行为的影响，基于苏通GIL （gas-insulated transmission）综合管廊隧道工程，选取封顶块在拱顶和拱腰两种代表性工况，开展了高水压条件下的通缝拼装管片结构原型试验，从管片结构的变形、受力、裂纹开展情况和最终破坏状态等方面对两种工况的试验结果进行分析. 研究结果表明:不同封顶块位置对管片结构的影响总体表现为对结构整体刚度的削弱不同，其形成的刚度削弱区域抵抗指向洞外变形的能力要强于指向洞内变形的能力；封顶块位于拱腰时结构整体刚度更大，管片结构椭圆度和单点最大位移均分别减小了39.8%和38.2%；封顶块位于拱顶时结构抗弯刚度削弱明显，易出现较大的纵缝张开，而封顶块位于拱腰时管片最大纵缝张开量明显减小，仅为前者的53.3%，且连接螺栓受力减小了54.4%；封顶块位于拱腰时，管片环拱底内弧面更容易产生裂纹、开裂荷载相对更小，管片内部主筋更早进入受拉状态；封顶块位于拱顶时管片结构由于纵缝张开量较大，在较高水压的情况下破坏始于纵缝处混凝土的压剪破坏进而导致的结构失稳.      

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。     

管片厚度对大直径盾构隧道受力及变形的影响

针对大直径盾构隧道分块数多、厚度与外径比值偏小的设计特点,采用相似模型试验研究了管片厚度对大直径盾构隧道结构受力及变形的影响。结果表明:增大管片厚度能够有效减小超载工况下管片的收敛变形,但随着管片厚度的增大,增加相同的管片厚度对减小收敛变形的作用逐渐减弱;管片厚度增大,可减轻拱顶和拱底部位的混凝土开裂问题,但隧道截面受力状态会由小偏心向大偏心转变,过大的管片厚度并不利于隧道结构受力;管片厚度的增加,对隧道两侧拱腰位置的内力影响最显著,拱顶和拱底次之,对其它部位内力影响并不明显。     

小半径曲线并大坡度盾构施工管片破损及上浮受力分析

以天津地铁三号线水上北路站～吴家窑站盾构区间施工为背景,在管片处于小半径曲线、大坡度盾构施工的情况下,对管片的受力分析,讨论了引起管片破损及管片上浮的原因,并提出了相应的技术控制措施。研究结果印证了在地质为淤泥质粉质粘土层的条件下,管片破损的主要原因是推进油缸的靴撑对管片产生的侧向分力;管片上浮的决定性因素为壁后注浆的静态上浮力和千斤顶的推力,以及在设计轴线的法线上产生的向上的分力。     

地铁盾构高性能同步注浆材料的应用研究

盾构法隧道施工是隧道建设中常见的施工方法。为防止盾构过程中出现地表沉降及管片偏移等结构稳定性问题,必须通过壁后同步注浆施工填充空隙,确保隧道周围的岩体及时获得支撑,以控制地表变形,保证管片的均匀受力与结构稳定性。盾构工程对同步注浆材料有不同的技术要求,而现行的注浆材料依然存在着各种适用性问题,主要对地铁盾构施工中高性能同步注浆材料的配合比进行研究。     

盾构施工对盾尾浆液压力波动变化的影响

为探明盾构隧道同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的原因,通过对珠海马骝洲隧道工程进行现场测试及施工参数统计,获得了盾构掘进过程中管片外荷载的变化规律与注浆滞后时间;将盾尾视为充满高压液体的密闭容器,盾构推进视为改变容器的边界条件,推导了盾尾体积应变与浆液压力的关系式;并用钱江隧道及Sohpia隧道的监测结果对其适用性进行了验证. 研究结果表明:造成同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的因素主要包括浆液注入口压力的波动变化,管片脱离盾尾过程中浆液的扩散及施工过程中同步注浆相较于盾构行程的滞后效应;马骝洲隧道注浆相较于盾构推进的平均滞后时间为86 s,当盾尾间隙体积变量为1 × 10–4时浆液压力变化值达到了0.218 MPa,盾构机从静止到掘进的短时间内滞后效应会使管片壁后浆液压力急剧降低的现象得到了验证.      

基于光纤传感技术及数值模拟的钢桥环氧沥青路面的断裂行为

用分布式光纤传感技术来研究环氧沥青混合料的断裂行为。通过布里渊光时域反射仪对组合梁结构进行荷载试验,来观察应变的分布变化与裂纹的扩展。此外,为了分析环氧沥青的力学特性,建立了复合梁结构的有限元模型。实验结果表明,随着荷载的增加,裂纹扩展不稳定,且较大的荷载会产生较深的裂纹。另外,计算结果表明,裂纹尖端的力学响应随着裂纹扩展的变化而变化,而裂纹损伤最严重的区域是位于复合梁两侧。     

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。     

考虑流固耦合效应的水下盾构隧道受力特性

为探讨水下盾构隧道施工期流固耦合效应对管片衬砌结构受力的影响,以广-深-港(广州-深圳-香港)铁路客运专线狮子洋越江盾构隧道为依托,建立了该盾构隧道数值分析模型,计算作用在管片结构上的水压,并对隧道施工和运营期间管片结构所受外荷载、内力进行了原位测试;将计算水压力施加到梁-弹簧模型上,得到考虑施工期流固耦合效应的盾构隧道结构受力.研究结果表明:受注浆压力影响,目标环管片刚脱环3~5环时,所受水压力波动较大;脱环10环后,随注浆压力的逐渐消散和流固耦合效应的消失,管片所受水压力接近于该处的静水压力.      

独柱墩曲线梁桥车道偏载分析及支座偏心距设计

结合工程实际,利用MIDAS有限元分析软件对一座4跨独柱墩曲线箱梁桥在车道荷载作用下的结构受力性能进行了研究分析,并对超载车道荷载作用工况下的独柱墩单支座合理偏心距的设置进行了探讨研究。研究结果表明:该独柱墩曲线梁桥在3倍车道荷载工况作用下抗扭支座内侧出现负反力,且随着支座偏心距的增大,扭矩值减小,抗扭支座内外侧支座竖向反力趋于平衡,最后针对超载车道荷载并综合考虑其他荷载工况得出了该独柱墩曲线梁桥的合理偏心距值。     

荷载与温度耦合下沥青路面结构复合型反射裂缝断裂分析

根据疲劳断裂理论,以ANSYS中APDL参数化命令为开发平台,编制出荷载与温度耦合作用下的沥青路面结构复合型反射裂缝疲劳扩展分析程序,并采用最大周向拉应力理论,判断复合型裂纹的扩展路径和方向,计算分析了荷载作用位置、层间接触状态、各结构层参数对裂缝扩展过程中复合型应力强度因子的影响变化规律．     

基于剪力-柔性梁格法的分岔式变宽箱梁分析

结合工程实例,采用空间有限元软件Midas Civil对某分岔式变宽箱梁进行基于剪力-柔性梁格法的空间受力分析,并与单梁模型的计算结果进行了对比验证。分析表明:梁格模型中各纵梁受力与支座的横向布置位置密切相关;常规的单梁模型不能考虑由于恒载横向不均匀分布而产生的空间效应,对于某些宽箱梁,常用的偏载增大系数取值偏小;梁格模型可以较为真实的模拟荷载横向不均产生的空间效应,更好的指导结构设计。     

北京地铁七号线达官营站洞桩法开挖数值模拟研究

应用FLAC3 D软件,对静力作用下达官营站洞桩法开挖过程进行了数值模拟,研究了洞桩法施工各个阶段的地表沉降、桥基变形、管线变形、车站结构受力等。研究表明：洞桩法施工中,2＃桥基及各个管线的最大沉降量都超过了限值,应在施工过程中加强监测并采取控制措施。中柱作为结构的主要受力构件,承受较大竖向荷载、剪切荷载的双重作用,是结构的最不利位置,因此在施工中应重点监测,及时采取相应的加强措施,确保施工安全。     

高速列车振动荷载对近接隧道施工影响

为降低高速列车振动荷载通过土体作用于在建隧道存在的安全风险,以济南轨道交通R2号线开源路站—烈士陵园站区间工程为研究对象,运用Flac3D软件模拟分析在不同近接距离下,盾构机推进过程中列车振动荷载对隧道施工的影响。研究表明:高速列车振动荷载加剧隧道管片变形,随着近接开挖距离增加振动荷载影响程度趋于缓和;振动荷载加剧土体塑性变形,地面与隧道管片之间部分土体承受张拉剪切协同破坏。     

基于管养数据的空心板底板纵向开裂原因分析

为系统的分析先张法空心板梁底板纵向裂缝的特征及成因,以桥梁管理系统的病害数据为基础,结合现场调研,总结了纵向裂纹分布特征。在此基础上从有限元数值计算的角度分析了预应力、车辆荷载、桥梁宽跨比以及底板厚度对纵向裂缝形成的影响。结果表明:纵向裂缝主要发生于预应力空心板梁桥中,并且裂缝数量、长度及宽度等特征均逐年增多增大;泊松效应及施工不当是板梁初始微裂纹产生的主要原因,也是运营期纵向裂缝产生的重要诱因,运营阶段荷载作用是导致裂纹发生并扩展的主要原因;汽车荷载作用下裂缝的扩展规律为由底板上缘向下缘扩展;宽跨比较大的桥更容易产生底板纵向裂缝;底板厚度的削弱对纵向裂缝的影响显著,且影响程度随削弱程度增加而增大。     

柔性拉索千斤顶分级加载预压技术

柔性拉索千斤顶分级加载模拟托架施工过程受力状况,将表面载荷模拟为等效多点集中载荷,通过液压千斤顶施加集中力,由柔性拉索将力传递给预压结构物,随着千斤顶的逐级加载达到与堆载预压等效的目的。此外还可以通过柔性拉索千斤顶分级加载预压来消除非弹性变形,绘制弹性变形关系曲线。针对托架、挂篮与支架预压施工,研究采用的柔性拉索千斤顶分级加载预压技术克服了传统的堆载预压法费工、费料、费时、加载精度不易控制的难题,具有施工便捷、精度易控的优点。在广西沿海铁路南钦段扩能改造工程玉洞货车上下行疏解线特大桥连续梁施工中得到成功应用,经济社会效益较为明显,具有一定的推广价值。     

钢筋混凝土矩形梁裂缝扩展机理研究

钢筋混凝土矩形梁在上部荷载的作用下,下部受拉区因挠度过大易出现裂缝。基于Midas FEA细部分析软件,分析了矩形梁的受力状态、裂缝扩展顺序及带裂缝工作时的应力-应变关系,为设计人员在设计和计算钢筋混凝土矩形梁时提供一定的参考。     

三家子特大桥128m连续梁墩梁临时固结设计

大跨度连续梁施工时由于桥墩两侧不平衡荷载易造成桥梁倾覆。介绍三家子128m连续梁0#段临时锚固的设计,验算了临时支墩的受力性能,保证了桥梁施工中的施工稳定性,为以后同类连续梁的施工提供了参考。     

自动探测和控制裂纹的含NiTi合金带的智能复合材料构件研究

根据复合工艺的特殊要求，提出了将性能优异的ＮｉＴｉ形状记忆俣金薄带经特殊处理以后，将其得符号 于易产生裂纹（或损伤）的构件内，与微机监空系统相配合，利用ＮｉＴＩ合金带主要特片参量进行了测试。以铝合金－－ＮｉＴｉ合金带复合智能构件的研究对象，针对其结构特点，建立一新的应力分析方法－－拟温度载荷法对控制裂纹扩展的效果进行计算分析。通过所建立的微机控系统，对ＮｉＴｉ合金带智能复合构件进行了主动探测和控制