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.     

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.     

盾构法修建地铁隧道的技术现状与展望

随着我国城市地铁的大力发展,盾构法作为安全、环保、快速的建设手段,在地铁隧道修建中得到了广泛应用,已逐渐成为国内外研究的热点.通过综述我国城市地铁盾构隧道修建技术的发展历程及近期新的发展趋势,讨论了采用盾构法修建地铁隧道存在的技术问题,介绍了近期国内外盾构设备制造技术与选型技术、盾构施工对环境的影响及控制、复杂条件下盾构隧道结构性能、盾构隧道衬砌结构劣化特征与耐久性的相关技术研究与新进展,展望了未来我国地铁盾构隧道关于特种断面盾构的制造与应用、盾构扩挖修建车站技术、灾害与事故的影响与评估,以及衬砌结构安全性评价与维修养护体系的建构等的发展方向与研究趋势.      

地铁盾构双线隧道施工地层变形及衬砌结构应力数值分析

为预测盾构双隧道施工周围土体的变形及衬砌结构管片应力规律,以石家庄地铁1号线07标段北宋—谈固站区间双线隧道为工程背景,在考虑各土层材料性质及盾构施工工艺的基础上,利用FLAC3D建立了盾构双隧道的三维精细数值模型,研究了盾构双隧道衬砌管片的应力规律,并与现场实际监测数据进行了对比分析.结果表明:盾构隧道开挖造成的地层沉降大致沿隧道轴线与水平线夹角45°向地表扩散.横向地表沉降的影响距离距隧道中心约为30m.随着隧道埋深增加,对应地表监测点位累计沉降值变小,与隧道埋深成反比对应关系.隧道附近土体的第一主应力存在应力集中现象,应力集中系数约为1.3.衬砌管片应力分布存在差异性,靠近双隧道共同扰动的管片侧的拉应力和剪切应力集中现象较为明显.衬砌管片横断面形变以"椭圆化"变形为主,兼有断面收缩变形.     

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.      

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。     

ANSYS软件在盾构管片设计中的应用

盾构法施工是一种施工效率高且对环境影响小的隧道施工方法,管片是盾构隧道的长期受载体,其质量直接关系到隧道的安全.选用ANSYS中shell63单元建立盾构管片模型,对模型加载后进行结构分析.     

基坑近接既有地铁盾构隧道施工影响分区方法

为了确保基坑近接既有地铁盾构隧道的结构安全和正常运营,在对盾构隧道纵向等效刚度模型研究的基础上,建立了隧道纵向变形曲率与螺栓承载状态和线路正常运行要求的公式.结合沈阳某深、大基坑近接既有地铁盾构隧道施工工程的实际情况,通过改变既有盾构隧道相对新建基坑的空间位置关系,进行了多工况三维数值模拟计算分析,得到了基于桩锚支护的基坑近接既有地铁盾构隧道施工的强、弱、无影响分区图,并通过现场的沉降实测结果等验证影响分区标准和控制技术的有效性.研究结果表明:盾构隧道纵向变形曲率半径是基坑近接盾构隧道施工中隧道结构安全和正常使用的关键指标,可将盾构隧道纵向变形曲率半径作为近接影响判断准则;在确定基坑近接既有盾构隧道施工工程的影响分区时,可将盾构隧道轨道线形受影响的临界状态及管片接头极限状态下隧道纵向变形曲率半径,分别作为强弱影响区和弱无影响区的划分阈值.     

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。     

盾构隧道衬砌受力模型建立及施工控制措施

通过对管片在上浮状态下的受力情况分析,对常见的衬砌环脱出盾尾后的受力模式进行修正,提出施工状态下的衬砌环上浮阶段管片受力模型。同时,对盾构隧道衬砌内力的计算方法选用进行分类比较。最后,以实际工程为例,提出解决工程施工中管片上浮的控制措施。     

小净距大断面隧道合理净距研究

小净距大断面隧道开挖跨度大,扁平率低,双洞相互影响显著,在施工过程中其施工力学性态及受力机理较普通隧道更为复杂。依托朝阳寺隧道下穿渝邻高速段工程,分析了围岩及支护结构的变形特性,引入屈服接近度概念对其受力进行评价,探讨了隧道不同近接施工力学变化规律,结果表明其较为合理的净距为1D～1.2D。通过强度折减法计算对比研究,结论与前述一致,由此提出一种新的适用于小净距大断面隧道净距选取原则。研究成果可为类似隧道设计及施工提供经验参考。     

盾构重叠隧道施工力学行为分析

我国地铁建设的快速发展,就涉及地铁建设中上下重叠隧道的相关问题进行研究。利用三维有限元方法并结合广州某重叠盾构施工的地铁工程实例分析了下洞（左线）隧道受上洞（右线）开挖产生的影响范围、上洞盾构在不同推进力下对下洞位移、应力和应变产生的影响和下洞局部范围在有临时支护条件下随上洞开挖产生位移和内力变化。分析表明：下洞隧道结构受上洞盾构施工的影响表示形式为上洞盾构前方的下洞结构存在向下桡曲,而在后方则向上隆起,直至趋于一个定值,其中下洞盾构机的盾尾需在上洞盾构机盾头前方的50 m;上洞隧道在推进过程中,推进力是控制下洞结构变形的主要因素。此时,应严格控制上洞盾构隧道施工时盾构机推进力大小并仔细对下洞结构变形进行监测;对下洞隧道施作临时支撑可以有效减小位移和结构的受力特性;分析计算得出的结论对于盾构重叠隧道设计和施工有一定指导意义。     

地铁盾构施工对临近通信发射塔的工后影响分析

地铁盾构施工会使周边临近构筑物产生不均匀沉降和倾斜,对构筑物结构的稳定性产生不良影响.北京地铁某盾构区间近距离下穿铁路通信发射塔一年后,经检测发现发射塔基础产生了较大不均匀沉降.基于该铁路通信发射塔,结合工前、工后（施工1年后）检测结果及施工过程监测数据,采用有限元数值模拟分析方法,考虑地铁盾构施工造成的结构不均匀沉降及结构初始差异沉降,综合分析盾构近距离施工对通信发射塔结构稳定性的影响,评价通信发射塔的安全状况.研究表明：盾构隧道施工所产生的不均匀沉降造成的通信发射塔结构变形在安全容许范围内,结构变形均能满足发射塔材料安全性要求,通信发射塔基础东北角与东南角塔基承载力安全系数较低,需对其采取加固措施.     

盾构近距下穿既有地铁盾构隧道施工参数控制

为研究盾构下穿既有盾构隧道时施工参数的合理取值,以北京南水北调东干渠工程盾构隧道穿越既有地铁盾构隧道施工为依托,通过对既有隧道沉降的数值模拟和现场监测数据、盾构施工参数的分析,讨论了既有左右线隧道沉降存在差异的原因,总结了控制沉降的施工参数经验,阐述了既有隧道受穿越施工扰动的沉降规律,提出并验证了盾构隧道病害整治的方法.研究结果表明:受盾构施工参数的影响,既有左线隧道沉降23.9 mm,而右线仅沉降4.8 mm,沉降差异明显,但规律基本一致;盾构施工时,土仓压力调整级差不宜大于0.005 MPa,严格控制同步注浆压力在0.50 MPa,二次补浆压力在0.20~0.35 MPa,曲线段适当减缓掘进速度;已投入运营的地铁维修作业时间短,宜通过化学注浆治理管片接缝和螺栓孔处的渗漏水,压力注胶充填树脂治理道床裂缝.      

基于视觉需求的城市水下特长隧道光环境评价与优化综述

为提高城市水下特长隧道的行车安全和运输效率, 总结了城市水下特长隧道光环境典型问题与改善措施, 分别从舒适性、经济性、设置依据、安装形式等方面对洞口遮光设施、出入口加强照明、景观装饰、视线诱导系统4种隧道光环境改善措施进行了比较分析; 依据马斯洛需求层次理论对驾驶人视觉需求进行分层, 提出了包含事故分析、评价体系、优化思路、优化方法的城市水下特长隧道光环境评价体系与优化研究框架。分析结果表明: 城市水下特长隧道光环境主要有出入口的明暗适应、道路线形变化引起的视距不足、中部的视觉参照信息不足、隧道整体空间路权不清晰的问题; 设置视线诱导系统是一项低成本、有效的光环境优化方法, 能满足驾驶人在不同隧道路段上的视觉差异化需求; 驾驶人视觉需求由低到高可以分为功能性、安全性、舒适性、美观性, 并依次对应相应的基本型、安全型、舒适型、韵律型视觉参照系, 可构建以空间路权、人因与驾驶任务、差异化、韵律性为指标的评价体系来评价城市水下特长隧道光环境; 城市水下特长隧道光环境优化应将视线诱导和加强照明相结合, 主要通过视线诱导系统来重构视觉参照系, 隧道接近段、入口段、中间段普通区、出口段应以舒适型视觉参照系为优化目标, 中间段提醒区及唤醒区则应构建韵律型视觉参照系。      

邻近双线盾构隧道的深基坑施工分析

以上海某邻近双线盾构隧道的基坑工程为背景,运用有限元方法计算,模拟基坑开挖的不同阶段,分析了不同工况下基坑变形、受力及对盾构隧道的影响,并对不同施工方式进行了对比分析.分析结果表明：施工内部框架结构有利于控制盾构隧道上浮和受力;支撑的拆除对坑底及下方隧道的变形和受力影响较小.研究结论可为类似工程提供借鉴与参考.     

上方大面积加(卸)载引起盾构隧道的变形分析

盾构隧道上方大面积加载或卸载会引起隧道结构发生纵向变形,过大的沉降或隆起会使隧道结构发生裂缝或是环缝张开,导致渗漏水甚至破坏。把隧道结构等效为处于土层中的弹性地基梁,利用Boussinesq解计算加（卸）载在隧道下卧土层中产生的附加应力,基于Winkler模型计算隧道结构的变形。结合上海某地铁隧道上方大面积卸载后加载的工程实例,计算隧道结构的纵向变形,判断结构的安全性,并用有限元计算验证理论计算公式的正确性。     

大直径盾构下穿北京机场快轨高架桥梁的安全控制技术

为研究在地铁隧道掘进过程中,大直径盾构下穿北京机场快轨高架桥梁的安全控制技术,基于数值模拟、室内实验及实际工程分析的方法,通过数值模拟软件建立了盾构下穿高架桥各个阶段的计算模型,由室内实验得出了适用于大直径盾构的添加剂参数,并通过实际工程中盾构掘进情况的反馈,得出了适用于下穿高架桥梁的盾构掘进参数.最后通过监测点的布置、量测及分析,得出了盾构穿越引起结构变形分为4个阶段,可为类似条件下的盾构掘进控制安全管理提供参考.