南京长江隧道管片结构健康监测系统设计与应用

基于隧道穿越地层的工程地质与水文地质条件、管片布置形式以及隧道结构设计方案，设计了南京长江隧道管片结构健康监测系统，以隧道左线浦口侧江堤下监测环为例，分析了隧道施工阶段管片所受环境地质作用与结构响应状态，确定该阶段内监测环管片结构处于“健康”的工作状态。     

通用环错缝拼装隧道极限承载能力足尺试验研究

针对隧道周边水土流失对隧道结构的正常运营与安全使用产生的严重影响,文章采用拟静力的试验方法对周边卸载工况下通用环错缝拼装盾构隧道结构承载能力进行了足尺试验研究,具体介绍了试验方案和加载方案的设计,提供了结构变形、裂缝展开、管片纵环缝变形和螺栓受力的发展情况以及破坏过程等试验结果,并对结构的承载性能和破坏机理进行分析。试验结果表明:结构收敛的荷载-位移曲线呈弹塑性特征,在初始阶段,荷载位移曲线线性上升;随后环缝破坏,环间相互作用减弱,结构整体刚度降低;最终环缝凹凸榫剪坏、纵缝混凝土受压破坏以及管片本体压弯破坏,结构整体失去稳定性。     

盾构隧道管片排版分析方法研究

盾构隧道曲线段管片排版直接关系到盾构隧道的施工质量,合理的管片排版方案有利于盾构机姿态控制,可减小盾构隧道与盾尾刷之间的间隙偏差。文章提出了盾构隧道平面曲线段管片排版分析计算方法及相关计算公式,并总结了平面曲线段管片排版原则。结果表明,在圆曲线段,管片排版时遵循组合的循环组平均管片环偏角与管片幅宽对应长度的弧长偏角接近原则;在缓和曲线段,管片排版时缓和曲线段累积偏角达到一个纠偏组合时则插入一个纠偏组合管片组。     

TBM隧道管片纵向受力的传递规律

在TBM法施工过程中,千斤顶对盾尾后面的管片衬砌结构有反推力的作用,管片结构外侧的回填层对管片结构产生纵向剪切力作用。文章以神华新街台格庙矿区TBM隧道施工为背景,确定了考虑时间效应的回填层的强度变化全过程,进而确定了不同位置的管片结构的外侧表面受回填层的剪切阻力大小。通过力学分析,得到了千斤顶对管片结构的影响范围和各环管片的纵向压应力及外侧表面纵向剪切应力的分布规律。研究结果表明,从第17环管片结构开始不向后传递反推力,从第1环至第17环管片衬砌结构,相互之间的推力呈非线性减小的规律,侧面的剪切力从第5环至第17环呈线性增长趋势。     

盾构隧道管片接缝结构可靠度分析

盾构隧道管片衬砌结构设计的依据是地层勘察资料、设计文件、相关设计规范等,各部分资料的准确程度直接影响到结构设计的可靠度;其次,盾构隧道是由管片和螺栓等拼装而成,由于预制管片和施工方面的原因,各种参数总有一定的偏差;再次,土中水压力的作用效果也不是十分明确的,而管片接头作为管片衬砌环的薄弱环节,其力学特性的明确至关重要。文章依托南京长江隧道采用蒙特卡罗法和响应面法对管片接头结构的可靠性进行了分析研究。     

超大直径越江盾构隧道管片错台及渗漏影响研究

文章依托某越江盾构隧道工程实例,针对盾构在穿越防汛墙、江底和地下管线等阶段发生的管片错台、接缝、渗漏水等现象进行了实测实量,并结合隧道轴线偏移量和管片椭圆度分析了各因素之间的关系。结果表明,外部环境的变化是隧道内部渗漏的主控因素,建议根据外部环境因素分段进行盾构隧道防水设计;盾构姿态、管片环椭圆度的变化与隧道错台、接缝及渗漏呈正相关性;渗漏水的外在表现形式主要为环缝渗漏,封顶块较其他管片渗漏明显,且集中在管片角部。文章对此提出相应对策及建议,可为类似工程减小错台及控制渗漏水现象提供依据。     

装配式管片接头受力平面有限元分析

在盾构法隧道设计中,评价接头刚度对管片内力的影响是隧道设计的一个十分重要的内容.由于管片接头或整环管片试验资料过少,很难得到普遍性的接头刚度规律.目前工程中大多根据经验将接头刚度确定为某一常数.针对上述问题,文章通过对广州地铁三号线无传力衬垫的盾构隧道管片接头进行了接触问题的非连续弹塑性有限元分析,得出了接缝转角与弯矩的关系曲线.这种关系曲线接近双直线形状,因此可以简化为双直线关系来确定接头刚度.计算的结果反映出管片接头转角与管片内力之间的非线性关系的规律,为管片设计中的关键参数选择提供了依据,具有较大的实用和参考价值.     

基于遗传算法的盾构隧道管片接头刚度反演研究北大核心CSCD

梁-弹簧模型在管片衬砌结构计算中应用较广泛,目前接头刚度取值方法主要有模型试验法及经验取值法,模型试验法耗时长、成本高昂,而依据经验取值难免存在一定主观性。鉴于此,利用C++编程语言,基于遗传算法开发了盾构隧道管片结构位移反分析程序,首先通过弹性模量值反演算例,得出反演值与理论值误差为1.4%,验证了算法和程序的可行性。利用程序将反演接头刚度值与实际设计案例管片接头刚度值进行对比,反演计算结果表明:正弯矩下管片环向接头转动刚度值反演误差为2.6%,负弯矩下管片环向接头转动刚度值反演误差为4.3%。     

盾构隧道通用楔形管片排版系统的核心算法研究

盾构隧道通用楔形管片是通过前后两环的相对旋转来拟合线路中的直线和曲线要素,简化了模板设计,通用性强、质量容易保证。通用楔形管片拼装设计的关键是根据线路的平、竖曲线要素和偏差要求确定环宽和楔形量,而每一环衬砌的偏差计算是通过排版来实现的。文章对通用楔形管片排版的主要步骤和核心算法作了介绍,其中包括平、竖曲线上的坐标法定点算法、线路上理想点的二分法求值算法,以及空间任意点绕任意轴旋转的计算机图形学算法。文章最后介绍了一个盾构区间隧道的排版过程及结果。     

地震作用对盾构隧道管片张开量的影响及预测北大核心CSCD

为探索地震作用对盾构隧道管片张开量的影响,借助数值分析软件,分析典型工程在不同方向地震作用下管片张开量的分布规律。基于计算结果,对地震加速度与地震引起的管片张开量进行归一化处理,结合现有的管片张开量计算公式,提出了不同埋深隧道在地震作用下管片最大张开量预测方法。研究表明:地震作用对盾构管片环缝张开量有显著的影响,管片最大张开量的最大增幅为16%,平均张开量的最大增幅为27%;地震烈度为8度以下的区域,在静、动荷载作用下,盾构隧道管片抗震加固范围主要在工作井附近3~5环;地震烈度为8度及以上的高地震烈度区,应沿隧道轴向对环缝接头进行抗震加固。与数值计算结果对比表明,提出的考虑地震作用的管片最大张开量计算方法具备一定合理性。     

大断面跨海盾构隧道结构设计与参数分析

为获得精细、合理化的大断面盾构隧道结构设计方法,文章依托某大断面跨海隧道工程,对其结构选型和结构参数进行了分析。从管片拼装方式与分块、管片连接方式、管片材料等方面,分析了管片结构的选型方法;从计算模型的选取、计算工况与荷载的确定、参数的选取、计算结果等方面,分析讨论了管片横断面和隧道纵向结构的数值模拟计算方法及其适用性。结果表明:采用梁-弹簧模型、均质圆环模型计算管片横断面时所得的内力分布并不相同,在实际设计中应以前者计算结果为主,后者进行复核;在地基变化剧烈处,盾构隧道易出现较大的纵向弯矩和管片环间剪力,可通过采用设置变形缝、硬岩破碎等方式予以处理。     

盾构隧道预应力管片的两维有限元数值模拟与分析

针对预应力混凝土管片这一新型的盾构隧道衬砌结构进行了模型试验研究,介绍了利用有限元方法进行模拟计算的过程,采用不同的接头力学模型对其整环试验进行了两维模拟,在与试验结果分析比较的基础上,得出合适的模型参数,为预应力管片用于设计和施工奠定了基础。     

错缝拼装盾构衬砌结构力学性能试验分析

错缝拼装盾构隧道衬砌结构由于存在环间传力行为,具有与通缝拼装衬砌结构不同的力学特性。文章通过三环压弯试验获得错缝拼装管片的极限承载力和力学行为规律,分析了衬砌结构纵缝、环缝及管片本体的相互协同作用,并通过一系列试验设计工况得到了纵向力和荷载水平对结构性能的影响规律。同时对比分析了三环与单环压弯试验结构的受力特性和破坏模式的差异,获得错缝拼装盾构衬砌的力学性能和环间传力效应。     

关于盾构隧道楔形管片环的思考

文章从理论分析和工程实践的角度探讨盾构隧道楔形管片环的技术特点并总结相关规律,包括线路拟合、楔形方式和楔形量等,可供同行在设计与施工中借鉴或参考.     

近接桩基盾构隧道施工管片力学行为研究

盾构隧道衬砌管片在施工阶段处于复杂的受力状态,易出现局部破损现象。文章以深圳地铁5号线近接桩基时盾构隧道施工为研究背景,通过现场测试对衬砌所承受的轴力和弯矩进行了分析,以此来探究盾构隧道管片的力学特性。研究结果表明:上覆建筑物的全风化花岗岩层中,管片脱出盾尾后桩基荷载将传递给隧道上部土体,最后传递至衬砌管片,管片环受到较大的附加应力作用;管片刚拼装上时试验环内力较小;当管片脱出盾尾时其内力达到最大值;稳定后的管片内力一般相较刚脱出盾尾时稍小。由于岩层破碎且极度发育,透水性好,孔隙水压力变化速度较快,且能较快趋于稳定。     

大埋深盾构隧道结构受力现场实测分析

以广佛环线东环隧道大源站—太和站工程项目为依托，通过开展大埋深盾构隧道结构内力现场测试，探究实际施工不同阶段管片内力的变化规律，并结合数值模拟对管片内力现场实测值与模拟值进行误差对比研究，分析施工因素对管片内力的主要影响位置及原因。结果表明：盾构施工过程中管片内力最大值出现在脱环后4～8环时的壁后填充阶段，最小值为拼装完成阶段，在盾尾脱环12环之后管片受力基本达到稳定阶段；管片内力实测值皆较大于模拟值，二者弯矩分布规律相似，轴力分布有一定差异，豆砾石充填可使实际轴力沿环向分布更均匀；实测值与模拟值最大相对误差约为40%，出现在拱顶及拱底区域，拱腰处相对误差较小；大埋深盾构隧道掘进时，壁后填充及稳定阶段管片内力的主要影响因素为豆砾石充填及围岩蠕变等。     

高精度管片的制作

一般情况下不会对生产隧道衬砌管片的管模精度提出要求,典型的管片衬砌隧道工程招标书中通常只给出成品管片尺寸方面的精度要求,在有些情况下只给出两环试拼装的精度要求.现在对管片尺寸精度的要求越来越高,这就需要一个快速、精密、可靠的方法来测定这些尺寸值.     

海相地层地铁盾构隧道钢筋钢纤维混凝土管片可靠度研究

地铁盾构隧道管片材料的选取决定了管片性能与结构的整体安全度与可靠度,钢纤维混凝土材料在抗裂、抗震、抗疲劳、抗冲击等方面具有比普通混凝土更好的力学特性。为此,文章针对深圳地区海相地层地铁盾构隧道管片衬砌,基于可靠度理论,在混凝土材料中加入钢纤维,优化配合比设计,并通过系列试验开展了钢筋钢纤维混凝土管片可靠度研究。结果表明:(1)在盾构隧道不出现大变形的前提下,以少配筋加钢纤维混凝土管片为最佳选择方案;(2)在配筋率相同时,少筋加钢纤维混凝土管片比原配筋混凝土管片具有更高的可靠度,且受钢纤维的掺量、品种、形状和长径比等因素综合影响;(3)钢筋钢纤维混凝土管片能极大提高盾构隧道管片衬砌结构的可靠度指标,满足海相地层地铁隧道结构耐久性的安全标准。     

盾构扩挖法建造地铁车站的监测方案设计

盾构扩挖法建造地铁车站可以解决区间盾构施工和车站施工在工期上的矛盾。选取北京地铁十号线三元桥车站起始里程18.6m范围作为试验段,开展了盾构法与明挖法结合建造地铁车站的方案研究。为了确保试验段安全顺利地施工,同时为以后推广此类车站的设计和施工收集试验数据,特编制本监测方案,包括施工安全监测和试验数据监测。针对试验段的特殊情况,重点对盾构管片位移与变形、管片张开度、基坑外地表沉降、土体位移、基坑土钉支护墙水平位移、支撑轴力、节点处结构应力和管片内力进行了监测设计。     

矩形盾构法隧道管片分块案例分析及分块原则

为了对矩形盾构施工的管片结构进行合理分块,文章通过对国内外既有矩形盾构施工装配式衬砌管片分块案例进行介绍,研究分析了既有矩形盾构法施工隧道衬砌管片的分块特点,结合圆形盾构衬砌分块需考虑的影响要素,提出了矩形盾构(包含类矩形盾构)装配式衬砌管片的6个分块划分原则,涉及结构受力要求、减少分块数和降低加工制造成本要求、搬运和拼装操作要求、顶进油缸布置要求、纵环向螺栓分布以及宽高比的影响要求等方面。在地下过街道、地铁以及地下综合管廊采用矩形盾构设计施工时,该分块原则可作为工程技术人员进行管片断面衬砌合理分块时的参考,并为其它类似工程提供借鉴。