大直径江底盾构隧道衬砌结构受力现场测试与分析

以长沙南湖路湘江隧道为背景,对管片衬砌在施工期和后期所受外荷载和结构内力进行长期现场追踪测试,总结衬砌结构外荷载和内力随时间的变化规律,并采用梁-弹簧计算模型对不同施工阶段管片结构内力分布形态进行研究,与现场测试结果相互验证。研究结果表明:1)施工期管片衬砌脱环后容易形成偏压状态;2)注浆对管片内力影响较大,受注浆影响,管片内力增幅明显;3)随着监测的进行,管片内力特别是轴力仍然有小幅度增长。     

矩形盾构隧道管片衬砌施工期结构性能的现场试验研究： 结合上海虹桥临空11-3地块地下连接通道工程

本文以国内首条矩形盾构隧道工程为背景,对矩形盾构衬砌结构在整个施工期的荷载及结构响应进行现场追踪测试,探索衬砌结构在施工期的主要受力阶段、结构外荷载及其响应随时间的变化规律,以全面掌握矩形盾构隧道衬砌结构在施工期的受力行为。研究结果表明： 1）衬砌结构在施工期的受力可划分为自重阶段、脱出盾尾阶段、同步注浆阶段和稳定荷载阶段; 2）脱出盾尾阶段和同步注浆阶段的结构外荷载分别为稳定荷载阶段的1.5~3.0倍和1.5~2.5倍,为衬砌结构在施工期的2个不利受力阶段; 3）稳定荷载阶段的结构外荷载及其分布与理论计算较为吻合; 4）衬砌结构在施工期的内力基本满足左右对称,内力分布特征与运营阶段基本一致。     

基于施工全过程的矩形盾构隧道结构受力分析方法及应用

为探索如何在衬砌结构设计中充分考虑施工过程对结构受力的影响,在现场监测结果的基础上,采用理论分析和数值模拟的方法,建立基于施工全过程的衬砌结构受力分析方法,即考虑衬砌结构在施工过程中各主要受力阶段之间的非线性时变效应,采用增量法进行结构内力和变形的计算,分析结构在施工过程中各受力阶段的荷载模型以及结构刚度随内力变化的折线模型。将该方法应用到实际隧道工程中,并与传统设计方法进行对比分析。实践表明,建立的基于施工全过程的衬砌结构受力分析方法是合理可行的,其可以较全面地反映出衬砌结构在施工阶段的真实受力状态; 脱出盾尾阶段和同步注浆阶段为结构在施工期的不利受力阶段。     

偏压连拱隧道洞口段二次衬砌施工时机探讨

 针对富溪隧道左线出口段在围岩变形尚未稳定的情况下能否进行二次衬砌施工的问题，根据隧道变形监测结果推测衬砌施工后隧道的剩余变形，并据此计算出衬砌结构的内力和安全系数。结果表明，衬砌施工后产生的变形大小对其内力和安全性影响较大。若衬砌结构变形仅为剩余变形的6.5%，其安全性能够得到保障。现场监测结果表明，衬砌施工后内部应力普遍较小，未超过混凝土强度。这说明在围岩变形没有完全趋于稳定的情况下，只要能够保证衬砌施工质量，可以提前施作二衬。     

注浆加固模式对隧道减震效果影响的数值分析

为了研究隧道不同注浆加固方式的减震效果,以西南高烈度地震区某隧道为背景,通过有限元软件对全环接触式注浆、全环间隔式注浆、局部注浆3种最常用的注浆方法进行数值模拟,重点分析了在地震荷载作用下,不同注浆模式对隧道二次衬砌内力的影响及不同位置的加速度与位移情况。结果表明:地震中的隧道衬砌开裂主要受拉力控制,其中衬砌拱脚拉力最大;注浆加固改善了隧道衬砌受力,其中全环接触式注浆减震效果显著,全环间隔式注浆效果次之,局部注浆效果不明显;注浆加固增加了衬砌刚度,使得隧道衬砌的绝对位移增加,但相对位移减小,因此注浆后的隧道不会发生较严重的错位。     

钻爆法双层隧道的衬砌结构设计与分析

以某钻爆法双层隧道项目为例,采用同济曙光、midas Civil结构设计软件对隧道二次衬砌进行建模分析。通过研究车道板、车辆荷载及围岩级别对衬砌结构的影响,得到主要结论:车道板及车辆荷载作用对双层隧道衬砌结构的影响不可忽略;对于围岩级别较差或浅埋隧道,车道板可有效控制衬砌边墙的变形,并大幅减小衬砌结构内力峰值;对于围岩级别较好或深埋隧道,车道板无法改善衬砌结构内力,甚至导致内力水平增加。     

基于浆液扩散的软弱围岩隧道注浆加固效果研究

注浆加固措施作为提高软弱围岩力学性能、保障隧道施工安全的主要措施之一,其对围岩的加固机理以及加固效果是隧道工作者长期以来的研究热点。基于浆液扩散理论,利用多场耦合软件Comsol建立同时考虑隧道开挖和浆液扩散形态的开挖-注浆耦合分析模型,并对软件进行二次开发,实现注浆范围内土体力学参数的动态变化,通过研究隧道开挖过程中注浆浆液扩散时空变化规律,并在浆液真实扩散形态和隧道开挖耦合作用下围岩的塑性区、隧道衬砌的力学状态等方面研究软弱围岩隧道的注浆加固效果。研究结果表明:(1)围岩塑性区随注浆时间的增加大致可分为两个阶段,第一阶段塑性区发生空间转移,塑性区面积整体上有减小的趋势,第二阶段塑性区范围和面积基本稳定;(2)在注浆加固范围达到最大之前,增加注浆时间可减小衬砌结构受力,之后持续增加注浆时间对改善结构受力没有明显效果;(3)在注浆加固圈完全形成之后,继续增加注浆时间并不能明显改善围岩以及衬砌结构的受力状态,盲目增加注浆时间只会造成经济上的损失。     

城市高层建筑近接地铁隧道施工的影响研究

为研究近接地铁隧道高层建筑施工对既有隧道稳定性的影响,以重庆市某近接地铁隧道高层建筑为例,利用大型有限元计算软件Midas-GTS建立三维有限元计算模型并开展数值模拟。数值模拟中采用的施工工序与实际工程一致,着重分析高层建筑施工各个阶段围岩变形,衬砌位移、内力的变化规律。研究结果表明:建筑物修建对左线隧道影响显著大于右线隧道;隧道衬砌最大变形出现在基坑开挖阶段,最大水平、竖向位移分别为1.45、3.64 mm;由于建筑物与隧道斜交,左、右线隧道最大位移出现断面有所不同,但均出现在距模型正面40~60 m范围内;衬砌内力随建筑物施工呈先减小后增大的趋势,基坑开挖阶段左隧道衬砌内力较隧道开挖完成时降低了15.5%。研究结果可为类似工程提供一定的依据和指导。     

大断面公路隧道二次衬砌受力特性模型试验

为研究大断面公路隧道运营期二次衬砌受力特征,开展室内相似模型试验,采用主动加载方式模拟隧道在运营过程中承受的围岩压力,对3车道和加宽带2种断面二次衬砌受力、变形及破坏规律进行研究。试验结果表明： 1）按规范设计的大断面隧道衬砌结构在设计荷载作用下内力和变形均较小,结构具有较高的安全储备; 2）衬砌各截面内力（弯矩、轴力）随围岩压力的增加呈现先慢后快的增加趋势,偏心距则呈现逐渐减小的变化趋势; 3）开挖断面越大,内力控制截面越多; 4）开挖断面大小对衬砌变形及破坏形态也有一定影响,断面越大,拱顶、边墙变形越大,衬砌各部位开裂荷载差异越明显,且衬砌开裂过程持续时间越长。     

盾构法T接隧道结构受力现场试验研究——以宁波轨道交通3号线联络通道为例

为了了解盾构法T接隧道在施工过程中主隧道外部的荷载以及响应，以国内第一条使用机械法施工的联络通道--宁波轨道交通3号线为背景进行研究。本文通过研究施工过程中的施工工况节点，现场监测主隧道结构的外荷载、收敛变形并计算结构内力，得到在整个施工过程中主隧道的结构响应及其变化规律。通过本文的研究，可以得出以下结论： 1）施工过程可依据外部荷载和结构体系进行划分工况，各工况具有明显的不同响应； 2）始发端和接收端的内力变化主要受到盾构顶力和外部注浆荷载的影响，且主要影响切削侧，切削过程中的内力增量在10%～20%，注浆压力影响的增量部分达到了50%； 3）各环及内支撑轴力增量在200 kN以下，破洞位置导致的轴力损失可以由其余位置共同承担，不需要特殊的破洞阶段超载设计。     

水下圆砾地层盾构隧道施工期力学响应实测研究

为研究水下圆砾石地层盾构隧道施工过程中管片结构的力学响应，以常德沅江隧道为背景，选取沅江东线隧道江中埋深最大断面，采用连续测量方式对施工过程中管片的内力变化特征及管片外水压力进行测试，并将实测数据与数值模拟结果进行对比分析。主要结论如下： 1）水下圆砾地层中盾构隧道管片结构外部水压受施工过程的影响显著，距开挖面1~10环呈波动变化，沿横断面不同位置出现最大值的时间不同，但在10环之后趋于稳定； 2）管片结构轴力受到脱环和注浆的影响明显，其中前3次注浆的影响最为显著，影响范围为1~9环，弯矩变化与轴力类似，但受注浆影响较轴力延迟1环左右； 3）稳定后管片轴力和弯矩量值均大于数值计算值，说明稳定后管片受盾构顶推、浆液固结、错缝拼装效应影响较大。     

盾构法隧道管片环缝面不平整对结构受力影响研究

为了解环缝面不平整导致管片产生渗漏裂缝的具体影响,对衬砌环不同错缝拼装角度、环缝面不同传力方式、环缝面不同不平整度等因素对管片纵向受力及开裂的影响进行研究。主要研究结论如下: 1)因管片制作尺寸误差不可避免,设计中必须考虑环缝面不平整对管片结构受力的影响。由环缝面不平整产生的纵向不均匀接触荷载既可能是施工荷载,也可能是使用阶段的一个可变荷载。2)因管片环缝面不平整产生的纵向荷载与衬砌环分块、拼装方式及传力方式等有关,1/3 或1/4 标准块错缝拼装角度产生的最大纵向荷载要大于1/2 标准块错缝拼装角度,凸台传力方式产生的最大纵向荷载要大于垫片传力方式。当管片分块与拼装方式相同时,凸台传力方式更容易使管片产生开裂。3)在采用最不利纵向荷载时,建议取1. 0Δ(Δ 为环宽允许偏差)作为环缝面不平整度设计值,计算所得管片纵向弯矩与管片横向内力组合后按双向偏压构件对管片进行配筋,且纵向弯矩产生的裂缝开展宽度不应大于0. 1 mm。     

大断面矩形盾构法隧道的受力分析与工程应用

矩形盾构法隧道具有空间使用率高,可进行浅覆土、长距离曲线掘进施工的特点,为地下连接通道的建设提供了新的建设方法,具有广泛的应用前景。以上海虹桥临空11-3地块地下连接通道工程为背景,对矩形盾构法隧道的受力分析与设计进行了详细论述,探讨了矩形盾构法隧道设计中的难点。主要研究内容与结论如下:1)矩形盾构法隧道由于形状的关系,管片接头需要承受较大的弯矩与剪力,可采用螺栓群的方式来满足接头受力的需要;2)所采用复合管片的主要受力构件为钢结构,在管片接头处采用深手孔的方式解决了多螺栓的安装难题;3)注浆荷载对矩形盾构法隧道受力影响较大,合理注浆压力及分布模式的确定决定着结构设计的经济性;4)通过管片的载荷试验,验证了所采用的复合管片可以很好地满足矩形盾构法隧道的受力需要。     

盾构区间下穿并截除人行天桥部分桥桩的对策

以沈阳地铁2号线工业展览馆站—文体路站区间(以下简称工—文区间)下穿文化路立交桥人行天桥并截除部分桥桩为例,为确保盾构掘进过程中该天桥桥体的安全,通过对桥桩截桩后管片后期承载力、结构变形等特点建立三维数值模型,并进行计算分析后,进一步优化设计方案,同时采取了以下措施:施工前先对人行天桥两端桥墩处采用临时钢托架进行支撑加固;掘进过程中合理优化盾构掘进参数,同时采取同步注浆与二次补强注浆措施,不但避开了立交桥主桥桥桩,同时还避免了采用桩基托换这一高风险、高代价方案。竣工并通车运营后,经过近1年的跟踪监测,桥梁结构稳定,最终变形收敛至稳定值,充分验证了该措施的可行性。     

考虑注浆填充率的大直径盾构管片上浮解析解与应用

大直径盾构隧道管片上浮问题是目前隧道建设难点。以大直径盾构隧道施工阶段管片上浮问题为背景,研究硬岩地层大直径盾构管片上浮影响因素,并考虑管片壁后同步注浆的填充效果,深入探究大直径管片上浮规律,为盾构施工速度和注浆效果的控制提供参考依据。根据硬岩地层大直径盾构注浆填充率不足的特点,从管片横向受力角度建立单环管片上浮计算公式。基于弹性地基梁理论建立隧道纵向上浮分析模型,通过梁的挠曲线微分方程并结合边界条件与变形协调方程,推导出考虑浆液填充率和时效性的管片上浮变形及内力的简易解析解,进而采用总量法获得了隧道纵向多环累计上浮量。结合工程实例进行了参数敏感性分析,研究结果表明：隧道管片上浮解析解的计算结果与实际工程监测数据吻合良好,能够有效揭示隧道上浮过程中的变形规律、管片弯矩和剪力变化特征;上浮规律表现为激增段、缓降段和平稳段;浆液填充率、时效性和地基基床系数对大直径盾构上浮比较敏感,盾体间隙的增大易导致填充率不足,同步注浆应严格控制注浆压力和注浆量;浆液初凝时间和掘进速度直接决定单次注浆影响范围和上浮力大小。研究结果可用于盾构隧道管片上浮及变形预测,在掘进过程中可根据影响因素与上浮关系进一步调整施工参数,对大直径盾构隧道设计与施工具有一定指导意义。     

公路隧道衬砌背后空洞积水冻胀的力学简化模型研究及误差分析

为解决高寒地区公路隧道衬砌背后积水冻胀问题,针对特定的环向长条形空洞,建立了2种不同的简化计算模型,即将衬砌结构简化为拱脚为铰支座约束和弹性固定端约束的半圆拱模型。采用荷载-结构法,推导衬砌结构在冻胀力作用下的内力公式,利用MATLAB计算不同参数下的理论值,并绘制内力变化曲线,确定整个衬砌结构在空洞不同大小时的内力分布规律。计算结果表明： 冻胀力引起的衬砌弯矩和轴力极值位于不同的衬砌位置,仅仅考虑弯矩或轴力对衬砌的影响具有一定的误差。对衬砌背后冻胀力的内力影响规律以及2种简化模型的误差进行定量分析,为公路隧道施工和运营维护提供了一定的参考价值。     

长沙—株洲—湘潭城际铁路湘江隧道开滨盾构区间富水基岩地层管片背后注浆技术研究

盾构施工管片背后注浆是保证隧道安全、质量及控制地表沉降的关键因素,更与施工成本息息相关。大直径土压平衡盾构在富水基岩中施工时,由于其管片背后填充空间大、富水基岩地下水冲蚀,同步注浆效果差,注浆质量对工程安全、质量及成本的影响显得尤为突出。通过对长沙—株洲—湘潭城际铁路湘江盾构隧道的施工过程研究分析,针对大直径土压平衡盾构富水基岩地层管片背后注浆普遍存在的问题,采用"同步注浆、补充注入砂浆、二次补强注浆及封闭环施工"的施工方法,经过施工过程的调整和优化,确保了管片背后注浆质量的安全可控,有效地降低了施工成本,取得了很好的效果。     

顶管法T接隧道结构受力足尺试验研究

为了探究机械法联络通道切削过程中由于结构体系变化导致主隧道衬砌内力重分布的变化规律，并总结其传力机制，通过基于无锡地铁顶管法施作联络通道案例的足尺试验，研究联络通道采用机械法施工时，主隧道衬砌结构在施工全过程中的受力性能。通过本文的分析，得出： 这一过程中各环的变形量较小，是较为安全的工法； 机械法联络通道中的内力重分布工况效应明显； 在内支撑等辅助设施的协同作用下，环内的内力重分布主要集中在被直接切削的衬砌环，环间的内力传递主要集中在切削位置的临近环，且主要发生在内支撑卸力工况。