大型管片衬砌结构受千斤顶推力作用的裂缝分析

针对盾构隧道开始施工阶段在千斤顶推进时发生的管片环少量裂缝现象,通过管片组合体加载模型对管片内部应力场的分布和传递特征进行了分析,得出了裂缝产生的主要原因,然后给出了相应工程措施.研究表明,对于有矩形手孔的钢筋混凝土管片,管片平均应力的集中部位呈八字形分布,从手孔外侧拐角处开始,沿着约30～45°斜向幅宽边缘延伸;剪切应力的集中部位则呈剪刀状,以手孔和定位孔为中心,沿着与环缝边缘约45°夹角方向从孔边拐角向四周延伸;非均匀接触的情况下,除硬物附近.其他管片边缘部位的应力总体水平也将有成倍提高;环向轴压对管片裂缝具有一定程度的抑制作用.     

苍岭特长公路隧道岩爆预测研究

文章从工程区的工程地质状况入手,结合前期的岩爆研究资料,阐述本阶段隧道开挖过程中岩爆预测所采用的方法,据上述方法对苍岭隧道的岩爆状况进行了更加深入的分析和预测,并在施工中加以验证。     

双车道公路盾构隧道管片衬砌结构力学特性分析

针对市政双车道公路盾构隧道,采用有限元法进行了管片结构力学特性数值模拟分析。结果表明:通缝拼装比错缝拼装条件下管片结构的变形要大,而弯矩和剪力要小,轴力变化不大;同是错缝拼装,随着K块的位置不同,其内力和变形也不相同;通缝和错缝拼装的变形图和轴力图的形状是相同的,而弯矩图和剪力图形状不同。     

双洞公路隧道洞口废气污染影响的数值模拟

以双洞单向公路隧道洞口段气流为对象,采用k-ε双方程紊流模型及组分传输方程组,借助流体计算软件,从不同自然风条件、洞外段设置挡风壁和两隧道洞口不同相对位置(横向间距5～50 m)三个角度,数值模拟了出口废气的扩散情况,并相应得出对另一隧道入口污染的影响程度.研究结果表明,邻近隧道入口受出口废气污染的影响程度随不利风向的自然风速的减小以及两隧道洞口间距的增大而减小;洞外段合理的尺寸与形状的挡壁能有效减少甚至消除出口污染物扩散对其入口的影响.从而推出结论:对于特定隧道,洞口处的常年自然风的风向和风速大小与隧道通风效果息息相关;对于特定地形和特定自然风,可以通过选择适当的洞口间距来改善隧道的通风效果;如两洞口间距很近,则于洞口外两洞间设置挡风壁可有效提高两隧道的运营与防灾通风效果、降低废气污染程度.     

富水隧道施工期及运营期衬砌结构力学特性研究

以米亚罗3号隧道为依托工程,首先通过现场实测应力监测数据,对米亚罗3号隧道施工期支护结构应力的演变规律进行了分析研究;然后进一步借助数值分析软件,对不同初始水头高度下,米亚罗3号隧道运营期间围岩和衬砌结构的力学特征进行了研究。应力监测结果表明:隧道上台阶开挖后,拱顶和拱肩处的围岩-初支接触压力、钢拱架应力和外水压力迅速增大,约在30~40d后趋于稳定;下台阶开挖后,拱腰处的接触压力、钢拱架应力和外水压力快速增长,约在30~50d后趋于稳定;随着下台阶的开挖,拱肩处的围岩-初支接触压力再度缓慢增长,而钢拱架应力则明显下降;二衬施作后,其内力快速增长,并在20d后趋于稳定。数值模拟结果表明:当初始水头高度增加时,运营期间米亚罗3号隧道的洞周位移、二衬内力和外水压力均成一定比例的增加;隧道变形主要为竖直和水平方向的挤压变形,最大位移发生在拱底;相对于无地下水的情况,地下水的存在会影响衬砌弯矩分布,导致弯矩最大截面从拱顶转移至拱脚;衬砌所受外水压力在拱底处最小,其余部位分布较为均匀;随着初始水头的增大,拱腰和拱脚背后围岩的塑性区范围会明显增加。     

Experimental Study on Excavation Characteristics of Rockmass by Triaxial Test

Applying MTS rock stiffness test machine, tests under triaxial condition were carried out for rockmass under loading and unloading. By measuring and analyzing such mechanical properties as stress, strain, elastic modulus, Poisson ratio and elastic wave velocity during the whole test process, the differences of mechanical characteristics under loading and unloading conditions were revealed, to provide some useful references for excavation.     

防水密封垫布置方式对管片接头的力学影响分析

为实现管片接头的受力和接缝防水共赢，利用可模拟复杂接头特性的管片接头力学模型，分析不同位置、不同宽度、不同数量的密封垫对管片接头的力学影响，并探讨兼顾管片接头受力与密封垫防水的接头设计，给出相应改进建议。研究表明： 1)对于软弱地层的管片接头，密封垫靠近接缝面中部布置可以使管片接头保持较高的抗弯刚度，降低接头混凝土压溃和螺栓受拉屈服的风险，确保管片接头的受力安全，并具有良好的接缝防水能力； 2)对于硬质地层的管片接头，其密封垫靠近接缝面边缘布置或采用大宽度密封垫，并配合采用改进接缝面接触方式和改善螺栓材质等综合措施，可达到同时降低接头抗弯刚度、确保接头安全、提高接缝防水的目的。     

膨胀土地层中盾构隧道管片结构受力分析与对策研究

针对成都地铁2号线部分区间穿越由粘性土、卵石、泥岩组成的膨胀性地层的工程实践,采用数值模拟的方法计算和分析了在膨胀土位于管片结构周围不同位置时,在不同的膨胀接触压力下,管片结构的变形和内力情况.计算结果分析表明:当膨胀土位于隧道下方或上方时,膨胀土的膨胀将会增大管片结构的变形和内力,对于这类区段,隧道设计上应增加配筋量或采用通缝拼装方式;施工上要避免引起周围地下水位发生变化,应增强管片防水性及保证注浆质量.     

裂缝数量对盾构隧道管片结构力学性能的影响

盾构隧道管片在制作、养护、运输及拼装过程中,常会出现裂缝,裂缝的存在在一定程度上会影响管片衬砌结构的整体受力。以中国某地铁越江盾构隧道为工程背景,采用相似模型试验的方法,基于盾构隧道管片的位移、内力及声发射数据,系统分析裂缝数量对管片衬砌结构力学特性的影响规律,并通过管片破坏过程示意图分析管片结构的破坏模式。研究结果表明：管片衬砌结构承载阶段可划分为弹性承载、塑性承载和破坏失稳3个阶段;裂缝的存在降低了管片衬砌结构的整体刚度,随裂缝数量增加,管片衬砌结构的弹性承载范围增加,塑性承载阶段范围减小,损伤破坏的空间影响范围呈增大趋势,结构的失稳破坏趋于突发性破坏,相同荷载下的变形增大,结构的极限承载力降低;裂缝的存在使得管片在预制裂缝位置产生纵向贯通裂缝,随裂缝数量增加,纵向贯通裂缝数量增加,破坏区域由某一位置发展为条带状分布,当拱腰预制裂缝数量达到3条时,裂缝之间管片的相互挤压导致网状裂缝产生,结构局部出现压溃区。     

热力耦合作用下拉林铁路桑珠岭隧道岩爆预测

热力耦合作用是高温高地应力隧道岩爆预测中一个新的问题.在新建拉林铁路桑珠岭隧道开挖过程中,利用现场温度测试数据反演并得到隧道不同埋深时的地温,通过热力耦合数值模拟计算得到隧道开挖过程中的洞周应力变化规律,利用卢森、陶振宇、王元汉、樊建平4种岩爆判据对隧道不同温区、不同洞周应力释放率的岩爆发生烈度和岩爆范围进行预测,最后将预测结果与现场岩爆进行了比较分析.研究结果表明:桑珠岭隧道地温梯度为5.5℃/100 m,隧道埋深越大地温越高;在以自重应力场为主的深埋段,最大压应力集中在拱顶和拱脚部位;在45~85℃地温区间,洞周最大切向应力和最大主应力随应力释放率增大而线性增长,当洞周应力释放率为100%时,其增加量分别为84~96 MPa、93~96 MPa,同时岩爆烈度等级也相应增加;判据预测与现场实测的比对表明,高温热力耦合作用在应力释放过程中加速了岩爆发生,在应力释放率前期,陶振宇判据对中等及以上岩爆的发生更加敏感,而在应力释放中后期王元汉判据与实测结果的相似度更为一致.