火灾高温下盾构隧道衬砌结构热力耦合模型试验

为研究火灾高温下盾构隧道衬砌结构的热力耦合行为，利用自主研制的温度加载设备和衬砌管环外压加载设备，分别设计并开展整环衬砌结构的无外压受热模型试验和热力耦合模型试验。试验使用不考虑接头效应的钢纤维混凝土匀质管片。首先，介绍2种试验设备的原理、主要构造和各类参数；在此基础上，针对模型试验过程进行细致的说明。然后，通过对衬砌管片结构形式的分析确定试验的火灾加载工况；详尽描述不同试验的相关结果，重点分析衬砌结构内表面各处温度场的变化过程、分布情况、管片的变形结果及破坏模式。研究结果表明：温度加载设备和衬砌管环外压加载设备能够较好的满足整环衬砌热力耦合研究的模型试验要求；试验初期底部管片的升温速率相对顶部管片有所滞后，但各部分间的温差数值随加热的持续进行会逐渐减小，衬砌结构内部能够形成稳定的温度场；无外力作用下匀质管片的破坏形式表现为沿幅宽方向的贯穿裂缝，各管片结构的裂缝发展路径存在差异；衬砌管片由于外压作用产生的压应变随温度的升高而减小；外压荷载对衬砌结构在高温下产生的膨胀变形存在抑制效果。研究结果可为盾构隧道整环衬砌结构热力耦合研究的进一步发展提供参考。     

不同截面形式的波纹钢综合管廊结构受力性能分析

本文依托平遥古城基础设施提升改造项目中综合管廊建设工程,针对波纹钢综合管廊结构,利用有限元软件构建不同截面形式的三维土层-结构数值模型,探究不同截面形式对波纹钢管廊结构受力特点及变形规律的影响。揭示了不同断面形式的波纹钢管廊结构最不利受力位置,最后分析了超载作用对波纹钢管廊结构受力性能的影响。研究结果表明：矩形断面波纹钢综合管廊结构受力性能良好。圆形断面和马鞍形断面结构腰部位置横向变形和内力最大,而矩形断面结构四个角处节点的变形和受力最大。不同断面形式的管廊结构底部均向内收缩变形,且管廊结构竖向变形量比横向变形量大,因此在实际工程中应关注波纹钢管廊结构变形量,尤其是结构竖向变形。     

盾构隧道管片接缝复合型密封垫选型设计研究

为研究盾构隧道管片接缝复合型密封垫中遇水膨胀橡胶块对其防水性能的影响，从复合型密封垫遇水膨胀橡胶块二次防水效应出发，提出基于遇水膨胀橡胶块几何尺寸及截面形式的复合型密封垫选型设计方法。利用该选型方法对中孔通用型复合密封垫进行数值选型分析，采用ABAQUS网格间求解变换技术，研究不同遇水膨胀橡胶块截面类型和尺寸对复合型密封垫防水性能的影响，得到复合型密封垫防水性能和压缩性能的变化特征，确定原复合型密封垫的最优化选型结果。结果表明： 1）考虑遇水膨胀橡胶的防水性能后，复合型密封垫的二次防水性能有所提高； 2）与六边形截面形式的遇水膨胀橡胶块相比，梯形截面形式的遇水膨胀橡胶块能够大幅提升中孔复合型密封垫的防水性能； 3）复合型密封垫的压缩量与压缩力的关系呈现出阶段性变化特征，变形较小时表现为线性关系，随着变形逐步增大逐渐过渡为非线性关系。     

不同错台量对复合型密封垫影响及长期防水预测

为研究盾构隧道管片接缝不同错台量对复合型密封垫防水性能的影响,从复合型密封垫遇水膨胀橡胶块二次防水效应出发,在不同错台量条件下分别从密封垫-密封垫接触面和密封垫-密封槽接触面2 个方面分析复合型密封垫防水渐进失效机制,同时基于阿累尼乌斯方程的“P-T-t”三元模型对复合型密封垫长期防水性能进行预测。研究结果表明: 1) 复合型密封垫遇水膨胀橡胶块发生膨胀作用,能够有效增加密封垫间接触面应力,并且密封垫渗漏处主要出现在密封垫与密封垫接触面上; 2) 对于密封垫与密封槽接触面防水能力,随着接缝错台量的增大,对遇水膨胀橡胶块膨胀作用的影响显著; 3) 管片接缝间的张开量和错台量对复合型密封垫的长期防水性能影响显著,并且复合型密封垫长期防水性能随着老化时间先急剧下降后达到平稳状态。     

在役隧道环境侵蚀下管片承载能力概率劣化模型

在役盾构隧道管片衬砌的承载能力劣化模型是隧道结构耐久性评价及科学养护的基础.以建立能考虑工程不确定性的钢筋混凝土管片概率承载能力劣化模型为目标,考虑隧道运营环境的主要侵蚀因子及管片衬砌的压弯受力特性,建立碳化侵蚀与氯离子侵蚀下管片主筋的锈蚀模型;考虑锈蚀管片中钢筋的截面面积损失以及钢筋[混凝土黏结滑移,以钢筋锈蚀率为媒...     

天津地铁盾构施工对地表沉降影响的风险评估及精细化控制研究

目前我国城市地铁建设中对地表变形的要求愈加严格,仅依靠工程经验已很难实现。结合天津地铁天津站-建国道站盾构区间试验段的现场监测结果,对掘进过程中盾壳摩擦力、刀盘扭矩、掌子面压力和注浆压力等盾构掘进参数对地表沉降影响进行参数化模拟分析,并针对盾构掘进参数的波动造成的地表沉降计算结果进行风险损失等级的可拓法风险评估,基于风险损失评估结果以及盾构掘进参数实测结果进行统计分析得到风险失效概率,从而计算出各致险因子的风险值并提出相应的精细化控制措施。结果表明： 1）该隧道试验段致险因子按风险值从大到小依次为盾壳摩擦力、注浆压力、掌子面压力、刀盘扭矩; 2）在该区间后续下穿高速铁路的盾构掘进过程中,针对风险值较大的盾壳摩擦力、注浆压力波动制定精细化的风险控制措施,最终使地表沉降稳定在5.1 mm,满足了铁路运营的要求。     

平行隧道穿越形式对砌体建筑变形的影响研究

为确保盾构隧道修建过程中上方建筑物的安全，基于天津地铁3号线和平路站至津湾广场站区间平行盾构穿越3座砌体建筑物的全过程现场监测结果，结合流固耦合数值模拟，分析双线平行盾构隧道以先行隧道下穿、后行隧道侧穿和先行隧道侧穿、后行隧道下穿2种不同的穿越形式掘进通过砌体建筑物时，建筑物的沉降与倾斜规律。研究结果表明： 1）双线平行盾构隧道先下穿后侧穿时可对建筑物下伏地层产生二次损伤，这种穿越形式会加重影响与隧道走向呈小角度斜交的砌体建筑物的沉降与倾斜率，使其墙体的沉降曲线分布趋于“单斜状”，墙体的倾斜率为先侧穿后下穿时的2倍； 2）2种穿越形式对与隧道走向呈大角度斜交的砌体建筑物的沉降与倾斜率影响不大。     

浅埋超大直径盾构隧道千斤顶推力对衬砌管片受力变形的影响研究

为研究浅埋超大直径盾构隧道在不同千斤顶推力及偏移作用下的衬砌结构受力及变形规律，运用有限元软件ABAQUS建立考虑水土压力、盾尾刷反力、千斤顶推力的盾构隧道衬砌管片三维模型，并分析衬砌管片在盾构直行、上行、下行以及左行条件下发生偏角时的衬砌内力及变形情况。结果表明： 1）千斤顶推力对衬砌管片的影响范围主要为前8环，明显反应在前3环，且环内最大错台位置主要集中在封顶块位置附近； 2）盾构掘进方向主要影响该方向的管环位移，对垂直方向的管环位移基本无影响； 3）拱顶/拱底主要受俯仰偏角影响，不受横摆偏角作用，拱腰则对横摆偏角更为敏感，受俯仰偏角影响较小； 4）当千斤顶发生俯仰偏角时，向下偏角极易引起前几环管片的应力激增； 5）当千斤顶发生横摆偏角时，同侧偏角更易引起该侧管片的位移及应力激增。     

盾构隧道管片接缝密封垫防水性能及受施工荷载影响研究

为研究盾构隧道接缝密封垫防水性能及施工荷载对其影响,依托某地铁盾构隧道工程自主研制密封垫防水性能足尺试验装置,设计并开展相应的足尺试验。在此基础上,建立密封垫数值分析模型并结合试验结果验证了其可靠性。借助数值分析得到了不同错台量条件下的密封垫防水性能变化规律。最终,构建了盾构隧道三维荷载-结构模型,综合考虑注浆压力、千斤顶推力和盾尾刷反力等施工荷载,探究了接缝变形特征及其对密封垫防水性能的影响情况。研究结果表明:极限状态下工程原设计密封垫无法满足设计水压要求;接缝错台量增大将导致密封垫偏心受压越发严重,可能引起欠压侧支腿翘起;相同施工荷载下,最大环缝变形为最大纵缝变形的1.5~2.0倍,环缝密封垫防水性能降低程度更大;确定密封垫极限状态时有必要考虑施工荷载造成的接缝变形。所提出的足尺试验装置能够很好地实现试验目的,相应方法与结果可为后续盾构隧道接缝密封垫防水性能足尺试验研究提供参考和指导。     

加工工艺对盾构隧道环间锚式接头受力影响的数值研究

为研究加工工艺对盾构隧道环间锚式接头受力特性的影响,基于锚式接头荷载试验,采用ABAQUS有限元软件建立锚式接头的精细化模型。首先,通过与试验结果进行比较,验证数值模型的合理性与可靠性,并分析得出锚式接头各部件间的摩擦因数参考值。其次,研究锚式接头在拼装过程中所需的压力、接头达到破坏荷载时的张开量随摩擦因数和套环壁厚与插入间隙尺寸差的变化规律。最后,数值分析结果表明： 部件间的摩擦因数参考值取0.50比较合理;为保证锚式接头正常工作,加工时部件间的摩擦因数应为0.46~0.52,套环壁厚与插入间隙尺寸差应为-0.05~0.01 mm;锚式接头在加工过程中的加工精度要求较高。