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.      

盾构上跨复合岩土层既有隧道管片力学分析

目前,地铁隧道采用盾构法施工趋于常态化,但传统荷载体系在复合岩土层中盾构隧道上跨既有隧道管片的受力计算中还存在一定局限性。为解决该问题,本研究通过修正惯用法与梁-弹簧模型的优缺点,提出了关于盾构上跨复合岩土层既有隧道管片的荷载体系与计算方法,并依托长沙地铁4号线圭塘站区间隧道工程,采用有限元模型对比分析了梁-弹簧模型与本方法结果。研究结果表明:穿越盾构后,既有隧道竖向位移趋势明显,盾构隧道管片位移引起拱顶与拱底的地层被动抗力不可忽略。梁-弹簧模型夸大了盾构隧道拱底处的主动土压力,未考虑到下部岩层对盾构隧道管片切向变形抑制较弱,且其对切向弹簧的设置不合理。本方法更符合复合岩土层中盾构隧道上跨既有隧道管片的受力情况,该结论可为类似工程提供参考。     

地铁盾构结构设计方法探讨

介绍了管片结构内力的理论,并采用相关有限元软件,通过北京某地铁盾构隧道的工程实例计算,给出了相应的轴力图和弯矩图,以此比较修正惯用法和梁-弹簧法在管片结构设计时的区别.而且,根据管片内力,分析两种最不利组合,验证了梁-弹簧法的合理性,指出梁-弹簧法更加适合于地铁盾构设计.最后,提出了地铁盾构隧道的设计建议以及管片裂缝控...     

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。     

上海某越江盾构隧道的地震响应分析

以上海某越江盾构隧道为例,采用二维动力有限元模拟的方法,分析了地震荷载作用下盾构隧道的动力响应,得到了在7度地震作用下,地表土体、隧道周围土体的动剪应力比、动孔压比以及水平方向的加速度.除此之外还得到地震荷载作用下隧道结构、轨道梁的动剪应力,得出了一些具有实际意义的结论,为以后的盾构隧道的设计和施工提供参考.     

盾构隧道衬砌结构的抗震分析

利用有限元软件ANSYS,在建立有限元模型的基础上,计算管片衬砌模型和有内衬的双层衬砌模型在8度地震荷载作用下衬砌的受力情况,并通过对不同内层衬砌厚度的计算比较,给出8度地震区合理的内衬厚度。     

基于精细化模型的盾构隧道纵向变形研究

为探究盾构隧道下沉或上浮时管片的受力情况,利用有限元软件ABAQUS建立三维精细化非线性有限元模型,分析在管片转动、错台等影响下连接螺栓、管片的应力发展规律。结果表明：在相同管片张开角条件下,连接螺栓的应力与变形曲率半径呈负相关。当变形曲率半径为3 000 m、张开角为0.002 0°时,首次出现螺栓屈服现象;当变形曲率半径为∞m、张开角为0.040 0°时,首次发生螺栓破坏;当变形曲率半径≤1 000 m时,不论张开角多大,所有螺栓均屈服。从环面方向对连接螺栓进行分析,可以看出环面上各螺栓的应力发展有3个阶段。当张开角增大或变形曲率半径减小时,管片部分区域的拉应力开始减小,相应阶段逐渐发展为塑性抗拉阶段。在小变形曲率半径(300～2 000 m)范围内,管片的最大主压应力水平更多取决于变形曲率半径的大小,而随转动角的增大其变化较小。     

公路隧道钢筋混凝土套拱衬砌等效厚度研究

假设隧道二次衬砌与钢筋混凝土套拱之间只存在径向作用力,钢筋混凝土套拱与二次衬砌共同变形且均处于弹性变形阶段,同时,二次衬砌和钢筋混凝土套拱根据各自刚度按比例承受荷载作用力,推导出钢筋混凝土套拱加固后隧道二衬等效厚度的计算公式。研究结果表明,此方法可以有效地指导公路隧道的加固设计。     

盾构隧道下穿明挖矩形市政隧道工程措施及施工影响分析

沈阳市南运河管廊采用盾构法施工,管廊区间下穿南北二干线隧道,南北二干线隧道为明挖矩形结构,下部为公路隧道,上部为综合管廊,对变形控制较为严格,工程风险较大.南北二干线隧道建设过程中已对南运河管廊进行规划,并已为管廊盾构区间下穿通过预留条件,采用有限元模拟的方法,计算了管廊盾构区间施工对南北二干线隧道的影响,对既有隧道的...     

采用纵向等效连续化模型的盾构隧道纵向抗震分析

用与盾构隧道纵向变形性能相似的梁单元来模拟隧道结构的特性,建立盾构隧道纵向等效连续化模型,通过理论解析计算得到盾构隧道的等效拉压刚度和等效弯曲刚度。以软土地层中的盾构隧道为例,考虑地震裂度分别为7度和8度时,正弦位移行波在0°和45°方向上入射,采用反应变位法和动力有限元法,分别得到了隧道纵向上的最大拉、压力和弯矩以及螺栓和管片的受力、变形和接头螺栓的最大张开量。     

沈阳地铁盾构隧道设计浅谈

在沈阳已建成的地铁一号线和正在建设的地铁二号线工程中,盾构法施工的隧道里程占总里程的60%以上,其高效性、安全性、经济性在沈阳地铁建设中得到了较好的体现。总结了沈阳地铁盾构隧道设计的成功经验,针对盾构法隧道管片设计、管片拼装、曲线段管片排版与线路拟合等关键问题提出了合理的设计方法与理念,对今后沈阳地铁的类似工程有一定指导意义。     

盾构隧道壁后注浆压力分布模型

为探讨盾构隧道壁后注浆压力在环形盾尾空隙中的传递过程,用旋转粘度计对硬性浆液的流变特性和流变参数进行了测定.试验结果显示,硬性浆液属于宾汉姆流体,其塑性粘度为1~4 Pa.s,动切力介于10~40 Pa之间.用宾汉姆流体描述硬性浆液的流变特性,导出了其注入盾尾空隙过程中注浆压力的传递公式,并用Soph ia隧道的监测结果验证了注浆压力分布模型的合理性.     

大型地下结构下修建盾构隧道模型试验

采用三维相似模型试验，研究了在南京玄武湖公路隧道下新建地铁盾构隧道时，两重叠隧道间的相互影响．试验结果表明：盾构隧道施工对玄武湖隧道周围土体的扰动十分有限，不会产生因下方土体变形过大导致玄武湖隧道出现“漂移”现象；对玄武湖隧道下方土体进行加固和加设抗拔桩后，结构附加内力和变形值明显减小；地表下沉很小，不会造成路面结构破坏．最后，用有限元计算进行了对比分析，表明盾构隧道施工中，玄武湖隧道和盾构隧道是安全的，不需进行特殊处理．     

基于驱替效应的盾构壁后注浆微观模型分析

当盾构隧道位于水位线以下时,为了分析壁后注浆浆液驱动地下水体过程,基于毛细管组渗透理论,将浆液的渗流路径概化为毛细管,考虑牛顿流体浆液驱动地下水(牛顿流体)进行扩散,推导了半球形及柱形模型浆液渗流扩散半径计算式,并讨论了注浆压力、浆液水灰比、地层渗透系数的影响.研究结果表明:浆液扩散半径主要与注浆压力、渗透率、注浆时间...     

盾构隧道壁后注浆浆液毛细管渗透扩散模型

为探讨盾尾注浆扩散半径及管片所受注浆压力的计算方法,将浆液的扩散过程简化为其在土体中大量孔径不均匀的毛细管中的渗流运动,建立了浆液渗透扩散力学模型.基于柱面扩散理论,假定浆液为宾汉姆流体,引入等效孔隙率替代土体初始孔隙率,通过模拟浆液在单个毛细管中的渗透过程,得到了考虑浆液时效性的浆液扩散半径和管片所受浆液总压力的计算式.结合具体实例,讨论了浆液扩散半径、注浆对管片产生的压力与注浆压力和注浆时间的关系.分析结果表明:其他注浆参数相同时,在不同注浆压力和不同注浆时间条件下,浆液对管片产生的压力的增长速率均大于浆液扩散半径的增长速率;当盾尾建筑间隙影响厚度和土体等效孔隙率不变时,浆液流动锋面上毛细管总面积与浆液扩散半径成正比.      

盾构隧道管片力学模型的一种修正方法

为更准确的分析盾构隧道管片的变形特性,对常用的惯用法模型进行修正。并基于修正模型推导管片的位移解析解。结合哈尔滨地铁1#线工程资料,基于修正模型计算管片位移的数值解和解析解,同时计算基于惯用法模型的位移数值解,并将特殊位置处的位移进行对比分析。结果表明,对惯用法模型的修正是合理的,基于修正模型求得的位移解析解是正确的。     

盾构隧道接缝对结构内力的影响研究

盾构隧道结构内力分析常采用修正惯用计算法和梁-弹簧模型,但在没有进行接缝刚度原型试验的情况下,两种方法均无法考虑接缝构造对结构内力的影响。同时又由于原型试验只针对工程实际的接缝构造,因此目前很少探究不同的接缝构造对刚度的影响。针对盾构隧道常用的两种接缝构造,根据接缝处混凝土接触面形心与管片厚度中心线的相对偏离关系,采用调整计算轴线的方法,可以较好地模拟接缝构造对结构内力的影响。同时利用接缝构造对结构内力的影响规律,提出了通过调整接缝构造来优化结构内力的方法。     

盾构刀盘数字化集成设计研究

传统方式对复杂的盾构刀盘参数化模型进行结构分析与优化时,需要大量的手动干预,整个分析过程冗繁且效率低下。针对这一缺陷,提出刀盘结构参数化设计和自动分析与优化的方法。基于参数化盾构刀盘建模系统,通过建立简化规则和评判标准,自动实现盾构刀盘参数化模型简化;应用二次开发原理与数据库技术,开发SolidWorks与ANSYS之间的通用化信息接口,实现参数化设计和有限元分析一体化的功能。算例运行表明:通过输入关键参数,所开发的试验系统不仅可完成整个盾构刀盘的结构设计,而且还能实现其模型的结构分析与结构优化,极大地减少了产品设计和优化的工作量,缩短了其研发周期。