盾构隧道沉降下整体道床变形及层间脱空分析

研究目的:盾构隧道管片沉降引起的整体道床脱空已成为影响地铁安全运营的重要因素。为揭示盾构隧道管片沉降下整体道床力学特性,建立轨道-整体道床-管片衬砌空间耦合有限元模型,并依托北京机场线T2支线东、西两侧线路的管片实际沉降监测数据,分析道床脱空下整体道床的变形以及破坏特征。研究结论:(1)当管片发生局部沉降,沉降波谷位于伸缩缝处时,道床上表面在沉降起始处出现开裂,道床底部两侧小范围会出现开裂;沉降波谷位于两伸缩缝中间位置时,道床上表面会出现大范围的开裂现象,且出现在管片沉降的起始位置,道床底部两侧及管片沉降波谷处会出现开裂现象;(2)当管片发生连续沉降,在两个沉降区的波谷都不位于伸缩缝处时,道床底部会出现大范围的开裂,道床上表面所受拉应力比较小,不会出现开裂;在其中一个管片沉降区的波谷位于伸缩缝处时,道床的两侧小范围会出现开裂,道床上表面会出现大范围的开裂;(3)该研究成果对地铁盾构隧道的养护维修具有一定的借鉴价值。     

二衬厚度对盾构隧道双层衬砌纵向力学性能的影响

盾构隧道作为一种复杂的三维线性地下结构,容易受围岩特性不均等因素影响产生不均匀变形,引发结构局部破坏等病害。为研究双层衬砌盾构隧道在运营过程中的纵向力学行为,结合武汉地铁8号线越江隧道工程,建立纵向三维壳-弹簧力学分析模型,结合工程实际探讨二次衬砌厚度对盾构隧道双层衬砌力学性能的影响,以期获取合理的二次衬砌厚度取值。研究结果表明:(1)盾构隧道双层衬砌结构的纵向等效弯曲刚度随二次衬砌厚度增加呈线性增加;(2)施作二次衬砌可降低隧道纵向不均匀沉降量及管片间的错台量,二者随二次衬砌厚度增加而减小,但幅度不大;(3)在隧道纵向出现极端不均匀变形条件下,施作二次衬砌会导致位移突变点附近部位的管片局部内力及环缝张开量增大;(4)综合分析盾构隧道管片衬砌变形及受力,同时考虑工程造价和二衬是否设置配筋等因素,对于直径12 m级盾构隧道,其二次衬砌厚度建议取20~35 cm。     

施工期盾构隧道管片衬砌裂损病害统计分析

研究目的:针对某地铁盾构隧道工程施工期管片衬砌结构大范围开裂及脱落现象,对管片裂损病害的形态特征、分布规律以及危害程度进行统计分析,以期探明多种施工因素影响下管片衬砌结构的裂损机理,从而为隧道维修养护提供参考。研究结论:(1)管片裂损按照所占比例由大到小依次为:拱顶脱落、纵向裂纹、边角部裂损,拱顶脱落及纵向裂纹是施工期影响管片质量的最主要因素,且管片裂损病害的主要致因包括不良千斤顶推力作用(推力过大和推力不均)、管片错台以及管片环间接触面不平整等因素;(2)纵向前裂纹数量更多、波及范围更广、病害程度更深,是威胁隧道结构承载力及耐久性的最主要病害形式;(3)拱顶脱落对隧道结构的纵向受力特性影响较大,但其发生、发展与管片结构榫槽设置有关,通过对管片参数的优化、调整能够有效降低这一管片病害的发生;(4)该研究对于盾构施工控制具有指导意义。     

铁路盾构隧道双层衬砌结构耐火性能的数值模拟分析

以某铁路盾构隧道为背景,选用RABT和RWS共2种火源曲线,通过数值模拟方法,分析在不均匀温度场作用下,铁路盾构隧道管片及二衬的应力和变形、管片混凝土的劣化深度、裂缝的产生及发展,并与单层管片衬砌结构进行对比,研究铁路盾构隧道双层衬砌结构的耐火性能。结果表明:在2种火源曲线下,无论是否使用防火涂料,铁路盾构隧道单层衬砌结构都无法达到耐火设计标准,而双层衬砌管片的温度远低于250℃的耐火极限;与单层衬砌相比,施作二衬后,管片温度与应力的变化幅度受火源曲线的影响减小,管片的最大主拉应力和主压应力均减小,衬砌结构的整体刚度增加、整体变形减小;衬砌的劣化深度对隧道半径和埋深不敏感,劣化深度为125~150mm;双层衬砌盾构隧道的防火效果较好,但建议二衬的混凝土设计标号不小于C30,设计厚度不小于150mm。     

运营期地铁盾构隧道管片收敛整治过程变形特征分析

结合某地铁区间隧道,研究了运营期地铁盾构隧道管片收敛整治过程中的管片变形特征及其影响。阐述了该区间隧道变形的测量方法与结果。对运营地铁盾构隧道管片收敛整治微扰动施工过程中产生的隧道变形进行了实测,并选取下行线测试数据进行分析。结果表明:自注浆开始至注浆结束,由下行线监测区间微扰动注浆施工引起的隧道管片形状由压扁状逐渐向撑圆状变化;受水平位移和道床沉降影响的隧道管片范围为10环,受收敛位移影响的隧道管片范围为20环;受注浆施工叠加影响,隧道管片最大的水平位移、水平和竖直收敛及道床沉降均发生在注浆区间中部位置。     

铁路隧道病害的综合检测与治理

隧道检测中最关心的问题是利用衬砌厚度、裂损部位、空洞空隙分析、混凝土结构完整性、力学强度、围岩变形等方面的信息,判断工程施工是否达到设计要求,诊断与评价既有衬砌的工作状态与安全性能,分析病害产生的原因,提出病害整治方案。利用雷达扫描沿隧道拱顶、左右拱肩、左右边墙施工5条线连续扫描,声波检测沿拱顶每10m一对测点,数码摄像沿隧道全程连续摄录,对90座隧道进行了全面的病害检测。地质与综合物探检测表明,铁路隧道病害的产生与地质环境、设计与施工有密切的关系,病害整治要针对不同原因制定相应措施。     

背后存在空洞时盾构隧道管片的开裂机理及承载能力分析

为探讨盾构隧道管片背后存在空洞时管片空间受力特征及承载力变化情况,基于扩展有限元原理,采用载荷-结构计算方法,以长沙轨道交通2号线为研究背景,建立隧道衬砌三维计算模型,分别对衬砌结构16点位和2点位背后存在空洞时衬砌结构空间受力特征进行分析比较,根据分析结果,再对衬砌结构2点位背后存在空洞时衬砌结构极限承载力变化情况、开裂形态进行模拟分析。研究结果表明:衬砌结构16点位和2点位背后分别存在沿环向20°,30°和40°范围空洞时,空洞处衬砌应力集中明显,但均未出现开裂现象;随着荷载的增大,管片开裂主要位于管片环8点位和2点位方向,8点位处表现为内侧纵向开裂,2点位处表现外侧环向开裂;空洞的存在明显降低了衬砌结构的极限承载力,当衬砌结构2点位背后存在沿环向40°空洞时,衬砌极限承载力下降了30.68%。该研究可为隧道衬砌裂缝诱因分析、衬砌病害防治与修复研究提供一定的参考与借鉴。     

既有线电气化铁路隧道病害全断面车载检测技术

介绍既有线电气化铁路隧道病害全断面车载检测技术和车载检测系统。车载探地雷达的6组天线辐射面不超过车辆界限,可以80～175 km/h速度采集隧道衬砌结构与围岩结构的雷达回波,并根据雷达回波图像判断隧道衬砌厚度、断裂、错台,围岩破碎、变形,衬砌后面是否有空洞等隧道病害。经现场试验证明可行、有效,可用于隧道衬砌质量和隧道病害普查。     

盾构隧道管片破损及缺陷治理方法研究

盾构隧道管片常见病害包括管片开裂、接缝渗漏水、边角破损和错台等,这些病害经常发生在盾构隧道的建设期和运营期,如不及时有效治理,将会影响隧道运营安全。病害发生有地质、设计和施工诸方面的原因,最主要的原因是施工过程的质量控制不当。文章以以色列特拉维夫红线轻轨盾构隧道管片常见损害及缺陷修复实践为基础,分析各种损害及缺陷产生的原因,提出管片裂缝、边角破损、渗漏水、接缝错台的防止措施、修复和处理方法,以期为以后类似工程项目提供借鉴。     

南京长江隧道管片结构耐火性分析

研究目的:本文以南京长江隧道管片结构为例,对盾构管片环进行三维分析,研究在火灾工况下,受内部不均匀温度场作用下管片结构的应力重分布情况、钢筋安全性、结构变形、裂缝扩展和承载力等变化情况,特别是研究在叠合水土压力条件下,钢筋的应力状况,判断结构的安全性。研究结论:研究结果表明发生火灾后,依靠防火涂料的保护,在2 h内,钢筋混凝土管片衬砌及其内部的钢筋可以安全地承受住250℃高温。本研究对合理选用防火材料以减少工程造价、减小火灾对结构的损伤、延长火灾后盾构隧道的寿命、灾后隧道修复等方面具有重要意义。     

敞开式TBM施工铁路隧道仰拱预制块关键设计参数研究

以敞开式TBM施工特长铁路隧道仰拱预制块结构为研究背景,基于荷载结构设计理论,采用有限元软件ANSYS构建二维平面分析模型,研究了仰拱预制块圆心角、中心水沟沟槽深度、宽度等参数对衬砌结构变形、受力特性的影响规律。研究结果表明:圆心角对仰拱预制块变形、内力影响较小,设计中应根据仰拱预制块拼装技术及轨道结构要求来确定;中心水沟沟槽底至仰拱预制块底部间距h对仰拱预制块变形、内力影响较大,设计中间距h应大于复合式衬砌厚度;扩大中心水沟宽度,可有效降低集中应力值,在满足轨上结构承载能力的前提下,设计中可适当扩大中心水沟宽度来增大隧道排水能力。     

兰渝铁路杨家坪隧道1号横洞工区大变形成因机制探析

通过分析成兰铁路杨家坪隧道1号横洞工区的地层岩性、地质构造、地应力场、工程地质条件及工程设置、施工组织顺序等的基础上,研究1号横洞工区大变形产生的成因机制。结果表明:杨家坪隧道1号横洞工区大变形的产生是各种影响因素共同作用的结果;复杂的地质构造及高地应力条件和软弱破碎的地层岩性条件为其大变形客观成因,而岩层结构面与洞轴线的不利组合、小间距隧道结构和不合理的施组顺序及左右线不对等的支护措施等不利条件为其主观成因。与大变形的主客观成因相对应,其力学机制主要呈现为应力扩容型的构造应力机制和结构变形型的结构面型机制的混合机制。     

海底盾构隧道双层衬砌 柔性垫层研究

针对大连地铁5号线工程梭鱼湾南站单洞双线盾构区间隧道施工建设问题,探讨岩溶发育区海底隧地铁盾构隧道支护技术。考虑岩溶发育地区工程地质情况复杂及在特殊工况,如地震作用下,结构发生附加变形时的隧道安全,提出使用盾构隧道双层衬砌结构及柔性柔性垫层,通过理论分析、数值计算等方法,分析一定强制位移条件下,不同厚度及密度的柔性垫层对盾构隧道双层衬砌结构内力分布的影响。研究结果表明：随着材料密度的增加,隧道外衬所受最大弯矩先减少后增加,而内衬所受最大弯矩先增大后减小。相同密度情况下,随着材料厚度的增加,外衬最大弯矩逐渐增大,内衬最大弯矩逐渐减小。当柔性垫层材料性能适中能提供充分的协调变形空间时,隧道内外衬砌能合理分配结构附加变形产生的内力,从而大幅提高隧道支护的安全性能。     

钢轨-弹性支承块式道床-隧道底板相互作用数值模拟

为研究轨道与隧道结构相互作用规律,建立弹性支承块式轨道与隧道底板相互作用的有限元模型。考虑隧道底板变形方式、最大变形值、沉降槽宽度等影响因素,通过数值模拟计算轨道结构的变形和内力、钢轨与道床板的脱空、道床与隧道底板的脱空。结果表明:由于支承块、道床板、隧道底板之间连接力弱,隧道结构的不均匀沉降可能引起支承块与道床板、道床板与隧道底板间的脱空;钢轨对道床板的约束作用不明显,道床板与隧道结构存在变形差异的原因主要在于道床板自身的刚度;隧道底板最大变形发生在道床板变形缝处时,相比于发生在道床板中部,钢轨与道床板更容易产生脱空;沉降槽宽度越大,轨道与隧道结构的差异变形越小,而轨道结构内力随沉降槽宽度增大呈先增大后减小的趋势。采用实际工点的参数进行计算,得到道床板与隧道底板脱空量为0.8 mm,与实测脱空量1.1 mm相比基本一致。     

衬砌刚度对盾构隧道抗震性能的影响分析

研究目的:提高盾构隧道的抗震性能是保证隧道安全运营、保证人民生命及财产安全的必然要求。盾构隧道抗震减震措施主要有改变衬砌一定范围内围岩的性能和改变结构本身的性能。改变衬砌结构本身性能方面有多种方式,如增加衬砌厚度,改变管片环向或纵向接头方式、改变衬砌刚度等。本文通过数值分析比较不同的衬砌刚度对盾构隧道抗震减震性能的影响,为盾构隧道抗震设计提供参考。研究结论:根据不同衬砌刚度盾构隧道的受力分析,得出单纯提高管片的刚度并不能提高盾构隧道的抗震性能,反而增加衬砌管片的受力。随着隧道衬砌刚度的增加,衬砌结构的位移减少量不足2 mm,因此增加衬砌刚度对约束盾构隧道在地震作用下的变形并不明显。     

装配式明洞隧道拱墙拼装台车设计与施工

根据国内外装配式隧道技术发展现状发现,全预制装配式铁路隧道在国内尚无工程案例,其在实体工程中的应用尚在研究阶段,可供借鉴的经验不多。基于以上背景,本文主要依托星火枢纽工程铁科试车线全预制装配式明洞隧道施工,介绍了全预制拼装明洞隧道拱墙结构、仰拱结构及轨下结构预制块划分,分析了装配式隧道拼装施工难点,针对隧道环向节段划分重量差异大的特点,提出了"龙门吊+拼装台车"拼装方案,并给出了"真园矫正机+节段拼装机"拼装台车设计原理和构造,总结形成了龙门吊辅助吊装、拼装台车对接拼装工艺,以期对类似工程施工提供借鉴和思考。     

南京地铁盾构隧道结构设计

盾构法施工具有安全、环保、高效的优点,在地铁隧道中被愈来愈多地采用。但目前盾构法施工成本相对较高, 其中管片制作费占盾构施工费的45%,因此,管片结构设计时选择合理的设计方法是降低盾构法施工成本的关键。结合南京地铁的地质和水文条件,分析了软土中盾构隧道结构计算方法,以及隧道内径、衬砌类型的选择;介绍了盾构隧道断面裂缝、直径变形、纵环向接缝验算方法。     

高原铁路隧道地段单元式道床板植筋检算

某高原铁路沿线工程与环境条件复杂,正线以铺设少维护且经济性良好的双块式无砟轨道为主.为解决连续式道床板病害多、修补难度大且对基础变形适应性差等问题,拟采用单元式无砟道床结构.然而,道床结构单元化会削弱道床结构的整体稳定性,需采用植筋加强道床与隧道基础间的连接.为确保植筋设置的可靠性与经济性,基于数值分析方法对道床板与隧...     

施工期局部破损对成形管片衬砌结构性能的影响

施工期由于设计不合理、施工控制不当容易导致管片衬砌局部破损,影响成形管片衬砌结构性能。在对施工期管片破损进行致因分析的基础上,以某城市地铁施工期管片破损具体实例为依托,采用构建三维精细化有限元模型的方法,从结构内力、整体位移及破损管片局部应力等方面着手,对正常状态下与破损状态下的管片衬砌结构性能进行对比分析研究,研究提出管片破损导致管片局部刚度弱化,整环管片受力状态发生应力重分布现象,但破损前后管片变形基本无明显变化;管片局部破损导致结构受力出现变化,但其总体量级普遍偏小、结构主体材料仍处于弹性受拉范围内,无须置换管片采取常规加固即可。研究成果对盾构隧道管片破损后的性能评估具有重要指导作用。