盾构隧道衬砌内力计算模型比较分析

详细论述了盾构隧道衬砌结构设计中常用的两种计算模型:匀质圆环模型和梁-弹簧模型;结合目前正在施工的武汉长江隧道工程实例,比较了这两种模型的计算结果。     

考虑接头影响的盾构隧道地震响应分析

为探明地震作用下盾构隧道管片接头与拼装方式对其横断面地震内力及变形的影响,分别针对匀质圆环模型以及梁—弹簧模型开展反应位移法计算,对不同转角错缝拼装管片环的地震内力与变形进行对比分析。研究结果表明:两种模型计算所得衬砌横断面地震弯矩、轴力均呈反对称分布,在左右拱肩、拱脚部位出现最大值,地震剪力呈近似对称分布,整环内力图在管片接头处出现内凹或突变;与匀质圆环模型相比,梁—弹簧模型因考虑了管片接头与拼装角度造成地震内力计算结果相差20%左右,变形值则最大可造成40%以上的误差。综上可知,盾构隧道接头对其地震内力分布以及接头处变形均影响显著,采用匀质圆环模型计算管片转角时存在较大误差,当需要精确求解时该模型不再适用。     

深埋双圆盾构隧道的横向地震响应特性研究

阐述反应位移法的基本原理和深埋双圆盾构隧道的地层荷载模式,并基于反应位移法和梁弹簧模型,对双圆盾构隧道仅受静载和静载与水平剪切地震荷载同时作用下结构的变形和内力等动力响应特性进行研究。分析表明:与对称静载作用下相比,在静载与地震荷载同时作用时,结构的变形和内力不再是对称的;弯矩和变形走势基本一致,两洞各自上半圆的迎地层位移侧和下半圆的背地层位移的衬砌基本都有向洞内的位移和内侧受拉的弯矩,两洞各自上半圆的迎地层位移侧和下半圆的背地层位移的衬砌基本都具有相反方向的位移和弯矩,与中柱底部连接处的弯矩集中现象得到消除;衬砌的轴力不再是全部为受压值,而是出现大范围受拉的情况,且拉力值较大,中柱的压力值减小十分明显;与中柱连接处的剪力集中现象消除明显,远离中柱处的管片衬砌剪力绝对值增大明显。     

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。     

地铁盾构隧道管片接头刚度影响因素研究

在对我国地铁单线区间盾构隧道衬砌结构及内力统计分析的基础上,引入面-面接触单元和衬垫单元,采用三维有限元手段对盾构隧道管片纵向接头在不同轴力、弯矩、偏心矩、螺栓预紧力、管片尺寸、衬垫厚度和螺栓位置下的接缝端面转角和接头抗弯刚度进行了深入研究,通过-θM关系曲线和三维图形曲线分别揭示和探讨了不同影响因素单独和共同作用下的接缝转角和接头抗弯刚度变化规律。     

盾构隧道管片接头抗弯刚度的三维数值计算

管片接头是装配式盾构隧道的关键部分,其抗弯刚度对管片环的内力及整体性能均有重要的影响,使得接头抗弯刚度的取值显得尤为重要.本文以广州地铁盾构隧道使用的管片为研究对象,采用三维有限元法,利用通用有限元软件ADINA,在建立精细有限元模型的基础上,计算得到正负两方向及不同偏心距荷载下接头变形的特点和接头的抗弯刚度.从而可知,正弯曲刚度具有一定的非线性性质,线性回归得到的刚度量值为1 236.7kN·m/rad;负弯曲刚度曲线为线性,线性回归得到的刚度量值为2 295.1 kN·m/rad.接头刚度受接头内力组合的偏心距影响,偏心距越大,接头刚度越大.在接头的模拟计算中,有必要建立和实际相同的数值模型,从而避免各种误差.     

双圆盾构隧道施工力学行为三维数值模拟

结合上海轨道交通M6线双圆盾构区间隧道工程,应用有限差分程序FLAC3D分析双圆盾构隧道施工力学行为,对双圆盾构施工扰动引起的土体位移场特性进行监测与数值模拟对比分析.分析表明,数值模拟结果与监测值基本吻合.双圆盾构施工扰动土体位移场特性与单圆盾构类似,但影响范围、量值更大.对于深层土体,计算所得的最大沉降、隆起值分别为-0.042 m、0.08 m,对于浅覆土地层,隧道开挖后,易出现整体上浮现象,隆起值达0.03 m.双圆盾构施工扰动所引起的深层沉降、侧向位移还需要进一步研究.所得结论为进一步研究异形盾构施工环境土工影响提供参考.     

狮子洋水下盾构隧道衬砌结构受力的现场测试与计算分析

以狮子洋水下盾构隧道为背景,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变化规律。并采用三维壳-弹簧计算模型对大断面宽幅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:施工期管片衬砌脱环后容易形成无水压环箍作用下土体偏压状态;施工后期水、土压力长期随时间增长,结构内力随之增大,结构轴力较弯矩增幅明显。三维壳-弹簧计算模型适应大断面宽幅管片衬砌结构计算。试验和数值计算结果在量值和分布规律上一致。封顶块处弯矩较小,其弯矩由临近环衬砌结构承担;受环间接头错缝效应影响,幅宽边缘靠近衬砌结构纵缝处轴力发生突变。     

盾构隧道衬砌结构计算模型探讨

研究目的:目前被工程界广泛采用的隧道拱底为压缩弹簧形式的衬砌结构计算模型,缺少相应的理论支撑,得到隧道拱底处相对较小的衬砌内力,以及隧道拱底的沉降变形趋势,与实际情况不符,且可能导致拱底处衬砌结构安全系数偏低。为了进一步加强衬砌结构设计的准确性与可靠性,对不同的衬砌结构计算模型展开对比分析,指出该模型被广泛采用的根本原因,并提出合理的计算模型。研究结论:(1)隧道拱底的地基反力形式与拱底位移趋势密切相关,当拱底呈隆起变形时,地基反力仅由反作用力组成,当拱底呈压缩变形时,地基反力由反作用力与地基压缩抗力两部分组成;(2)对于盾构法隧道,应采用拱底为反作用力形式的衬砌结构计算模型,该模型能准确地反映衬砌的受力特点与位移趋势,可以有效克服隧道拱底处安全系数不足的隐患;(3)提出了基于拱底地层位移趋势的拱底作用力形式以及相应的荷载-结构计算模型;(4)研究成果可用于盾构法隧道、矿山法隧道、明挖或暗挖的地铁车站等地下工程。     

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。     

盾构隧道建筑物相互作用规律研究及其施工风险分析

城市地铁隧道在穿越建筑物前一般要进行施工方案安全性评价,对施工引起的地表建筑物安全性进行评估并提出相应的加固和控制措施,从而确保隧道上方建筑物与隧道自身的安全。以杭州地铁1号线某区间隧道为工程背景,采用FLAC3D对盾构下穿房屋施工过程进行数值模拟,并与现场监测数据进行对比分析。研究表明,盾构掘进引起的地表沉降主要发生在盾构机前方1D和后方2D(D为洞径)的范围内,由于建筑物的存在,改变了地表沉降等值线原有的扩散形态,使得建筑物所在区域等值线较为密集,且施工完后隧道的"双凹槽"并非完全与隧道轴线重合。最后对现场施工过程中可能遇到的一些风险因素进行分析,并提出了相应的控制措施以确保建筑物和隧道本身的安全。研究结果可以为盾构成功穿越建筑物提供科学有效的技术支持,并且为类似工程的施工提供一些技术参考。     

南京长江隧道盾构始发井结构分析

南京长江隧道盾构始发井基坑深22.95 m,平面尺寸为44.9 m×22.6 m,为超大深基坑。该基坑采用地下连续墙、混凝土支撑与钢支撑组合支护方案,连续墙与结构侧墙采用叠合墙结构,其结构体系复杂、工况多、空间效应明显。合理的结构分析方法是始发井设计成功的关键,通过结构分析研究以指导完成设计。采用弹性支点杆系有限元法、荷载-结构二维均质弹簧有限元法、荷载-结构三维有限元法来分析盾构始发井的围护墙、支护结构体系和主体结构,解决始发井结构分析方法问题,并指导完成了南京长江隧道盾构始发井结构设计。     

宜万铁路石院子隧道坍塌病害原因分析及整治

系统分析宜万铁路石院子隧道坍塌病害产生的地质原因及其形成的机理,在此基础上提出综合整治设计原则,介绍综合整治措施及其效果,并由此提出值得思考及借鉴的经验教训。     

客运专线铁路长大隧道仰拱衬砌采用简易栈桥施工技术及经济分析

隧道仰拱施工方法较多,由于客运专线铁路隧道比以往隧道安全性、耐久性和防水性等要求更高,如将以往的施工方法应用在客运专线铁路隧道施工中将不能满足其特殊性要求。为满足客运专线铁路特殊性及《客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准》的要求,通过采用隧道仰拱栈桥施工技术很好地解决了以往仰拱施工方法的不足,提高了隧道仰拱施工速度,满足了隧道工期要求,同时解决了混凝土整体浇筑的难题。     

桃树坪隧道深井降水技术

兰渝铁路桃树坪隧道在开挖过程中,出露的地层主要为第三系粉细砂岩和胶结松散的圆砾土,含有大量的地下水,由于这种特殊的地质条件致使隧道开挖时坍塌严重,钢架架设困难,支护段变形开裂时有发生,严重影响了施工安全和进度。针对这个问题,经过认真分析研究,先后采取了一系列的加强措施和辅助措施。在桃树坪隧道出口段,采取深井降水措施,有效改善了施工环境和施工条件。在此,对深井降水技术做一阐述,以期为今后类似工程提供借鉴。     

新建隧道施工对既有隧道的影响分析及处理措施

大理至丽江高速公路龙翔隧道上跨广大铁路浴龙山隧道工程,与既有隧道衬砌最小净距为19.6 m,属浅埋大跨隧道上跨既有隧道工程。根据经验法,分析了新建隧道对既有隧道的影响。借助数值分析方法,分析了既有隧道受影响的规律,把握了影响分析的重点。根据经验及数值模拟结果,提出既有隧道比较合理的变形预警值和容许值,既有隧道受影响的位置、范围及尺寸,并提出新建隧道施工时,既有隧道的加固处理措施和意见。     

关角隧道越岭区区域地应力特征分析及应用

从区域构造特征、震源机制解及水压致裂法等方面分析和实测了关角隧道越岭区的地力特征,并对与地应力有关的岩爆、软岩变形等地质问题进行了全面的阐述与评价.     

木寨岭隧道越岭区区域地应力特征分析及应用

介绍了新建铁路兰渝线木寨岭隧道越岭区地层多变、构造复杂的区域地质特征,分析了该越岭区以高一极高地应力为主的区域地应力特征.通过钻孔内实测数据的分析,重点介绍了水压致裂法在地应力测试中的应用方法,并对以往工程施工及运营中灾害频发且危害最为严重的岩爆、软岩变形等地质问题,结合本隧道工程的地应力特征进行了阐述与评价.     

干庆隧道深井降水技术

大西铁路客运专线干庆隧道穿越富水砂土地层,极易引起流砂、涌砂及涌泥现象,严重影响隧道施工安全及质量。主要介绍该隧道降水技术方案的确定思路及方法,以及通过分析比对确定地下水位补偿方案,最大程度恢复地下水资源。     

秦岭东梁隧道水文地质特征分析及涌水量预测

秦岭东梁隧道地处秦岭高中山区,为西安至成都客运专线关键性控制工程之一,全长14．834km,工程地质及水文地质条件均较为复杂。在野外勘察的基础上,结合深孔抽提水试验资料及物探V8资料,采用地下水径流模数法及地下水动力学法对隧道涌水量进行了计算预测,为隧道设计和施工提供依据。