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。     

土质地层中盾构隧道垂直荷载计算方法探讨

研究目的:目前盾构隧道计算中常用的荷载计算方法和现行隧道设计规范中采用的荷载计算方法有所区别.本文对土质地层中盾构法隧道结构设计时采用的垂直荷载计算方法进行了探讨,通过对不同荷载计算方法进行定量和定性的对比分析,并分析了不同方法计算结果与实测数据的吻合程度,提出了较为实用的垂直荷载的计算方法,可作为对现行规范中隧道荷载计算方法的补充.研究结论:铁路及公路隧道规范中推荐的垂直荷载计算方法对土质地层中盾构隧道不太适用;对于软粘土地层,可采用全土柱荷载模型计算垂直土压力,对于其它土层,不论覆土厚度大小,均可按泰沙基坍落拱理论计算垂直土压力,但在砂性土地层需水土分算.     

基于壳单元的盾构隧道参数化结构计算与验证

三维壳单元较二维梁单元能更精细地模拟管片结构受土体作用下的力学行为。为了推广三维壳单元隧道结构计算模型在大直径盾构隧道结构计算中的应用,提出基于壳单元的参数化隧道结构建模方法(Shell element-based Parametric Tunnel Structure Modeling,SPTSM)。SPTSM基于隧道中轴线及截面半径参数,能自动生成由壳单元所组成的隧道模型。在模型中,相邻环之间的壳单元公共边被定义成线性铰,以此模拟管片环缝间的接头刚度;管片纵缝间的接头刚度通过均质圆环法引入折减系数进行替代;壳单元节点被施加荷载压力、地层弹簧及约束支座,以模拟管片结构与围岩之间的力学行为。SPTSM提供了结构自动建模算法和壳单元节点荷载的自动计算算法,并通过调用Karamba3D有限元结构计算内核,实现盾构隧道结构的建模-计算一体化。将SPTSM应用于杭州某大直径盾构隧道工程76 m区间段,对比结构变形的计算和实际检测结果,验证SPTSM的合理性。SPTSM能自动建立精细的三维壳单元盾构隧道结构模型,并同时完成荷载压力、地层弹簧、线性-铰刚度以及约束支座的布置和设定。对比点云扫描的结...     

盾构隧道施工轴线纠偏计算方法

地铁隧道采用盾构法施工时,受到各种因素的影响,盾构机及隧道衬砌环的轴线会偏离设计轴线。此偏差甚至会超出允许范围,从而引起隧道施工以及运行的安全隐患。针对此问题,总结了产生轴线偏差的各个影响因子,并提出了一种有效的纠偏方法。阐述了该纠偏技术的原理和实施方法。     

盾构隧道结构长期沉降研究综述

从已经出版的文献中可以发现,目前对盾构隧道沉降的研究主要集中在施工期隧道结构和地层的短期沉降及地层的长期沉降,但对隧道结构长期沉降研究的成果却不多.为着眼于隧道结构长期沉降的研究,首先分析了隧道结构长期沉降的主要因素,并对8个主要因素分别进行了讨论,对各因素的影响程度进行了定性的比较;然后对目前隧道结构长期沉降的研究方法及预测方法进行了总结,并对目前研究的不足之处进行了讨论.     

盾构隧道加固用复合型材承载力计算方法研究

复合型材是一种应用于盾构隧道加固的新型结构材料,由碳纤维包裹空腔钢管后进行压力注浆形成。通过精细有限元数值模拟,定量分析了复合型材各性能参数的影响规律,明确了复合型材承载力指标的关键参数。在此基础上,推导了复合型材承载力的计算公式,并通过构件试验进行了有效性验证。     

卸荷条件下盾构隧道变形的简化计算方法

开挖卸荷导致已建下卧盾构隧道发生受力变形是城市基础设施建设面临的热点和难点问题。提出了一种盾构隧道在上方卸荷作用条件下横向变形的简化计算方法,假设隧道横断面上下方土体抗力的分布形式为不相等的三角形分布,利用力法求解隧道横断面变形,通过将隧道整体隆起与隧道横断面变形叠加获得隧道最终变形,并通过工程实例分析验证该简化计算方法的有效性。研究表明,提出的计算方法简单、便捷,且具有较好的精确度,可应用于工程实际。     

盾构隧道管片连接螺栓设计计算方法探讨

盾构隧道中管片连接螺栓是个重要的结构受力构件,施加于螺栓上的预紧力使管片缝间防水密封垫形成接触压应力而具有防水能力,同时,螺栓还承受着接缝面上水土压力或地震作用而产生的拉应力,现有设计规范对管片连接螺栓的设计配置无明确规定,造成设计和施工中的无章可循。文章就管片连接横向螺栓、纵向螺栓、螺栓预加力和螺栓安装扭矩等设计计算理论和计算方法进行探讨。     

盾构隧道注浆抬升对隧道结构内力的影响分析

采用注浆抬升技术治理盾构隧道不均匀沉降时,注浆产生的附加应力会增加管片内力,对隧道的长期服役性能造成影响。以宁波地铁某区间盾构隧道不均匀沉降治理工程为背景,通过对比现场实测数据与有限元模拟的结果,验证了有限元计算的可靠性,并在此基础上分析了有无内部支撑体系、不同注浆范围及注浆顺序情况下隧道结构内力的变化。分析模拟结果发现,内部支撑体系可有效减小隧道结构变形及附加内力;采用由近及远、先中部后两侧的注浆顺序,并尽可能扩大横向注浆范围的情况下,隧道产生的附加内力较小。     

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。     

盾构隧道近距离侧穿桩基的数值计算与分析

采用三维有限元的方法对盾构隧道近距离侧穿桩基施工进行模拟,分析盾构机动态掘进时既有桩基变形和附加应力的变化规律,模型中实现了对盾构施工过程的模拟。计算结果表明,盾构隧道施工时,既有桩基将产生沉降、倾斜和附加应力。对桩基的变形和附加应力影响最大的是盾构位于桩基前方1D到盾构位于桩基后方1D这一区段,增加掘削面推力将会增加盾构机通过时桩基的倾斜值,但对桩基的最终倾斜值的影响不显著。     

MUIR WOOD公式法在盾构隧道中的运用

目的:以杭州地铁2号线钱塘江盾构隧道为工程背景,利用MUIR WOOD公式法对其盾构隧道的管片结构进行受力分析.结论:(1)在10～29 m埋深时,Muir wood公式法和有限元法两种方法的计算结果随着隧道埋深的增加,量差百分比逐渐减小.尽管埋深在10 m范围内计算结果偏大,但仍能满足工程设计要求.(2)尽管Muir...     

邻近地铁盾构隧道的深基坑支护分析

佛山市岭南天地项目大型深基坑在紧邻盾构隧道侧采用“地下连续墙+后排桩+竖向混凝土斜撑”支护结构,并对基坑土体进行加固。结合场地地质条件及基坑施工特点,采用有限元方法分析深基坑施工过程及其对支护结构与隧道结构变形的影响,论证了支护结构的可行性,并将模拟结果与实测数据进行了对比分析。研究结果表明：采用的支护结构与基坑土体加固措施一起形成“加强型门式刚架”的复合支护结构,整体共同作用明显,支护效果较好,计算结果与实测数据基本吻合。     

轨道交通盾构隧道盾心计算方法探讨

通过对轨道交通曲线段盾构中心线相对线路中心线横向、竖向偏移的几何关系及分析,提出盾构中心线的平面、纵断面线形设计计算的方法。     

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。     

盾构管片计算模型的选择

归纳总结目前盾构管片的计算模型 ,结合工程实例对采用不同计算模型所得的计算结果进行比较分析 ,提出一些有关盾构管片计算模型选择的合理化建议     

盾构隧道下穿铁路箱涵结构变形特征分析

文章应用三维有限元法,分析盾构隧道下穿引起的既有铁路路基及箱涵结构变形,结果表明,铁路路基沉降规律大致符合Peck曲线,但由于箱涵结构的存在,沉降曲线左右不对称;箱涵最大竖向变形2.4 mm,路基最大竖向沉降3.95 mm。     

类矩形盾构隧道与圆形盾构隧道振动特性对比分析

以宁波地铁3号线一期工程采用的类矩形盾构隧道为研究背景,分别建立类矩形盾构隧道和圆形隧道有限元模型,并对两种隧道结构的振动特性作了对比分析。研究结果表明:与圆形盾构管片相比,类矩形盾构管片自振频率更高,对控制管片结构与轮轨振动的共振更为有利;无论是道床中心、隧道壁还是线路正上方的地面位置,类矩形盾构隧道的振动水平均要小于圆形盾构隧道;当振动由隧道壁向地面传递时,圆形盾构隧道的振动衰减得更快;考虑地铁设计选线因素,在地面建筑敏感点位置,类矩形盾构隧道可以减少Z振级3～6 dB。类矩形盾构隧道在自身结构和线路规划等方面对地铁振动的控制均具有优势。     

地铁盾构隧道与矿山法隧道接口段抗震计算研究

为确保地裂缝条件下地铁盾构隧道与地裂缝设防段矿山法隧道接口抗震设计满足要求,采用数值模拟与理论分析相结合的方法,针对西安地铁5号线某区间盾构隧道与地裂缝设防段矿山法隧道接口部位进行横向地震作用时程分析,并与横向地震作用的反应位移法结果进行对比,结合现有理论及规范,分析地铁隧道接口处的抗震性能及合理的计算方法,发现对于结构断面形式突变的地下结构,宜采用反应位移法进行强度及变形计算,同时采用时程分析法进行校核,明确了不同断面接口两侧隧道横向剪切刚度的差异是导致位移与变形差异的主要原因,同时提出减震层、管片柔性结构与弹性垫圈、变形缝以及加强钢筋与后浇环梁等抗震措施,在高烈度地区还可考虑将矿山法隧道设计为圆形或类圆形断面以提高整体抗震能力,研究结论可为类似工程提供参考。     

上下重叠盾构隧道管片内力数值计算分析

为了充分掌握地铁小净距上下重叠盾构隧道管片的内力变化规律,以深圳地铁3号线老街站—晒布站区间重叠盾构隧道为背景,采用数值模拟进行上下重叠盾构隧道管片内力计算分析。通过对单洞和重叠盾构隧道不同工况下的内力变化、两重叠隧道管片内力在不同地层损失率下的变化特征的模拟计算,表明近距离上下重叠盾构隧道在施工过程中相互"卸载"作用明显,重叠盾构隧道较单洞内力有所减小。综合考虑重叠盾构隧道的近接施工影响、地表建筑物沉降,结合深圳地区已施工完成工程的经验,最终确定按20%的释放率进行管片内力计算。