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。     

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...     

地表堆卸载对浅覆土盾构隧道影响试验研究

地铁沿线开发利用过程中不可避免地造成紧邻地铁隧道的地表临时堆载,堆载清除后依然会对隧道结构造成不可恢复变形,影响地铁安全运营。现有的研究主要集中在堆载过程引起的盾构隧道变形,缺少堆载-卸载这一完整过程的研究。为探究地表堆-卸载引起的浅覆土隧道变形特性,以错缝无榫槽盾构隧道为原型,使用3D打印技术制作的盾构隧道模型开展砂土地层盾构隧道的浅覆土堆-卸载试验和常覆土堆载试验,分析浅覆土隧道堆-卸载过程受力及变形情况,并对比堆载过程浅覆土隧道与常覆土隧道受力及变形结果。实验结果表明：地表堆-卸载过程引起隧道管环变形由整体沉降和径向收敛2个部分组成。地表临时堆载引起隧道的部分变形是不可逆的,且浅覆土隧道的卸载回弹变形具有一定的滞后性,卸载后,隧道环的不可恢复位移偏移量：拱底>拱顶>拱腰。距离荷载中心越近,截面椭圆化越明显,且拱顶、拱底和拱腰是产生弯矩的峰值处。浅覆土隧道对地表荷载变化更敏感,在地表堆载下产生明显的沉降区,且隧道两端发生翘起现象;常覆土隧道差异沉降相对较小,沉降曲线较平滑。浅覆土隧道受到附加应力更大,但受影响范围要小于常覆土隧道。研究可为地表突发堆载中既有盾构隧道的保护...     

基于弯矩最小化的地铁盾构隧道横断面优化设计分析

盾构隧道在过大弯矩作用下易发生横椭圆变形超限,且纵缝接头易发生结构病害,因此提出尽量减小弯矩的盾构隧道横断面设计理念。首先提出了零弯矩盾构隧道概念,得到其横断面合理轴线的结构力学模型与解析表达式,以及零弯矩盾构隧道横断面关键参数的计算公式。考虑到一条或多条地铁线路只能选用一种盾构隧道横断面,为此给出了基于弯矩最小化的盾构隧道横断面设计方法,即采用加权平均法确定零弯矩盾构隧道横断面设计的土压力参数,并给出了基于弯矩最小化的盾构隧道隧道横断面设计流程。基于弯矩最小化设计盾构隧道横断面的目的是最大限度地减小全线盾构隧道的弯矩,相比传统的圆形横断面,弯矩最小化盾构隧道横断面的弯矩有了大幅度地减小。     

盾构隧道管片结构设计几个问题的探讨

由于国内盾构隧道结构现有计算方法考虑因素不全面、部分计算方法不合理,造成盾构管片配筋量偏大,对管片预制及工程造价都带来很大影响。为提高现有盾构隧道结构设计方法的准确性和可靠性以及优化管片配筋,通过大量的盾构隧道结构计算和工程经验,对多个设计问题进行分析,结果表明:深埋等复杂地质条件下长大盾构隧道结构计算需要考虑管片的环、纵向接头作用;极限状态法没有区分施工和运营工况受力特点等。通过研究提出以下解决方案:(1)采用改进管片接头单元的梁-弹簧模型,结合接头试验对抗弯刚度等取值进行优化;(2)考虑盾构隧道施工阶段为短暂设计工况,运营阶段为持久设计工况进行安全校核;(3)提出纤维梁单元模型,对管片配筋进行校核;(4)提出多种管片配筋优化设计方法,减少钢筋用量。     

盾构隧道管片结构设计中几个问题的探讨

由于国内盾构隧道结构现有计算方法考虑因素不全面、部分计算方法不合理,造成盾构管片配筋量偏大,对管片预制及工程造价都带来了很大影响。为提高现有盾构隧道结构设计方法的准确性和可靠性以及优化管片配筋,通过大量的盾构隧道结构计算和工程经验,对多个设计问题进行了分析,结果表明深埋等复杂地质条件下长大盾构隧道结构计算需要考虑管片的环、纵向接头作用;极限状态法没有区分施工和运营工况受力特点等。通过研究提出了以下解决方案:1)采用改进管片接头单元的梁-弹簧模型,结合接头试验对抗弯刚度等取值进行优化;2)考虑盾构隧道施工阶段为短暂设计工况,运营阶段为持久设计工况进行安全校核;3)提出纤维梁单元模型,对管片配筋进行校核;4)提出多种管片配筋优化设计方法,减少钢筋用量。     

盾构隧道BIM参数化建模软件设计与实现

随着BIM技术在铁路隧道工程领域的飞速发展与应用，为解决盾构隧道三维建模过程繁琐、建模精度不足、建模效率低的问题，提出参数化建模软件研发方案。通过对盾构隧道设计内容和关键技术进行研究，根据核心业务需求，对软件进行整体架构、关键模块和数据库设计，研发盾构隧道BIM参数化建模软件。对盾构通用楔形管片的几何约束和工程约束进行研究分析，建立设计参数与中间推导参数的数学表达式，实现参数间的联动，实现盾构管片BIM模型的参数化创建。然后建立线路数学模型，通过计算高精度线路坐标，完成盾构管片的三维空间定位排版拼装，实现盾构隧道BIM模型的创建。工程应用表明，该软件结构合理，满足盾构隧道建模实际需求，能有效减轻设计人员的劳动强度，大幅提高盾构隧道BIM模型的建模精度和效率。     

卸载工况下盾构隧道结构承载能力的试验研究

在盾构隧道运营过程中,隧道侧部出现的侧压力卸载会对隧道结构的变形产生影响,进而影响到地铁盾构隧道的正常运营。为解决此问题,必须对卸载工况下的盾构隧道的极限承载能力及管片结构的受力状况进行研究。研究的首选方法是足尺试验。对卸载工况下盾构隧道结构承载能力进行了足尺试验,记录了试验现象及相关破坏形式,并分析得到了盾构隧道结构在卸载工况下的受力机理及关键性能点。     

盾构下穿高铁路基模型试验系统设计

为更好地指导盾构下穿既有高铁路基设计与施工,以拟建石家庄轨道交通4号线下穿京广高铁京石段为背景,基于相似比对试验箱尺寸、地层与结构相似材料物理特性、试验监测系统、盾构掘进设备进行研究,使其能够在“盾构-土体-既有结构”系统下开展多种形式研究,为盾构下穿既有高铁路基设计与施工提供技术支持。结果表明,设计较大室外模型试验时,为保证材料填筑及后期试验对试验箱不产生较大侧向变形影响,模型箱应采用较大刚度材料制作;结构相似材料配制中弹性模量对试验影响较大,结构相似材料配制以控制弹性模量为主,最终选取325R水泥、细砂、橡胶粉与聚丙烯纤维配制结构材料;隧道埋深是影响既有高铁路基竖向位移的主要因素,因此可在其他条件不变情况下,改变隧道拱顶距管桩底部距离,改变“盾构-土体-既有结构”模型,探究埋深对既有高铁路基竖向位移的影响。本试验设计可为类似模型试验的开展提供参考。     

铁路山岭隧道BIM设计应用研究

以铁路山岭隧道为研究对象,通过广泛调研提出了铁路山岭隧道BIM设计技术路线,结合"武襄十"铁路王家庄隧道BIM设计实践,详细论述了铁路山岭隧道BIM设计流程。实践表明,利用BIM技术构建3D模型,可以直观、准确地再现隧道与地质构造、附属结构等的空间关系,避免了常规二维设计的差错漏碰现象;通过三维可视化模型输出二维图纸及进行隧道工程数量统计保证了二维图纸相互关系的正确性及工程数量的准确性。通过应用研究初步实现了BIM与GIS系统结合,并引入FLAC3D软件对BIM隧道模型结构受力进行了三维数值模拟分析。     

人工湖积水对下方地铁盾构区间结构变形影响分析

为明确下穿人工湖地铁盾构隧道结构下沉变形原因,并对变形后盾构隧道结构安全进行评估,以某人工湖受极端天气影响水位快速上升后,下穿人工湖的地铁盾构隧道产生沉降为例展开研究。首先通过荷载结构模型对盾构隧道强度进行验算,然后采用地层结构模型模拟盾构隧道上方堆载及卸载工况对盾构隧道变形的影响,并与现场监测数据进行对比分析。结果表明：人工湖水位上升为盾构隧道变形下沉的主要原因,产生变形后隧道结构自身承载能力及裂缝宽度均满足设计和规范要求,盾构隧道结构自身是安全的,同时对人工湖抽水后隧道上浮值进行预测,盾构隧道结构在上浮后仍然处于安全状态,研究成果可以为后续人工湖及地铁隧道处理措施提供参考依据。     

地铁盾构隧道管片流水线生产智能化技术

传统的地铁盾构隧道管片生产存在施工效率低、花费劳力多、工作强度高、测量不精准、管片质量不稳定等问题,严重影响地铁工程质量和施工进度。文章通过对地铁盾构隧道管片生产流水线进行智能化设计优化,借助现代物联网信息技术,打造地铁盾构隧道管片生产物联网平台,开发地铁盾构隧道管片预制管理系统,实现对地铁盾构隧道管片生产全过程信息数据的有效采集、科学分析及管片质量可追溯;通过引入地铁管片钢筋骨架自动焊接机器人、自动化抹面机器人,并采用高精度光学追踪3D扫描技术检测地铁管片外形尺寸,能够有效提升地铁盾构隧道管片的生产效率、成品质量、检测效率和检测精度。     

隧道抗震设计中反应位移法与时程分析法的对比分析北大核心

针对目前我国实行的《城市轨道交通结构抗震设计规范》,以西安地铁某号线为背景,基于盾构地铁区间隧道抗震设计方法—反应位移法与时程分析法的基本原理,对盾构地铁区间隧道进行了抗震分析。通过分析比较两种方法所得出的内力与关键节点水平位移,说明反应位移法和时程分析法在抗震设计中均具有适用性,两种分析方法可互相参考验证。     

隧道抗震设计中反应位移法与时程分析法的对比分析

针对目前我国实行的《城市轨道交通结构抗震设计规范》,以西安地铁某号线为背景,基于盾构地铁区间隧道抗震设计方法—反应位移法与时程分析法的基本原理,对盾构地铁区间隧道进行了抗震分析。通过分析比较两种方法所得出的内力与关键节点水平位移,说明反应位移法和时程分析法在抗震设计中均具有适用性,两种分析方法可互相参考验证。     

基于梁-非线性弹簧模型的盾构隧道管片环极限变形特征研究

管片环极限变形特征是盾构隧道结构设计的关键控制指标和结构安全监测的重要依据。已有的接头弯曲加载试验表明,当弯矩较大时,接头变形具有明显的非线性特征。针对上海地铁区间盾构隧道管片环内的无衬垫式接头,建立其力学模型并推导其变形解析式,得到一定轴压作用下接头变形非线性特征的定量化描述,将其与试验数据对比,验证接头力学模型和变形解析式的工程适用性。基于非线性弹簧单元建立管片环梁-非线性弹簧模型,采用有限元方法对考虑外荷载及接头自身性能等因素不确定性的各工况管片环极限变形特征进行计算分析,根据分析结果提出对盾构隧道管片环结构设计及运营期结构安全监测提出建议。     

复合腔体加固盾构隧道结构承载能力的试验研究

采用足尺试验的方法对复合腔体加固盾构隧道整环极限承载力的力学特性进行研究,试验模拟盾构隧道在上部堆载作用下的静力加载试验,通过分析结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载能力等,总结出复合腔体加固方法作用下的结构力学性能及结构破坏的关键性能点。试验结果表明:复合腔体加固方法可以有效的提高盾构隧道的极限承载能力和刚度。该加固方法具有快速轻型的特点,这将是未来盾构隧道整环加固的一个全新方法。     

堆载诱发盾构隧道病害及结构安全分析

研究目的:上方堆载是诱发超浅埋地铁盾构隧道过大沉降、过大椭圆度和隧道出现开裂等病害的重要外部因素。本文详细介绍了某盾构隧道在两次堆卸载过程中发生的沉降和出现的隧道病害现象,通过开展隧道病害现状调查,结合隧道沉降和椭圆度监测数据分析,应用三维精细模型分析盾构隧道结构受力及其损伤情况,初步讨论该盾构隧道的结构安全状态。研究结论:(1)盾构隧道沉降规律、椭圆度大小和隧道病害分布规律与隧道上方的两次堆载高度、分布范围以及堆载时间存在显著的相关性;(2)对应于浅覆土3. 7 m部位堆土高达6 m的盾构隧道三维精细仿真分析结果表明,环向连接螺栓受力处于弹性阶段,纵向接缝张开量在预警值1 mm内,拱部和道床下方管片出现部分受拉裂缝,仿真结果与现场调查发现的隧道裂缝分布规律基本相吻合;(3)本研究成果可为类似工程控制隧道上方超载和判断盾构隧道结构安全提供参考,并可为后续即将进行的邻近深大基坑设计及施工控制提供基础资料。     

砂卵石地层盾构法隧道施工技术

盾构法在砂卵石地层地铁隧道施工中应用不多。结合工程实例，介绍其设计和施工要点、土压平衡盾构技术、盾构隧道管片衬砌结构的截面内力计算、盾构刀具与欠压推进处理技术等。     

基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站的结构方案及其关键节点受力和变形

针对北京地铁14号线将台车站结构方案存在的不足,提出1种基于大直径盾构隧道扩挖地铁车站的塔柱式结构方案,并建立三维非连续接触模型,研究塔柱式结构关键节点的受力和变形.结果 表明:盾构隧道和车站2边主体结构的施工,对管片纵缝的张开和错台影响显著,但对管片环间错台影响不明显;横通道施工对管片纵缝的张开和错台影响较小,开口环...     

荷载变化条件下不同深度榫槽对隧道结构承载性能的影响

为了研究盾构隧道接头部位的榫槽深度对盾构隧道承载性能的影响规律,考虑纵缝榫槽等结构的细部构造,建立三维精细化盾构隧道数值模型进行计算分析,并与足尺试验进行对比验证。结果表明试验及数值的数据基本吻合,采用该模型计算是合理可行的。研究结论:(1)正常承载及超载情况下截面弯矩和轴力对纵缝榫槽深度改变不敏感,当隧道结构遭遇极为严重的卸载情况时,截面弯矩和轴力才表现出随纵缝榫槽深度增加而增大;(2)卸载情况下不同纵缝榫槽深度对应的隧道结构横向、竖向收敛变形均显著大于超载情况;(3)增加纵缝榫槽深度可在一定程度上提高隧道结构抗变形能力,但当榫槽深度超过20 mm后,再增加榫槽深度对提高隧道结构承载力无明显效果。