荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型

为探讨盾构隧道管片结构的空间力学行为，采用厚壳、弹簧、空间实体和接触单元分析盾构隧道管片衬砌的内力状态，提出了荷载-结构模式的壳-弹簧-接触模型．该模型考虑了管片间接缝处的挤压作用、管片与螺栓接头之间的咬合作用、地层对管片的径向与切向抗力作用、环向接头的正负抗弯刚度差异以及封顶块的插入角等因素．算例表明，壳-弹簧-接触模型与梁-弹簧模型的计算结果相差较小；轴力和剪力在壳体上的分布具有明显的空间性．     

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...     

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.      

类矩形盾构隧道衬砌结构设计模型研究

为了得到适用于类矩形盾构隧道结构设计模型,通过整环足尺试验模拟类矩形盾构隧道在正常运营工况下的实际受力,得到试验结构的变形和内力,采用等效刚度模型和梁-弹簧模型对试验结果进行分析,得到有效的类矩形盾构隧道结构设计参数. 结果表明:采用等效刚度模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型,难以得到同时符合结构长短轴变形的管片刚度折减系数;采用梁-弹簧模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型,结构变形和结构内力计算结果和足尺试验结果较为匹配,能真实反应类矩形盾构隧道结构受力,选用梁-弹簧模型作为类矩形盾构隧道结构计算模型更为合理,所研究类矩形结构管片接缝的抗剪刚度建议为341 × 106～368 × 106 N/m;负弯矩接缝抗弯刚度建议为114 × 106～491 × 106 N?m/rad,正弯矩接缝抗弯刚度范围为85 × 106～177 × 106 N?m/rad.      

砂卵石地层下伏膨胀岩土盾构隧道结构内力特征

成都地铁二号线区间盾构隧道局部穿过砂卵石下伏膨胀岩土地层,为获得下伏地层膨胀荷载对盾构隧道衬砌结构内力的影响规律,采用数值方法分析了下伏地层在不同范围发生局部膨胀时对衬砌结构外侧压力的影响.通过现场测试得到了盾尾注浆时和隧道贯通后衬砌结构荷载及内力的分布规律,并与不同膨胀荷载下结构内力的计算结果进行了比较.研究表明:膨胀圈厚度及范围对膨胀后压力增量的影响较小,膨胀力对压力增量的影响较大;局部膨胀荷载的存在将增大管片结构弯矩,对结构受力不利,负弯矩是下伏膨胀岩土地层盾构隧道结构设计的控制因素.计算砂卵石下伏膨胀岩土地层中盾构隧道结构内力时,应考虑膨胀荷载的影响,膨胀荷载可采用数值分析等手段确定.      

大连地铁叠落区间隧道施工相互影响分析

在已建地铁盾构隧道上方近距离施工暗挖矿山法隧道时,施工中采用弱爆破方案和机械开挖相结合的方式来保证下方盾构隧道的安全。选择多种弱爆破方案进行实验,把爆破动荷载转化成静荷载来简化对盾构管片的受力分析,根据盾构管片的结构计算结果和爆破振动的监测情况,控制爆破振速在允许范围内。计算结果表明,暗挖矿山法隧道上台阶可以采用弱爆破方法施工,有效减少机械开挖隧道长度,缩短工期,保证相邻盾构隧道的安全。     

地铁盾构隧道穿越既有铁路隧道的数值模拟

以无锡地铁某盾构隧道区间穿越既有铁路隧道为工程实例,基于Ansys数值软件建立3维力学模型,从盾构隧道施工过程中的盾构推力、注浆压力、施工工况、相邻隧道间距4个方面对盾构隧道施工引起的既有铁路隧道的结构变形和受力规律进行了数值模拟,并分析了既有隧道变形的机理和影响因素。     

双盾构隧道小净距上跨引水洞掘进过程风险分析

杭州地铁SG3-3号线支线双盾构隧道上跨杭千(杭州-千岛湖)引水洞,竖向最小净距为3. 03m。利用ABAQUS2018有限元分析软件对盾构机跨越引水洞掘进过程中的双盾构隧道开挖支护进行全程仿真计算,并将计算数据与理论计算结果进行对比分析。结果表明,盾构双隧道开挖完成后,双隧道顶拱产生较大的沉降,最大沉降量为13. 2mm。双盾构隧道掌子面掘进至引水洞临近位置,下伏引水洞管片产生微小下沉,掘进至交叉断面正上方则开始上浮,并且上浮量随双线盾构隧道继续掘进而增大,最大上浮量为1. 29mm(属安全范围),开挖完毕后,管片上浮量有所回落并趋于稳定。     

盾构隧道下穿既有地铁区间隧道变形影响分析

针对深圳地铁7号线某区间盾构隧道下穿既有地铁1号线区间实际工程,采用MidasGTS软件建立了盾构施工的物理力学模型,模拟了盾构隧道穿越既有线施工过程,预测分析了盾构施工对既有盾构区间的影响。计算结果表明,在对隧道间土体进行洞内注浆加固的条件下,盾构区间施工对既有地铁线沉降变形存在一定影响,但影响程度较小,可以满足既有线运营要求。     

冲孔施工对邻近盾构隧道的影响分析

以深圳地铁某隧道工程为依托,研究了冲孔施工影响下盾构隧道的损伤变形规律。首先,对冲孔施工的振动特性进行分析,并深入探讨了冲击荷载对盾构隧道的影响作用机理;然后,根据非线性动力有限元分析原理,研究得到了冲孔条件下盾构隧道力学响应分析方法与实现步骤,并应用于实例分析。结果显示:冲孔产生的挤土效应创造了盾构管片损伤的客观条件;管片最大拉应力与管体周边超孔隙水压力之间存在一定关联性,孔隙水压力场的剧烈变化是导致管片损伤的重要原因;实例分析结果与管片实际开裂情况较为符合,本文分析方法具有一定可行性和正确性。     

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。     

地震作用下盾构隧道纵向接头的受力特征

实际工程中,盾构隧道纵向接头是结构受力和变形的薄弱部位,针对盾构隧道纵向接头细部构造在地震作用下的受力特征,提出了一套由整体到局部的数值分析流程.首先建立基于纵向等效刚度梁的三维地层-结构时程分析模型,然后以该模型计算得到的纵向内力极值作为盾构隧道整环三维分析模型的外荷载,获取隧道最不利区域边界力,最后将边界力施加在盾构隧道纵向接头局部精细化分析模型之上,分析纵向接头细部构造受力特征;并以某综合管廊工程为背景对该方法进行具体阐述和讨论.研究结果表明:地震波横向激励时,盾构隧道纵向以往复的水平弯曲为主,而纵向激励时,则以往复的竖向弯曲和纵向拉压为主;在纵向张开量最大的局部区域,不论是轴向拉力工况还是纵向水平弯矩工况,该局部区域都处于受拉状态,两种工况对该局部区域受力模式不产生本质影响;当盾构隧道纵向最大张开量的局部区域受拉时,最大拉应力区均位于管片内侧手孔部位,最大压应力区则围绕螺栓孔成环形分布.     

地铁隧道盾构施工对既有博物馆桩基影响的数值分析

确保临近既有建筑物安全是新建隧道施工的关键问题之一.针对广州地铁十八号线琶洲西区站—冼村站区间双线盾构隧道下穿既有博物馆建筑的情况,基于合理假定条件,采用数值分析方法模拟计算了新建隧道施工过程中盾构掘进对邻近建筑物桩基的影响.数值分析结果表明:随着盾构掘进,桩顶竖向位移的变化表现为先缓后急再缓,当桩基正下方的管片进行拼...     

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。     

盾构区间下穿铁路框构桥有限元计算与应力分析

沈阳地铁9号线皇姑屯站-北一路站区间为双线盾构隧道,盾构隧道左线和右线下穿兴华街铁路框构桥。采用Midas-GTS大型有限元计算软件,建立三维地层-结构模型,对盾构穿越既有框构桥施工过程进行模拟计算,分析得出盾构隧道下穿时对既有框构桥的应力影响。     

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。     

基于移动终端的地铁隧道施工测量程序的研发

针对地铁隧道盾构机施工特点及实际需求,阐述程序的设计目标、功能模块、开发与使用平台、程序语言、数据管理方法等,并据此开发地铁隧道施工测量与检测程序。程序在卡西欧fx-FD10Pro计算器上开发与运行,具备线路与隧道DTA三维坐标计算、盾构姿态计算、管片中心(隧道中心)计算、空间圆位置计算等功能。程序便于在现场计算盾构机和管片环姿态,在十余个地铁施工项目中得到应用。     

MJS工法在盾构上跨隧道工程中的应用研究

以南京在建地铁7号线永初路站至雨润路站区间盾构上跨既有2号线油坊桥站至雨润大街站盾构隧道MJS加固工程为研究对象,分别采用数值模拟和现场实测的方法制定合理加固方案,根据实测数据分析MJS桩施工扰动对隧道变形的影响并据此提出工艺参数建议值.研究结果表明:沿既有隧道纵向加固至开挖盾体外侧1.5倍洞径可满足盾构上跨变形控制要...     

盾构过群桩基础的托换与除桩技术及其稳定性分析

随着我国城市建设的高速发展和轨道交通网络的不断完善,越来越多的城市在地铁建设过程中遇到新建隧道需要从既有建筑物桩基中穿越的难题。以上海地铁10号线曲阳路~溧阳路区间隧道穿越四平路沙泾港桥群桩基础这一施工难题为例,在参照国内外成功经验的基础上,提出了适合本工程的扩大板式基础托换以及盾构机直接切桩的施工方案。为了确保在桩基托换、除桩作业及盾构推进施工过程中桥梁和隧道结构的安全性,通过理论分析和数值计算等手段,对桩基托换施工过程中必要的地基加固范围、桩基合理开挖暴露长度、桩-筏体系受力转换机理、桥梁结构的稳定性、残桩对隧道结构的影响等问题进行了研究。研究结果不仅为工程的顺利实施提供了必要的指导作用,同时也为今后类似工程的设计与施工提供借鉴与参考作用。     

红层盾构隧道交叠下穿运营地铁隧道影响分析

针对红层新建地铁盾构隧道与既有隧道长距离交叉下穿时,既有隧道的变形问题,以长沙市轨道交通3号线下穿长沙地铁1号线工程为背景,采用FLAC3D有限元差分软件进行数值模拟,结合实测数据,研究施工参数对地层变形和既有隧道变形的影响。研究结果表明：土仓压力增大,有助于减小不均匀沉降,沉降差值比随着土仓压力的增大逐渐趋于平稳。土仓压力在0.24 MPa附近变动时,既有隧道的轨向不均匀沉降模式发生较明显的改变。随着同步注浆压力的增大,交叉点处拱底竖向位移值逐渐减小,且轨向不均匀沉降差值比与同步注浆压力成正比。分析土仓压力和注浆压力对既有隧道轨向不均匀沉降的影响规律,建议土仓压力值范围为0.08～0.13 MPa,注浆压力值范围为0.2～0.5 MPa。通过实测数据分析表明：土仓压力和注浆压力取建议值时,各监测断面盾构掘进过程中,管片和轨道板的不均匀沉降均在控制范围内,该结果可为类似工程施工提供参考。