软土地区通缝拼装地铁盾构隧道管片纵缝接头的优化

针对软土地区地铁盾构隧道管片纵缝接头因地表超载易发生破损的问题,考虑软土地层的特性,提出在软土地区盾构隧道横向刚度设计中,采用加大隧道结构刚度和强度的"刚性衬砌"设计理念,对管片纵缝接头进行优化。通过局部或者整体增加管片的厚度,均可增加管片纵缝接头的抗弯刚度,从而明显减小管片环的变形,虽然由此使得管片环的弯矩有所增大,但管片环变形减小的幅度远大于其弯矩增大的幅度;分别设计外张纵缝接头与内张纵缝接头连接螺栓的位置,纵缝接头的连接螺栓应靠近接头张开的一侧;在管片环分块时尽量将管片纵缝接头设计在弯矩较小的位置,同时在满足施工的条件下,尽量减少管片环的分块数量;局部加强纵缝接头位置的管片棱角,以预防管片接头棱角破损;通过合理设计防水密封垫的位置及断面形式,加强盾构隧道管片纵缝接头的防水能力。     

一种机车橡胶堆刚度性能设计新思路探讨

随着材料科学技术的进步,橡胶配方中的各种材料、工艺和胶粘剂得到了长足发展,金属橡胶粘结强度甚至可以超过橡胶本体强度,这导致机车橡胶堆可尝试采用新型的橡胶自由外型面.以一个典型的机车二系橡胶堆刚度设计为案例,提出了一种利用有限元分析方法进行垂向刚度设计的新方法.在材料参数、结构型式和接口尺寸不变的条件下,仅通过橡胶自由外...     

基于纵向不均匀沉降的盾构隧道渗漏水机理分析

研究目的:对于地铁盾构隧道,由于衬砌由管片拼装而成,地铁通车运营后,盾构隧道会因多种原因产生纵向不均匀沉降,导致管片接头张开量的增加,从而造成管片之间的接缝处发生渗漏水。因此,有必要对盾构隧道渗漏水机理进行分析、研究。研究结论:隧道纵向不均匀沉降在一定程度上会造成环缝的张开,进而造成弹性密封垫防水性能的减弱、引起管片之间发生渗漏水;环缝影响长度系数对环缝张开量几乎没有影响,而不同环宽、不同螺栓与混凝土的刚度比对环缝张开量均有一定影响:较大的环宽和螺栓与混凝土的刚度比不利于管片接缝的防水。本项研究可为隧道防水设计及运营阶段的维护等提供参考。     

大断面矩形混凝土顶管隧道管节接头结构研究

以郑州市红专路下穿中州大道隧道为工程背景,就大断面矩形混凝土顶管隧道的管节接头进行研究。为克服接头易出现渗漏水的弊端,管节采用F形承插式3道防水体系接头。接口钢套环与防水橡胶圈形成外侧防水体系,防水橡胶圈采用鹰嘴形橡胶圈和半圆形橡胶圈双层结构,并增设2道约束钢环;管节承口端管壁中上部开槽,嵌入多孔型三元乙丙橡胶密封垫作为第2道防水体系;管节内侧接口处设置嵌缝槽,注入双组分聚硫密封胶形成内侧防水体系。为保证接头承插口防水效果和隧道纵向接头刚度,管节侧壁中部对称设置69钢管插销孔,三维数值分析以及施工监测结果均表明,纵向连接刚度可满足设计要求。     

越江盾构隧道的防渗止水设计研究

分析越江盾构隧道管片衬砌的渗漏水机理,总结国内外盾构隧道管片衬砌防水的技术方法,包括管片接缝防水、管片自防水、管片二次衬砌防水。重点介绍管片接缝止水的功能要求、材料种类及断面形式设计方法。并结合杭州庆春路越江隧道工程提出了防渗止水的具体措施。     

基于纤维梁单元的盾构隧道钢筋砼管片配筋优化研究

盾构隧道钢筋混凝土管片配筋计算中一般采用统一的结构等效刚度进行内力计算,忽略了钢筋分布对结构刚度的影响,配筋结果多偏于保守。本文对隧道管片配筋优化技术展开研究,利用有限元方法建立了可描述钢筋与混凝土共同作用的结构力学模型(即纤维梁单元),通过对截面刚度进行积分,获得衬砌结构精确的弯曲刚度值。此外,在基于同济曙光三维数值平台而开发的盾构隧道管片结构计算与配筋软件中嵌入纤维梁单元模型,在管片配筋校核计算时对不同项目进行验算,进而对钢筋分布进行调整,使管片中混凝土与钢筋材料受力协调一致,实现对配筋方案的优化。研究所得的优化方案在符合受力机理以及满足设计要求的同时,很大程度节省了盾构隧道的钢筋用量。     

高速铁路无砟轨道路基冒浆整治技术

立足于排、堵、注一体化设计理念,提出无砟轨道路基冒浆成套整治技术。首先采用聚合物混凝土在线间封闭层上浇筑排水明沟,然后采用硅酮嵌缝材料替换接缝处失效的嵌缝材料,最后采用灌浆材料注浆填充道床与路基层间的离缝。对于道床与路基层间小于10 mm的离缝,采用低黏度聚氨酯灌浆材料垂直注浆填充;对于道床与路基层间大于10 mm的离缝和空洞,采用聚合物改性水泥基灌浆材料侧向注浆填充。细化了排水强化、防水修复和注浆填充的具体施工工艺,对无砟轨道路基冒浆整治提供了有效指导。     

基于纤维梁单元的盾构隧道管片配筋优化技术

研究目的:盾构隧道钢筋混凝土管片配筋计算中一般采用统一的结构等效刚度进行内力计算,由于忽略钢筋分布对结构刚度的影响,配筋结果多偏于保守。本文对隧道管片配筋优化技术展开研究,以期在确保隧道结构安全的情况下减少钢筋用量,达到节约成本的目的。研究结论:(1)利用有限元方法建立了可描述钢筋与混凝土共同作用的结构力学模型(即纤维梁单元),通过将管片截面划分成微小单元,对截面刚度进行积分,获得了衬砌结构精确的弯曲刚度值;(2)在基于同济曙光三维数值平台而开发的盾构隧道管片结构计算与配筋软件中嵌入纤维梁单元模型,从而在管片配筋校核计算时对不同项目进行验算,进而对钢筋分布进行调整,使管片中混凝土与钢筋材料受力协调一致,实现对配筋方案的优化;(3)选用某地铁盾构隧道作为算例,考虑管片在施工期和运营期不同的受力特征,在初步配筋基础上比选优化得到最优配筋方案,所得优化方案在符合受力机理以及满足设计要求的同时,很大程度上节省了钢筋用量;(4)本研究成果可为盾构隧道管片配筋设计的优化提供参考。     

首穿黄河散粒体地层盾构管片力学行为研究

研究目的:兰州地铁1号线区间隧道首穿黄河散体状巨厚砂卵层,其面临高水压(0.4 MPa)、高渗透(62 m/d)、高强度(59～90 MPa)的工程地质问题。通过研制的具有水土压力独立加载功能的模型试验与数值试验对比研究,揭示变水头、不同侧压力系数、不同拼装形式下穿黄盾构管片内力特征分布规律,达到管片结构优化的目的,确保安全服役。研究结论:(1)球应力状态的水压力增加,对于改善管片内力分布具有积极意义;(2)定水头条件下,管片弯矩和偏心距随侧压力系数的增加而显著减小;(3)错缝拼装较通缝拼装在刚度、防水及受弯性能上具有明显优势,应以黄河低水位、错缝拼装组合为控制工况开展管片结构设计;(4)相关试验成果可为轨道交通领域盾构预制管片设计和施工提供借鉴。     

基于混凝土弹塑性损伤本构模型的盾构管片受力分析

在混凝土弹塑性损伤本构模型的基础上,考虑盾构管片拼装块与连接螺栓的非连续性和拼装块之间的接触关系,建立三维非连续接触计算模型。以苏州某地铁盾构隧道工程为例,对盾构管片的受力状况进行模拟计算,并与惯用法模型和修正惯用法模型的计算结果进行对比分析。结果表明:盾构管片内拱顶K拼装块部分区域的损伤因子超过了损伤临界值,这些部位将产生明显可见的裂缝;盾构管片拱顶与拱底内侧的受拉区域均产生了塑性变形,拱顶K拼装块的塑性区深度达到截面宽度的55%;盾构管片最大内力组合在两侧拱腰管片的接头处;三维非连续接触计算模型可以更好地反应管片接头对内力的影响和管片混凝土材料的受力及变形特性;模型中盾构管片接头处接触单元的设置消除了其他模型中接头刚度差异对计算结果的影响,对盾构管片抗压刚度及抗弯刚度均会产生影响。     

软土地区地铁车站矩形顶管法施工方案研究

对上海轨道交通14号线静安寺站工程,提出了软土地区车站总体布置方案,重点研究了采用矩形顶管法施工所涉及的管片几何断面、管节材料、拼装方式、接缝防水、抗震性能等关键内容并给出了解决方案。经分析,站台层顶管横断面取8.85 m×7.65 m,可采用钢管节+后浇钢筋混凝土结构型式的复合管节;顶管管节纵缝采用刚接接头,环缝采用改进型的F型承插口;暗挖段防水关键在于环缝防水处理,施工阶段采用承插口处弹性密封垫与钢套环挤压防水,使用阶段采用后浇的一体型钢筋混凝土结构防水。经有限元模拟分析表明,14号线静安寺站两端明挖、中间顶管法施工的车站结构可以满足抗震要求。     

深埋高水压管片拼装隧道防水体系研究

文章通过理论分析、数值计算和工程案例分析对深埋高水压管片拼装隧道防水体系和工程措施进行研究。高水压管片拼装隧道防水首先应该建立在对水压力正确认识和合理选取的基础上,并因地制宜、刚柔并济地建立防水体系。管片作为承担地下水压力的结构,其接缝密封垫是管片防水体系的重要一环,应根据工况合理制定技术标准,管片的注浆孔等防水薄弱部分需采取多道设防的工程措施。相关经验可为其他类似隧道工程防水施工提供参考和借鉴。     

黏土中圆形低真空隧道管片结构内力分布及其影响因素

针对盾构隧道管片结构在不同环境下的受力性能,建立基于修正惯用法的力学模型,推导出圆形低真空隧道管片结构内力的解析解;以武汉黏土作为模拟地层,分别采用修正剑桥模型和弹簧模型,模拟分析圆形低真空隧道结构的内力分布;在获得解析解和2种数值解的基础上,对比分析特定工况下3种方法得到的隧道管片结构内力分布,探讨真空力、弯曲刚度有...     

盾构隧道管片计算模型参数的敏感性分析

目前国内盾构隧道设计没有统一的国家规范,因而各设计单位主要参考国际隧道协会推荐的设计方法及日本等国规范、并结合设计者自己的工程经验进行设计。由于大和超大直径盾构隧道管片结构试验很少,管片设计参数取值只能参考日本规范和国内通过试验获取的有限资料。这些资料提供的参数取值范围较大,因而管片设计参数的取值具有一定的随意性。结合国内常用的管片结构计算方法——惯用计算法和梁-弹簧模型法参数取值进行分析,提出设计中应重点关注的参数取值建议。结论为:管片结构的抗弯刚度及纵向接头的抗剪刚度对管片内力影响显著而复杂,匀质圆环模型中的刚度折减系数及错缝拼装中的弯矩提高系数对计算管片变形和内力的准确性影响很大。     

用数值分析方法预测钢筋混凝土的粘结强度

本文利用非线性有限元方法来处理钢筋混凝土的粘结问题,在建立材料模型时采用了单轴应力—应变全曲线,以及二维(三维)应力状态的破坏包络线(面),对钢筋和混凝土之间的滑移进行了模拟计算,得出了粘结剪应力、正应力与滑移量之间的关系曲线,以及钢筋附近的塑性变形区和裂纹分布呈圆锥形的分布图。计算结果与相应的拔出实验结果基本一致,另外还发现钢筋混凝土同样存在不连续强度。     

混凝土管片冬季养护措施

盾构管片是一种混凝土预制衬砌环(通常由多片按一定的方式拼成圆环状),主要用于建造地下隧道工程,在盾构机开挖隧道过程中,管片主要起支护和防水作用. 1工程概况 天津西站至天津站地下直径线工程(简称天津地下直径线)盾构隧道长度2146m,采用圆形钢筋混凝土管片衬砌,共计1182环,其中浅埋段103环,特殊段79环,标准段1000环(包括3段特殊风险点地段90环),并根据隧道地质状况设计管片规格.     

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。     

双护盾TBM隧道施工防渗技术

地铁隧道施工过程中地质水文复杂部分地区富水性富,其隧道防渗工作尤为重要。针对青岛地铁四号线地质水文,分析了双护盾TBM隧道施工过程中通过管片自防水,管片接缝采用三元乙丙(EPDM)橡胶密封垫和遇水膨胀橡胶止水条进行管片四周防水止水、自粘性橡胶薄板和丁腈软木橡胶板进行管片间防水止水等防水措施,管片螺栓孔采用遇水膨胀橡胶螺孔密封圈防水,管片拼装后的豆砾石吹填和壁后注浆以及后续使用微膨胀水泥对缝隙及注浆孔的封堵等方法来进行整体防渗工作。     

矩形盾构隧道管片弹性密封垫防水性能截面型式优选研究

为提高矩形盾构隧道管片接缝的防水性能,本文依托某城市火车站矩形盾构隧道工程,利用ABAQUS有限元分析软件建立弹性密封垫模型并优选了密封垫截面型式,结果表明：（1）截面型式C、D、E密封垫在正常压缩工况与错位压缩工况下均能满足张开度7 mm、错位量12 mm的防水要求,截面型式A、B防水性能较差;（2）正常压缩工况各截面型式密封垫防水性能总体上从高到低依次为C/E、D、B、A;错位压缩工况各截面型式密封垫防水性能总体上从高到低依次为C/D、E、B、A。研究结果可为类似工程的管片接缝防水设计提供参考。     

冲击回波法识别盾构隧道中不同刚度注浆层的数值模拟研究

针对盾构中管片与围岩之间的注浆层刚度过低产生地层沉降和岩体坍塌等一系列安全问题,探究一种可靠便捷的冲击回波无损检测方法来检测识别注浆层刚度缺陷。利用大型有限元软件MSC.MARC,对不同注浆层刚度SGS(管片-注浆-围岩)模型的冲击瞬态过程进行有限元模型瞬态响应模拟,得到不同工况下冲击响应的时程曲线。并通过FFT变换,分析不同刚度注浆层条件下冲击响应的频谱特征。研究结果表明:采用冲击回波法识别盾构中不同刚度注浆层的方法是可行的。该模型能够较准确地模拟出应力波在SGS模型中的传递及其特征,并与理论公式相吻合,且不同刚度注浆层条件表现出了不同的频谱特征,为以后利用冲击回波法识别低刚度注浆层提供了理论参考。