盾构隧道纵向刚度计算方法以及影响因素研究

伴随着国内外隧道的大量修建,盾构隧道的纵向不均匀沉降或过量沉降问题日益突出。在盾构隧道的纵向结构设计中,纵向刚度的确定至关重要,尤其对于大直径断面,以在建的南京过江隧道为例,因螺栓导致的管片横向、纵向刚度差异达数十倍。文章采用志波由纪夫纵向刚度计算公式和有限元建模的方式,对比两种方法的差异,并讨论纵向等效刚度折减系数在各种影响因素(管片尺寸、螺栓预紧力、偏心距)变化时的规律,提出采用有限元模拟管片更能贴近实际工程的受力状态,在分析复杂受力状态时可为设计提供理论依据。     

盾构隧道管片接头弯曲刚度计算及影响因素分析

盾构隧道管片接头弯曲刚度是隧道设计关键参数之一。管片接头弯曲刚度的研究引起了广泛的兴趣,但主要集中在无传力衬垫的管片接头上。文章针对南京地铁盾构隧道粘贴了传力衬垫的管片接头刚度开展了研究,结果表明,粘贴了传力衬垫的管片接头弯曲刚度随着接头荷载的增加表现出了明显的非线性。最后对传力衬垫的厚度、螺栓预紧力和螺栓数量等弯曲刚度影响因素进行了分析,其计算结果对隧道设计具有明显的参考价值。     

盾构隧道管片排版分析方法研究

盾构隧道曲线段管片排版直接关系到盾构隧道的施工质量,合理的管片排版方案有利于盾构机姿态控制,可减小盾构隧道与盾尾刷之间的间隙偏差。文章提出了盾构隧道平面曲线段管片排版分析计算方法及相关计算公式,并总结了平面曲线段管片排版原则。结果表明,在圆曲线段,管片排版时遵循组合的循环组平均管片环偏角与管片幅宽对应长度的弧长偏角接近原则;在缓和曲线段,管片排版时缓和曲线段累积偏角达到一个纠偏组合时则插入一个纠偏组合管片组。     

软土盾构隧道的纵向变形分析

文中分析了圆形装配式钢筋混凝土衬砌盾构隧道的特点。分别介绍了等效弹性压缩刚度（ＥＡ）cp、等效弹性拉伸刚度（ＥＡ）cT)、等效弹性弯曲刚度（ＥＩ）eB,并利用这三种等效刚度,对盾构隧道的几个纵向静、动力问题,作了较深入的分析探讨。     

上海地铁盾构隧道纵向变形分析

隧道若发生纵向变形将严重影响到隧道结构的安全。分析探讨了纵向变形的发生、变化情况以及隧道结构和防水体系所允许的纵向变形控制值。结合工程实践,对隧道发生的典型沉降曲线规律进行了深入的分析,其结论对有效控制隧道纵向变形具有指导意义。     

软土地区轨道交通盾构隧道运营期纵向沉降规律研究

软土地区隧道沉降是多种因素影响的综合反映,大体可以分为自身施工扰动、运营期内部因素影响和运营期外部环境变化引起的3大类。结合上海轨道交通多年沉降监测数据,对软土地区盾构隧道纵向沉降的主要构成、基本规律进行了分析和研究,提出控制隧道纵向沉降的主要措施,供类似工程参考。     

盾构隧道管片横向接头刚度对内力影响的研究

在应用有限元法对盾构隧道管片内力进行研究的过程中,用接头单元来模拟管片之间的连接,并从理论上推导出管片横向接头刚度的近似表达式,进而计算分析在土体及管片自重作用下,接头刚度对管片内力的影响.文章推导了接头刚度的计算公式,并结合工程实例,给出了计算结果,可为管片的设计提供参考.     

盾构隧道管片接头抗弯刚度的经验公式

接缝抗弯刚度是装配式衬砌结构设计的重要参数,工程中一般是通过接头的荷载试验来确定.文章以某拟建大型水工盾构隧洞的管片接头荷载试验为基础,简要介绍了装配式管片接头荷载的试验方法、影响接头刚度的各种因素及其影响规律.通过对试验数据的分析,建立了管片接头抗弯刚度的经验公式,给出了不同偏心距的接头抗弯刚度系数的变化范围.     

利用等效刚度原则研究组合刚度拱的刚度变化规律

为研究不同区间、不同刚度的存在对组合刚度拱结构整体刚度的影响,文章根据能量原理,将不同区间的不同刚度统一起来,推导出等效刚度,并对临界分段点ξ的刚度变化规律进行讨论,得到等效刚度速率变化较稳定的区间,最后通过算例对等效刚度的推导及得到的规律进行了验证。     

盾构隧道环间接头抗弯刚度计算及其影响因素研究

为得到盾构隧道纵向梁-弹簧模型中环间接头抗弯刚度的计算方法,文章以志波模型为基础,采用解析方法分别推导了纯弯、拉弯条件下环间接头抗弯刚度的解析公式,并据此对各影响因素的敏感度及影响方式开展定量分析。结果表明:盾构隧道环间接头抗弯刚度的影响因素主要有幅宽、断面尺寸、环间螺栓参数以及纵轴拉力等,其中断面尺寸对环间接头刚度影响最大,环间螺栓参数次之,幅宽影响最小;纵轴拉力对环间接头抗弯刚度的影响方式与前述因素不同,在其作用下,环间接头抗弯刚度表现出显著的非线性特点,环间接头抗弯刚度与纵向弯矩、纵向轴力在三维空间中呈现"台阶状"曲面形态,其量值维持在上、下台阶面对应的量值之间;当环间接缝面在拉弯作用下完全张开时,环间接头抗弯刚度相比接缝面部分张开时被削弱约40%。     

运河开挖卸载下水下盾构隧道纵向上浮量预测研究

文章基于弹性地基梁弯曲微分方程,变形、转角、剪力以及弯矩协调方程和边界条件,建立了运河开挖卸载下水下盾构隧道纵向上浮量预测模型,并对模型进行了求解。算例结果表明:预测模型获得的解析解与数值解几乎吻合,最大误差在2.7%以内,可运用于类似工程上浮量预测;盾构隧道纵向上浮量随地层反力系数的增大而减小,但非线性递减关系,当地层反力系数大于10 000 k N·m-3后,其上浮量几乎不受地层反力系数影响;实际工程可通过壁后注浆技术控制地层反力系数在10 000 k N·m-3左右,达到经济与安全的平衡。     

基于遗传算法的盾构隧道管片接头刚度反演研究北大核心CSCD

梁-弹簧模型在管片衬砌结构计算中应用较广泛,目前接头刚度取值方法主要有模型试验法及经验取值法,模型试验法耗时长、成本高昂,而依据经验取值难免存在一定主观性。鉴于此,利用C++编程语言,基于遗传算法开发了盾构隧道管片结构位移反分析程序,首先通过弹性模量值反演算例,得出反演值与理论值误差为1.4%,验证了算法和程序的可行性。利用程序将反演接头刚度值与实际设计案例管片接头刚度值进行对比,反演计算结果表明:正弯矩下管片环向接头转动刚度值反演误差为2.6%,负弯矩下管片环向接头转动刚度值反演误差为4.3%。     

基于椭圆形式的隧道纵向等效连续化模型分析

针对当前理论推导下隧道纵向刚度有效率(0.14~0.23)比上海盾构隧道实际工程的应用值(约0.7)偏小的情况,文章改进传统纵向等效连续化模型,在隧道等效连续化模型的基础上,基于椭圆的参数方程,同时考虑横向刚度、环缝作用范围的影响,并且引入土层约束系数和管片拼装方式影响系数,建立新型的盾构隧道纵向等效连续化模型,修正了等效弯曲刚度的计算公式。文章以上海某隧道工程为背景,分析了横向刚度和环缝作用范围系数对隧道等效抗弯刚度的影响规律。假设隧道发生"椭圆变形",其计算结果表明,隧道纵向等效刚度有效率与其他模型结论相比增加了26%~50%,有效地贴近了实际应用值,证明了椭圆假设的合理性。研究结果对隧道纵向等效刚度有效率的理论推导和实际工程的取值具有一定的参考意义。     

武汉地铁越江盾构隧道纵向不均匀变形及力学特性研究

地铁盾构隧道,尤其是大型跨江海的水下地铁盾构隧道,局部埋深通常要大于普通地铁盾构隧道,而且要承受较高的水压力作用;盾构隧道作为特长线性结构,其纵向刚度较小,对于外部荷载的变化较为敏感,由此产生的不均匀变形是隧道工程中不可忽视的问题。文章针对武汉地铁越长江盾构隧道工程,通过三维数值计算探讨了埋深变化、水压变化、地层变化及穿越刚性结构物等因素对越江盾构隧道纵向不均匀变形及受力状态的影响。     

地铁隧道盾构施工风险管理研究

地铁隧道盾构施工风险管理至关重要,涉及多复杂因素,需全面分析处理,此举既保障施工人员安全,又提升地铁建设质量和效率。分析评估地铁隧道盾构施工所面临的风险类型,并提出科学的风险管理措施和方法,能够有效降低施工过程中的风险发生的概率,提高地铁建设的质量和效率,以期为地铁建设事业的可持续发展提供有力保障。     

盾构隧道上浮的力学机理研究

已有工程监测资料充分反映了盾构法隧道、尤以大直径的盾构法隧道,在施工完成后的相当长时间内,均会产生上浮。本文将从隧道施工过程中,初始地层应力状态被破坏、洞周应力被部分释放、形成＂下大上小的不均匀＂应力状态着手,研究隧道衬砌（其重量远小于被开挖土体重量）上浮的必然性和力学机理。     

基于管片错台的通缝拼装盾构隧道纵向变形安全评估

以上海软土地区通缝拼装地铁盾构隧道为研究对象,根据隧道管片环缝接头处的详细构造,对管片错台模式下的隧道纵向变形进行了研究,建立了隧道纵向结构变形安全评估方法,确定了相应的控制准则和评估流程,形成了一套隧道结构纵向变形的安全评估体系.     

基于局部刚度修正法的盾构隧道下穿历史保护建筑数值模拟分析

局部刚度修正法可以考虑接头和手孔对管片衬砌环的刚度影响,其假定管片接头及手孔附近区域的刚度应该进行修正,而管片其余区域的刚度却保持原有刚度。文章考虑管片环向接头引起的衬砌环刚度折减,采用小应变硬化土本构模型分析盾构掘进引起的衬砌结构内力、地表沉降和周边土体位移响应,建立了隧道-土体-建筑相互作用的三维有限元数值模型,并在上海地铁11号线双线区间盾构隧道下穿越历史保护建筑物工程中进行了应用。作为对比,建立了基于惯用法的三维数值模型,并与现场实测结果进行对比,结果显示,局部刚度修正法和实测值吻合更好。模拟结果表明,既有建筑不仅改变了地表的沉降槽,而且极大地减小了沉降槽相关点的水平位移;既有建筑的扭曲值与隧道开挖面和既有建筑的位置有关,且最终既有建筑的扭曲值并未随施工的结束而减小,而是保留了较大的残余扭曲。文章所提出的模拟方法可为软土地区盾构施工扰动控制研究提供参考。