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。     

泥炭(质)土地层盾构隧道结构力学行为研究

文章以昆明泥炭(质)土地层地铁盾构区间工程为依托,对隧道结构周边不同地层分布及组合工况其影响盾构隧道管片衬砌结构的内力分布规律进行了研究;在此基础上,选用最不利荷载工况,采用改变地层抗力系数的方法模拟泥炭(质)土地层扰动,对泥炭(质)土不同扰动程度下盾构隧道管片衬砌结构力学行为进行了深入研究,得出了盾构隧道结构内力随泥炭(质)土扰动程度的变化规律。研究成果可直接指导昆明泥炭(质)土地层地铁区间盾构法隧道的设计,同时为软土地层盾构隧道的设计提供指导。     

盾构隧道衬砌背后空洞对结构影响规律数值分析

文章以西安地铁某区间隧道涌水导致衬砌背后空洞事故为依托,利用ANSYS有限元数值方法,分析了空洞位置和大小对盾构隧道的影响。结果表明:衬砌背后无空洞时,围岩应力集中系数等值线呈蝶形分布,隧道顶部和底部应力集中最大,两侧最小;衬砌背后空洞在两侧时,对围岩的应力集中、管片的内力和安全系数影响最大,随着空洞向顶部和底部移动,影响减小;随着与空洞之间距离的增加,围岩的应力集中、管片的内力和安全系数受到的影响减小;轴力受空洞大小的影响较小,而管片弯矩、围岩应力集中及安全系数受空洞大小影响较大;随着空洞面积的增加,空洞对周围土体的应力集中、管片的内力和安全系数影响增大。     

双车道公路盾构隧道管片合理分块型式研究

文章以双车道公路盾构隧道为例,设计了三种不同分块型式的管片结构,并采用梁-弹簧模型模拟装配式管片结构,借助于有限元法分析了在不同拼装方式下管片结构的力学特性;通过对内力和变形的分析比较,并综合考虑设计、施工及其造价等因素,认为在最不利荷载作用下的管片结构宜采用10块分块型式;管片结构的正负弯矩值相差很大,故宜将内外两侧的钢筋分开进行配筋设计。     

超大断面盾构隧道管片施工荷载现场监测研究

盾构隧道施工荷载对隧道结构有不容忽视的影响.文章以上海长江隧道为依托工程,进行了施工荷载的现场监测研究.国内首次在管片外弧面荷载测最中采用日本研发的具有较大受力面的柔性土压力计,实施实时监测,获得了第一手实测数据.数据分析表明,在外弧面上主要受到来自各种荷载当中,盾尾注浆引起的附加荷载最大;将荷载分布与惯用设计法所得设计值相比较发现,施工荷载的最大值大于或接近设计水土压力,但其分布比设计值均匀.     

公路隧道二次衬砌纵向裂缝非线性数值模拟研究

已建隧道普遍存在衬砌开裂现象,裂缝的存在会降低隧道衬砌的承载能力.文章为研究带裂缝隧道衬砌的力学性能,提出了塑性地压、松弛土压、偏压等三种受力裂缝数值模拟的荷载施加模式;分析了几种常见裂缝模型的原理及适用性,并且基于钢筋混凝土有限元非线性分析理论,利用分布裂缝模型进行不同荷载模式下隧道二次衬砌开裂至破坏的全过程分析;通过计算得出了不同加载方式下裂缝的发展及分布规律.研究结果可为隧道衬砌裂缝成因判断及二次衬砌加固改造提供理论支撑.     

高速铁路水下盾构隧道管片衬砌主体结构受力分析研究

针对我国第一条水下高速铁路盾构隧道——狮子洋隧道的主体结构特点,采用了梁一弹簧模型对于隧道在运营期正常受荷情况下的受力情况进行数值仿真分析,并将最不利拼装方式下的内力、变形结果进行比较分析,总结出在该荷载条件及结构分块方式下,狮子洋高速铁路盾构隧道管片衬砌主体结构受力的一般性规律。并且针对实际工程中出现的膨胀性围岩区段的特殊地质条件,给出了偏于安全的计算方法,为设计和施工提出指导性意见。     

百林大桥维修加固设计与监测

文章对广西百林大桥产生裂缝病害的原因进行了分析,通过对该桥进行静荷载、动荷载检测及结构计算,找出了产生桥梁体大量裂缝病害的根源,提出该桥的加固设计与施工监测方案,为类似工程提供参考。     

软土盾构隧道施工阶段上浮计算模型探讨

文章首先对管片上浮作用机理进行了分析,确定了盾构隧道施工阶段上浮计算模型荷载分布规律和计算方法;其次指出了弹性支撑法和修正惯用法直接运用于盾构隧道上浮阶段设计所存在的问题,即弹性支撑法计算得到管片底部向下位移,与实际上浮阶段管片隆起不符,而修正惯用法又不能考虑拱顶上覆土体反向压缩特性;最后,基于弹性支撑法并利用修正惯用法思想提出了能规避上述两个问题的反转抗力力学模型。结果表明:提出的计算模型与施工阶段管片上浮变形特征吻合度高,施工阶段管片上浮状态下弯矩、轴力和剪力最值较弹性支撑法和修正惯用法获得的结果分别增加68%、21%和51%以及34%、69%和22%,说明按本文推荐计算模型进行上浮管片设计可避免实际工程配筋不足造成的管片破损、开裂或渗漏。其结论可为盾构隧道设计提供一定理论支撑和参考。     

在建盾构隧道突发管片破损病害成因分析及治理措施研究北大核心CSCD

盾构法广泛应用于我国城市轨道交通隧道的建设中,盾构管片的病害问题也越发受到重视。文章针对某地铁在建盾构隧道突发管片破损病害,绘制了管片破损病害展布图,分析了相关资料和检测数据,明确了病害的成因机理,制定并实施了相应治理措施。研究结果表明:管片背后大范围空洞导致围岩对隧道的约束不足,引起已成型隧道在盾构机反推力和扭矩、同步注浆浆液浮力、刀盘水土压力和扭矩等作用下发生类压杆弯扭失稳是导致该病害的主要原因;隧道变形监测数据表明"背后注浆填充+破损部位修复"两阶段治理措施取得了良好的治理效果;盾构隧道施工过程中,应严格管控同步注浆质量,防止隧道轴线偏移引起盾构管片发生开裂破损等病害。     

粗纤维增强钢筋混凝土截面的时效分析

将粗合成纤维用于隧道管片衬砌可以提高其强度,但在持续弯曲荷载作用下构件会随时间发生蠕变和出现裂缝。随着对混凝土裂缝应对能力的提升,粗合成纤维作为一种可用的替代品,凭借优良的经济性和耐久性等优势,在隧道管片制作中将得到越来越广泛的应用。文章基于时效特性分析了在持续弯矩和轴向应力作用下,粗纤维增强钢筋混凝土横截面的蠕变和收缩效应,并通过算例进行了验证。研究结果表明:混凝土中的纤维对于提高构件横截面的抗弯强度作用有限,但是纤维减少了构件在服役期间的蠕变,并且当纤维与普通钢筋共同作用时,能显著减少最大裂缝的宽度值。     

9块等分管片设计及其工程应用研究

文章就城市双车道公路盾构隧道设计了一种9块等分管片,采用有限元法进行了管片结构内力和变形分析.分析结果表明,9等分管片的受力合理,管片结构的内力和变形都满足设计要求.管片一环9块等分有利于优化配置运输能力和管片拼装机械手的拼装能力,同时减少管片的接头数量,增加隧道衬砌的防水能力,值得在我国城市双车道公路盾构隧道中推广应用.     

通用环错缝拼装隧道极限承载能力足尺试验研究

针对隧道周边水土流失对隧道结构的正常运营与安全使用产生的严重影响,文章采用拟静力的试验方法对周边卸载工况下通用环错缝拼装盾构隧道结构承载能力进行了足尺试验研究,具体介绍了试验方案和加载方案的设计,提供了结构变形、裂缝展开、管片纵环缝变形和螺栓受力的发展情况以及破坏过程等试验结果,并对结构的承载性能和破坏机理进行分析。试验结果表明:结构收敛的荷载-位移曲线呈弹塑性特征,在初始阶段,荷载位移曲线线性上升;随后环缝破坏,环间相互作用减弱,结构整体刚度降低;最终环缝凹凸榫剪坏、纵缝混凝土受压破坏以及管片本体压弯破坏,结构整体失去稳定性。     

大断面跨海盾构隧道结构设计与参数分析

为获得精细、合理化的大断面盾构隧道结构设计方法,文章依托某大断面跨海隧道工程,对其结构选型和结构参数进行了分析。从管片拼装方式与分块、管片连接方式、管片材料等方面,分析了管片结构的选型方法;从计算模型的选取、计算工况与荷载的确定、参数的选取、计算结果等方面,分析讨论了管片横断面和隧道纵向结构的数值模拟计算方法及其适用性。结果表明:采用梁-弹簧模型、均质圆环模型计算管片横断面时所得的内力分布并不相同,在实际设计中应以前者计算结果为主,后者进行复核;在地基变化剧烈处,盾构隧道易出现较大的纵向弯矩和管片环间剪力,可通过采用设置变形缝、硬岩破碎等方式予以处理。     

超载对淤泥质地层隧道结构受力性能影响分析——以苏通GIL综合管廊越江盾构隧道为例

依托苏通GIL综合管廊越江盾构隧道,针对运营期岸坡段可能出现的地表超载问题,文章通过建立三维有限元精细化分析模型,研究了不同超载形式下管片结构的变形与裂损特征,分析了断面收敛变形、接缝张开、结构内力随堆载的发展规律,揭示了大面积堆载、局部堆载两种超载模式下结构的损伤演化机理,提出了地表超载控制标准。针对穿越淤泥质粉质粘土的大直盾构隧道,研究表明:(1)大面积堆载工况下隧道变形破坏过程分为三个阶段,分别以设计荷载、拱腰内侧钢筋受压屈服为分界点,第一阶段表现为弹性受力,第二阶段为带裂缝工作的塑性阶段,第三阶段为加速变形失稳阶段,破坏时表现为拱腰受压屈服,竖向收敛为110.5 mm,接缝基本未张开;(2)局部堆载工况下隧道受力同样分为弹性、塑性及加速变形失稳三个阶段,分别以设计荷载、拱腰外侧钢筋受拉屈服为分界点,破坏表现为顶底受拉破坏,竖向收敛152.6 mm,接缝张开4.36 mm;(3)大面积堆载模式下地表附加荷载的预警值为110 kPa,局部堆载模式下地表附加荷载的预警值为70 kPa。     

浅埋黄土隧道土石分界高度对初期支护结构安全性的影响分析

为获得浅埋黄土隧道土石分界高度对初期支护结构安全性的影响,文章以临县隧道为工程背景,采用数值模拟的方法研究了浅埋土石分界高度及土石分界面位置对隧道初期支护结构安全性的影响。结果表明:土石分界致使隧道初期支护结构安全系数发生突变,分界面倾斜时安全系数分布不对称。同一种埋深条件下,随着土石分界面位置的下移,土石分界面以上部分偏压减弱,分界面以下的部分偏压增强。同一界面深度条件下,隧道初期支护结构左右断面偏压情况随着埋深增加而增大。当土石分界面分别位于隧道上导坑和中下导坑、分界面倾角为10°时,可通过增加20%隧道左侧荷载或减小20%右侧抗力系数来进行荷载计算。     

流变荷载作用下公路隧道二次衬砌开裂特征研究

针对流变荷载作用下公路隧道二次衬砌裂损情况随运营年限增加不断显现的问题,文章基于离散元-有限差分耦合计算方法,对流变荷载作用下二次衬砌的裂损过程进行分析,并探讨了地应力场及衬砌背后空洞对二次衬砌破坏特征的影响。结果表明:(1)地应力场对二次衬砌的破坏形态有较大影响,当λ=0.5时,裂损主要发生在拱顶与拱底区域;当λ=1或2时,裂损主要发生在左右拱腰区域;(2)当拱顶存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与无空洞情况存在差异;当拱肩存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与无空洞情况相似;当拱腰存在空洞时,衬砌裂损过程与无空洞情况不同,但其最终破坏形态与无空洞情况相似;(3)当拱顶及拱肩存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与仅拱顶存在空洞情况相似;当拱肩与拱腰或拱顶与拱腰存在空洞时,衬砌裂损过程及最终破坏形态与单一空洞情况存在差异;(4)不同空洞数量及空洞组合情况下,空洞附近处的混凝土均出现开裂。     

装配式管片接头受力平面有限元分析

在盾构法隧道设计中,评价接头刚度对管片内力的影响是隧道设计的一个十分重要的内容.由于管片接头或整环管片试验资料过少,很难得到普遍性的接头刚度规律.目前工程中大多根据经验将接头刚度确定为某一常数.针对上述问题,文章通过对广州地铁三号线无传力衬垫的盾构隧道管片接头进行了接触问题的非连续弹塑性有限元分析,得出了接缝转角与弯矩的关系曲线.这种关系曲线接近双直线形状,因此可以简化为双直线关系来确定接头刚度.计算的结果反映出管片接头转角与管片内力之间的非线性关系的规律,为管片设计中的关键参数选择提供了依据,具有较大的实用和参考价值.     

盾构隧道整体道床剥离病害规律研究北大核心CSCD

盾构隧道整体道床的剥离病害已严重影响地铁的安全运营。为研究整体道床剥离病害的规律,文章以国内某运营地铁线路为工程背景,建立整体道床-管片-注浆层数值模型进行分析研究。结果表明:列车轮组作用在道床一侧靠近伸缩缝位置时会引起较大的道床剥离变形,是最不利位置;列车荷载在振动作用下引起的剥离量远大于静载作用时的,且两者间存在函数关系;伸缩缝位置是最易发生剥离的区域,剥离首先发生在伸缩缝两侧边缘,随列车动载作用时间增加,剥离区域扩展至伸缩缝1.5 m范围内;注浆层刚度与接触面黏结强度均是影响剥离量的重要因素,提升注浆层刚度和道床-管片接触面的黏结强度可有效减少剥离量。     

大直径盾构隧道双层衬砌管片结构计算

目前,大直径盾构隧道的运用日益增多,常用的盾构隧道多为单层衬砌结构。鉴于单层衬砌管片结构存在一些缺点,双层衬砌管片结构的设计与使用逐渐引起人们的注意。文章针对大连地铁5号线跨海段盾构隧道双层衬砌结构,运用Abaqus软件并考虑围岩压力、地震荷载作用、溶洞以及施作方式对于结构的影响,计算分析不同工况下盾构隧道双层衬砌管片结构的变形以及受力特征。研究结果表明:基本荷载下结构受力的主体为初衬,二次衬砌的作用应更多考虑为耐久性和安全储备。地震荷载作用下二次衬砌结构内力显著增大,相对于基本荷载,初衬内力增幅为8.57%～44.1%,二次衬砌内力增幅为123.6%～332.4%,二次衬砌结构将在抵抗地震等偶然荷载作用时发挥较大作用。地震荷载作用下溶洞对双层衬砌结构内力及变形影响很大,相对基本荷载工况,初衬内力增幅为11.0%～216.5%,二次衬砌内力增幅为192.4%～353.1%,轴向变形增幅为58.9%～81.34%,水平向变形增幅约为143.6%。因此,建议对溶洞进行合理加固,以保证隧道安全。