封顶块位置对高水压通缝拼装管片结构的影响

为了探明封顶块位置对盾构隧道管片结构力学行为的影响,基于苏通GIL （gas-insulated transmission）综合管廊隧道工程,选取封顶块在拱顶和拱腰两种代表性工况,开展了高水压条件下的通缝拼装管片结构原型试验,从管片结构的变形、受力、裂纹开展情况和最终破坏状态等方面对两种工况的试验结果进行分析. 研究结果表明:不同封顶块位置对管片结构的影响总体表现为对结构整体刚度的削弱不同,其形成的刚度削弱区域抵抗指向洞外变形的能力要强于指向洞内变形的能力;封顶块位于拱腰时结构整体刚度更大,管片结构椭圆度和单点最大位移均分别减小了39.8%和38.2%;封顶块位于拱顶时结构抗弯刚度削弱明显,易出现较大的纵缝张开,而封顶块位于拱腰时管片最大纵缝张开量明显减小,仅为前者的53.3%,且连接螺栓受力减小了54.4%;封顶块位于拱腰时,管片环拱底内弧面更容易产生裂纹、开裂荷载相对更小,管片内部主筋更早进入受拉状态;封顶块位于拱顶时管片结构由于纵缝张开量较大,在较高水压的情况下破坏始于纵缝处混凝土的压剪破坏进而导致的结构失稳.      

越江盾构隧道纵缝张开及收敛变形响应规律研究

隧道收敛变形能够直观地反映出隧道结构的安全状况, 是影响地铁正常运营的重要因素。 依托南京扬子江大断面盾构隧道, 建立了单环管片精细化数值模型, 以现场接缝张开度的健康监测数据验证数值模型的准确性与可行性, 研究了纵缝张开与收敛变形的关系以及螺栓预紧力和管片拼装角度对收敛变形的影响。 研究结果表明： (1) 纵缝张开是隧道环向发生收敛变形的关键因素, 管片绕接缝处转动是收敛变形的主要形态; (2) 对于大变形情况 (＞8‰D), 提高螺栓预紧力不建议成为控制收敛的主要手段; (3) 得到的 “纵缝张开-收敛变形” 拟合公式, 可用于近似估算圆砾及卵石全透水地层中不同拱腰收敛变形下的拱顶纵缝张开量。     

地铁盾构隧道抗弯刚度有效率的模型试验研究

盾构管片拼装过程需要设置环向与纵向螺栓,螺栓接头会对管片整体刚度产生影响。以城市地铁单线单洞盾构隧道为研究对象,采用室内相似模型试验,开展2环管片横向、21环管片纵向加载试验,通过对比分析均质管片与错缝拼装管片,得到了盾构隧道横向和纵向刚度有效率。试验结果表明:隧道各位置的变形与荷载基本呈线性变化;横向抗弯刚度有效率为0.76,纵向抗弯刚度有效率为0.20～0.35。     

超大直径盾构负环管片拼装技术

根据南京长江隧道Φ14.93 m盾构负环管片拼装的工程实例,介绍了超大直径盾构机负环管片拼装方案及采取的技术措施,为类似超大直径盾构负环拼装提供借鉴。     

地震作用下盾构隧道环缝单向振动防水性能试验

为研究盾构隧道管片接缝弹性密封垫在地震作用下的防水性能,以在高烈度地震区修建的大断面海底盾构隧道——苏埃通道工程为依托,根据隧道环缝防水指标,研制了可模拟地震作用下的管片环缝单向振动防水试验装置,通过不同环缝张开量下单向振动防水试验,与未考虑地震作用时对应的张开与错动工况下静态防水试验结果进行对比,得出了张开量增大对密封垫防水性能的影响,并提出了弹性密封垫振动防水与静态防水的对应指标. 结果表明:单向振动作用下弹性密封垫发生渗漏时,水呈喷射状而非缓慢流出,张开量的增大较错动量增大更易使弹性密封垫防水性能显著降低;随着环缝张开量的变化,单向振动耐水压值为0.2～1.4 MPa,静态耐水压值为0.1～1.1 MPa;单向振动作用下环缝弹性密封垫的防水性能约为静态时防水性能的45%～78%.      

地铁盾构双线隧道施工地层变形及衬砌结构应力数值分析

为预测盾构双隧道施工周围土体的变形及衬砌结构管片应力规律,以石家庄地铁1号线07标段北宋—谈固站区间双线隧道为工程背景,在考虑各土层材料性质及盾构施工工艺的基础上,利用FLAC3D建立了盾构双隧道的三维精细数值模型,研究了盾构双隧道衬砌管片的应力规律,并与现场实际监测数据进行了对比分析.结果表明:盾构隧道开挖造成的地层沉降大致沿隧道轴线与水平线夹角45°向地表扩散.横向地表沉降的影响距离距隧道中心约为30m.随着隧道埋深增加,对应地表监测点位累计沉降值变小,与隧道埋深成反比对应关系.隧道附近土体的第一主应力存在应力集中现象,应力集中系数约为1.3.衬砌管片应力分布存在差异性,靠近双隧道共同扰动的管片侧的拉应力和剪切应力集中现象较为明显.衬砌管片横断面形变以"椭圆化"变形为主,兼有断面收缩变形.     

盾构千斤顶不良顶推作用下地铁管片衬砌开裂特性

为指导地铁区间隧道施工盾构掘进控制和管片衬砌防裂设计,建立考虑接头-管片的盾构隧道装配式衬砌结构数值模型,基于混凝土弥散开裂本构模型,研究直线段管片衬砌在千斤顶轴向倾斜以及千斤顶端面侧移两种不良顶推作用下管片衬砌的开裂特性.研究结果表明：在上述2种不良顶推力下,顶推导致的管片衬砌裂缝主要分为封顶块螺栓孔裂缝、手孔纵向裂缝和管片环面纵向裂缝3类;当千斤顶出现轴向倾斜致裂时,拱顶封顶块环向螺栓孔处的裂缝宽度最大,且当轴向倾斜角度达到3°时,3类裂缝宽度均已超过施工的允许值;当千斤顶端面侧移致裂时,衬砌环面及封顶块环向螺栓孔位置处的宽度最大,其中端面整体向下侧移是最为不利的情况;管片衬砌开裂将导致裂缝位置处钢筋应力增大,相同开裂位置处的钢筋应力-裂缝宽度关系基本不受顶推力倾斜角度变化的影响,裂缝的宽度与钢筋的应力呈正相关关系.盾构施工时,应严格控制盾构掘进不良顶推作用,对容易产生裂缝的位置建议加强配筋以控制裂缝的发生.     

大直径高水压下越江盾构隧道防水施工技术

跨越江河湖海的地下工程,往往地质条件复杂、水压力大,防水施工技术尤为重要。详细介绍了南京长江盾构隧道的防水设计及施工,主要包括管片接缝的设置及材料,管片及其拼缝、嵌缝、螺栓孔和洞门等的防水施工控制,隧道防水效果良好,对同类工程具有借鉴意义。     

吊出井区段盾构隧道结构病害及成因分析

对砂性地层盾构吊出井所在区段地铁隧道进行隧道渗漏水、混凝土管片损伤、错台量、接缝张开量的调查和检测,并结合隧道收敛变形监测数据进行了吊出井段开挖回填的施工数值模拟。分析结果表明,吊出井段隧道病害主要是由于回填土在隧道该部位产生的侧向应力值太低,在上覆荷载作用下隧道产生较大收敛变形,引起拱顶管片内壁拉伸外壁受压,从而导致了隧道顶部纵向开裂和接缝张开等病害。     

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。     

外圆内椭管片结构内力计算模型

为了使地铁隧道适应地层荷载的不均匀性,参考异形管片结构形式,同时兼顾制作与施工等因素,提出外圆内椭管片结构,以保证管片结构最不利位置的刚度满足安全要求,并适当降低管片其他位置的刚度,充分利用材料特性;采用刚度阶梯折算法求解外圆内椭管片的柔度系数与自由项,建立外圆内椭管片的计算模型;参照实际工程地质条件,研究外圆内椭管片的内力分布特点;利用《铁路隧道设计规范》(TB 1003—2016)对外圆内椭管片的安全性进行评价。计算结果表明:相比于等刚度管片,在相同的荷载条件下,外圆内椭管片减小了管片结构拱顶与拱底的弯矩,将最大弯矩与最大轴力转移至拱腰,在验算时重点分析管片结构拱腰处的内力能否满足安全条件即可,简化了安全验算内容;在稳定性方面,等刚度管片在拱顶、拱肩与拱腰处的安全系数分别为3.07、18.05和2.45,外圆内椭管片在拱顶、拱肩与拱腰处的安全系数分别为2.79、14.86和2.21,虽然较之等刚度管片略有降低,但仍然大于安全验算要求规定的最小值2.0,可充分发挥混凝土的材料特性;在内部空间方面,外圆内椭管片在外径与等刚度管片一致的情况下,等刚度管片的内部空间面积为22.9m2,而外圆内椭管片的内部空间面积为23.76 m2,明显大于等刚度管片面积,因此,可在不扩大外径的条件下,增加了内部空间面积,提高了内部空间利用率。      

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.      

大直径长距离过江隧道盾构机盾尾泄漏的防治

结合南京长江隧道盾构施工工程,分析了盾构施工中导致盾尾泄漏的各种原因,并提出了有针对性的预防措施及应急预案,确保了南京长江隧道盾构施工安全实施。     

南京长江隧道盾构机选型探讨

盾构机选型的正确与否是关系到工程成败的关键问题。结合南京长江隧道工程实例,对盾构机选型的适应性和可靠性等一些关键问题进行分析和探讨,供类似工程和同行参考。     

盾构法修建地铁隧道的技术现状与展望

随着我国城市地铁的大力发展,盾构法作为安全、环保、快速的建设手段,在地铁隧道修建中得到了广泛应用,已逐渐成为国内外研究的热点.通过综述我国城市地铁盾构隧道修建技术的发展历程及近期新的发展趋势,讨论了采用盾构法修建地铁隧道存在的技术问题,介绍了近期国内外盾构设备制造技术与选型技术、盾构施工对环境的影响及控制、复杂条件下盾构隧道结构性能、盾构隧道衬砌结构劣化特征与耐久性的相关技术研究与新进展,展望了未来我国地铁盾构隧道关于特种断面盾构的制造与应用、盾构扩挖修建车站技术、灾害与事故的影响与评估,以及衬砌结构安全性评价与维修养护体系的建构等的发展方向与研究趋势.      

超大直径盾构试掘进施工关键技术研究

试掘进施工是泥水盾构施工的一项关键技术,该文以南京长江隧道Φ14.93 m 泥水盾构施工为背景,对试掘进的工作内容和主要目的进行介绍,并结合距离始发井 75 m 的一处池塘的原位试验,对盾构施工引起的地表沉降变化规律和泥水压力的取值进行了研究。     

盾构法施工在过江隧道中的风险及应对措施

以南京长江隧道工程为例,系统全面的分析了盾构法施工在过江隧道中的各类风险,探讨了盾构进出工作井施工风险、盾构穿越江中段风险、超大盾构工作面失稳风险、管片密封事故风险、施工中地层移动风险、盾尾冻结法施工风险等发生后将导致的后果以及引发该风险的原因,提出了相应的风险应对措施,为类似的盾构法施工的风险评估和安全管理提供经验和技术上的参考,降低了施工风险。     

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.      

水压条件下矿山法隧道主体结构的受力特征

为探明水压条件下矿山法隧道主体结构的受力特征,采用模型试验研究高水压条件下衬砌的力学行为、结构与围岩、地下水相互作用关系及结构破坏模式.研制了马蹄形断面非均布水压-土压加载装置,模拟大断面隧道衬砌主体结构在不同水压与土压共同作用下的力学行为.研究表明:弯矩沿衬砌周向总体上呈蝴蝶形分布,轴力呈近似椭圆形分布;土压力增大使结构弯矩、轴力、最大变形量和偏心距均增大;侧压系数增大使结构弯矩不同程度地减小,而使轴力增大;水压增大使衬砌轴力迅速增大,而弯矩增大较慢;高速铁路隧道衬砌结构承受的极限水压不宜超过500 kPa.