粘贴钢板加固地铁盾构隧道承载性能研究

为探究粘贴钢板(简称粘钢)加固盾构隧道衬砌的承载性能和破坏机理,基于上海实施的内张钢圈加固管片衬砌结构试验,建立三维实体精细有限元模型,讨论了通缝隧道衬砌粘钢加固后的力学行为、变形特性和破坏模式,验证了数值仿真手段的可靠性。在此基础上,对广州地铁1号线某区间错缝盾构隧道钢板加固案例展开模拟,评价加固效果。研究结果表明:精细有限元模型能较好地模拟钢板与管片衬砌的共同承载特性,真实反映接头等细部构造的变形及力学指标;粘贴钢板加固后衬砌结构破坏的直接原因是钢板与管片混凝土间环氧树脂黏结失效,呈现明显的脆性特征,常规变形监测难以起到预警作用,应着重关注钢圈与混凝土间黏结状态;某病害错缝盾构隧道进行粘贴钢板作业后承载力提升约59.0%,加固效果显著。研究成果可为相关隧道加固方案的设计与实施提供指导和参考。     

软土地层地面堆载下盾构隧道变形特征分析

苏州地铁S1线玉山广场站～珠江路站区间,穿越软塑～流塑地层,评估地面堆载引起隧道结构变形的安全范围,规避地面堆载诱发的安全隐患,是苏州地铁S1线周边地面规划急需解决的实际问题。针对该问题,利用ABAQUS有限元软件,采用地层—结构法建立隧道二维模型,对该区间穿越软塑～流塑地层的3种典型埋深下的盾构隧道在不同堆载范围、堆载大小和堆载位置作用下的变形特征进行模拟研究。研究结果表明:在堆载作用下,竖向位移首先出现在拱顶,并逐渐由两肩、拱腰向拱底发展,水平位移首先出现在左右拱腰位置并逐渐向拱顶和拱底发展;小量的堆载(≤20kPa),无论其堆载范围、堆载位置如何,对隧道结构竖向位移和水平位移的影响约小于10mm;堆载范围对竖向位移的影响随着堆载大小呈线性增大,拱腰处的水平位移先增大后减小;堆载位置偏离隧道正上方后,拱顶竖向位移(方向向下)逐渐减小,拱底竖向位移(方向向上)逐渐增大,拱腰的水平位移方向改变(向偏离堆载方向移动)。     

小净距隧道穿越岩堆体综合加固方案效果分析

山区隧道穿越岩堆体时,开挖扰动易导致上覆岩堆体产生局部或整体性的失稳破坏,引起工程地质灾害。以某穿越岩堆体的小净距隧道为工程背景,采用FLAC 3D软件进行数值仿真计算,对无加固措施、仅在上覆岩堆体注浆加固和岩堆体注浆结合锚索支护双重加固等3种工况进行模拟计算,对比分析了岩堆体表面变形、隧道内拱顶沉降以及隧道上覆围岩沉降变形趋势,评估不同加固方案的实施效果。结果表明：地层注浆对控制隧道内的拱顶沉降具有较好的效果;锚索支护结合地层注浆综合加固方案可有效抑制岩堆体在隧道开挖扰动下的变形,有助于提升岩堆体的稳定性。综合加固方案可以较好地解决小净距隧道穿越岩堆体诱发的工程问题,可为类似工程提供一定的参考。     

盾构隧道内堆载引起的隧道转动和错台变形计算

盾构隧道内堆载可以有效抑制隧道的上浮变形。为研究隧道内堆载对隧道纵向沉降及变形的影响规律,采用综合考虑管片环间错台和转动变形效应的协同变形模型,推导计算堆载引起的隧道附加荷载,通过最小势能原理求解隧道纵向沉降、环间剪切力、错台量和转角,并研究不同堆载大小、堆载长度、土质条件对隧道纵向沉降及位移的影响规律。研究结果表明： 1）采用该计算方法得到的结果与实测值和数值模拟结果比较吻合,说明方法可靠; 2）堆载引起的隧道附加应力和沉降沿隧道纵向呈正态分布,堆载中心处最大,且与堆载大小近似成正比; 3）隧道环间错台量、转角及剪切力三者变化规律相同,在堆载中心处近似为0,但在中心两侧急剧增大; 4）随着堆载长度的增加,隧道沉降量相应增大,但增大速度逐渐减缓; 5）不同土质条件对隧道堆载引起的隧道沉降量及沉降范围均有较大影响。     

浅埋隧道下穿高压铁塔注浆加固效果的数值分析

为分析浅埋隧道CD法施工对既有高压铁塔的影响,以九景衢铁路某隧道工程为背景,建立二维弹塑性有限元模型,对有无注浆加固两种方案进行模拟,对比分析了高压铁塔水平及竖向位移,隧道周边收敛变化规律。结果表明,地表注浆加固后采用CD法可明显控制高压铁塔的基础沉降和不均匀沉降,其中基础沉降值减少了43.63%,不均匀沉降值减少了54.39%;在隧道上部的施工过程中,铁塔和隧道的沉降位移和沉降速率较大;数值模拟结果与实测值较为接近,加固后能够保证隧道和铁塔的安全。研究结果可为类似工程提供一定的参考。     

软土路基堆载下既有隧道变形特性分析

以福州地铁6号线区间隧道上方施工路基为工程背景,运用Midas NX有限元软件,建立在深厚软土地层中路基堆载对地铁盾构区间隧道变形影响的有限元模型,分析了考虑流固耦合作用下软土的变形特性及复合地基加固处理效果。结果表明:在未采取加固措施的情况下,堆载对隧道周边的影响较大;对深厚软土加固,采用CFG桩+水泥土搅拌桩方案,形成复合地基后可满足变形控制的标准。     

重叠隧道施工及注浆加固措施研究

针对重叠隧道段施工技术难题,根据地质勘探报告及隧道结构特点,提出了重叠段地层加固、重叠段盾构掘进、同步支撑作业三步走措施。地层注浆加固范围为管片向外3.5m,采用钻、注一体机进行掘进施工。注浆完成后对加固结果进行监测,收敛变形最大值为1mm,拱顶沉降最大值为14mm,地表沉降最大值为20mm,注浆加固效果显著,达到预期效果,确保了施工安全。     

破碎围岩错缝拼装盾构隧道结构承载性能与变形控制指标

为确定破碎围岩错缝拼装盾构隧道结构变形控制指标,考虑顶部堆载、侧向卸载2种常见荷载工况,开展了错缝拼装盾构隧道承载性能演化规律研究。首先,基于接头刚度等效原则提出了不设传力衬垫的管片接头简化模拟方法,通过与相关文献实测数据对比螺栓轴力计算结果,验证了该方法具有一定合理性和适用性;其次,基于接头简化模拟和荷载结构法进行了隧道结构承载性能数值模拟,分析了管片承载状态随断面变形的发展规律;最后,根据管片承载状态临界点,提出盾构隧道结构安全等级划分方法和断面变形控制指标。研究结果表明:2种工况下管片承载构件屈服顺序存在差异,顶部堆载工况下屈服顺序为拱顶、拱底内侧钢筋,拱腰内侧混凝土,而侧向卸载工况下为拱顶、拱底纵缝螺栓,拱腰外侧钢筋,拱顶、拱底内侧钢筋,拱腰螺栓;考虑隧道耐久性、承载安全性以及结构加固时机,堆载工况下断面变形椭圆度控制值分别为0.712%、1.694%、2.156%,卸载工况下分别为0.876%、1.873%、2.757%。     

地面堆载条件下交叉穿越隧道的竖向位移计算方法研究

为研究地面堆载作用下交叉穿越隧道的竖向位移特性和快速分析评估地面堆载对交叉隧道的影响,考虑土体与隧道、隧道与隧道的相互作用,基于Boussinesq解和Mindlin解,提出交叉穿越隧道竖向位移的解析公式,并通过土与隧道的位移协调、隧道结构的弯曲变形分析进行编程求解。与地表堆载作用下的模型试验和三维有限元结果进行对比分析,计算误差在10%左右,验证本文解析方法的合理性。通过参数分析探讨交叉隧道间距及交叉角度对竖向位移的影响,结果表明： 隧道交叉穿越的相互影响导致上部隧道位移减小、下部隧道位移增大; 这种影响随隧道间距和交叉角度的减小而增大,交叉隧道由正交变为上下平行时,上部隧道最大位移减小30%,因此在小角度交叉穿越的隧道中更应考虑两隧道的相互影响。     

管道下穿对既有铁路的影响及加固对策研究

<正>交下穿管道施工对上跨铁路道床扰动较大,采用常规管道施工技术难以保证既有铁路的运营安全。为研究下穿管道对既有铁路道床变形的影响,探索合理的下穿管道施工方案,文中以潍坊高新区浞钢中水管道工程为背景,采用FLAC~(3D)有限差分软件建立正交下穿既有铁路线的管道三维数值模型,对注浆加固、管棚支护及强化管片3种加固方案进行研究,重点对道床变形、管片内力和管道变形进行对比分析。结果表明,管道施工将导致铁路道床产生较大不均匀沉降,道床沉降以管道轴线为中心线对称分布,管道与道床轴线交点位置沉降最大;既有铁路荷载对下穿管线管片应力和变形的影响显著,道床下方的管片应力和变形最大;地层注浆加固、管棚支护及强化管片都能减小管道施工对道床的扰动,其中地层注浆加固方案效果最显著。     

盾构法与浅埋暗挖法隧道并行施工隔离加固技术

依托南宁轨道交通1号线百花岭站～佛子岭站区间与屯里车辆段出入段线并行隧道工程,研究了盾构法与浅埋暗挖法隧道并行近接施工问题。施工过程采用地面降水与隧道内部防水、隔离桩、地面注浆加固及盾构隧道二次注浆加固等措施加固地层,并在施工过程中对地表沉降进行监测。结果表明,地表沉降值小于最大控制值,验证了施工中所采取的的隔离加固技术的有效性,可为后续类似工程的施工提供经验。     

注浆加固对深埋富水围岩隧道开挖变形影响研究分析

注浆加固作为一种提高围岩力学性质的手段,具有堵水防渗和加固的作用,主要用在IV~V级围岩地段。文中分析了注浆对于围岩参数的影响和注浆加固后隧道孔隙水压力分布情况。依托某隧道工程,采用数值模拟的方法,从注浆圈厚度和渗透系数2个方面探讨注浆加固对围岩开挖变形的影响。结果表明:注浆加固会减小渗流影响下围岩开挖变形速度及变形量,在开挖边界一定范围内注浆加固效果比较明显,注浆圈渗透系数的大小主要影响隧道整体的固结沉降。     

基坑贴近地铁盾构隧道的实施方案研究及变形影响分析

围绕地铁盾构隧道周边基坑开挖引起隧道的变形开展研究,结合工程实例,采用有限元分析软件PLAXIS,分析了不同加固条件下基坑与隧道的变形,并针对盾构隧道洞外土体加固与洞内堆载等辅助保护措施进行分析论证,从而选择经济、安全的施工方案,为解决实际工程问题提供了依据。     

UHPC加固盾构隧道衬砌结构试验

为了研究超高性能混凝土（UHPC）加固盾构隧道衬砌结构性能,首先开展了UHPC材料抗压、抗拉试验研究,然后将其应用于加固盾构隧道衬砌结构,并开展了加固结构的极限承载力足尺试验研究。该加固方法包括以下步骤：在隧道管片内表面进行凿毛处理,在凿毛后的内弧面植入弯筋和化学锚栓,清理凿毛表面,最后在内弧面浇筑0.06 m厚UHPC。未加固衬砌结构整环外径6.2 m,环宽0.6 m,管片厚度0.35 m。加固结构通过外弧面上均匀分布的24个千斤顶进行加载,这些千斤顶分为3组,分别控制其荷载大小,以模拟地层的不均匀压力。标准养护条件下,UHPC18 d龄期（足尺试验龄期）的抗压和抗拉弹性极限强度分别达到138 MPa和12 MPa。加固整环结构的弹性极限由腰部外弧面的混凝土开裂控制,结构破坏是由于原管片接头位置出现4个塑性铰,致使结构变成可变机构。通过分析试验结果以及对比现有加固技术,得到如下主要结论：①UHPC材料的拉压力学性能对养护湿度的依赖性较小,材料存在明显的应变强化现象;②UHPC加固隧道衬砌结构极限承载力由管片接头部位性能控制;③UHPC自身的材料性能得到充分利用,但原隧道管片的材料性能尚未得到充分发挥;④相比未加固结构,初始结构刚度提高1个数量级,结构弹性极限提高了115%,UHPC加固结构承载力和传统的钢板加固相当。     

近邻多孔交叠隧道施工临时加固必要性分析

多孔交叠隧道是在基础设施不断飞速发展情况下涌现出的一种新的结构空间形式。南宁轨道交通1号线与2号线在火车站—朝阳广场站区间为四孔紧邻交叠隧道,文中采用有限元软件模拟了下层隧道设置和不设置临时支撑工况下紧邻多孔隧道的掘进,并分析和对比了两种工况下地层变形的规律及既有结构的变形和内力特征。结果表明,上层隧道开挖能减小由于下层隧道施工引起的土体位移,埋深较大的下层隧道施工引起地表沉降小,上层隧道在下层隧道施工的基础上引起较大的地表沉降;地层位移的变化主要取决于隧道自身和邻近隧道的施工,与下层隧道是否加固没有任何关联;下层隧道底端处的变形大于拱顶处,隧道呈现上下压扁趋势,且通过架设临时支撑能提高管片的整体刚度,进而减小支护结构的变形,降低结构的轴力和弯矩,提高结构的安全性能。     

砂土覆盖型岩溶地层盾构隧道施工地面注浆加固实例分析

隧道沿线溶洞的加固处理是岩溶地层中盾构隧道施工的关键。以广州地铁某区间盾构隧道施工为背景,论述砂土覆盖型岩溶地层中盾构隧道施工面临的主要工程地质风险;由溶洞处理流程入手,从溶洞处理判断标准、注浆填充方案、注浆材料选择以及注浆加固效果检验等方面详细介绍盾构隧道施工中通过地面注浆加固进行溶洞处理。同时,对监测区间内溶洞注浆加固效果以及隧道掘进引起的地面、房屋沉降情况进行监测分析。研究结果表明： 溶洞注浆加固效果良好,隧道掘进造成的地面房屋沉降变化平稳,地面注浆加固处理在砂土覆盖型岩溶地层盾构隧道施工中具备一定的工程适用性。     

类矩形盾构隧道结构整体安全性试验与分析

为研究类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的整体安全性,针对2环纵向接缝构造相同,管片配筋不同的衬砌结构进行整环足尺加载试验。试验通过30点集中荷载模拟类矩形盾构衬砌结构在意外堆载工况下的实际受力,利用位移计和电阻应变片等传感器得到类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的破坏过程、结构变形、接缝变形及螺栓应变等试验结果,对其进行分析得到了类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的破坏机理;并对比分析了2环试验结构试验结果,探究了不同管片配筋量对结构受力性能的影响。最后,从结构鲁棒性角度出发,分析了意外堆载工况下类矩形盾构隧道结构的鲁棒性指标,对类矩形盾构隧道结构整体安全性进行评价,并通过对比分析2环试验结构的鲁棒性指标,为提高类矩形盾构隧道结构整体安全性提出管片优化设计的建议。研究结果表明:类矩形盾构隧道衬砌结构的薄弱环节为管片间的纵向接缝及T块与中柱连接处;纵向接缝构造形式相同前提下,管片配筋量增加对纵向接缝受力影响不明显,不能使类矩形盾构隧道结构的鲁棒性明显提升;管片截面抗剪不足导致结构局部破坏而失去承载力不利于结构的鲁棒性,可通过优化管片本体截面的抗剪承载力提高类矩形盾构隧道结构的整体安全性。     

盾构隧道近距离下穿既有隧道安全性分析

为了充分掌握地铁盾构隧道近距离下穿既有隧道时管片、岩土体的变形,以深圳地铁9号线梅村站-上梅林站区间下穿既有4号线莲花北站-上梅林站区间工程为背景,运用Midas GTS有限元软件对下穿施工过程进行数值模拟,分析下穿时岩土体与既有线隧道管片的变形,对两条线设计竖向距离的安全性进行了验证,得出两隧道竖向最小距离在2.0~2.5 m范围是安全的。同时提出一些技术措施,如对既有隧道进行自动化监测,从既有隧道内注浆,信息化施工等。     

偏压隧道洞口段坡体钢花管注浆加固效果分析

为了解决偏压隧道施作套拱初期致局部坡体滑移的问题,提出3种边坡加固方案进行对比分析,采用有限元强度折减法,建立相应的计算模型,分析3种加固方案下边坡安全系数、侧坡总位移、有效塑性应变、最大剪应变及隧道开挖的地表竖向位移值。通过对3种加固方案的对比及坡体测点的位移监测数据分析表明： 对边坡施作工况3（对坡面挂网喷浆支护、坡体施作锚杆支护和局部钢花管注浆）的支护方式加固后坡体的稳定性明显优于工况1与工况2这2种坡体加固方案,工况3加固方案不仅提高了边坡的整体稳定性,而且能最大程度减小隧道开挖对地表变形的影响,在工程应用中取得了较好的经济效益与社会效益。     

地面堆载诱发下既有盾构隧道纵向变形的解析解

为研究地面堆载作用对既有盾构隧道纵向变形的不利影响,将既有盾构隧道简化为置于Pasternak地基上的Timoshenko梁(定义为T-P模型),通过理论推导得到考虑盾构隧道剪切效应和地基剪切刚度的地面堆载诱发下,既有盾构隧道纵向变形的解析解。研究结果表明:1)与其他模型计算结果相比,在实测数据的最大值附近,T-P理论模型计算结果与实测数据更为吻合,从而验证该模型的可靠性。2)在隧道纵向变形计算上,T-P模型相比常用Euler-Bernoulli梁模型计算结果较大,而稍小于T-W模型计算结果,更接近实际监测数据;在内力计算上,Euler-Bernoulli梁模型计算结果较大,常用的EB-W模型弯矩、剪力最大值均为T-P模型的1. 3倍。3)随着隧道与堆载中心水平距离的增大,隧道竖向变形减小;提高土层弹性模量以及隧道等效抗弯刚度可以有效减少隧道竖向变形;当等效剪切刚度超过一定数值后,隧道变形趋于稳定。