旁侧基坑开挖偏心卸载下盾构隧道横断面受力变形研究

为了研究基坑开挖导致旁侧既有盾构隧道产生偏心卸载而带来的不利影响,采用MIDAS/GTS NX软件建立精细化的三环盾构管片模型。基于修正惯用法计算的盾构衬砌环初始围压和Mindlin公式计算得到的基坑开挖卸载产生的附加围压,通过将总围压施加在盾构管片模型上,模拟计算得到盾构衬砌的横向变形和内力;采用椭圆度作为评价隧道安全状况的指标,研究基坑开挖偏心卸载对盾构隧道的影响规律。结果表明： 在基坑开挖偏心卸载过程中,衬砌结构会产生斜向“压扁”的效果,呈现“斜椭圆”变形;由于应力集中的原因,在管片与管片的接缝处应力较大,混凝土应力最大值处在邻接块与标准块之间;混凝土和螺栓的最大应力值会随着椭圆度的增大而增大;随着基坑围护结构位移增大,基坑侧壁应力释放系数β值逐渐增大,隧道的水平位移值也随之增大;在基坑开挖过程中要严格控制围护结构的位移量,以保证盾构隧道安全。     

盾构掘进切削灌注桩桩基群施工关键技术——以宁波地铁3号线钱仇区间为例

为解决土压盾构在地铁隧道施工过程中穿越密集建(构)筑物桩基群的难题,以宁波地铁3号线3103标钱仇区间盾构掘进切削灌注桩桩基群工程为研究对象,在现有施工技术的基础上,对切削桩基施工的难点和重点技术问题进行深入研究,针对切削桩基通过桩基群时面临的一系列问题,制定相应的技术方案。对工程实施效果中参数变化、刀具管片状态、混凝土钢筋统计和地表及周围建筑物沉降监测结果进行分析。结果表明:在切削桩基施工中,各方面控制相对较好,刀具没有出现较大磨损,管片没有发生破损与渗漏,地表沉降量及建筑物沉降量在可控范围内,施工方案是可行的,采用盾构直接切削桩基具有经济、安全、对环境影响小的优点。     

盾构隧道纵向接头抗拉性能试验

盾构隧道纵向在受到如地震、纵向地层变形等因素影响时,可能发生环缝张开,使得纵向接头在受拉时更容易破坏。为研究大断面盾构隧道纵向斜螺栓接头在拉拔过程中的受力变形特征及破坏过程,采用自主研制的接头螺栓拉拔装置,开展了1：1接头足尺抗拉性能试验,分析了管片纵向接头在不同加载方式及荷载工况下,管片混凝土应力分布、螺栓应力分布及传递、结构声发射信息和接头最终破坏模式等特征。研究结果表明：斜螺栓纵向接头在拉拔过程中会对管片纵向接缝面及外表面的应力分布产生影响,对管片内表面的应力分布影响较小;纵向斜螺栓在顺向拉拔过程中,未能充分发挥其承载能力,而在垂直接缝面的拉拔过程中,螺栓与套筒、管片内部混凝土的破坏基本保持同步,可充分发挥其承载能力,与混凝土强度配合较好;螺栓拧进套筒的程度影响纵向接头的抗拉拔能力,拧进程度越大,螺栓与套筒的联结能力越强,越能发挥纵向接头的抗拉拔能力;结构最终破坏模式是螺栓、套筒及混凝土间的联结失效,破坏具有突发性,顺拔工况下,纵向接缝面会在孔口周围发生近外表面的锥体破坏,垂直拔工况下,套筒内部螺纹被挤压破坏,因此,可采取提高套筒强度、加强套筒周围配筋等措施以进一步改善纵向接头的整体性能。     

横琴大跨隧道立交近接施工研究

为研究立交近接隧道施工相互影响,建立不同净距及不同交叉角度的多种工况模型,对数值模拟结果进行分析、研究,最终得到各工况下交叉点隧道拱顶沉降、隧底位移、交叉段支护轴力及二次衬砌混凝土压应力大小。相互对比分析得出:当两隧道净距不变时,在隧道交叉角度在30°～60°时,新建隧道对既有隧道隧底位移的影响较大;当两隧道净距不变时,交叉角度越大,新建隧道的开挖对既有隧道初喷混凝土轴力的影响越大,对既有隧道二衬混凝土压应力的影响越小;当两隧道交叉角度不变时,两隧道净距越大,新建隧道对既有隧道拱顶位移的影响越大,对既有隧道的隧底位移、混凝土轴力、混凝土压应力的影响较小。     

复合式衬砌置换缺陷盾构隧道管片技术在实际工程中的应用

为解决由于施工原因导致的区间右线盾构隧道严重上浮事故,文章依托长沙地铁4号线长沙火车南站-光达站区间工程,根据事故隧道所处环境及地质条件,提出在软岩地层中利用复合式衬砌置换缺陷盾构隧道管片的处理方法,主要内容： 1）根据实测数据对线路进行拟合,确定缺陷盾构隧道的长度约为40 m,需处理管片为223～247环,共计25环管片; 2）采用模糊综合评价法对缺陷盾构隧道处置方案进行比选,结果表明在软岩地层中采用复合式衬砌全断面置换缺陷盾构隧道管片方案为最优方案; 3）采用有限元法分别研究单次拆除1环、2环、3环、4环管片时地层及管片的位移及应力变化,结果显示随着一次拆除管片环数的增加,围岩拱顶竖向位移逐渐增大并出现连通的塑性区,邻近第1环管片向隧道内竖向位移及向隧道外水平位移逐渐增大,管片逐渐被压扁,其弯矩、轴力值也逐渐增加,围岩及拆除区域附近管片结构体系越来越不安全,因此施工时需控制一次拆除管片的数量; 4）为确保管片置换时原盾构隧道结构体系的稳定,确保安全,做到快速施工,开发了一种新型台车及其施工方法,将其应用于实际工程。     

腐蚀环境下盾构隧道管片钢筋锈蚀规律研究

腐蚀环境下盾构隧道管片钢筋锈蚀严重影响隧道结构的长期安全使用性及耐久性。针对这一现状,采用数值模拟的方式,通过考虑时间效应,探究在不同环境条件下盾构隧道100年服役期内管片钢筋锈蚀规律,得到的结论主要有:随着隧道服役时间的延长,钢筋表面累积的离子浓度不断变大,但不同位置处累积的最大离子浓度不同,越靠近接缝面位置处离子浓度越大;管片外侧水压越大,钢筋同一位置处累积的离子浓度越大,出现锈蚀的时间越短;改变管片外侧表面氯离子浓度同样会影响钢筋位置处离子浓度,其值越大,钢筋同一位置处累积的最大离子浓度越高,出现锈蚀的时间越短;提高腐蚀环境中盾构隧道管片衬砌保护层厚度,是延缓钢筋位置达到锈蚀临界浓度时间以及保障隧道结构安全承载的有效手段。     

岩层隧道荷载结构响应影响因素分析

为探究岩层隧道各因素对管片荷载结构响应的影响规律,采用理论模型推导了岩层隧道外荷载与结构内力响应及位移响应的解析解。基于岩层隧道管片荷载结构特征,探究了上覆围岩荷载、水头高度、岩层侧压力系数、等效抗弯刚度系数、隧道直径、管片厚度以及混凝土等级等7个主要影响因素对管片荷载结构响应的影响规律;并结合成都市锦绣隧道现场监测试验进行了验证。研究发现：上覆围岩荷载增大与岩层侧压力系数的减小将显著增大管片内力与位移响应;水头增大对管片弯矩与径向位移的影响较小,将大幅增大管片轴力水平;等效抗弯刚度系数的增大不影响管片内力响应,但会使结构径向位移小幅减弱;隧道直径增大将导致管片弯矩、轴力与径向位移小幅增大;管片厚度对结构内力响应影响较小,厚度减小将使管片径向位移小幅增大;混凝土等级变化对隧道荷载结构响应影响细微。对比现场监测结果与模型计算结果,所得荷载结构响应规律相似,表明所提出的分析方法具有较高的准确性。     

土仓压力对隧道近接既有隧道盾构施工影响分析

针对水底隧道平行近接既有隧道施工的情况,以长沙地铁4号线下穿湘江近接南湖路隧道工程为依托进行三维数值模拟分析,探索近接施工中盾构机土仓压力对新建隧道及既有隧道的影响。结果表明,盾构土仓压力越大,地表最终沉降越小,推进过程中要选择适当的土仓压力,不宜过大也不宜过小;盾构开挖对周边土体扰动产生的附加应力场基本以隧道中心为对称轴对称分布,随着离中心距离的增大沿两侧逐渐减少,盾构土仓压力增大则引起的附加应力也增大;随着盾构土仓压力的增大,既有隧道管片变形增大,不利于既有隧道结构的安全。     

围压对错缝拼装管片衬砌结构力学性能的影响

为了探明围压对盾构隧道错缝拼装管片衬砌结构力学性能的影响,以苏通GIL电力管廊隧道为工程背景,采用"多功能盾构隧道结构体试验系统"对3种不同围压下的错缝拼装的管片衬砌结构进行了原型加载试验,从管片衬砌结构的内力、变形、纵缝张开、螺栓应变和主筋应变等方面研究了围压对管片衬砌结构的影响。研究结果表明：①围压变化对管片衬砌结构弯矩的大小和分布影响较小,而对轴力大小和分布影响较大,围压增大,管片衬砌结构的轴力分布更为均匀;②管片衬砌结构的形变呈现不规则的"椭圆形",围压增大可显著降低管片衬砌结构的整体形变,提高管片衬砌结构的稳定性;③围压增大有利于控制管片纵缝张开量,减小螺栓的应变;④围压的增大能够降低管片内侧主筋拉应变,但管片外侧主筋的压应力会随围压的增大而增大,使得正常使用阶段管片外侧主筋应力由压应力控制;⑤围压增大能够有效延长管片衬砌结构单点位移、纵缝张开、螺栓应变线性变化过程,延缓了管片衬砌结构进入塑性变形的时间;⑥高围压条件下管片结构处于高轴压受力状态,使得管片结构外侧受压钢筋应力增大,易造成钢筋屈服先于混凝土压溃发生,使管片结构抗压强度降低。在进行工程设计时,建议对高围压下管片结构的外侧受压钢筋进行加强设计。     

软岩高地应力对运营铁路隧道影响的有限元分析

软岩铁路隧道在运营阶段易发生持续的变形及底臌等其他影响工程安全的现象,而高地应力加剧了变形。为探究在不同高地应力作用下软岩隧道的变形和受力的规律,运用FLAC3D对软岩隧道的位移和安全系数进行分析。结果表明:竖向地应力不变,水平地应力越大隧道的水平位移越大,竖向位移越小,水平地应力的改变对双线隧道影响显著;水平地应力的改变对隧道安全系数的改变影响不明显。     

盾构隧道通缝拼装管片错台的理论分析

随着盾构法隧道施工技术的发展和众多问题的解决，管片错台引起的管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显，对工程质量有直接的影响。盾构隧道管片的错台主要归因于隧道管片间的差异性位移。分析以上海轨道交通二号线西延段盾构隧道工程为背景，在对隧道的不同类型的管片详细的受力分析的基础上，运用达朗贝尔原理对管片的位移进行了理论分析。最后，分析得出了不同类型管片的位移计算公式，并推导得出了管片之间的错台公式。该公式描述了管片错台与管片受力、弹性密封垫性质等因素的一个定量关系，为消除盾构隧道管片在推进过程中的错台，确保施工精度，提高工程质量提供了理论依据。     

新建隧道方位对运营隧道稳定性的影响分析

基于ABAQUS软件，建立了新建隧道相对运营隧道不同方位时的有限元模型，分析新建隧道的不同方位对运营隧道结构变形、结构受力及地表沉降的影响。结果表明:新建隧道方位的变化对运营隧道的结构变形、结构轴力及弯矩、地表沉降变化均有不同程度的影响，其中，随着隧道之间的中心距离增大，运营隧道的结构变形、轴力及弯矩逐渐减小；当中心距离一定时，方位角度越大，运营隧道的结构受力越大，地表沉降的最大值越小；方位角度的绝对值越大，运营隧道的结构轴力及弯矩也越大。     

盾构隧道管片及接头耐火试验

盾构隧道衬砌由预制钢筋混凝土管片通过螺栓连接拼装而成,存在很多薄弱接头,这使其在火灾高温条件下会呈现出更加复杂的力学响应。因此,为了获取盾构隧道管片及接头高温下力学性能,对7组足尺管片试件进行了火灾试验,研究了火灾类型(ISO834、HC及RABT标准升温曲线)、管片类型(标准块、标准块接头及封顶块接头)和密封设置对盾构隧道管片在火灾高温下力学性能的影响。试验结果表明：①在较快的升温速率和较高的温度下,管片受火面混凝土发生严重剥落,导致大量钢筋外露,影响盾构管片高温下承载力,威胁盾构隧道衬砌结构安全;②当各试验距受火面25 mm处混凝土温度均超过《建筑设计防火规范》规定的耐火极限判断标准时,试验管片变形较小且未出现破坏现象,可知仅将温度作为隧道内承重结构体耐火极限判定依据较片面和保守;③管片接头处手孔密封设置及接缝密封设置分别对连接螺栓螺母和螺杆起到了很好的保护作用,但对止水条的温度变化趋势和特征影响不大;④混凝土严重剥落导致的管片厚度减少、大量裂缝产生造成的管片完整性下降以及混凝土水分受热蒸发留下的与外界贯通的毛细孔道均严重降低管片的抗渗性能。     

泥岩地层盾构隧道施工管片上浮影响因素分析

以成都地铁7号线狮子山站～四川师大站区间隧道土压平衡式盾构施工为依托,采用数值模拟方法对管片进行离散化处理,分析了地下水浮力大小、注浆体弹性模量、注浆压力大小对管片上浮的影响。研究结果表明,管片上浮主要发生在浆液还未硬化之前,随着相对水位的加大,上浮量呈现出减小趋势;注浆压力的变化带来的影响体现在两个方面,一个是管片上的合力大小和方向都受到注浆压力分布模式及大小的影响;注浆压力对管片上浮的另一个影响是通过改变隧道周围土体来实现的。管片位移越大,注浆体的弹性约束作用就越明显,因此注浆体的强度值对管片上浮的影响程度会随着作用在管片上的上浮力的改变而产生差异。     

不同火灾规模下地下共用结构安全性研究

为探明在不同火灾规模下地下共用结构的整体安全性，进而为类似地下结构防火设计提供参考依据，以义乌商城大道隧道工程为依托，采用有限元软件ANSYS建立火灾下地下共用结构非线性瞬态热-力耦合分析模型，重点研究地下共用结构在不同火灾规模下的位移、应力变化规律以及结构各截面的安全系数。研究结果表明： 1）隧道内火灾规模的扩大会使混凝土力学性能劣化程度愈加严重，在地层荷载作用下受火结构顶板位移急剧增大，而其相邻水平共用结构顶板位移逐渐减小，进而改变共用结构的整体变形形态；且火灾高温作用会使得隧道共用结构发生应力重分布，其应力变化程度随火灾规模的增大而显著增大。2）隧道内大型客车发生火灾时，受火结构对其相邻的水平共用结构应力及安全性有较大影响，而对竖向共用结构影响较小，但可保证共用结构整体安全。     

TBM穿越中风化花岗岩最小覆岩厚度研究

文中基于midas GTS对全断面隧道挖掘机穿越中风化花岗岩的最小覆岩厚度进行研究,通过4个不同地质断面条件和改变覆岩层厚度分析隧道与地表位移特征。结果表明,在隧道与地表横向地层竖向位移特征中,拱顶同高度处横向地层竖向位移表现为覆岩层厚度越大,最大沉降值越小,隧底同高度处横向地层竖向位移与覆岩层无关,横向地表竖向位移表现为覆岩层厚度越大,最大沉降值越小,最大沉降值出现在左、右线隧道中间;在隧道与地表纵向竖向位移特征中,覆岩层上部土层厚度越大,隧道拱顶沉降越大,隧底隆起值越大,地表沉降值越大;覆岩层越厚,隧道拱顶沉降越小,隧底隆起值越大,地表沉降值越小。文中在4个不同地质断面条件下在覆岩层厚度取值为0.055D、0.11D、0.165D、0.22D(D为隧道外径)时位移特征均满足规范要求,因此TBM穿越中风化花岗岩最小覆岩厚度可取0.055D。     

溶洞对隧道围岩稳定性影响的数值分析及应对措施

岩溶等不良地质情况的存在对隧道建设极易产生极大的安全隐患。为研究隧道上部既有溶洞对隧道围岩的影响,以霍永高速某隧道为工程依托,通过有限元计算软件MIDAS GTS建立起隧道结构与围岩的数值模型,着重研究了上部溶洞在不同位置及不同大小的情况下隧道衬砌的位移及应力变化特征。结果表明:溶洞对围岩位移产生了显著的影响,其中拱顶下沉的增幅最大;溶洞的半径越大,围岩所产生的变形也就越大;当溶洞半径R=2m时,随着溶洞距离的增大,剪应力并未发生任何实质性的变化;当距离L=2m时,随着溶洞半径的增大,剪应力逐渐增大。于此同时给出相应的应对策略,以降低施工及后期运营过程中的安全风险。     

软弱地层隧道不同桩基设计参数的对比研究

为了系统研究在隧道开挖、支护过程中不同桩基设计参数对地层力学行为的影响规律,运用数值分析方法,通过分别改变桩基的桩长、桩径、桩间距和桩土刚度比,对比分析地层竖向位移及应力变化规律,并对桩基设计参数进行比选优化。研究结果表明:在一定范围内,桩长越长,桩径越大,桩间距越小,相应的地层竖向位移越小且第一主应力也越小;在桩长、桩径、桩间距一定的情况下,仅考虑弹性模量对其影响时,桩土刚度比越大,地层竖向位移越大,桩基轴力增大趋势越明显。     

浅埋偏压大断面隧道洞口段边坡稳定性分析

本文高速公路大断面隧道洞口段浅埋、偏压的特点,采用FLAC3D软件,计算不同工况下隧道开挖对洞口段边坡稳定性的影响,同时对隧道开挖工法的选择提出了合理意见。研究表明:边坡坡度是影响隧道洞口段边坡稳定性的一个重要因素,坡度越大,隧道开挖后围岩位移值也越大。隧道的开挖对边坡稳定性有较大影响,隧道开挖后边坡安全系数急剧减小,要避免在坡度大的边坡处开挖隧道。针对本隧道浅埋偏压大断面的特点,施工时不建议采用台阶法开挖,应采用双侧壁导坑法、CRD法与CD法这几种受力更为合理的工法,确保一次应力释放不会太大,保证施工安全。     

模型试验模拟不同工况下基坑开挖对既有隧道的影响

为探讨基坑开挖过程对既有隧道内力及变形的影响,通过室内模型试验模拟三种工况下基坑的开挖对既有隧道截面弯矩、土压力、直径变化规律,同时对比分析了各工况下隧道的内力与变形特点。研究结果表明:基坑开挖引起既有隧道截面纵向弯矩变小,横向弯矩变大,导致既有隧道的横向直径拉长,纵向直径压短;基坑开挖过程中,既有隧道横向土压力减小,导致横向内径增大,纵向土压力有所增大,导致隧道截面纵向内径减小;基坑开挖过程中,隧道的深度越大,开挖影响隧道结构的弯矩与位移越小;隧道与基坑的水平间距越小,基坑开挖影响隧道的弯矩与位移变化越大。