顶管法T接隧道结构受力足尺试验研究

为了探究机械法联络通道切削过程中由于结构体系变化导致主隧道衬砌内力重分布的变化规律,并总结其传力机制,通过基于无锡地铁顶管法施作联络通道案例的足尺试验,研究联络通道采用机械法施工时,主隧道衬砌结构在施工全过程中的受力性能。通过本文的分析,得出： 这一过程中各环的变形量较小,是较为安全的工法; 机械法联络通道中的内力重分布工况效应明显; 在内支撑等辅助设施的协同作用下,环内的内力重分布主要集中在被直接切削的衬砌环,环间的内力传递主要集中在切削位置的临近环,且主要发生在内支撑卸力工况。     

盾构法T接隧道结构受力现场试验研究——以宁波轨道交通3号线联络通道为例

为了了解盾构法T接隧道在施工过程中主隧道外部的荷载以及响应,以国内第一条使用机械法施工的联络通道--宁波轨道交通3号线为背景进行研究。本文通过研究施工过程中的施工工况节点,现场监测主隧道结构的外荷载、收敛变形并计算结构内力,得到在整个施工过程中主隧道的结构响应及其变化规律。通过本文的研究,可以得出以下结论： 1）施工过程可依据外部荷载和结构体系进行划分工况,各工况具有明显的不同响应; 2）始发端和接收端的内力变化主要受到盾构顶力和外部注浆荷载的影响,且主要影响切削侧,切削过程中的内力增量在10%～20%,注浆压力影响的增量部分达到了50%; 3）各环及内支撑轴力增量在200 kN以下,破洞位置导致的轴力损失可以由其余位置共同承担,不需要特殊的破洞阶段超载设计。     

机械法联络通道管片切削试验与数值模拟研究

T接头受力复杂，易引发安全事故，为确保盾构施工安全,分析正线隧道管片弱化效应，针对主隧道特殊管片的设计施工，开展机械法联络通道刀盘切削试验，模拟始发端混凝土管片掘进切削过程，揭示刀具在不同时刻切削力的变化情况及管片、螺栓在不同工况下的内力分布规律。通过研究得到以下结论： 1)刀具切削厚度、切削速度越大，切削阻力越大，混凝土裂纹扩展越严重，刀具磨损越严重；基体强度越大的混凝土，切削时混凝土板面受损越小。2)切削对同一环的螺栓影响较大，对侧边的螺栓影响较小，随着刀盘旋转推进，管片发生位移变化，螺栓连接点的位移逐渐增大。当刀盘钻出管片时，混凝土管片及内部螺栓位移逐渐趋于稳定。3)改变切削洞口管片的强度对于隧道的变形影响很小，在改变了切削洞口强度后，洞口管片所受的位移增大，但是影响量比较小，结构仍较安全。     

NOMJS联络通道施工新工艺研究

针对盾构法隧道联络通道施工中存在的风险,提出顶管直接切掘新型管片联络通道新艺(NOMJS)。该工艺采用特殊设计的顶管机直接切削贯穿上下行线隧道管片形成联络通道结构,并在顶管始发和接收过程中设置止水框体和整体接收装置,可大大降低施工联络通道施工过程中的风险,简化联络通道施工的工序。可直接切削复合管片由可切削混凝土和玻璃纤维筋浇筑,能满足隧道衬砌和顶管机直接切削的要求。联络通道管节采用钢管节,分为始发与接收管节、常规管节和特殊管节,始发与接收管节、止水框体、整体接收装置采用特殊设计,具备间隙封堵、风险应急和快速拆除的功能。     

考虑特殊环的盾构法隧道通用楔形管片排版及纠偏算法研究

盾构法隧道通用楔形管片是通过前后两环的相对旋转来拟合线路中的直线和曲线要素,简化了模板设计,通用性强、质量容易保证.为了满足逃生、疏散的要求,需要在区间隧道中设置人行联络通道,往往将联络通道位置的若干环管片设计成特殊环.另外,盾构机掘进过程中因不可预见因素造成的实际隧道轴线偏差在所难免,需要调整前后管片环的相对转角,使...     

宁波轨道交通4号线盾构隧道联络通道多种工法实践研究

机械法联络通道施工工法包含盾构法和顶管法2大类。为分析机械法和既有冻结法工艺的异同点,以宁波轨道交通4号线盾构隧道21座联络通道为背景,分析其结构特征、结构安全性、环境影响、施工工效、能源消耗等。分析结果表明:1)通过将不同工法的主隧道结构保持一致,保证了主隧道结构的标准化;2)不同工法施工均能满足功能、结构安全和周围环境保护的要求;3)机械法相对于冻结法施工引起的主隧道收敛变形更小,更有利于结构安全;4)在同等条件下,机械法施工时间约为冻结法的1/2,同时冻结法每延米联络通道耗电量约为机械法的10倍。     

考虑接头非线性的壳-接触盾构隧道衬砌计算模型研究

处于低轴力水平、复杂受力过程的盾构衬砌,如输水盾构隧道、联络通道以及盾构法车站等工程施工全过程对应结构形式,其模型计算对隧道环纵缝接头刚度和强度随衬砌内力的非线性变化提出更高的要求。为解决上述具有特殊使用功能的盾构隧道衬砌内力计算中接头刚度非线性变化明显的问题,提出一种盾构衬砌管片计算模型——壳-接触模型,该模型考虑环纵向螺栓在管片厚度方向的空间分布,在管片接头处采用"压剪耦合"的设计理念。以接头抗弯数值模型与室内抗弯试验结果对比反映模型对接头弯曲特性模拟的合理性;通过与壳-弹簧模型分析结果对比,由管片错台差异体现模型接头整体抗剪刚度、抗剪强度的非线性特征,由环向螺栓力学差异确定模型在接头处于压弯力学组合状态下螺栓对衬砌刚度的实际贡献,由此验证壳-接触模型对衬砌力学行为模拟的合理性。     

不同病害情况下盾构隧道环向刚度的计算方法

为研究盾构管片环向刚度分布问题,针对盾构隧道产生的各类病害和实际的接头位置,建立各类病害发生后的管片结构环向刚度模型。计算结果表明： 1）管片环向刚度模型的理论计算结果与管片的实际刚度分布情况相符,具有较高的精度。 2）刚度计算模型能真实准确地揭示出管片结构环向变刚度的分布情况,所建立的刚度分布模型是正确与合理的。刚度模型的建立有利于后期研究盾构隧道病害发生后的盾构管片各截面内力重新分布问题,为后续研究奠定基础。     

沉井式预制拼装结构壳-接头模型的三维数值模拟

为了能够实现机械化竖井作业以及提高竖井施工的预制装配率,垂直竖井自动挖掘法（VSM工法）在国外许多国家开始了应用。以东方路竖井式地下停车库为背景,考虑实际管片间的接缝与错缝拼装效应,建立沉井式预制拼装结构接缝的4环壳-接头模型,并利用已有的矩形管片接头试验进行模型验证。重点研究分析在正常使用工况下3种计算位置处各环的内力分布情况、整环水平径向收敛以及纵缝相对变形等。结果发现： 考虑接缝与错缝拼装的4环壳-接头模型计算出的管片环弯矩比不考虑接缝管片环弯矩的结果要小,轴力相差不大,管片环内呈现出较为明显的径向收敛差异,使得变形类似于“圆台”状。     

顶管法T接隧道现场试验研究分析

为研究顶管法T接隧道工法在施工过程中的主隧道响应,以无锡地铁3号线顶管法施作联络通道工程为背景进行现场试验研究,通过研究施工过程中的施工工况节点了解施工过程,并对施工过程中的主隧道沉降、结构收敛以及结构本身的应变等通过测量等方法进行研究。通过研究施工具体步骤、工况阶段以及沉降和隧道收敛等的规律,得出如下结论:整个施工过程是较为安全的,且施工过程中影响结构响应的主要因素为盾构推力和内支撑顶力变化。通过试验研究,对顶管法修建T接隧道的可行性进行分析并给出关键的影响因素。     

行星摇臂式顶管机切削玻璃纤维筋砂浆试验研究

目前盾构隧道联络通道主要采用冷冻法对土体降温再进行开挖施工，但在复杂工况环境下仍存在极大施工风险。通过采用专门研制的行星摇臂式顶管机对不同强度等级的玻璃纤维筋砂浆试块进行全断面切削试验，对行星摇臂式顶管机切削玻璃纤维筋、砂浆和道具磨损情况进行研究。试验表明，行星摇臂式顶管机切削效率理想，试验结果可以促进今后顶管法直接开挖联络通道的理论发展和技术进步，以及指导实际切削钢筋混凝土管片的施工，为今后类似的工程提供相应的参考。     

管片破拆对盾构隧道衬砌受力特性的影响研究

为了解联络通道施工期间管片衬砌结构易裂损破坏的形成原因,基于3环错缝拼装数值模型,就管片破拆对盾构隧道衬砌整环承载性能的影响进行研究。研究结果表明:1)联络通道开孔将导致盾构隧道衬砌整环极限承载能力和整环屈服承载力分别下降23.7%、25%,整环竖向和水平方向承载割线刚度分别下降21%、33%;2)管片开孔两侧的管片接头和开孔环拱顶等位置,管片接头以及开孔环上方管片中部和未开孔一侧拱腰处管片等是关键截面,最易开裂和破坏;3)管片开孔后,在同样大小外荷载作用下,关键截面位置管片的弯矩被大幅放大。     

水下圆砾地层盾构隧道施工荷载实测及其力学响应研究

为研究水下盾构隧道穿越圆砾地层时管片结构施工期间受力的影响因素,以常德沅江越江隧道为依托,选取东线隧道水头最高位置对应的管片环,采用连续动态测量,提取管片从拼装完成至盾构远离过程中管片结构内力和地层水压力,并提取盾构施工中同步注浆压力和盾构顶推力,与管片内力数据进行对比分析,得出施工过程中影响内力变化的因素。主要结论有:1)同步注浆对管片内力的影响较为显著,且主要通过对地层水压力的影响来实现,其中,脱环后前3次注浆对管片内力影响最为显著; 2)顶推力对管片内力产生一定的影响,且主要通过对管片纵向受力的影响来实现,顶推力对内力产生负向影响; 3)管片受力稳定后,环向轴力稳定在3 700～5 000 k N,弯矩稳定在-200～200 k N·m,纵向轴力稳定在0～2 500 k N,整体呈现出轴力大、弯矩小的状态,管片健康程度较好。     

装配式钢筋混凝土管型通道数值模拟与现场试验

建立了钢筋混凝土管型通道的力学模型,通过面-面接触单元模拟回填土与管型通道及管型通道与管片接缝处的相互作用,有效地分析了管型通道的变形及管片的应力分布状况;运用单元的"生"、"死"功能模拟装配式管型通道的吊装及土体回填的施工全过程,同时利用该模型分析了六安—武汉高速公路装配式管型通道施工过程的变形及应力分布情况,并与现场试验实测值进行了对比分析。结果表明:该模型能较真实地模拟施工过程中管型通道的变形和受力,且能有效地分析装配式管型通道及盾构隧道衬砌管片的力学特性。     

水下圆砾地层盾构隧道施工期力学响应实测研究

为研究水下圆砾石地层盾构隧道施工过程中管片结构的力学响应,以常德沅江隧道为背景,选取沅江东线隧道江中埋深最大断面,采用连续测量方式对施工过程中管片的内力变化特征及管片外水压力进行测试,并将实测数据与数值模拟结果进行对比分析。主要结论如下： 1）水下圆砾地层中盾构隧道管片结构外部水压受施工过程的影响显著,距开挖面1~10环呈波动变化,沿横断面不同位置出现最大值的时间不同,但在10环之后趋于稳定; 2）管片结构轴力受到脱环和注浆的影响明显,其中前3次注浆的影响最为显著,影响范围为1~9环,弯矩变化与轴力类似,但受注浆影响较轴力延迟1环左右; 3）稳定后管片轴力和弯矩量值均大于数值计算值,说明稳定后管片受盾构顶推、浆液固结、错缝拼装效应影响较大。     

大断面矩形盾构法隧道的受力分析与工程应用

矩形盾构法隧道具有空间使用率高,可进行浅覆土、长距离曲线掘进施工的特点,为地下连接通道的建设提供了新的建设方法,具有广泛的应用前景。以上海虹桥临空11-3地块地下连接通道工程为背景,对矩形盾构法隧道的受力分析与设计进行了详细论述,探讨了矩形盾构法隧道设计中的难点。主要研究内容与结论如下:1)矩形盾构法隧道由于形状的关系,管片接头需要承受较大的弯矩与剪力,可采用螺栓群的方式来满足接头受力的需要;2)所采用复合管片的主要受力构件为钢结构,在管片接头处采用深手孔的方式解决了多螺栓的安装难题;3)注浆荷载对矩形盾构法隧道受力影响较大,合理注浆压力及分布模式的确定决定着结构设计的经济性;4)通过管片的载荷试验,验证了所采用的复合管片可以很好地满足矩形盾构法隧道的受力需要。     

冻结法联络通道工程前期阶段风险管控——以福州市轨道交通2号线紫阳站—五里亭站区间超长联络通道及泵站冻结工程为例

冻结法联络通道工程是自身风险工程，为弥补联络通道冻结法工程施工之前（前期阶段）风险管控方面的缺失，以风险管控为主线，从工程技术角度对联络通道冻结工程的风险源识别与风险等级评价进行分析，提出减小或规避联络通道冻结工程风险的技术措施，包括： 1）合理选择联络通道的位置，尽量避开重大环境风险和工程地质风险； 2）适当增加联络通道处钢管片的数量，增强隧道结构整体强度和抵御风险的能力； 3）对联络通道前后一定范围的隧道管片背后进行二次注浆，适当加固地层； 4）优化联络通道及泵站的结构尺寸，以利于冻结施工； 5）合理进行冻结法加固专项设计，避免出现冻结薄弱面。     

纵向力对盾构隧道管片结构内力分配机制的影响分析——以苏通GIL电力管廊隧道工程为例

为探明施工过程中,不同纵向力及竖向荷载作用下,中间管片与两侧持环管片结构位移与内力分配的变化规律,以苏通GIL电力管廊隧道工程为背景,采用有限元方法建立局部错缝拼装管片结构模型,对目标管片在拱顶位置受拱顶竖向均布力荷载作用下弯矩与位移的分配规律进行研究,引入环间位移分配系数与弯矩分配系数揭示在不同纵向力作用下目标管片环间弯矩与位移的分配规律,揭示纵向力与环缝接缝张开量的对应关系,探明错缝拼装管片结构弯矩与位移的分配机制。结果表明:1)纵向力能够增加管片结构弯矩与位移的分配能力,有利于结构整体受力以及位移的整体协调性,其对结构内力分配的影响表现为非线性及阶段性,即当环间不产生接缝张开时,纵向力的增加对结构整体性影响较小;当环间产生张开量时,纵向力的增加在一定程度上增强了管片变形及内力的分配能力。2)纵向力使目标管片与两侧管片环缝完全接触,此时控制内力分配的主要因素为环缝接触面;直观控制因素为环缝张开量与错台量,随着环缝的张开,局部结构内力逐渐由通过接缝面传递变为通过凹凸榫传递,同时结构整体内力分配能力降低。3)常规荷载作用下,随着竖向拱顶荷载增加,当环缝凹凸榫接触后,结构内力的分配逐渐趋于某一稳定值。4)实际工程中出现纵向力损失后,由于内力的重新分配,结构会出现局部位置应力集中情况,需针对该实际工况予以特殊考虑。     

大直径江底盾构隧道衬砌结构受力现场测试与分析

以长沙南湖路湘江隧道为背景,对管片衬砌在施工期和后期所受外荷载和结构内力进行长期现场追踪测试,总结衬砌结构外荷载和内力随时间的变化规律,并采用梁-弹簧计算模型对不同施工阶段管片结构内力分布形态进行研究,与现场测试结果相互验证。研究结果表明:1)施工期管片衬砌脱环后容易形成偏压状态;2)注浆对管片内力影响较大,受注浆影响,管片内力增幅明显;3)随着监测的进行,管片内力特别是轴力仍然有小幅度增长。     

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。