盾构隧道施工中材料性态的模拟

移动盾构隧道施工中注浆材料、衬砌管片接头等的特性分别提出模拟方法,然后将建立的盾构隧道施工模拟的有限元程序应用竽日本大阪地铁７号线盾构隧道施工的力学分析中,并将计算结果与现场量测值进行了比较。     

大断面深埋高水压盾构隧道实测内力反算与分析

结合南京地铁3号线大直径盾构隧道工程,对隧道管片钢筋应变进行了现场测试,基于既有的管片内力反算方法,考虑混凝土非线性性质及管片接头,提出了适用于深埋高水压盾构隧道的内力改进算法,并对改进算法反算内力与结构设计计算内力进行了对比分析.结果表明:改进算法更能反映管片的实际受力状态,更适用于荷载模式复杂且接头传力机制多变的大断面深埋高水压盾构隧道;采用设计方法计算的深埋高水压盾构隧道管片及接头内力与改进算法反算内力的分布规律基本一致,但在量值上具有一定的差异;采用设计方法计算的管片及接头轴力为改进算法反算轴力的1/2左右,反算的管片弯矩在拱底位置与惯用法计算弯矩接近,在拱腰及拱顶位置与梁-弹簧法更为接近,反算的接头弯矩大于梁-弹簧模型计算接头弯矩.研究成果可为大直径深埋盾构隧道设计提供参考.     

类矩形盾构隧道结构极限承载力分析

建立考虑材料非线性与几何非线性的类矩形盾构隧道结构受力非线性数值模型。利用该模型对极限工况下的三组试验结构进行数值模拟,并将数值模拟结果与整环足尺试验结果进行对比,验证该模型的正确性和有效性。最后,对影响类矩形盾构隧道结构受力性能和极限承载力的关键因素进行参数分析。结果表明:类矩形盾构隧道结构破坏源于管片接头破坏,最终因T块管片破坏导致结构失去承载力,结构破坏模式与纵向接头、管片本体及中柱的力学性能相关;类矩形盾构隧道结构理想的破坏模式是在管片接头充分发挥承载力的同时,管片本体主筋屈服、结构发生延性破坏。     

混凝土管片接头有效弯曲刚度比的解析计算模型

混凝土管片及其径向接头的横向弯曲刚度直接影响到管片衬砌的弯矩分布。当混凝土管片的混凝土强度等级、主筋面积和接头连接螺栓的面积已知时,建立了混凝土管片和接头的极限弯矩计算模型。基于混凝土梁弯曲时截面变形假定,解析推导得到管片和接头的极限曲率表达式。分别定义了混凝土管片和接头的有效弯曲刚度及其弯曲刚度比,提出了混凝土管片接头有效弯曲刚度比的解析计算模型。分别参考北京地铁4#、东莞至惠州城际轨道交通工程某穿越东江水下隧道和上海地铁13#线隧道的工程参数,计算管片接头有效弯曲刚度和管片弯曲刚度的比值并进行对比。研究表明,管片接头有效弯曲刚度和管片弯曲刚度比在9%到11%之间,管片接头在衬砌中可以近似简化为铰接形式来进行内力计算。利用ANSYS软件建立等刚度管片环与铰接管片环模型,对比结果显示管片接头的存在使管片最大弯矩减小,弯矩分布发生很大变化。利用等刚度模型和铰接模型进行的内力计算可指导管片配筋,为工程提供参考。     

大跨度卸载对下卧盾构隧道影响的数值分析

结合哈大客专沈阳站房改造工程研究了大跨度卸载对下卧既有盾构隧道管片及接头的影响.为准确反映管片环向接头在附加荷载作用下的张开、错位等情况,基于Flac3D建立三维模型,运用嵌入式梁单元模拟了螺栓接头,并针对实际工程中坑底堆载保护措施进行了数值计算.结果表明,既有隧道在2倍卸载宽度范围内发生隆起变形,最大隆起量为1593mm,最小纵向曲率半径为28248m,并且管片环向接头在附加荷载作用下产生的错位量及张开量分别为067,137mm,各项控制指标均满足工程要求.表明坑底堆载措施能保证盾构管片及接头在上部基坑施工期间的安全性.     

复杂软土盾构隧道横断面抗震时程分析

为研究复杂软土场地中盾构隧道的地震响应,以天津Z2线一期工程为例,结合地质勘察报告和地震安全性评价报告,建立复杂软土场地中盾构隧道横断面抗震计算的ABAQUS模型,并编制了用于土体材料参数非线性迭代的Python程序.计算模型边界采用黏弹性边界,地震动采用等效结点力的形式输入,土体材料的非线性采用等价线性方法考虑,混凝土材料采用塑性损伤模型.计算并提取了隧道管片弯矩最大时刻对应的管片内力,分析了安评地震波作用下的盾构管片横截面内力响应特征.研究表明,小震和中震作用下管片受到的静力荷载起主要控制作用,大震的地震作用对管片内力分布形式具有较大的影响;初始地应力对盾构管片内力大小和分布具有重要影响;在初始地应力和地震联合作用下,盾构管片的最大正弯矩出现在拱底邻近位置,最大负弯矩出现在两侧拱腰邻近位置;盾构管片设计时应当加强对两侧拱腰、拱顶和拱底的构造措施.     

超大直径盾构隧道管片上浮原因与对策分析

超大直径盾构隧道管片的抗浮问题是其普及化的瓶颈.系统总结和分析了管片上浮的原因和机理:包括地质条件、盾构工法特性及施工参数、盾构姿态、覆土厚度、管片接头、施工扰动、注浆工艺和浆液特性等.并就控制超大直径盾构隧道管片上浮提出了具体措施,以期能对超大断面的水底隧道、地铁区间隧道的浅覆土盾构施工起到借鉴作用.     

盾构隧道收敛变形倾角感知布设优化研究

为了实现采用倾角感知盾构隧道的水平收敛,通过传感器的优化布设,构建运营期盾构隧道收敛变形实时监测系统.考虑隧道拱顶埋深、接头抗弯刚度比、地层抗力系数、地层侧压力系数及地面超载等参数的作用,针对管片变形和管片接头的影响,采用解析方法提出基于倾角传感隧道收敛的计算方法,并利用误差反演算法得到该算法下最优安装位置.建立单环盾构隧道结构三维精细化数值模型,采用正交实验法得到25组工况的最优布设点,与解析方法结果进行对比验证.基于现场168天连续的监测实测数据,采用二乘法比较不同方法计算的水平收敛变化值与激光监测结果的差值平方和,进行现场验证.结果表明:对于软土地区盾构隧道典型断面,最优布设点在120°附近(以拱顶为0°),当地层信息缺失时,可选用120°位置布设倾角传感器,典型地层条件下,解析解得到的误差不超过4%,数值解分析误差不超过10%,现场监测计算误差小于10%.在现场安装条件受限情况下,给出不同地层工况条件的安装位置偏移方案及其误差修正方法.最后,分析倾角和激光监测对应的71组现场数据,相比于其他3种方法,提出的隧道水平收敛计算方法得到的结果最接近激光测量值,其差值平方和最小,稳定性最优,可作为现场监测有效手段.     

盾构隧道管片内力特性分析和管片配筋设计

为探究隧道管片在地层作用下承受的内力,分别采用解析法和有限元方法对盾构隧道管片的内力分布特性进行了模拟分析,并且对两种计算方法得到的混凝土管片内力分布特性进行了比较分析.计算结果表明:有限元方法得到的管片内力分布与解析方法得到的结果相同,但在最危险的位置有限元法得出的结果偏大30%.根据有限元模拟分析得到的最大弯矩和最大轴力以及混凝土结构设计规范,完成了盾构隧道管片配筋设计.     

盾构隧道管片结构承载能力评估方法研究

承载性能是盾构隧道管片衬砌结构重要的力学特性之一，其准确评估是保障结构受力安全的关键，然而目前尚无成熟的评价方法。首先基于管片衬砌结构中管片和管片接头的受力及变形特征，建立了基于管片承载力和管片接头承载力的管片衬砌结构承载性能评估方法，提出了管片衬砌结构承载性能评估指标，然后分别开展了单环和组合环管片衬砌结构破坏加载原型试验对所提出的方法进行检验，最后结合现场实测对实际工程中管片衬砌结构的承载状态进行了定量评估和分析。研究结果表明：单环结构破坏试验中，管片接头破坏现象更为明显，其先于管片达到抗弯承载力极限值，组合环结构破坏试验中，管片破坏现象更为明显，其先于管片接头达到抗弯承载力极限值；单环和组合环管片结构试验中，结构破坏与理论计算方法中管片或接头达到承载力极限的荷载一致，表明所提出的结构承载状态评估方法是合理的；所选取监测断面管片结构中管片和接头的承载安全系数分别为4.27和4.86，可见其承载状态良好。该研究方法和结论可为类似盾构隧道管片结构承载安全评估提供重要支撑。     

曲线并行盾构隧道施工控制研究

借鉴日本东京都一急曲线盾构隧道工程顺利实施的应对措施,依托珠海城际轨道交通工程,重点分析采取缩短盾构机长度的措施对曲线并行盾构隧道施工的控制效果.在ABAQUS中建立三维面面接触以模拟管片环间的相互作用,建立纵向螺栓与管片间的特定约束以模拟斜螺栓的安装,实现了可考虑楔形管片环缝接头特性的曲线并行盾构隧道掘进精细化模拟....     

盾构隧道先隧后井施工技术特点分析

为了明确盾构隧道先隧道施工后工作井开挖(先隧后井)施工法特点,以典型工程实例为依托,通过现场实测与有限元法,分析了该施工法接收井与隧道的变形特性,计算分析了盾构管片张开量的分布规律。结果表明:隧道入接收井时洞内外产生较大的水土压力差,引起与隧道连接处局部围护墙水平位移增大及坑外水位下降。受后续基坑开挖影响,近基坑侧6环管片竖向位移显著增大,近基坑侧4环管片接头处出现了塑性变形,施工中隧道防渗分析可着重考虑近接收井6环管片范围。基于安全考虑,建议对近基坑侧6环管片范围土体进行加固处理。     

盾构并行穿越施工对既有隧道影响分析与关键技术

以昆明轨道交通4号线左右线并行下穿既有昆明轨道交通2号线工程为背景,结合数值模拟以及现场监测等方法,研究近接施工对既有隧道以及周围地层的影响规律,提出盾构近接相关的施工控制技术。首先,建立新建盾构隧道下穿既有盾构区间的三维有限差分计算模型,通过计算分析最终选择先下方区间、再上方区间的施工顺序,对既有结构及地层的扰动最小;其次,在现场建立试验段积累在类似下穿段地层中的盾构掘进经验,确定盾构下穿2号线的施工参数,并验证克泥效工艺的效果;最后,通过将现场监测数据并与数值模拟结果进行对比和分析,验证数值模拟的准确性和合理性,建议工程中加强信息化施工和相关施工优化措施,以保证2号线地铁盾构隧道及地铁车站的结构安全和正常运营。     

蠕变作用下埋深对结构受荷特征影响分析——以广佛环线东环隧道工程为例

为研究在围岩蠕变作用下不同埋深软岩盾构隧道管片结构的受荷特性,以广佛环线东环隧道工程为背景,利用FLAC~(3D)(fast lagrangian analysis of continua in 3 dimensions)有限差分软件建立了数值分析模型,采用改进的黏弹塑性蠕变本构(burgers-creep viscoplastic model, CVISC),分析了埋深对管片的位移、内力及与围岩的接触压力影响。结果表明:隧道初期开挖之后,顶部围岩沉降,底部发生隆起,考虑围岩蠕变效应后,管片衬砌发生整体沉降,隧道埋深越大,管片体整体沉降越发显著;随隧道埋深的增大,弯矩、轴力与接触压力均逐渐增大。围岩未考虑加速蠕变下,蠕变过程中管片衬砌的内力和接触压力的变化规律基本相同,有衰减蠕变和稳定蠕变两个阶段。     

基于云理论的隧道结构健康诊断方法

隧道健康状态诊断过程作为一个模糊系统,具有随机性和模糊性的特点.传统的隧道结构健康诊断方法无法妥善地将系统的模糊性和随机性关联在一起.基于此,针对隧道结构健康状态诊断系统的模糊性和随机性特点,提出了基于云理论的隧道结构健康状态诊断方法.首先,建立反映隧道结构健康状况等级评语集的正态云模型.然后,依据逆向云发生器原理,将隧道结构健康状态指标的监测数据的归一化结果值转化为隶属度云模型.将健康状态指标的重要性语言值转化为权重云,用于表征各健康状态指标的重要程度.最后,运用云理论的计算方法对隧道结构健康状态等级进行诊断,得到健康状态等级诊断结果的云模型.应用云模型的改进方法,对某市地铁2号线盾构隧道结构健康状态进行了诊断,极大提高了诊断结果的可视化和鲁棒性.     

既有隧道对盾构掘进引起深层位移场的影响

以软土地区盾构穿越既有隧道的几种典型工况为背景,借助三维数值模拟的方法,计算分析了既有隧道存在对盾构掘进引起深层位移场的影响规律。由计算结果可知,既有隧道的存在使得盾构掘进引起地面横向沉降影响范围明显增大,但沉降量则减少;从保护既有隧道的正常运营的角度来看,穿越既有隧道的净间距应大于1.0D。     

盾构法近距离下穿施工对既有盾构隧道的影响

新建隧道近距离下穿既有盾构隧道,势必会引起既有隧道不均匀变形.以北京地铁12号线西三区间盾构穿越机场专线为工程背景,提出了适合既有运营隧道纵向刚度折减的修正等效连续模型.模型以轨顶面为中性轴位置,可以较好考虑运营隧道对道床、钢轨等结构的影响.数值分析及与已有经验模型对比结果表明,修正等效连续模型预测值与监测值最吻合,验证了模型在本工程中的适应性.从隧道净距及地层性质两方面进行了参数分析,研究结论可为类似盾构下穿既有线路工程提供参考.     

富水黏土地层盾构隧道开挖面稳定性

富水黏土地层盾构隧道施工过程中,确定合理的开挖面支护力对于安全掘进至关重要。针对富水黏土地层盾构隧道,对不排水条件下的开挖面稳定性展开了研究。通过数值模拟研究,分析了直径D、埋深比C/D与内聚力c对极限支护力的影响规律;推导已有的适用于不排水分析的开挖面主动破坏模式并分析其功率构成,结合黏土不排水离心试验得到破坏区域范围,对极限分析法获得的极限支护力进行了修正。最后,利用理论解析法与数值模拟方法对常州地铁工程某标段区间盾构隧道段进行开挖面稳定性分析,结果表明,理论解析法与数值模拟所得极限支护力相互印证,但理论解析法计算更为便捷。研究结论为富水黏土地层盾构隧道的工程实践提供借鉴与指导。