考虑环缝接头水力劣化的盾构隧道渗漏数值分析

为了研究环缝接头渗漏的影响，以上海地铁1号线为工程背景，基于有限元分析，建立了三维盾构隧道接头渗漏模型. 依据隧道环缝接头张开量，建立了接头渗透系数与纵向沉降曲线曲率半径的迭代关系，实现了接头渗透系数的动态劣化，并与常渗透系数工况的结果进行对比. 研究结果表明：常渗透系数假设显著低估了隧道渗漏的危害程度，应采用更符合实际的渗透系数动态演化模型进行分析. 环缝接头渗漏发生后，地面产生了沉降漏斗，隧道纵向产生不均匀沉降，接头因此而张开，衬砌出现扁平化变形. 对待隧道渗漏问题应秉持“早发现，早治理”的原则，最迟应在渗漏发生后的0.2年内，完成治理工作.     

盾构叠交穿越施工引起的既有隧道变形分析

针对上海新建11 号线盾构隧道夹穿地铁4 号线的工况, 采用数据监测的方法, 分析了先下后上穿越施工引起的既有隧道变形规律, 采用三次样条插值法对变形曲线进行了拟合, 并得出了穿越段全长纵向的变形曲率. 基于改进的隧道纵向等效化连续模型, 得出了隧道纵向变形曲率与环缝张开量的关系, 并结合行业规范, 对先下后上多层次穿越引起的既有隧道变形提出了建议控制指标. 研究结果表明: 新建隧道先下后上夹穿既有隧道时, 应控制开挖工程中的最大变形量; 内外圈的变形集中在上行线隧道中心线左右2.5 倍盾构外径范围内; 下穿施工时,外圈由于先期扰动, 沉降量较内圈更大, 先期扰动影响主要集中在外圈中心区域. 研究成果为地铁叠交穿越, 尤其是先下后上穿越既有隧道的保护提供了一定的理论基础.     

基于长期沉降运营地铁隧道健康诊断

目的研究上海轨道交通二号线某区间地铁隧道运营期间的健康状况并进行诊断,得出实际运营地铁隧道不同时间不同区段的曲率半径分布规律.方法以盾构隧道的长期沉降为基础,从地铁隧道长期沉降出发,采用非均匀有理B样条法对隧道纵向沉降变形曲线进行拟合,并计算出相应曲率半径;然后通过修正的等效连续化模型,计算出5种临界状态下的隧道曲率半径及其他变形受力指标值.结果上海市地铁该区间隧道绝大部分测点处于《上海市地铁沿线建筑施工保护地铁技术管理暂行规定》的地铁安全运营的要求范围内,即曲率半径不小于15 000 m;几乎所有测点均满足盾构管片抵抗0.5 MPa水压的环缝张开量要求,即曲率半径大于2 550 m;随着地铁运营时间的增长,隧道曲率半径分布集中的现象有所削弱,说明隧道不均匀沉降状况逐渐加剧;地铁区间中位于车站和中间旁通道之间的区域,曲率半径分布集中,隧道不均匀沉降现象不太明显;靠近车站和中间旁通道附近区域,曲率半径分布相对分散,隧道不均匀沉降现象较为严重.结论系统地对弹性和塑性状态下的隧道纵向等效连续化模型进行了修正,完成了从具体指标上定量地对地铁运营隧道的健康状况进行诊断,对于城市地铁隧道运营监控具有指导意义.     

运营越江隧道服役现状调查与检测评估

既有打浦路隧道在运营36年后,隧道结构目前正处于严重的老化阶段,由于隧道衬砌结构的混凝土劣化,接缝材料老化,钢筋和螺栓锈蚀,渗漏水以及隧道纵横向差异变形等已非常严重,对隧道的安全运营造成了严重隐患.基于此需要对隧道结构进行一次全面地检测与评估.从隧道结构服役性能出发,对既有打浦路隧道的历史资料及现状进行了较为详细的调查,给出了隧道结构的主要损伤因素,并制定了详细的隧道结构检测方案,包括检测的内容、数量、具体要求、检测方法等.通过对既有隧道渗漏状况以及隧道纵向的长期沉降情况的初步检测,发现对于直径10m左右的软土盾构隧道,纵向变形曲率半径小于35～40 km时产生的差异变形,易导致衬砌环向接头的张开度增大,引起渗漏,同时渗漏又导致隧道继续产生纵向不均匀变形,二者相互影响.最后给出了用于既有隧道结构损伤评估的宏观安全性模型和微观耐久性模型.     

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.     

地面堆载作用下既有隧道的工作状态

随着城市的快速发展,在既有盾构隧道周边地块的开发利用过程中,进行地面堆载是不可避免的,为评估地面堆载对隧道结构安全的影响,以某线某区间盾构隧道为工程背景,首先,采用等效轴向刚度模型理论计算得出隧道变形界限值；其次,采用ABAQUS数值模拟软件,以隧道下卧软土层为地层条件建立三维实体数值模型,分析不同堆载范围和不同堆载大小对隧道结构纵向变形曲率、环缝张开量以及螺栓应力的影响；最后,将计算结果与隧道变形界限值进行对比,判定结构是否安全,并依此划分隧道的工作状态。研究成果对软土地区盾构隧道的结构设计和安全保护具有重要意义。     

地铁隧道列车循环荷载下粉砂地基长期沉降研究

文章基于郑州地铁1号线农业南路—东风南路站实际工程,开展粉砂土排水工况的动三轴试验,基于动三轴试验结果提出粉砂土塑性累积变形计算公式,并结合有限元模拟获得的地层动偏应力数据,预测小曲率半径为250～350 m、列车速度为40～200 km/h时隧道地基的长期累积变形。研究结果表明：相较于软黏土,粉砂土更易受到振动变形破坏,其初始阶段的变形量与变形速率更大;根据数值模拟计算结果,曲率半径为350 m、速度为80 km/h工况下运行30 a的累积沉降为20.23 mm;列车行驶速度越大,曲率半径越小,动偏应力越大,且相较于曲率半径的影响,曲线隧道地基长期沉降对列车速度的敏感性更大;曲线隧道设计、施工和运营时,要综合考虑曲率半径和列车速度的影响,当曲率半径为250～350 m时,理论上,列车速度宜控制在80 km/h以下,而当曲线隧道曲率半径大于350 m时,列车速度可适当调高。     

曲率半径对小净距超大断面隧道地震响应的影响

为揭示不同曲率半径对小净距超大断面隧道地震响应特征的影响,以长乐龙门隧道为研究对象,分别建立曲率半径为400、 600、 800、 1 000和∞m的模型.结果表明,在横向和纵向地震的作用下,曲率对小净距超大断面隧道地震响应有较大影响.受曲率半径的影响,隧道左右洞凸侧(右侧)的内力均大于凹侧(左侧),且随着曲率半径的减小,右侧内力与左侧内力的差距增大.此外,曲线隧道拱顶和仰拱处的弯矩、剪力均随着曲率半径的减小而增大,而拱脚处的弯矩、剪力、轴力则均随着曲率半径的减小而减小.位移受曲率半径影响较小,变化幅度不超过1%.因此,隧道抗震设计时应考虑隧道曲率半径的影响.     

上方长距离基坑开挖引起的共线隧道变形研究

上方基坑开挖由于应力释放及坑底回弹,不可避免导致既有隧道产生上浮变形,长距离共线时其影响更为显著.在考虑环间剪切错台变形的铁木辛柯简化模型基础上,结合Winkler地基模型,提出了一种上方基坑开挖下土-隧道相互作用解析模型.利用叠加原理将该模型应用于上方长距离基坑开挖引起的共线隧道变形实例分析.通过计算结果与实测数据对比验证了该模型的准确性.分析结果表明,上方主体结构施工后,隧道上浮变形明显回落,但局部差异沉降增加,导致隧道内力和环缝变形显著增加.隧道渗漏水位置并非位于隧道上浮变形最大处,而是位于接头张开量最大处与接头错台变形最大处之间.因此,实际工程中不应仅关注隧道总变形,同时应关注差异沉降引起的接缝张开及错台变形.虽然隧道变形中剪切变形占比约为21.41%,但其引起的接缝错台变形较为显著,其对接缝防水有重要影响,理论分析中不容忽视.     

盾构竖井垂直顶升施工阶段隧道变形分析

针对盾构内垂直顶升诱发的隧道结构变形问题,借助精细的数值计算,探讨盾构竖井垂直顶升阶段衬砌结构和接头变形响应特征,并通过理论计算验证数值模型具备一定的合理性.研究表明,垂直顶升施工影响主要集中在开口环及相邻三环标准环,对隧道底部的影响大于隧道顶部,竖向变形大于横向变形;垂直顶升前期隧道整体下沉,开口环和相邻环收敛变形,顶升后期隧道整体有一定的抬升,开口环和相邻环扩张;环缝接头发生以错台为主的变形,开口环与相邻环之间的错台量最大,且在底部竖向错台最明显;垂直顶升施工引起的隧道最大竖向位移、水平位移、错台量均随顶升反力的增大而同向线性增大.     

基于盾构隧道环缝点云的中轴线提取方法

为了降低盾构隧道中轴线提取对原始点云预处理的要求,引入了点云特征提取方法。 首先, 以基于距离差特征的裂缝点云提取方法,识别盾构隧道管片拼接处的环缝点云;然后,以最小二乘 法对提取的环缝内散点进行环缝曲线拟合;最后,在环缝曲线的基础上提取隧道中轴线。 实验结果 表明:基于距离差特征的点云提取方法能够有效识别环缝点云,并在环缝点云的基础上拟合得到隧 道中轴线。 与传统提取方法相比,该方法更加快捷,且提取的中轴线更具有空间感。     

盾构穿越类型对既有隧道变形与损伤影响

变形与损伤是评价结构影响的两个不同类型的指标。在穿越工程中,隧道保护标准几乎都采用以隆沉大小、差异沉降以及曲率半径等为主的变形类保护指标,因此研究这两类指标之间的关系和符合程度,对隧道保护指标的合理判定具有重要的现实意义。以徐州地铁1号线典型标段区间隧道为例,基于新建隧道不同穿越类型下对于既有隧道的影响,对变形和损伤两类指标进行了分析。对比表明隆沉位移的绝对值与损伤因子并无直接关系,而隧道曲率和环面相对扭转则对损伤因子的开展影响较大,且当曲率符合规范时,拱底损伤因子发展仍有可能引起地铁隧道运营期渗漏,建议在评价运营期盾构隧道时加入损伤指标。     

双线盾构隧道斜交下穿对高速公路的影响

为研究盾构隧道斜交下穿施工对既有高速公路工程的影响,以某城市轨道交通盾构下穿工程为背景,采用FLAC3D进行盾构施工三维数值模拟,分析了双线盾构施工对公路路面、路堑边坡的影响规律,评价了施工方案的安全性。结果表明：盾构斜交下穿时,路面沉降呈现三维非对称特征,在公路横断面方向,沉降曲线呈现左低右高的线性规律,在公路纵断面方向,沉降曲线呈现左高右低的不对称“V”形,且横断面方向沉降总是大于纵向沉降;边坡竖向位移大于水平位移,以沉降变形为主,开挖面距边坡坡脚水平距离约为2倍洞径时,边坡位移显著增加,该区段为施工强影响区;双线盾构贯通后,路面最大沉降值为3.15mm,纵向沉降变化率为0.0094% ,边坡最大水平位移为1.2mm,三者均小于变形控制标准,公路路基、边坡无塑性区出现,处于弹性状态,盾构下穿施工对既有高速公路影响较小。研究结果可为类似盾构下穿工程提供参考。     

C语言和MATLAB的联合编程在水轮机特性曲线绘制与转换中的应用

利用C语言编程与MATLAB的强大数据库相结合,阐述了运用C语言对MATLAB内部函数进行调用的基本方法,研究了不同数值处理方法的曲线拟合对水轮机特性曲线绘制与转换效果的影响,并提出了水轮机特性曲线的插值与拟合的新方法;以此结合MATLAB工具箱中三次样条插值函数和一般多项式插值函数分别进行了编程,并就具体工程实例进行了水轮机特性曲线的转换与绘制．由此不仅验证了该方法的可行性,而且效果很好;同时也得出了极坐标下的三次样条远优于直角坐标下的多项式．     

泵汽蚀曲线的分段多项式拟合

由于泵汽蚀曲线的特殊性,曲线形状直接影响NPSH3的取值。取值不同,影响对泵性能的判断。汽蚀曲线绘制方法有传统的手工绘法、多项式拟合法、非线性拟合法、三次样条插值法等。在此基础上,探讨了水泵汽蚀曲线拟合的方法,为了提高拟合曲线的精度,提出了一种泵汽蚀曲线分段多项式拟合的方法。并将该方法与非线性拟合和全部数据多项式拟合进行了比较,用该方法拟合的曲线不但光滑而且求出的NPSH3值较小。该方法较适合于泵汽蚀性能曲线的拟合。     

小曲率半径隧道盾构施工的地表沉降规律分析——以南昌地铁1号线为例

为探究小曲率半径隧道盾构施工引起地表沉降的变化规律，利用Mindlin解建立小曲率半径隧道盾构施工引起地表沉降的解析计算模型，以南昌地铁1号线盾构隧道工程为依托，通过与现场监测和已有Mindlin解析计算模型的对比分析，验证本文所建立沉降预测模型的合理性，并依次从盾构附加推力、盾壳不均匀摩擦力和地层损失对地面变形的影响进行分析。研究结果表明：本文所建立的小曲率半径隧道盾构施工引起的地表沉降解析计算模型可有效应用于实际隧道工程的沉降预测，提高了预测精度；盾构开挖过程中，横断面地表沉降槽呈“V”型，近似正态分布，施工产生的地层损失对地面沉降的影响更大；随着盾构路径两侧推力及摩擦力分布不均程度的增加,地面沉降槽中心偏移情况而增大，地面沉降与地层损失呈非线性相关。研究成果可为类似拟建和在建盾构隧道工程提供理论指导与参考。     

曲线隧道施工引起地表沉降槽峰值偏移规律

由于曲线型盾构隧道卸荷扰动区的不对称性,使得隧道施工后地表沉降槽峰值出现了一定的偏移.故为便于对曲线型盾构隧道沉降峰值的偏移规律进行定性及定量分析,利用Midas/GTS有限元软件,以隧道的不同线路半径作为变量设定多个模拟工况,建立三维模型进行分析研究,且采用Origin软件对模拟的计算结果进行函数拟合;最后,依托乌鲁木齐市南农区间8标段小半径曲线盾构隧道的工程实例进行验证 研究表明:围岩变形、地表沉降峰值及地表沉降槽宽度均随曲线型隧道线路半径的增大而呈现出减小的趋势;地表沉降槽峰值点的偏移距离与隧道的线路半径关系近似反函数曲线.