通用管片接头荷载试验研究

隧道衬砌圆环接头对管片的整体刚度、强度和防水等起着控制作用,同时也是管片整体结构的薄弱处.采用直接头形式对衬砌接头进行正、负弯矩荷载试验,得到隧道管片通缝和错缝拼装情况下接头的抗弯性能M-θ曲线、接头转角及张开量等,研究通用管片接头的抗弯能力和刚度系数,验证了设计的可靠性.     

双层衬砌输水盾构隧道鲁棒性设计方法

双层衬砌输水盾构隧道设计需要考虑其施工过程及受力特性,同时地层的不确定性也影响结构的安全性能. 为此结合双层衬砌输水隧道的受力特点,基于极限状态设计原则,采用两阶段法分别计算外衬单独承担外压及内外衬共同承担内外压两种受力状态,对截面受力、收敛变形及最大裂缝宽度均加以安全性约束,建立了双层衬砌输水盾构隧道横断面鲁棒性设计方法及流程,并结合实际工程案例进行了结构设计参数的优化. 研究表明：鲁棒性设计方法综合考虑隧道建设成本及结构对外部参数变异的敏感性,引入约束多目标优化算法可以获取完整三维Pareto前沿面. 采用赋权重的方法统一两种极限状态下的鲁棒性指标,可以实现成本-鲁棒性的二维优化 . 通过将隧道分段并提取典型断面优化的方式可有效解决纵向不同区段参数变异性较大的问题,保证掘进中的参数统一及隧道安全.     

南水北调中线穿黄隧洞工程盾构施工关键技术

南水北调中线穿黄隧洞工程盾构施工具有地质条件复杂、大埋深、高外水压力、长线路、大直径等施工特点及其相应的技术难题.经过在施工实践中的创新与实践,在泥浆配置技术、掘削面稳定控制技术、突破规范的壁后注浆技术、高外水压力条件下的盾构施工防渗技术、端头地层加固技术、大埋深/高外水压力下的带压进舱技术、盾构掘进姿态控制技术、精密的长距离竖井联系测量技术、长距离泥水输送技术、大坡度盾构掘进技术等方面取得了突破与进展,确保了工程的顺利实施.穿黄盾构工程的各项技术指标均达到了理想的效果,相关工程施工技术可供类似工程参考和借鉴.     

盾构输水隧洞复合衬砌计算模型

通过分析现有的复合衬砌计算模型,指出双层框架模型在复合衬砌结构受力分析时存在的不完善之处。为能反映外管片已发生的变形对管片与内衬二者相互作用的附加影响,提出一种新型的计算模型即实体叠合计算模型。针对实体单元建模,管片接头处理复杂的特点,提出一种模拟管片接头的简化模型;根据内、外衬砌接触界面处理方式的不同,建立了4种内、外层衬砌相互作用模型。利用上述模型对青草沙原水过江隧洞典型断面进行分析。研究结果表明:实体叠合模型计算所得的管片与内衬的内力、变形的变化规律与已有的实测数据规律相吻合,模型计算结果可为设计提供参考。     

盾构隧道双层衬砌结构弯矩分配的解析模型

考虑盾构隧道双层衬砌结构中二次衬砌的结构性功能,研究盾构隧道双层衬砌结构弯矩分配特性,推导了弯矩分配比例的解析表达式。并采用有限元方法数值模拟了盾构隧道双层衬砌结构3个典型的例子,将解析解与有限元数值模拟结果相比较,验证了所推导解析解的正确性。研究表明,二次衬砌混凝土的所分担总弯矩与初次衬砌管片所分担总弯矩的比,近似等于各自截面惯性矩的比。在常规设计的双层衬砌厚度条件下(管片厚度h_1=0.5m,二次衬砌混凝土厚度h_2=0.2m),初次衬砌管片所分担总弯矩94%以上,而二次衬砌混凝土所分担总的弯矩仅仅占6%以下,二次衬砌对结构的承载能力贡献较小。     

深埋排水盾构隧道接头铸铁件力学性能试验

为研究适用于深埋排水盾构隧道的高刚性管片接头铸铁件,对2种型式的高刚性盾构管片接头开展了正弯矩试验,分析了不同型式铸铁件的力学性能及高刚性接头的破坏模式.研究表明,高刚性接头在正弯矩承载时的破坏模式与大偏压受力截面类似,首先螺栓或铸铁件屈服,随后受压区混凝土压碎、接头破坏.若接头铸铁件刚度充足,接头破坏时铸铁件无变形、螺栓屈服,接头承载力较高,且铸铁件锚筋全部受拉,锚筋的锚固作用得以充分发挥;若接头铸铁件刚度不足,接头破坏时铸铁件变形5mm、螺栓未屈服,接头承载力较低,且铸铁件锚筋部分受拉、部分受压,锚筋的锚固作用未能充分发挥.     

隧道工程中二次衬砌施工技术分析

本文主要结合某隧道工程的合同段内案例,对该项目的隧道主洞正常段二次衬砌的施工技术的运用做了探讨和阐述。     

盾构隧道装配式管片接头三维有限元分析

根据Saenz公式将混凝土本构模型简化为双折线线性强化弹塑性模型，推导了混凝土弹塑性参数的计算公式．应用大型结构分析有限元软件Alogr对装配式管片接头进行三维线弹性和弹塑性有限元分析，得到了混凝土应变、接头位移、接缝转角、螺栓拉力等计算结果，并将有限元计算结果与接头荷载试验测试结果进行了对比．研究表明，有限元计算值与试验值两者的变化规律是一致的，计算结果在反映结构应力／应变分布规律方面有重要参考作用．     

盾构隧道纵缝接头极限状态试验研究

纵缝接头对盾构隧道衬砌结构的变形和内力起控制作用,且不同受力状态下的盾构隧道接头的力学性能差异较大。基于1:1的纵缝接头正、负弯矩荷载试验,通过加载接头至极限破坏,获得了纵缝接头在轴力和弯矩共同作用下的接缝张开、接头挠度、螺栓和管片混凝土的应变。根据连接螺栓、密封垫和管片混凝土的工作状态,确定了纵缝接头的使用状态极限;根据接头最终破坏的变形和承载状态,确定了纵缝接头的承载能力极限。最后,在对比试验结果与设计结果的基础上,研究了现行安全系数设计方法的安全储备。     

盾构隧洞多层复合衬砌力学特性及其影响因素

为了探索高内水压作用下盾构隧洞多层复合衬砌力学特征,文章以广州西江引水工程盾构隧洞为工程实例,分析多层复合衬砌承载及相互作用机制,建立复合衬砌盾构施工精细的计算模型,揭示复合衬砌力学特性及其影响因素,并以此为基础,评价复合衬砌防渗效果。研究表明:该实例多层复合衬砌可采用以压剪为主、局部抗压的相互作用模型;外管片在手孔处应力集中,局部出现了微裂缝,其他区域应力水平较低,复合衬砌能满足承载要求;外管片在内水压作用下接头张开,最大张开量小于接头极限变形值与张开量控制值,管片接头不会出现外水内渗;内衬自密实混凝土最大拉应变小于极限拉应变,也未形成贯通的塑性区,混凝土未出现裂缝,因而满足抗渗要求;内水压作用下内衬钢板产生的最大应力远小于屈服强度,这说明钢板仍然处于弹性承载阶段,其强度与刚度未被削弱;内衬钢板可有效地抑制内水压引起的衬砌外张,内衬混凝土应力随着钢板厚度的增加而减小;内衬轻质垫层的布置边界需避开外管片手孔、接头等部位,以减缓管片结构应力集中;不同内衬自密实混凝土厚度对衬砌应力影响较小,在隧洞净空允许的前提下宜取相对大的厚度。     

下穿黄河盾构隧道管片衬砌结构受力特征模型试验

针对兰州地铁穿河段盾构隧道穿越强透水砂卵石地层和承受较高外水压的特点,首先研制了外水压加载装置,该装置在衬砌模型内部创造了一个封闭的负压环境,通过控制模型内外气压差来实现外水压的等效加载,同时结合隧道-地层复合模拟试验系统开展了几何相似比为1∶10的室内模型加载试验,实现了土压和水压的分别控制加载.研究了水压、土压、土体侧压力系数及拼装方式对管片受力特征的影响.研究结果表明,随着水压的增大,管片轴力明显提高,弯矩略有减小,偏心距则明显降低;随着隧道上覆土压的增大,管片衬砌结构的轴力、弯矩、偏心距均呈增大趋势,但总体上量值变化较小;在水压一定时,覆土厚度的增加对管片弯矩的影响越来越大,而轴力变化速率均比较稳定;正常水压条件下,随着土体侧压力系数的增大,管片衬砌结构的轴力增大,弯矩减小,偏心距减小,随着水压的增大,侧压力系数对于管片结构受力特征的影响越来越小;错缝拼装情况下,管片内力在部分环向及纵向接头处会产生较大突变,且管片内力较通缝拼装情况大.     

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。     

地铁盾构管片弯曲变形特性试验研究

介绍了北京地铁五号线工程盾构管片的抗弯能力试验,根据试验数据对管片的抗弯能力做了分析,给出弯矩与变形能力曲线,并对管片弯曲能力计算方法做了理论分析,通过试验数据与理论计算结果比较分析,给出工程用弯曲能力计算公式.     

膨胀性土层盾构隧道衬砌管环计算模型

针对膨胀性岩土地层围压改变对盾构隧道衬砌管环内力和位移的影响,分析不同膨胀地层分布下隧道膨胀接触压力分布特征,建立考虑膨胀荷载的盾构隧道荷载-结构力学模型,运用力法推导不同膨胀荷载模式作用下衬砌管环内力解析解,并结合工程实例进行计算分析。研究结果表明,膨胀荷载对衬砌管环内力影响显著,不同膨胀荷载分布模式作用下衬砌管环内力分布规律存在较大差异,建议在工程设计中应予以重视。研究成果可为膨胀性岩土地层盾构隧道设计与计算分析提供参考。     

纵向裂缝对隧道钢筋混凝土衬砌结构影响的试验

基于荷载 结构模型,开展了钢筋混凝土衬砌的加载试验.通过分析钢筋混凝土衬砌加载过程中结构的变形和裂缝展开规律,获得了纵向裂缝深度与结构转动刚度的关系曲线,提出了单一裂缝情况下钢筋混凝土衬砌的计算模型.该模型根据连接弹簧单元来模拟衬砌裂缝,弹簧单元的参数根据衬砌结构试验结果和理论分析确定.通过该模型得到的承载安全系数可以评价带裂缝衬砌是否需要进一步加固,对实际隧道工程具有指导意义.     

盾构穿过矿山法隧道的管片特性现场试验研究

以深圳市地铁某区间隧道为背景工程,针对矿山法+盾构法的复合施工法中二衬管片受力特性进行现场试验,埋设混凝土应变计、土压力盒和钢筋轴力计等仪器,监测并分析混凝土管片环缝接触面纵向应变、土压力以及钢筋轴力的变化规律.结果表明：监测量随时间的变化可分为2个阶段,整体预压力基本满足要求;混凝土管片环缝接触面纵向应变和土压力沿环向的分布极不均匀,壁后压浆能够改善管片的受力和控制上浮;实测管片钢筋的轴力远小于其设计值,应优化其配筋设计;需对环间螺栓进行多次有序复紧,对管片进行多次壁后补压浆.     

输水隧道管片环弯矩调整系数试验与分析

由管片错缝拼装的隧道衬砌圆环中,接头部分的挠曲刚度小于与之邻接的管片的挠曲刚度,接头部分承受的弯矩不同于管片承受的弯矩.目前,考虑接头的影响主要通过弯矩调整系数ξ来实现.但是弯矩调整系数ξ还没有通用公式,一般需要通过足尺试验来确定.由于时间和成本问题,所有隧道工程都做足尺试验不现实,故工程中经常需要借鉴类似工程的经验,这必然带来很大的随意性.以上海市青草沙输水隧道工程为依托,进行输水隧道管片弯矩调整系数的足尺试验,改变作用在管片上的径向力P和轴向力F,得到了弯矩调整系数ξ和弯矩M、轴向力F、一环管片长度L的关系公式,对隧道衬砌设计有一定参考价值.     

混凝土轴心受压柱的可靠性研究

对混凝土轴心受压柱进行了非线性分析，并应用可靠度理论分析了混凝土轴心受压柱的承载力影响因素。通过可靠性分析，建立了在满足可靠度水准β＝4．0的钢筋混凝土轴心受压柱的设计φ曲线，该曲线对混凝土轴心受压柱的设计具有指导意义。     

盾构隧道管片衬砌结构稳定性风险分析

从基于敏感度分析的风险因子识别入手 ,重点讨论了盾构隧道管片衬砌结构稳定性风险分析的梁 -弹性铰-地基系统结构分析计算简图、风险评估矩阵和基于一次二阶矩法的灾害事件失效概率的计算 ,提出了盾构隧道管片衬砌结构稳定性风险分析的基本思路和整体框架 (RAST法 ) ,并给出了某盾构隧道衬砌结构稳定性风险分析工程实例