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.     

盾构隧道管片力学特性三维有限元分析

采用三维有限元法,以广州地铁使用的管片为研究对象,将管片在施工阶段受到的千斤顶顶力、不均匀注浆压力和正常使用阶段受到的土压力、水压力、周围土层的弹性抗力概化为5种荷载,共10个计算模型,利用通用有限元软件ADINA,分析了单块管片的应力、裂缝分布、极限荷载与薄弱之处.计算结果表明:管片的制作和安装精度极大地影响了管片在施工状态时应力分布;环缝面的不平整更容易造成管片的应力集中而产生开裂,裂缝主要沿盾构推进方向发展;正常使用状态下管片的薄弱之处为螺栓孔,裂缝主要在螺栓孔及其附近区域出现;比较各阶段的裂缝发展形式可以认为,管片在施工阶段所需配筋量在一般情况下成为控制配筋量,在正常使用阶段,配筋所起作用不显著.     

混凝土管片及其接头承载力特性数值模拟分析

为了分析混凝土管片及其接头的力学特性,采用有限元方法数值模拟完整混凝土管片及其接头的承载力特性。混凝土本构关系采用Rush建议的二次抛物线和水平直线组合模型。钢筋采用弹性-理想塑性本构模型。采用杆单元模拟混凝土管片内的纵筋和箍筋以及管片接头处螺栓。研究不同轴力与弯矩组合作用下混凝土管片极限承载力的变化规律,分析正负弯矩作用下混凝土管片接头的承载力特性。研究表明,混凝土管片的极限弯矩随轴力的增大而增加;在最大轴力时与无轴力管片承载力相对比,管片极限弯矩增加70%。通过对管片接头研究发现,管片接头的极限承载力只是管片的40%左右;接头的存在降低了混凝土管片的承载能力,管片接头的极限弯矩大小主要受接头螺栓强度和位置的影响。     

盾构隧道下穿明挖区间隧道三维数值模拟分析

某地铁工程正线盾构隧道需下穿引出段线明挖区间隧道,针对上部隧道底部不加固、上部隧道底部加固及上部隧道底部不加固+盾构反向掘进三种不同工况,对盾构掘进中引起的周围土体变形及上部明挖区间隧道位移进行了详细分析。计算结果表明:上部隧道底部土体加固能控制上部隧道沉降变形,但加固对新建隧道及其周边土体变形影响很小;因上部隧道在平面上为曲线型,盾构掘进方向对上部隧道有一定的影响,对新建隧道管片及周边土体变形影响较小;采用注浆加固后,上部隧道沉降变形得到了较好地控制,最大可降低10%的沉降,同时可根据具体控制要求,选择合适的加固强度。     

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．     

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.     

合肥地铁盾构隧道下穿河道施工数值模拟分析

文章针对合肥地铁1号线盾构下穿南淝河存在的安全隐患,基于流固耦合原理与有限差分方法,采用FLAC3D对隧道盾构开挖流固耦合效应进行模拟,分析了盾构推进过程中隧道周边土体孔隙水压力规律、竖向应力场、拱顶沉降等。研究表明:盾构开挖导致隧道拱顶及两侧土体孔隙水压力明显降低,地下水在水压力的驱动下向拱顶与两侧流动,这些部位容易出现危险,要防止涌水事故的发生;考虑流固耦合后,围岩竖向应力值变大,最大拉应力与压应力均变大,隧道周边局部围岩出现较大的应力集中现象,对隧洞安全不利,拱顶竖向位移增大,竖向位移在水平方向从隧道中心向两侧不断减小,而土体后期固结沉降占最终沉降的比例达到30%,要加强后期监测,防止沉降过大影响隧道安全。     

盾构隧道管片衬砌力学行为区间不确定性分析

以琼州海峡盾构隧道为研究背景,基于梁-弹簧有限元模型,考虑初始设计阶段中相关参数的不确定性,将侧向土压力系数、地层抗力系数、接头等效抗弯刚度考虑为区间不确定性变量,建立了管片衬砌结构区间不确定性问题的数值求解模型,推导了影响度计算公式,可估计轴力、弯矩、安全系数的上下界.通过数值分析,探讨了各区间变量不确定性对管片衬砌结构力学行为的影响.数值结果表明:所取参数的不确定性对轴力影响较小,但对变形和弯矩影响较为明显;两种荷载模式对应的管片安全系数区间相差较大,在设计中应妥善考虑.研究结果有望为管片衬砌鲁棒优化设计提供参考.     

盾构隧道施工中管片破碎分析及对策

在盾构隧道施工过程中,管片破碎是施工中的普遍现象。管片破碎,特别是外弧面破碎不仅会引起隧道渗水、漏浆,而且会影响到隧道的使用性能,因此管片破碎是隧道施工过程中必须妥善处理的问题之一。本文通过对在狮子洋海底隧道施工过程中管片破碎现象进行分析,总结相应控制措施。     

盾构隧道管片的设计计算方法

综述了盾构隧道衬砌管片的设计计算方法，并使用结构力学的方法对设计中常用的惯用法和修正惯用法进行了理论推导，给出了实例计算。     

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.     

盾构隧道管片接头的易损性分析和评价

管片接头是盾构隧道结构力学性能的薄弱和关键部位.从抗弯、抗剪及抗渗三个方面,提出接头易损性评价方法.在轴力、弯矩和剪力作用下,考虑接头自身健康状况,并以混凝土、螺栓的应力状况和渗漏水作为评价指标,建立接头易损性评价模型.建立管片接头力学解析模型,分析接头的力学响应,并建立管片接头三维有限元精细化模型,对比验证解析模型的正确性.通过蒙特卡洛计算,获得大量计算样本,并在此基础上构建管片接头易损性的贝叶斯网络.根据接头易损性贝叶斯网络,分析接头易损性,并结合现场监测,反分析盾构隧道管片接头的健康状况,更新接头易损性预测,指导盾构隧道的正常运营维护.     

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     

双连拱隧道围岩力学特性数值模拟分析

以某黄土连拱隧道为研究背景,通过数值模拟,对隧道围岩在施工过程的应力和应变的变化情况及隧道的稳定性等进行了分析,结果表明数值模拟的结果与现场实测值较为吻合.     

地铁盾构分岔式隧道数值模拟及应用

为研究地铁盾构分岔隧道问题,采用FLAC3D三维模拟技术以原始隧道经过简化得到计算分析三维模型,分析了不同分岔角度下的应力、变形问题.研究结果表明:分岔隧道的应力、变形随分岔隧道夹角的增大而减小,应力叠加越来越小,当分叉角度较大时,应力集中峰值开始分岔变为两个峰值;通过与现场监测结果对比,现场监测值与数值模拟结果吻合.     

盾构隧道壁后空洞注浆对管片受力特性的影响

为研究盾构隧道壁后空洞注浆浆液的扩散机理及其对管片受力的影响规律,基于修正达西定律对黏性土中浆液的扩散半径和管片产生的压力计算公式进行了推导,并以西安地铁某区间隧道涌水事故为依托,利用推导的注浆压力公式,采用地层-结构模型得到了管片壁后空洞注浆部位及注浆压力对管片受力的影响规律。结果表明:同一注浆位置,当注浆压力不断降低时,管片的轴力值、弯矩值以及管片上浮呈不断降低的趋势;除了控制截面有稍微旋转之外,设计工况下的管片轴力值、弯矩值与模拟过程中注浆压力为0.3 MPa时的情况相近,注浆压力超过0.9MPa时,结构产生明显的偏压,甚至出现管片裂缝以及结构破损;不同注浆部位施加相同注浆压力时,当注浆位置为隧道顶部和底部时,管片的力学形态发生了较大的变化,特别是弯矩值,增加幅度可达1.5~2倍,隧道侧面注浆使弯矩分布发生一定程度的旋转,甚至反转。     

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。     

地铁过江隧道盾构管片生产工艺研讨

本文比较详细地介绍了南京地铁3号线、10号线过江隧道盾构钢筋混凝土管片的固定式生产工艺,并研讨了管片生产中常见的几个错误认识.     

迂曲度对盾构隧道管片注浆的影响

为了探究浆液扩散路径迂曲度对盾构隧道管片注浆效果的影响,以幂律浆液为对象,建立了考虑扩散路径迂曲度的盾构隧道管片注浆渗透扩散模型;分析了注浆时间、终止注浆压力和注浆速率对浆液扩散半径和管片所受压力的影响。最后,利用Matlab与COMSOL Multiphysics软件,开发得到考虑扩散路径迂曲度的幂律浆液渗透扩散数值模拟程序,实现了盾构隧道管片注浆效果的可视化。研究结果表明：在其他参数不变时,终止注浆压力增大,则浆液扩散半径和管片所受压力均增大;随着注浆速率的不断增大,浆液扩散半径和管片所受压力先增大后减小。考虑浆液扩散路径迂曲度后,浆液扩散半径和浆液对管片的压力值较不考虑扩散路径迂曲度时减小,且随着终止注浆压力和注浆速率的增大,扩散路径迂曲度对扩散半径和管片所受压力的影响更加明显。     

地铁盾构隧道管片防水技术措施探索

本文通过结合某地铁盾构隧道施工实例,针对该隧道管片施工环节,提出采取可行的防水技术措施,从管片安装、管片自防水、环形间隙注浆体作为隧道防水的加强层等措施分别探讨管片防水的实现,旨在能为同类工程提供有价值的参考。