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。     

大直径管片拼装及缺陷处理

总结了北京地下直径线工程大直径盾构管片拼装技术，初步分析了大直径盾构钢筋混凝土管片施工过程中的表观破损原因，并对破损管片修补技术进行探讨，提出对拱腰以上、拱腰以下部位管片的不同修补方法，保证了大直径盾构管片的强度及外观质量。     

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。     

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。     

椭圆形构件变形测量的数据处理

椭圆形构件由多个刚体管片组成，其变形量可表示为单个管片两端点相对椭圆的位移量．定义仪器中心为测量坐标系原点，椭圆圆心为椭圆坐标系原点．在测量坐标系内，根据多个观测点坐标拟合椭圆方程，得到椭圆相对测量系统的平移旋转参数．将观测点坐标由测量系转换为椭圆坐标．在椭圆系中，求解各管片相对拟合椭圆的平移和旋转参数．最后，通过计算管片端点相对拟合椭圆的位移量得到管片变形量．实际数据处理结果表明，本方法可行．     

CO2气体保护焊在管片钢筋笼焊接中的应用

预制管片作为一种混凝土衬砌结构，在盾构隧道施工中的作用不可或缺，而管片钢筋笼加工是预制管片结构的主要控制因素之一，在目前施工项目工期、质量、效益的多方压力下，如何能保证质量并节约成本的前提条件下，加快钢筋笼的加工速度，成为项目值得探讨的课题。本文从钢筋笼加工的质量、效率及成本等方面，阐述了二氧化碳气体保护焊在盾构预制管片钢筋笼加工过程中的优越性。     

软硬不均地层盾构姿态控制及管片防裂损技术

广州地铁二号线越—三盾构区间的地层软硬不均，加之曲线多、坡度变化大，盾构掘进技术难度大，掘进方向与盾构姿态的控制困难，防止管片开裂和局部破损以及错台具有一定的难度。为了有效地控制掘进方向和盾构姿态，研究了盾构掘进方向发生偏差的原因，并对越—三区间盾构掘进的偏差实测数据进行具体分析，得出了偏差的原因和规律；研究了盾构掘进姿态的控制方法。为了防止盾构管片的裂损，采用数值模拟方法研究管片裂损的规律及其主要因素，提出了有效控制管片裂损的主要方法。     

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。     

对盾构施工过程中管片连接部位开裂的探讨

本文是作者结合了多年工作经验和工程实例，分析盾构施工过程中，盾构机姿态与管片衬砌时遇到的不协调，而导致管片错台以及混凝土开裂的问题，并给出一些相关意见与建议，以供参考。     

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。     

隧洞掘进机预制混凝土管片的生产

介绍了隧洞掘进机预制混凝土管片厂的生产线模式,对管片生产能力的确定和生产线的设计、管片生产工序、管片混凝土质量的控制等关键问题进行了探讨。     

钢纤维掺入对混凝土管片局部力学性能的改善

为评价钢纤维掺入对盾构隧道混凝土管片局部力学性能的改善情况,采用通用有限元软件AD INA,分别对盾构隧道钢纤维混凝土管片在千斤顶顶力作用及管片接头在正常运营阶段的开裂荷载、应力分布及裂缝分布进行了三维有限元数值试验.结果表明:掺入钢纤维能有效改善管片表面、手孔和螺栓孔部位的局部力学性能;钢纤维混凝土管片的初裂荷载比普通混凝土管片提高13.3%～22.7%,说明管片的抗裂性能有较大提高.     

岩溶地层运营期地下水上涨引起管片上浮规律研究

岩溶地层溶隙发育,地下水流通性强,盾构隧道施工过程中浆液易流失,导致隧道运营过程中易出现上浮错台等灾害。为了研究岩溶地层盾构隧道在运营期因地下水位变化造成的管片上浮问题,通过数值模拟和现场监测,分析岩溶地层盾构隧道在运营期因地下水位上涨引起管片上浮的规律。结果表明：注浆层隧顶空洞、隧底注浆不密实和地下水位上涨是影响管片上浮的主要因素,其中隧顶空洞对管片上浮影响最大;管片隧顶注浆流失越严重,上部注浆层对管片的约束越小,地下水位上涨造成的管片上浮越明显;管片隧底注浆不密实导致管片底部和注浆层之间粘结力降低,管片上浮量增加;研究给出了管片上浮量与注浆层空洞、注浆不密实和地下水位的对应关系,可为岩溶地层盾构注浆施工质量控制提供借鉴。     

黏土地层盾构管片上浮的力学行为研究

本文对西安地铁黏土地层中盾构隧道管片上浮规律分析总结,依据管片同步注浆凝结过程将盾构隧道在黏土地层中管片上浮分为2个阶段,第1阶段管片上浮主要受浆液浮力和注浆产生力的影响,第2阶段主要受土压力合力影响。通过分析管片受力状态和管片上浮原因,分别找出2阶段管片上浮影响的主要因素。根据受力原因分析及推进经验总结,为黏土地层中盾构隧道管片上浮提出预防控制措施,为盾构隧道在相同地层中处理类似问题提供经验指导。     

基于有限元分析的TBM隧道管片计算模型

为研究以拼装管片作为长期受载体的全包防水隧道的设计计算方法,总结了现有的盾构管片计算模型,讨论对比了几种常用计算模型.分析了不同混凝土管片接头模型适应的地层条件,并通过建立二维和三维数值模型,对比分析了不同计算模型中混凝土盾构管片的内力水平.结果表明:①对于非均质地层中的盾构管片,弹性铰梁单位模型可以模拟管片接头的实际...     

超浅覆土隧道管片试验方法研究

本文以管片变形与内力相似为原则,设计用油缸加载等效设计工况结构所受荷载。通过弯矩等效方法将混凝土管片的真实受力情况转化为管片模型试验中的受力状态,研究表明该方法能够很好地模拟超浅覆土状态下的管片受力和变形,对管片模型试验方案的设计和实施具有指导意义。     

管片测量方法探讨

对盾构施工后安装的管片的传统测量方法做了简要阐述，着重介绍了基于带有自动马达的全站仪和PC机的2种管片测量方法和计算公式与实现，并对几种测量方法进行了简要比较．     

基于线激光传感器的盾构管片位姿检测方法

针对盾构管片初始摆放误差与拼装累积误差问题,提出一种新的管片位姿检测方案。该方案无须在管片上添加额外标记点,利用安装在管片拼装机器人上的3个线激光传感器对管片边缘进行扫描,根据边缘点的相对位置坐标计算管片上特征点的坐标,并依此推导出待安装管片的抓取位姿和安装位姿表达式。使用SolidWorks软件建立三维模型以提供算例,比较不同检测点位置对位姿计算精度的影响,验证该方案的可行性。研究结果表明:本文提供方案计算得到的管片位姿误差较小,可以满足盾构管片抓取和安装要求;增大管片边缘扫描点的距离能够提高姿态检测精度。     

盾构隧道变阻滑移锚式接头抗剪性能研究

盾构隧道管片接头是整体衬砌结构的薄弱环节,接缝张开量超限极易导致结构出现不同程度的损伤和破坏。针对盾构隧道环间大变形问题,提出了一种变阻滑移锚式接头,并基于有限元软件ABAQUS,建立了接头?管片三维精细化数值模型,考虑管片厚度、强度、轴力等影响因素对接头?管片结构抗剪性能及破坏机理展开深入研究。结果表明：管片强度对接头?管片结构抗剪刚度及结构损伤影响较小;不同轴力下管片损伤及套杆应力分布情况不一致,随着轴力的逐渐增加,摩擦力增大后会分担一部分剪力,造成管片损伤相应减小,而套杆损伤程度相对增加;管片较薄时难以充分发挥接头力学性能,甚至会在管片内侧表面出现裂缝进而影响衬砌结构安全。该研究成果可为新型接头的设计与加工提供技术参考。     

火灾高温下隧道衬砌管片力学性能试验

为了获得隧道衬砌管片在火灾高温时的力学性能与响应,对钢筋混凝土及钢纤维混凝土两种管片开展了不同温度-荷载工况下的火灾试验研究.试验中升温曲线采用碳氢(HC)曲线.试验结果表明,在火灾高温作用下,衬砌管片的内力状态发生显著变化,相当于经历了加卸载作用,加重了损伤.初始预加荷载显著影响衬砌管片高温后承载力的大小,初始预加荷载越大,高温后的承载力越小,且钢筋混凝土管片高温后的承载力要大于钢纤维混凝土管片.对于钢筋混凝土管片,最高温度显著影响管片高温承载力的大小,最高温度越高,高温承载力越小;而对于钢纤维混凝土管片,最高温度的影响相对较小.