盾构克泥效浆液成分与渗透扩散研究

克泥效工法常在盾构隧道近接既有建筑物穿越工程中被引进作为控制地层位移的一种辅助工法,克泥效浆液在地层的渗透扩散性对盾壳与地层间环向间隙填充效果有着重要影响,克泥效浆液的流变性能与其微观成分对其流动性有着重要影响。本文基于对克泥效浆液流变性能与微观成分分析,研究了浆液性能变化。进一步结合宾汉姆流体砂土渗流公式与数值计算模型,分析了浆液性能对渗透效果的具体影响,并验证数值模型可靠性与合理性。结果表明:(1)各组克泥效浆液样本在宾汉姆本构下的非线性回归系数均大于0.95,塑性黏度与屈服强度会随着水粉比的减小而增大。(2)克泥效浆液主要成分为石英、斜长石、伊利石、钾长石,随着A液水粉比的增加,克泥效水化产物斜长石增加,而伊利石的含量减小。(3)克泥效浆液会在25s左右占满环向间隙,而后再向地层中发生渗透扩散,地层中浆液体积分数增速随时间而减小,直至增速降为0。(4)随A液水粉比增大、地层渗透系数增加、注浆压力增加,克泥效在地层渗透距离均会增加。理论渗透值与数值模型计算值误差在各工况下的平均误差控制在10%以内。     

盾构隧道衬砌结构小角度斜穿地裂缝的破坏机理

从西安地铁1 #线工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计了盾构隧道管片衬砌结构30°斜穿地裂缝的物理模型试验管片混凝土应变、纵向和环向螺栓应变、结构接触土压力外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形以及宏观变形破坏现象表明:盾构隧道管片衬砌结构30°斜穿地裂缝的变形破坏模式为剪切变形为主,局部有扭转变形;结构破坏范围为上盘1.25D,下盘0.75D(D为管片环外径);管片衬砌结构变形破坏不对称,管片环向处于偏压状态;环缝拱底位错量大于拱顶和拱腰,拱底最大位错量达40 mm(0.033D),模型难以适用地裂缝错动变形20 cm(0.1667 D),盾构管片衬砌结构不适用于地裂缝活动强烈的地质环境     

基于前馈-反馈复合控制的盾构土压平衡控制

为使盾构土压平衡控制系统既有较高的土压力控制精度又能及时消除推进速度波动对土压力产生的干扰,在现有土压平衡控制系统基础上,提出基于推进速度前馈-密封舱压力反馈的土压平衡控制系统.建立密封舱土压力数学模型,根据模型描述的推进速度、螺旋输送机转速和密封舱土压力之间的关系,通过推进速度前馈环节得到螺旋输送机转速相应的改变量,在推进速度波动对密封舱压力造成干扰之前进行补偿.同时,系统中的土压力反馈环节可以进一步消除其他干扰因素造成的土压力控制误差,提高系统稳态精度.利用在盾构实验台上采集的实验数据进行对比分析计算,验证土压力产生机理模型的有效性.结果表明,在前馈-反馈土压平衡控制系统中推进速度改变后螺旋输送机马达转速的响应时间约为0.5 s,而在反馈系统中约为2.5 s,前馈-反馈系统土压力控制最大相对误差为1.54％,而反馈系统为6.52％,因此证明当推进速度波动时,采用前馈-反馈控制的土压平衡控制系统具有更好的性能.     

管片衬砌可靠度分析实用方法研究

由于盾构隧道管片衬砌结构形式的特殊性,可靠度分析中仅采用截面承载力极限状态方程作为功能函数不够全面,故文中提出管片可靠度分析应采用双功能函数,即增选管片裂缝宽度控制方程作为第二功能函数.考虑到随机变量的非正态分布和功能函数的高度非线性,常规一次二阶矩法精度较低,提出采用映射变换和二次二阶矩相结合的方法进行管片衬砌可靠度分析.实例表明:双功能函数相互补充,可保证结构的安全可靠,映射变换和二次二阶矩结合分析法清晰简便,能较好地解决功能函数高度非线性、随机变量非正态分布等问题.     

盾构地铁管片设计的修正模型及其应用

管片和围岩变形一直是地铁设计和施工中待解决的难点之一,通常所采用的惯用法模型中,管片的计算主要考虑土层抗力和接头对结构的主要影响.在对现有模型中管片接头计算方法的研究基础上,本文得到了改进后的惯用法模型,推导了修正惯用法模型的位移求解公式,用地层结构法建立了围岩和衬砌的有限元模型.并结合哈尔滨地铁一号线工程实例资料,用修正惯用法模型求解衬砌的位移解析解,又用地层结构法中现用的惯用模型公式分别对围岩变形和衬砌进行了数值解计算,并进行比较.经研究表明,修正后的模型和推导的公式是可靠的,该项研究成果对管片设计具有一定的理论意义.     

天津地铁盾构施工对邻近工程设施影响的动态模拟

为研究盾构掘进施工对周围土体及邻近工程设施的影响，在现场实测天津地铁1号线盾构试验段数据的基础上，采用有限元程序ABAQUS对盾构掘进过程进行了动态模拟，计算结果与实测值吻合良好，进一步分析了盾构掘进对邻近建筑物、地下管线和桩基础等工程设施带来的影响，得到了沉降槽曲线与影响临近工程设施的具体数值，计算结果表明，工程设施离隧道越近，受到盾构掘进的影响越大，当距离3倍洞径以外时影响已经很小，距离大于4倍洞径时，影响可以忽略不计。     

大体积覆土开挖卸载对盾构隧道的变形影响

采用有限元软件,对曹妃甸工业区跨纳潮河综合盾构隧道管廊在运营阶段上方规划河的开挖工况进行了分析,对大范围覆土卸载条件下的盾构隧道变形进行了研究．结果表明：盾构隧道在上方覆土开挖卸载时变形存在4处反弯点．通过加密设置变形缝,可满足盾构变形需要．     

下穿已有隧道泥水盾构施工的预测分析

基于2010年上海世博会重大配套工程——打浦路隧道复线工程,结合具体实际地质条件及施工参数,利用Abaqus有限元分析软件,建立三维非线性有限元模型,模拟泥水盾构沿弧线斜下穿已有隧道的施工过程.计算并分析在泥水盾构施工过程中,已有隧道发生的变形、产生的应力以及地表发生的沉降,预测泥水盾构施工对已有隧道和地表的影响,并与实测数据进行比较,说明分析预测的可信性.所得结果不仅对该工程具有积极的指导意义,而且对其他类似工程的分析也具有重要的借鉴作用.     

盾构法隧道施工多媒体监控与仿真技术

通过对目前国内盾构法隧道施工技术水平的研究与分析,指出了现有施工监控与管理中存在的不足之处,本项研究通过采用数据,图像与声音采集及传输技术,建立了一套盾构法隧道施工的多媒体监迭系统,根据已有的盾构法隧道施工引起地层移动理论,采用了基于数据体视化算法的计算机仿真技术,研制了盾构法隧道施工实时预测与控制的仿真软件,多媒体监控与计算机仿真系统已在上海地铁二号线区间隧道工程中得到了具体的应用,实践证明,该系统具有良好的应用前景。     

大直径越江公路盾构隧道振动特性测试分析

盾构隧道内车辆通行对隧道产生动力作用,可能导致隧道周围软土层产生较大沉降。基于无线传感网络平台,对大直径越江公路隧道内衬砌与路面板在车辆荷载激励下的振动特性进行现场实测,获得时域与频谱信号,分析得到管片与箱涵底板的最大垂向加速度幅值与振动优势频率,发现箱涵底板与隧道管片垂向振动同步的规律。测试结果可为隧道周围地层沉降变形分析参数取值提供参考。