上海软土地区地铁盾构隧道衬砌环间变形

工程实践发现,盾构隧道的纵向变形特征主要表现为环缝张角或环间错台。通过对上海软土地区通缝拼装地铁盾构隧道同时出现张角和错台情况下衬砌环间变形机理的研究,给出了变形各阶段拱底管片环缝张开量的计算方法;同时基于地铁隧道衬砌结构的防水要求,建立了四种不同工况下环间密封垫变形的计算公式,并以上海轨道交通八号线某盾构隧道为分析对象,得出了相应密封垫张开量和错台量的控制指标。通过分析计算结果发现,相对仅发生错台现象,环间转动和错台的同时发展,将加剧衬砌结构的破坏程度,使密封垫更快失去防水作用。     

盾构隧道管片及纵向接头力学性能数值模拟研究

管片接头作为盾构隧道衬砌结构的薄弱部位,其力学行为直接反映隧道结构整体受力性能。考虑到接头由相邻管片连接而成,本文首先选用非线性有限元法对单个管片的静力响应开展研究,并与文献试验结果对比以验证数值模型。借此模型分析了混凝土剪胀角、拉压损伤行为等对管片结构力学行为影响。在此基础上,依托文献中管片纵向接头静载试验,详细地考虑了接头构造及接头处的相互作用,建立相应模型模拟试验加载过程,同时将数值分析结果与实测试验结果的破坏模式对比分析。基于提出的有限元模型,进一步研究了管片纵向接头力学特性随各关键因素变化规律,包括接头外侧间隙、螺栓倾斜角度及伸入管片长度、接缝两侧密封垫弹性模量和厚度,以及螺帽与手孔混凝土间初始接触状态。获得不同工况下接头挠度、接缝变形及接头转角等变化规律。     

盾构管片错缝接头效应分析

研究通缝和错缝的差异,分析其对结构内力的影响,确定通缝和错缝的适用范围对于盾构隧道的设计、施工具有重要意义。     

盾构隧道管片环纵向接头抗弯刚度值的不动点迭代确定方法

 盾构隧道管片环纵向接头构造复杂,偏压荷载作用下,其变形具有明显的非线性特征,合理的接头抗弯刚度值是运用梁–弹簧模型进行盾构隧道管片环断面设计、计算的前提,而该抗弯刚度值与接头截面处内力组合情况密切相关。针对双衬垫式管片环纵向接头,利用已有简化力学模型,提出一定轴压作用下,接头各变形模式及各模式下的抗弯刚度解析式,并将已有管片接头各工况加载试验的转角实测值与对应变形模式的理论计算值进行对比,验证了其工程设计适用性。根据接头各变形模式下抗弯刚度解析式,结合基于梁–弹簧模型考虑接头刚度差异性的管片环内各纵向接头处截面内力解析式,构造关于管片环内各纵向接头抗弯刚度值的非线性方程组,由数值计算软件Maple编写该接头刚度非线性方程组的不动点迭代求解程序,多次试算最终得到合理的管片环内各纵向接头抗弯刚度值。     

模型盾构隧道管片纵缝接头设计方法

考虑到拼装的缩尺模型管片环与原型管片环的纵缝接头刚度相似性难以满足要求,建议缩尺模型隧道采用开槽模型接头,并分别得到了采用两侧同时开槽、内侧开槽及外侧开槽的模型接头设计计算方法。通过开槽模型接头的管片环模型与梁—弹簧模型的计算结果比较,表明开槽模型接头的设计方法可行,开槽模型接头能很好地模拟拼装管片接头。在综合考虑开槽模型接头的开槽宽度对管片环结构内力与变形的影响与开槽模型接头的加工可行性的基础上,建议开槽模型接头对应的管片环中心角取值为3°~5°。提出的开槽模型接头设计计算理论可用于缩尺模型管片环的纵缝接头设计及在惯用法均质圆环的基础上进行局部抗弯刚度折减的数值模型隧道的建模。     

盾构法隧道管片衬砌纵缝接头受力模型的研究

本文在研究已有接头模型的基础上 ,引入了相应简化假设 ,推导出了盾构法隧道管片平面型接头力学模型 ,利用该模型不仅能够得到表征接头抗弯性能的M θ曲线、接头转角及张开量等 ,而且还能确定接头面处接触受压区的受力状态 ,这使得能够从接头受力张开以及接头面混凝土接触受压两个方面更加可靠和全面地判断接头是否处于安全状态。此外 ,文中还建立三维有限元模型对接头进行了弹性分析 ,通过对所推导模型与三维有限元模型分析结果的对比分析 ,发现两者之间吻合较好 ;这表明在弹性阶段 ,文中提出的模型能较好反映纵缝接头的受力状态。     

盾构法隧道管片衬砌纵缝接头受力模型的研究

本文在研究已有接头模型的基础上，引入了相应简化假设，推导出了盾构法隧道管片平面型接头力学模型，利用该模型不仅能够得到表征接头抗弯性能的M-θ曲线、接头转角及张开量等，而且还能确定接头面处接触受压区的受力状态，这使得能够从接头受力张开以及接头面混凝土接触受压两个方面更加可靠和全面地判断接头是否处于安全状态。此外，文中还建立三维有限元模型对接头进行了弹性分析，通过对所推导模型与三维有限元模型分析结果的对比分析，发现两者之间吻合较好；这表明在弹性阶段，文中提出的模型能较好反映纵缝接头的受力状态。     

盾构隧道管片接头形式的探讨与选择

针对盾构隧道管片接头的详细研究,简要介绍了目前国内常用管片接头构造及其优缺点,对国外多种新型管片接头连接件进行了分析,初步提出了盾构隧道管片接头形式选择的建议。     

软土地铁盾构隧道环缝张开可靠度分析

软土地铁盾构隧道运营后，受各种内外部因素影响，隧道产生较大的不均匀沉降，进而产生不同程度的环缝张开,严重影响运营安全。在综合考虑隧道衬砌几何尺寸、纵向曲率半径及沿隧道纵向抗压抗拉刚度比基础上,同时考虑认识不确定性及随机不确定性，通过区间Monte Carlo抽样模拟计算环缝张开的失效概率区间。讨论了环缝失效概率随不同纵向曲率半径及衬砌环沿隧道纵向不同抗压抗拉刚度比的变化情况，定量化的得到两者在一定失效概率区间下的控制范围。为地铁运营养护决策的制定、优化结构和防水设计提供依据。     

坝体增高对盾构隧道纵向不均匀沉降及安全性影响研究

护岸堤坝建成后,为满足防洪设计要求,会根据最新的水位资料,采取坝体增高的工程措施。坝体增高会导致其下的盾构隧道产生不均匀沉降变形。因此在堤坝增高前,需对穿过坝底的盾构隧道进行纵向不均匀沉降变形计算。结合实际工程,利用FLAC软件进行计算分析堤坝增高对盾构隧道纵向不均匀沉降变形的影响。     

粘弹性软土中盾构隧道的长期沉降

本文将列车荷载等效为矩形循环荷载,采用Merchant三元件模型模拟土体粘弹性,得到相应的粘弹性本构模型,并采用迭代递推方法考虑固结过程中土体渗透性的变化,得出了列车荷载作用下局部渗漏隧道的超孔压解析解,进而获得长期地表沉降解析解。通过预测地表沉降值与非线性固结解析解预测值和上海地铁实测沉降数据的对比,验证了上述解析解的合理性。分析结果表明:在长期沉降分析中,土体的粘弹性表现十分显著,同时列车荷载加剧了隧道的地表长期沉降;隧道衬砌渗漏程度与地表沉降增加量呈正相关。     

基坑施工对盾构隧道变形影响的实测研究

利用广州地铁一号线黄沙-长寿路站区间隧道变形监测数据,从隧道各测点与隧道中心绝对位移、道床绝对位移、道床与隧道中心相对位移、各测点与隧道中心相对位移、隧道收敛以及隧道变形曲率半径出发,详细研究了地铁上盖物业建筑群基坑施工对区间隧道的变形影响,解析了诱发道床开裂和水沟翻浆冒泥病害的原因.研究结果表明:(1)上行线隧道己朝西北角基坑发生侧向移动,隧道处于不利的扭转受力状态,下行线隧道水平方向变形则呈现明显的腰鼓形态;(2)上、下行线隧道沉降主要集中在离车站北端0～70 m区段,沉降曲线均呈现明显的勺子形状,且下行线隧道沉降量明显大于上行线;(3)道床最大沉降量在地铁正常运营控制范围内,但道床与隧道底部间存在一定程度的脱空,导致道床开裂和水沟翻浆冒泥;(4)隧道纵向沉降最小曲率半径为19 500 m,按等效轴向刚度模型计算,其对应的管片环环缝最大接头张开增量为0.33 mm.     

盾构法隧道管片接头转动刚度的理论研究

以上海地铁隧道为工程背景，通过建立能够完整描述接头在任一组合力(弯矩、轴力以及联结螺栓预应力——作用下的受力及变形性状的接头力学模型，分析了管片接头转动刚度的一股变化规律。研究认为，对于给定的管片尺寸，管片接头转动刚度是接头承受载荷水平的函数，减小管片厚度将导致管片接头的正、负弯矩转动刚度的降低，同时，使得二者之间的差值更大，这对于管片接头的受力性能是不利的，而通过改变管片接头中联结螺栓的位置则可以改善这种情形。同时，调整管片厚度以及联结螺栓位置可以实现在不影响甚至提高管片接头受力性能的前提下降低管片厚度以降低工程造价的目的。     

盾构隧道施工阶段管片上浮的力学分析

 盾构隧道衬砌管片在施工阶段处于复杂的受力状态,易出现管片错台、整体上浮等现象。对盾构隧道施工阶段管片注浆段进行受力分析,考虑静态上浮力和动态上浮力,分别分析其作用机制,提出上浮阶段的衬砌环受力模型及计算公式。针对盾构隧道衬砌环在正常设计状态与上浮状态下的受力不同,采用修正惯用法衬砌设计理论分别对其进行内力计算,并将计算结果进行对比分析。结果表明：上浮状态下管片的弯矩值、剪力值和轴力值分别比正常设计状态下的管片内力增加64%,51%和46%,表明隧道上浮对管片受力不利。其中施工阶段动态上浮力对管片的受力影响非常大,超过静态上浮力,必须对其进行合理控制,防止压裂管片。     

潛盾隧道液化評估及抗液化對策之探討

液化對潛盾隧道之影響及設計檢核内容,一般包括液化時上浮之穩定性、震後產生之不均勻沈陷及環片因液化引致之額外應力等。整理目前工程寅務上常用之分析方法,並探討各分析方法之限制及待研究突破之問題點;整理台北、高雄捷迎潛盾隧道段抗液化處理對策及各項處理對策之優缺點,建議可行之抗液化處理對策,以供爾後類似工程之參考。     

软土地区盾构隧道施工沉降槽的特征分析

根据实测资料 ,分析了上海软土地区盾构隧道施工时所形成的沉降槽的特征。通过统计、拟合、对比及作图等方法 ,对沉降槽的形状、沉降槽与隧道埋深的关系、沉降槽随时间的演变以及沉降槽宽度系数与埋深和时间的关系进行了深入的研究 ,得出了在软土地区具有重要指导意义的结论。     

软土隧道纵向剪切传递效应的三维数值模拟分析

采用三维空间模型对软弱地层中隧道衬砌结构进行数值模拟分析计算，针对隧道施工及使用阶段可能遇到的荷载及变形作用两类典型受荷状态，对比分析了这两种作用、不同作用方式下，隧道纵向剪切传递规律及其对纵横向内力的影响。找到了隧道纵向小均匀变形引起的纵向剪切传递的机理以及变形不同区段的隧道横向变形受力特征，证实了纵向剪切传递是导致隧道横向内力变化的关键因素，得到了纵向剪切传递对隧道横向结构及接头变形的抑制作用以及与隧道横断而最大附加内力的线性相关性、与隧道原始内力正负叠加效应等重要结沦，对隧道横向设计中考虑纵向变形的影响具有重要参考价值。     

盾构法隧道软土地层盾构进出洞施工技术

盾构的进出洞工序是盾构法建造隧道的关键工序。阐述了盾构进出洞施工的重要性,对正面土体的稳定、基座及后座的设置、洞口间隙的密封等施工技术作了详细的介绍。