钢板加固盾构隧道接头受力性能分析

纵缝为粘贴钢板加固盾构隧道衬砌结构的薄弱位置,为研究界面锚栓对钢板加固纵缝接头受力性能的影响,基于所开展的正负弯矩工况下钢板加固接头试验结果,针对界面锚栓排数开展数值参数分析研究,得到如下几点结论：正弯矩钢板加固接头的转角刚度和承载力等随界面锚栓排数增大而增大,当参数达到一定水平后,界面锚栓在接头整体破坏前不发生屈服;负弯矩钢板加固接头性能受锚栓排数的影响较小。     

基于足尺试验的管片纵缝接头刚度分析

为了研究上海地铁通缝拼装盾构隧道的结构承载力学特性,进行了通缝隧道结构荷载足尺试验,试验通过24个加载点施加水平集中荷载来模拟盾构隧道周围土体的分布荷载。通过反演分析结果及足尺试验观测结果,对管片纵缝接头刚度与结构变形的总体趋势进行了分析。试验结果表明,管片的纵缝接头抗弯刚度随着结构变形的增加而呈现出减小趋势,主要与管片接头受压区混凝土受压面积减小有关,其次还与受压区混凝土破坏和螺栓发生塑性变形有关。基于纵缝接头刚度的衰减特性,运营期盾构隧道安全评估时管片环的刚度有效率提出结合盾构隧道结构的变形状态进行合理取值。     

地铁盾构隧道衬砌结构变形及破坏探讨

盾构隧道衬砌结构的变形与破坏模式受接头的力学性能控制,但目前国内地铁盾构隧道接头形式多样,不同形式的接头对整环结构受力性能的影响机理还不清晰。基于足尺试验,分别研究单环、多环的国内典型地铁直螺栓接头衬砌结构、弯螺栓接头衬砌结构、快速接头衬砌结构的受力性能,对比分析其正常运营状态的变形、周边扰动下的破坏模式与极限承载力。结果表明：①通缝拼装盾构隧道衬砌结构的性能由纵缝接头性能决定,提高纵缝接头延性可使结构破坏模式从接头处连接件脆性断裂转变为结构整体失稳;②错缝结构性能取决于环间相互作用强弱,随着环间相互作用的增强,结构首个塑性铰位置从纵缝接头向管片本体转移;③可通过环间、环内的协调设计,优化结构正常运营状态基本受力性能,提高结构极限承载力并使结构发生延性破坏。     

大直径盾构隧道新型纵缝接头抗弯性能试验研究

纵缝接头是盾构隧道受力性能的薄弱部位,管片接头的形式直接影响盾构隧道的力学性能。目前国内的盾构隧道纵缝接头使用的连接件多为螺栓,新型纵缝接头使用了一种新的连接件—滑入式连接件,此种接头在大直径盾构隧道中的受力性能有待研究。本文以新型纵缝接头为研究对象,针对两种不同型号的滑入式连接件,采用模型试验的方法探究了大直径盾构隧道新型纵缝接头的受力性能,通过理论分析计算了新型纵缝接头的极限承载力,并比较分析了传统螺栓纵缝接头和新型纵缝接头的受力性能。结果表明：新型接头衬砌管片的薄弱部位在连接件周围的混凝土区域;滑入式连接件的型号直接影响新型纵缝接头的受力性能,两种接头中连接件尺寸较大的接头转角刚度相较于连接件尺寸较小的接头转角刚度增加了7.2～169.5%,极限承载能力增加了69.9%;新型纵缝接头比螺栓接头有更高的转角刚度,受力性能更好,适用于大直径盾构隧道。     

盾构隧道纵缝接头抗弯计算模型研究

针对不设传力衬垫的盾构隧道纵缝接头,基于已有的管片接头抗弯性能试验的结果,首次提出与接头应力相关的刚度折减系数的概念,并给出其取值经验的公式。在此基础上推导纵缝接头转角弯矩关系的显式解析公式,可直接应用于盾构隧道的结构受力分析。所推导的解析公式可以较好地反映接头轴力对其抗弯力学行为的影响,描述管片接头抗弯刚度随转角增大而减小直至破坏的整个过程。与管片接头足尺试验结果的对比表明,该解析解与试验结果吻合得较好,有重要的工程应用价值。     

钢管混凝土加固盾构隧道管片接头受力性能试验研究

管片接头是盾构隧道结构的薄弱部位,对结构的综合性能起着控制作用。为了研究其受力性能,开展了8个足尺管片接头试件在正、负弯矩作用下的静力试验,其中4个试件采用钢管混凝土加固,另外4个为对比试件(2个采用传统钢板加固,2个未加固),得到了正、负弯矩作用下不同试件的破坏模式;在用钢量相近的条件下,对钢管混凝土加固和传统钢板加固进行了比较,考察了钢管混凝土截面高度对加固效果的影响。研究表明：正、负弯矩作用下,钢管混凝土加固均能显著提升管片接头的受力性能;正弯矩作用下,钢管混凝土的加固效果全面优于传统钢板加固效果;负弯矩作用下,钢管混凝土加固试件的接头张开量在化学锚栓断裂之前明显小于传统钢板加固试件的;钢管混凝土的截面高度从45mm增至60mm,加固效果并未进一步提升。     

盾构隧道钢板加固衬砌管片环缝抗剪性能数值模拟研究

盾构隧道环缝相邻管片之间的错台变形,加剧了运营隧道结构所面临的风险。采用外置钢板对已经发生错台变形的环缝处相邻管片进行加固是一种可取的错台变形控制措施。采用有限元数值模拟的方法,建立了盾构隧道管片环缝钢板加固的三维数值分析模型,在此基础上设计并开展了钢板加固管片环缝数值模拟试验。根据数值模拟试验结果,首先分析了外荷载作用下管片接缝错台变形的发展规律,通过螺栓与管片内的应力分布及发展模式解释现象发生的原因;然后,通过对比未加固与钢板加固接缝管片错台变形随荷载增大的发展情况,对该加固方法对错台变形的控制效果进行量化讨论;最后,分析了当接缝发生错台变形时钢板与管片间连接界面的应力分布规律,揭示了加固钢板与管片之间的传力机制,据此对实际盾构隧道加固工程提出指导性建议。     

超大隧道装配式管片接头刚度的模型试验研究

目前国内外的盾构隧道都朝着更大直径方向发展。为评价超大直径装配式衬砌结构的接头力学性能,以便于在实际工程中应用,开展了两种超大直径的缩尺模型试验。试验内容分为纵缝直接头偏心受压试验、错缝夹片偏心受压试验和单体管片破坏性试验三类。在详细介绍了模型设计、试验工况和加荷系统等相关内容的基础上,重点分析了管片接头纵缝转角刚度、挠度变形与纵缝张开量、钢筋应力与螺栓受力及裂缝开展情况等。通过试验数据的类比分析,得出了超大直径20.2m盾构隧道装配式衬砌管片接头的一些受力性能与变形规律以及存在的问题。试验结果可指导类似盾构隧道的结构设计。     

青草沙水源地原水工程输水隧道单层衬砌管片接头荷载试验研究

纵缝转角刚度、纵缝（环缝）剪切刚度和弯矩传递系数是盾构隧道衬砌结构计算模型中的关键参数，历来是本领域研究的重点和热点。结合青草沙水源地原水工程，通过管片接头 原型荷载试验 ，对上述关键计算参数进行研究。试验结果表明正弯矩作用下接头转角刚度符合双直线模型，负弯矩作用下转角刚度近似成线性，而且不同的接头构造情况下纵缝转角刚度值和其变化规律不同。在纵缝和环缝剪切试验中，管片间的错动随荷载变化过程分为 3 个阶段，其中错动主要发生在第二阶段。弯矩传递试验表明弯矩传递系数随着荷载的增大而减小。并且当纵缝转角刚度较大时，弯矩传递系数较小，反之亦然。最后结合试验结果，给出了盾构隧道衬砌结构计算模型关键参数具体取值范围和一些 有益 的结论，以供盾构隧道衬砌结构设计计算参考。     

考虑碳化的地铁盾构隧道纵缝接头抗弯力学模型研究

长期服役的地铁盾构隧道内表面混凝土会产生碳化现象,从而改变纵缝接头的受力性能。针对地铁盾构隧道服役期混凝土碳化典型工况,考虑接缝面细部构造、正常及碳化混凝土不同非线性受力特性、接缝面接触特性以及螺栓预紧等因素,构建可以表征接缝面混凝土压碎、螺栓屈服以及接头极限状态的纵缝接头抗弯力学模型,并结合纵缝接头抗弯足尺试验对碳化后地铁盾构隧道纵缝接头的力学性能进行对比分析,验证工程设计适用性。研究结果表明：采用全积分形式进行纵缝接头混凝土本构关系运算,适用研究混凝土碳化的影响;负弯矩作用下,内表面边缘混凝土接触之前,混凝土碳化无明显的影响;接触之后,随着碳化厚度增加,螺栓应变、接缝张开量及压缩量等最大值均增大,极限弯矩也相应增大,但增幅不断减小;轴力不会对碳化后的纵缝接头力学性能产生明显耦合影响。     

超大隧道衬砌管片接头力学性能试验研究

国内超大隧道衬砌管片试验已进行过整环试验,文中介绍的超大隧道衬砌管片接头足尺试验在国内尚属首次.与以往隧道衬砌管片接头试验不同的是,在错缝夹片试验基础上首次增加了环缝接头剪切试验.文章简要介绍了超大隧道衬砌管片接头力学性能的试验方法,包括管片直接头试验和管片错缝夹片试验的加载装置、测试内容、试验工况等.通过试验数据分析得到隧道衬砌纵缝抗弯刚度在不同弯矩、轴力组合下的变化规律以及环缝的径向、切向剪切性能,试验结果可用于指导同类衬砌管片参数设计.     

地表超载作用下盾构隧道劣化机理与特性

对某软土地区地铁盾构隧道进行了调研与分析,发现盾构隧道在现有计算理论所允许的地表超载作用下极易发生横向变形超限,并引发管片纵缝接头破损与渗漏水,对此展开了模型试验、数值仿真及理论分析。研究表明:地表均布超载导致的隧道附加竖向土压力并不是均匀分布,且在隧道中心正上方一定范围内要大于地表均布超载;隧道的穿越土层越软弱,地表超载导致的隧道周围附加土压力对隧道结构抵抗横向变形越不利;隧道发生横椭圆变形过程中,管片纵缝接头是管片环中的最薄弱部位。最后提出了软土地区盾构隧道采用"刚性衬砌"的设计理念,并给出了加大管片纵缝接头强度与刚度的建议。     

地铁盾构隧道纵向接缝承载能力试验研究与解析分析

当前地铁运营实践和研究表明管片接缝是盾构隧道衬砌结构的薄弱环节,接缝的受力性能直接决定了隧道结构的承载能力。依托于整环试验研究结论,以盾构隧道管片纵缝接缝为研究对象,对不同运营工况下管片接缝的承载性能进行了足尺试验研究,获得不同工况下构件挠度、接缝转角等变化规律,得到转角刚度。分析得到了纵缝接缝的破坏链条,推导了可模拟接缝受力全过程的解析模型分析了纵缝接缝的全过程受力性能及其极限承载力。并借此模型对接缝截面与全截面受力变形进行对比分析,通过试验数据与解析模型数据的对比分析验证解析模型的合理性。     

错缝输水盾构隧道衬砌力学性能试验研究

针对三门核电站二期取排水盾构隧道工程设计问题,通过接头足尺试验,研究错缝拼装管片的受力性能,包括极限承载能力和破坏模式,利用单环压弯试验进行对比分析,探讨错缝与通缝衬砌在受力性能上的区别.主要结论为:(1)一般负弯矩纵缝接头处的弯矩传递系数相对较大;(2)对错缝拼装的衬砌而言,环缝和管片本体的破坏更易发生,而不会先发生...     

波纹钢加固盾构隧道结构破坏机制的足尺试验研究

文章以在具有9 cm收敛变形的盾构隧道上进行波纹钢加固为背景,对超载工况下波纹钢加固盾构隧道结构的力学性能进行了足尺试验研究。具体介绍了试验方案设计,提供了结构变形、界面剪切、界面剥离、波纹钢应变的发展情况和破坏过程等试验结果,并对加固结构的受力特点和破坏机制进行了分析。试验结果表明：波纹钢是一种有效的盾构隧道加固方法。在试验工况下能够承担4.5 m的上覆土增量荷载。波纹钢加固结构的主要破坏原因为波纹钢-管片粘结界面的破坏。界面破坏可分为界面剪切与界面剥离两种类型,均主要发生在转动变形较大的隧道顶部、腰部纵缝附近。     

热力盾构隧道先盾后井施工对环缝及管片受力影响的研究

在盾构隧道施工中先盾后井施工是一种高效经济的施工工法。本文以我国首条热力盾构隧道工程为背景,结合现场的监测数据,获得不同施工阶段下与竖井连接范围内的管片轴向应力和环缝的张开量变化规律,然后基于纵向等效连续化模型和弹性地基梁的理论,对先盾后井过程中的盾构隧道衬砌受力的特征进行了分析,最后结合三维数值模拟方法,分析了不同隧道埋深、地层特性及注浆加固范围对竖井周边盾构管片的轴向应力及环缝张开量的影响。研究表明,在热力隧道的先盾后井工法施工中,竖井开挖产生的临近隧道附加应力及管片拆除产生的残余顶力消失是引起隧道轴向应力损失及环缝张开的主要原因。竖井施工中,由附加应力产生的负弯矩作用于隧道上,导致隧道底部轴向应力减小、环缝张开,拆除竖井内管片时,作用于端头管片的盾构残余顶力和螺栓预紧力消失,导致管片轴向应力的进一步减小及环缝张开,且对顶部管片影响更大;随着隧道埋深的增加,顶部管片轴向应力损失及张开量逐渐增大,而底部逐渐减小;不同地层对隧道顶部管片轴向应力损失及环缝张开影响很小,但对底部管片影响较大;在端头管片一定范围内进行注浆加固能有效减少轴向应力损失及环缝张开,建议加固区在4环左右,过长的注浆加固区,对管片的控制效果有限。     

HDPE管内衬盾构隧道复合式衬砌结构极限承载力试验研究

为研究采用HDPE双壁缠绕管作为内衬的盾构隧道复合衬砌结构的破坏机理,依托桃浦污水处理厂初期雨水调蓄工程涉铁段排水隧道工程,开展整环足尺试验研究,得到如下结论:(1)复合衬砌结构破坏过程经历协调变形阶段和各自承载阶段,弹性极限点为顶底部纵缝处界面的剥离脱开,各纵缝及管片本体相继发生破坏,纵缝处填充层混凝土发生拉剪或压剪破坏;(2)复合衬砌结构的薄弱位置为各纵缝处的界面及填充层混凝土,其中顶部和腰部纵缝处最为薄弱;(3)复合衬砌结构不同位置纵缝处的界面破坏和填充层破坏形态均源自于纵缝转动变形导致刚度差异引起的界面应力和填充层应力突变。     

盾构隧道横向地震响应规律研究

盾构隧道衬砌是典型的装配式衬砌,各种类型接头的存在使得它与整体式衬砌的力学特性存在较大差异。将管片横向接头考虑为旋转弹簧、管片环间接头考虑为剪切弹簧的梁–弹簧模型能够真实地反映管片衬砌的力学行为,但该模型目前仅应用于静力及拟静力分析。将动力有限元方法和梁–弹簧结合起来,提出一种盾构隧道横断面地震响应分析的动力有限元计算模型和方法,这种方法能够有效地模拟地基与结构之间的动力相互作用,能够模拟不同管片接头形式及纵向拼装方式的影响,并且具有很高的计算精度和效率。随后利用该方法对武汉长江隧道工程盾构段典型横断面进行了隧道地震响应分析,研究了不同的结构及接头参数对结构受力与变形的影响规律以及地基加固的减振效果。分析结果表明,管片横向、纵向接头刚度以及管片厚度的改变对衬砌整体变形的大小影响较小,但对衬砌内力尤其是剪力和弯矩的影响显著,三者的增大都会增大结构的内力,而对盾构隧道周围的土体采取适当方法进行地基加固处理,能有效降低结构的内力和变形,减震效果显著。     

水下盾构对接拆机后管片应力松弛控制措施研究

盾构对接技术凭借其“相向掘进、地中对接、洞内解体”等技术特点,在水下盾构隧道施工中的应用愈加频繁,由于技术尚不完善,盾构拆机导致的掌子面失稳和管片衬砌应力松弛等问题亟待解决。依托某海底隧道工程,针对盾构地中对接管片槽钢加固技术展开研究,建立了管片衬砌壳 连接器模型,通过在环间预留间隙实现了管片环缝的模拟,计算了管片环之间的连接强度,能够详细模拟不同荷载下的环缝张开量。以环缝张开量为判断标准,对比分析了加固范围、槽钢数量和槽钢型号等因素对加固效果的影响,研究结果表明：随着加固环数的增多,最大轴向位移和环缝张开量均呈现先减下后增加的趋势;随着槽钢的数量增多、型号变大,最大轴向位移和环缝张开量逐渐减小,减小趋势逐渐放缓,离盾尾较远的管片环加固效果相对较弱。     

加固厚度对软土地层大直径盾构隧道抗浮的影响

为研究软土地层隧道工程中软土地基的加固厚度对隧道上浮量的影响,以珠海市横琴杧洲隧道为依托,采用小应变硬化模型(HSS模型)作为软土本构模型,在PLAXIS 3D软件中建立了软土地层大直径盾构隧道的有限元模型,计算并对比了不同环形加固厚度下的隧道上浮量、河底土体位移和隧道周围土体的受扰动范围。结果表明:未对软土进行加固时,数值模拟得到的土体位移与二维理论推导的结果吻合较好; 软基地层预加固处理能使加固土体与隧道整体抗浮,有效抑制隧道局部的上浮变形; 软土加固厚度为0.10D(D为隧道外径)时,河底上浮量和隧道上浮量分别比未加固时减小了32.8%和36.4%,隧道上浮量和地层受扰动区域随加固厚度增加逐渐减小; 该工程中隧道环形加固厚度大于0.20D时,计算得到的管片上浮量控制在30 mm以内,河底最大上浮量控制在20 mm以内; 根据管片接头错台量和隧道上浮量的关系得到可控制管片接头偏差在5 mm以内,满足规范中管片拼装和验收时接头允许偏差量的要求。