盾构原位拆解附加荷载对管片结构和围岩的影响研究

文章依托新街台格庙矿区1号矿井的主斜井工程,采用锚索作为围岩的支护手段,基于有限差分软件FLAC3D,建立了加固后的盾构原位拆解数值模型,探究出盾构原位拆解过程中附加荷载对管片结构和围岩的影响。结果表明:(1)盾构拆解过程中附加荷载对围岩的影响主要表现为掌子面上方应力场变化明显,塑性区范围增大;围岩的位移整体变化不是很显著,只在受荷吊点位置处有一定的变化;(2)对盾壳的影响表现为在靠近掌子面的吊点位置,盾壳的位移和最大弯矩均呈现下降趋势;在远离掌子面的位置影响不明显;(3)附加荷载对管片结构的内力和位移结果影响较小,影响范围集中在紧临拆解段的部分结构,规律为随着荷载向后部移动,管片结构中最大弯矩和位移稍微增大。     

盾构隧道双层衬砌结构三维力学分析模型及验证

在已有双层衬砌梁–弹簧模型的基础上,提出了改进的双层衬砌盾构隧道三维壳–弹簧力学分析模型。该模型采用压杆–弹簧组合方式模拟双层衬砌的结合面力学相互作用,并充分考虑了由盾构隧道管片接缝引起的结构刚度沿环、纵向分布不连续效应。依托武汉地铁8号线越江隧道工程进行建模计算分析,将计算得出的内力数据与现场实测的内力数据进行对比,两者具有一定的一致性,验证了该模型模拟双层衬砌盾构隧道结构三维力学行为的准确性和适用性。研究结果表明:(1)管片内力分布受到环缝和纵缝的影响呈现明显的不连续性,且由于地层岩性不均,管片上部与下部的弯矩亦有较大差异;(2)管片受力稳定后施作二衬,管片自身的内力量值变化较小,二衬主要受到自重作用,内力分布呈现"上小下大"分布规律,其量值与管片相比较小,在建设初期仅起到辅助承载作用。     

盾构隧道双层衬砌横向力学结构参数优化研究

随着水下盾构隧道建设及运营环境日益复杂,安全要求日益提高,盾构隧道双层衬砌有望在工程中得到较为广泛的应用。本文依托武汉轨道交通8号线越江隧道工程,采用双层衬砌盾构隧道三维壳—弹簧力学分析模型,研究了不同工况下二次衬砌强度及厚度对双层衬砌内力及变形的影响,并对二次衬砌是否应当配筋的问题进行了探讨。研究结果表明:二次衬砌强度变化对管片衬砌结构内力影响甚微,但二次衬砌弯矩量值略有提高,同时通过提高二次衬砌强度来抑制隧道竖向变形的效果不明显,考虑到工程造价问题,二次衬砌强度不宜过高,取C40为宜;二次衬砌厚度增加对管片横向内力影响甚微,但对其结构受力有不利影响,综合考虑隧道运营期火灾以及列车撞击等因素,二次衬砌厚度取30~40 cm为宜;在外荷载增大情况下,二次衬砌拉应力量值显著增加,超过混凝土规范容许拉应力值,因此,实际工程中建议对二次衬砌进行配筋设计。研究结论可为盾构隧道双层衬砌的设计及施工提供有益的借鉴。     

基于实测内力的大直径水下盾构隧道荷载反演分析

作用在管片结构上的水土压力是管片设计的关键,但目前盾构隧道管片衬砌结构的荷载确定尚未有一个统一的方法,开展现场测试获取管片衬砌结构的水土压力是一个有效的解决途径,但受工法特性影响,所得测试数据通常具有一定的误差。依托武汉地铁8号线越江隧道工程,基于较为准确的结构内力实测值,针对岸边深埋段和水下浅埋段两种典型地层条件,对管片所受竖向水土压力和侧向压力系数进行双参数荷载反演分析。研究结果表明：隧道位于岸边深埋段、洞身穿越均一地层时选取竖向水、土压力作为反演参数,而隧道位于水下浅埋段,洞身穿越多种地层时选取竖向水压力和侧向压力系数作为反演参数是合理的。针对越江隧道岸边深埋段的地层特性,拱顶竖向土压力取等效于拱顶以上2倍洞径范围内土柱所产生的压力,水压力需根据地层渗透性予以折减,折减系数一般在070～085;对于水下浅埋段,竖向土压力可按照全土柱法计算,水压力取上部全部水压,侧压力系数反演值较隧道所处地层地勘值偏大。     

基于材料试验和细观模型的混凝土渗透性研究

基于材料试验和细观模型,以球体和椭球体模拟粗骨料,以薄壳模拟界面区,建立三维混凝土三相细观模型,研究了压力水在混凝土中的渗透规律.结果表明:混凝土细观模型模型能较好地反映压力水在混凝土内渗透过程中的局部特征和总体规律,展现了由于骨料随机分布所导致的"曲折效应"、"稀释效应"和"界面效应";随着骨料体积分数的增加,以上3种效应被同时放大,骨料对混凝土抗渗透性能的影响应综合考虑3种效应的影响;在骨料形状、骨料体积分数和界面区参数一定的情况下,混凝土的有效渗透系数与砂浆的渗透系数呈正比例关系;混凝土试件侧面防水措施不足所导致的边界效应使得抗渗高度法试验结果存在较大误差,应根据试件模具的尺寸误差、拟加水压值来确定边界防水层的厚度.