异形盾构隧道衬砌结构计算模型和受力特征研究

首先通过原型整环管片力学试验研究了异形盾构管片环向接头转动刚度随隧道埋深增加的变化规律。基于试验成果建立了异形盾构管片壳-弹簧计算模型,并将原型试验结果与修正惯用法和壳-弹簧模型进行对比,给出了异形盾构管片内力分布模式,明确了修正惯用法作为异形盾构管片设计方法的可靠性,并将壳-弹簧模型推荐为能较为科学地反映异形盾构管片实际受力特征的计算模型。最后,基于壳-弹簧模型从经济和力学两个角度对异形盾构隧道与矩形和圆形隧道进行对比,证明了异形盾构应用于浅覆土地层的科学合理性。     

偶然性内爆炸作用下盾构隧道的破坏特性分析

 针对拼装组合式盾构隧道的防爆炸灾害设计需要,建立考虑管片–管片、管片–螺栓及管片与周围土体界面接触效应的盾构隧道爆炸动力响应三维有限元分析模型,以典型的地铁区间盾构隧道为例,计算分析内爆炸对盾构隧道结构的破坏机制,揭示管片和连接螺栓的破坏特征,比较研究盾构隧道与整体现浇隧道的抗内爆炸特性。实例分析表明：盾构隧道结构的抗爆性能劣于整体现浇的隧道结构,管片接头是盾构隧道抗内爆炸的最薄弱部位,提高连接螺栓的强度和延性可改善盾构隧道的抗爆特性。     

拼装方式对大断面越江电力盾构隧道 结构内力的影响

针对大断面电力盾构隧道穿越长江时管片拼装方式对隧道结构内力影响显著的问题,以苏通GIL综合管廊工程盾构隧道衬砌结构为研究对象,利用梁-弹簧模型模拟管片结构,采用荷载-结构模型计算管片结构荷载,对不同拼装方式下衬砌结构力学行为进行研究,分析了拼装方式对输电盾构隧道结构内力的影响效应。结果表明:错缝拼装控制管片结构内力,通缝拼装控制管片变形量; 通缝拼装的受力性能要优于错缝拼装,但通缝拼装的变形更大,在施工时要根据使用要求进行选择,同时管片结构力学行为在不同拼装方式下是不同的,与封顶块的位置、错缝角度、目标环的环向和纵向接头的位置有关; 拼装方式对管片最大变形量、最大正弯矩、最大负弯矩影响较大,对管片最大轴力影响较小; 在错缝拼装时,尽量避免错缝角度为180°,最理想的错缝角度在32.7°～81.8°之间; 所得结论可为输电盾构隧道管片拼装方式的选择提供借鉴和参考。     

盾构隧道管片上浮原因分析及控制措施

盾构隧道掘进阶段管片的上浮问题一直是一个较难解决的技术问题。根据北京地铁大兴线黄-义区间盾构隧道工程中遇到的管片上浮问题,主要从盾构机械、壁后注浆、盾构姿态等方面查找原因并进行分析研究,提出了相应的控制盾构隧道管片上浮的技术措施。实践证明所制定的措施是可行、有效的,并为其他类似工程提供借鉴与参考。     

爆炸荷载作用下盾构隧道动力响应数值分析

盾构法因其适应性强、施工质量好和对环境干扰小等诸多优势在城市地下空间开发中得到了广泛的应用,但由于盾构隧道衬砌是由管片拼装而成的装配式结构,其整体性要劣于整体式衬砌。为考察盾构隧道的抗爆动力性能,利用有限元软件ANSYS/LS-DYNA建立了考虑管片与管片间、管片螺栓间、管片与土体接触以及钢筋与混凝土耦合的有限元模型,以典型的地铁区间盾构隧道为例,分析了爆炸对盾构隧道结构的破坏作用机理,研究了管片以及连接螺栓的破坏特性。研究结果可为盾构隧道结构防护设计提供参考。     

局部渗水条件下深埋盾构隧道松动土压力计算模型研究

对于越江海或富水地区的深埋盾构隧道而言,长期使用过程中管片衬砌局部渗水的情况时有发生,但现有的松动土压力计算理论很少考虑局部渗水的影响。对此,以管片接缝渗水为背景,基于前人的研究进行了地层渗流场解析;以Terzaghi土拱效应分析模型为基础,考虑深埋盾构隧道的松动区形状特性和地层渗流效应,提出了局部渗水条件下深埋盾构隧道松动土压力计算模型,分析了关键参数对计算结果的影响,并与有限差分软件FLAC的模拟结果进行了对比验证。研究结果表明：渗水接缝位置离隧道拱顶越远,隧道顶部的松动土压力越大;地表水位线越高,接缝渗水对土拱的削弱效应越强;隧道顶部的松动土压力随着接缝渗水量的增加而增加;地层渗透系数越大,隧道顶部的松动土压力越小;相较于水土合算的方式,水土分算的结果中土拱效应更强;模型计算结果与FLAC模拟结果吻合良好,验证了模型的有效性。     

大直径越江盾构隧道结构受力现场实测分析

以南京地铁3号线越江隧道为依托,通过对大直径越江盾构隧道3环管片周边荷载、钢筋应力进行监测,并对实测数据进行统计分析,探讨越江盾构隧道施工期以及施工后一段时间,盾构隧道荷载、受力变化特征,并根据现场实测应力计算盾构管片内力,采用修正惯用法和梁-弹簧法计算隧道衬砌内力,并与实测值进行比较.研究结果表明:盾构掘进过程会引起...     

盾构管片拼装施工技术

在目前我国城市隧道建设中,盾构法应用广泛,管片拼装作为其重要工序之一,施工质量直接关系到隧道成型效果,加强相关研究具有重要意义.首先对盾构管片拼装技术进行分析,详细探讨盾构管片拼装机工作原理及管片拼装方法,并围绕珠机二期三灶隧道盾构区间具体分析盾构管片拼装施工技术与质量控制要点.     

矩形盾构隧道管片拼装方法的研究

管片拼装是盾构隧道施工中的一项重要工序,但其对于矩形盾构隧道的难度比圆形隧道更大.在研究分析国外矩形盾构隧道管片拼装方法的基础上,讨论了采用悬臂起重机式管片拼装机、采用2台回转式管片拼装机和采用轨道式管片拼装机等不同管片拼装方法的优缺点,为国内矩形盾构隧道管片拼装技术的研究提供参考和指导.     

某软土地层盾构隧道管片上浮事故分析

盾构隧道掘进过程中的管片上浮一直是一个棘手的问题。笔者以某软土地区盾构隧道工程中遇到的管片上浮事故为背景,寻找盾构机械参数、同步注浆、盾构姿态等方面的原因并进行分析研究,提出了相应的控制盾构隧道管片上浮的技术措施。实践证明,所采取的措施是可行、有效的,可为其他类似管片上浮事故提供借鉴与参考。     

盾构隧道在可液化场地中的地震响应分析

盾构隧道的装配式管片是其显著的结构特点,目前的抗震研究主要采用简化方法,少有能有效反映管片和接头细部特征的动力反应分析方法,对其在可液化场地中的地震响应规律也需要进一步研究。本文建立了一种精细化装配式管片结构计算模型,并基于砂土液化大变形统一本构模型,采用弹塑性有限元动力时程分析,分析了盾构隧道在可液化场地中的地震响应特征及规律。结果表明接头处响应是盾构隧道抗震的重要考虑因素。装配式管片结构相比于整体式结构柔度更大,受力较小,变形较大。在可液化场地中盾构隧道由于水平向作用力显著增加,在水平向被挤压,受力分布和抗震不利位置相比非液化场地有明显区别。     

盾构隧道壁后注浆的探地雷达探测模拟试验

针对现阶段软土盾构隧道壁后注浆过程中存在的问题及其可能引起后果的基础上,通过对隧道管片后的探地雷达探测目标的模拟试验研究,充分展示了隧道壁后充填“探测对象”时电磁波的传播规律。结合室内实体管片壁后注浆体和砂层的探地雷达无损探测模拟试验的研究成果,和基于FDTD法的GPR数据二维正演结果,对隧道壁后注浆体的分布形态进行了准确的识别。结果表明:隧道壁后注浆材料的龄期、分布形态以及组成材料配比对GPR探测的剖面图具有显著的影响。试验对探地雷达准确探测和解释盾构隧道盾尾壁后注浆效果具有十分重要的作用。     

Life-cycle reliability analysis of shield tunnels in coastal regions: emphasis on flexural performance of deteriorating segmental linings

In contrast to reinforced concrete (RC) structures on land, RC shield tunnels in coastal regions deteriorate rapidly after their construction because of the combined effects of multiple mechanical and environmental stressors. In this paper, by considering the coastal hazards associated with chloride and the impacts of hydrostatic pressure, a novel approach is presented to estimate the life-cycle structural performance of a shield tunnel that has undergone deterioration due to chloride-induced steel corrosion. Deterioration processes in segmental linings are investigated via corrosion-accelerated experiments on individual segments, and the combined effects of corrosive agents and loads are emphasized. Monte Carlo simulation is used to estimate the time-variant failure probability of shield tunnels in a marine environment. In an illustrative example, the effects of structural location, hydrostatic pressure and material properties on the life-cycle reliability of shield tunnels are investigated.     

Development of a prestressed and precast concrete segmental lining

Prestressed & precast concrete segmental lining (P&PCSL) is used for shield tunnels. Its primary feature is that it integrates segments into one ring by introducing prestress in the tunnel circumferential and longitudinal directions. Introducing prestress enables the elimination of bolt joints and reduces the volume of reinforcement, thus reducing the manufacturing cost of precast concrete segments. It also enables quality improvement and labor saving in lining and provides greater adaptability for tunnels with large diameter, where deformation due to dead load is a problem. The P&PCSL has been implemented in three construction projects after undergoing various performance tests and workability verification tests.     

软土地区盾构上穿越既有隧道的离心模拟研究

随着地铁网络不断完善,新建盾构隧道近距离穿越既有隧道的现象越来越多。盾构近距离穿越既有隧道的影响问题,比常规盾构施工的研究更为复杂。结合上海外滩通道盾构上穿越地铁 2 号线工程,采用离心模型试验与现场实测相结合的方法对盾构上穿越对周围地层及既有隧道的影响进行了研究。文中选用排液法在离心场中模拟盾构施工,在国内首次实现了在不停机状态下模拟隧道开挖卸载、地层损失和注浆过程,并分析了盾构上穿越施工引起的地层、新建隧道与既有隧道的纵向位移变化规律。通过现场实测数据分析了既有隧道在盾构上穿越过程中纵向变形与时程曲线的变化规律。     

海底盾构隧道纵向地震反应特征的子模型分析

考虑海床土体的空间不均匀性、动力非线性特性和海底盾构隧道管环间纵向螺栓连接等因素,提出了基于子模型技术的长大隧道纵向地震反应广义反应位移法,研究了不同地震动作用下隧道管环间的张开量和地震应力分布特征。结果表明：①基于子模型技术的广义反应位移法建模简单,能合理地考虑土与隧道结构的动力相互作用效应对长大隧道结构纵向地震反应的影响;采用压力-过盈模型和黏结模型表征管环间纵向连接螺栓的作用,可较合理地描述相邻管环间的非连续变形特性。②隧道穿越软硬土层交界处的管环张开量较大;基岩峰值加速度相同时,低频发育的Darfield地震动作用引起的管环张开量明显较之高频发育的Iwate地震动作用时的大,且基岩峰值加速度为0.2g和0.4g的Darfield地震动作用下局部位置的管环间张开量超过防水允许限值。③不同频谱特性的基岩地震动作用下管环地震应力分布差异较大,Iwate地震动作用时基岩隆起区域靠近管环顶部处的地震应力较大;Darfield地震动作用时隧道穿越软硬土层交界处及砂土透镜体附近的管环地震应力较大。     

复合地层盾构隧道管片施工病害特征及成因分析

上软下硬复合地层盾构隧道施工,极易发生管片裂损病害,对盾构隧道长期安全影响显著。以某地铁盾构隧道为依托,针对施工阶段管片裂损情况进行了大量现场调查,总结归纳了管片裂损分布规律及裂损特征。在此基础上,采用理论分析和扩展有限单元法,系统分析了管片裂损的成因机制。研究结果表明:盾构隧道管片衬砌裂损按照所占比例由大到小依次为环向区域性剥落、纵向裂纹、边角部裂损,环向区域性剥落和纵向裂纹属于结构性裂损,边角部裂损属于材料性裂损。纵向裂纹与千斤顶推力和接触面不平整有关,其产生及扩展多沿千斤顶推力分界面分布,裂纹扩展是能量积累—释放的往复过程,表现出台阶式渐进递增的特点,开裂机制为受拉破坏。环向区域性剥落与环间错台有关,与榫槽径向允许位移量8 mm相等的错台高差是管片发生环向区域性剥落的临界值。在上软下硬复合地层采用错缝拼装进行盾构隧道施工时,应避免使用带榫管片或减小管片榫槽深度。     

Use of compact shield tunneling method in urban underground construction

In Tokyo Metropolis, the rehabilitation and renewal of sewer systems is an urgent issue due to the aged sewers and increases in wastewater and stormwater runoff. In such urban area, shield tunneling confronts various problems, such as high construction costs, adverse effects on living environments, and densely used surface and underground spaces. To solve these problems, the authors developed a new shield tunneling method, which is called the “compact shield” method. This paper describes the concepts used for the construction of shield sewer tunnels without inner linings and an overview of the segments and a shield machine that were newly developed.     

热力盾构隧道先盾后井施工衬砌接头变形机理与控制

先盾后井是热力盾构隧道建设中一种高效经济的施工工法。结合中国首例大断面热力盾构隧道工程,基于纵向等效连续化模型和弹性地基梁理论,对施工过程中衬砌接头受力特征和变形机理进行了分析,并提出控制措施;然后建立了衬砌接头全断面接触面单元数值模型,对控制效果进行分析和评价;最后通过现场监测,得到了不同施工阶段管片纵向轴力及接缝变形规律。研究结果表明:先盾后井工法施工中,衬砌接头变形分为两个阶段:基坑开挖及管片拆除,其中管片拆除为接头变形的主因,基坑施工中,基底卸荷产生的负弯矩作用于隧道上,导致邻近竖井管片底部轴力减小、环缝张开,拆除基坑内管片时,作用于端头管片的残余盾构推力和螺栓预紧力消失,导致管片纵向轴力进一步衰减,环缝二次张开;根据现场监测结果,提出的对邻近竖井的管片纵向拉紧并复紧连接螺栓,进行混凝土铺底及衬砌背后二次注浆的控制措施能够有效控制轴力损失,减小接头变形,施工中环向接缝最大张开量3.51 mm,满足隧道防水要求;采用全断面接触面单元建立的数值模型可以较为精确地模拟施工中管片接头力学行为,其结果可作为控制效果评价参考依据。