几种盾构隧道管片设计方法的比较

针对盾构隧道管片设计中各种方法的适用性问题，本文使用国内外常见的四种管片设计方法，以深圳地铁的盾构隧道为基本对象，对几种设计方法进行了比较研究，提出了设计方法选择时的注意事项和使用原则。     

盾构隧道60°斜穿地裂缝的变形破坏机制试验研究

 从西安地铁盾构隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计盾构隧道管片衬砌结构60°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、结构接触土压力和结构外围土压力、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60°斜穿地裂缝的变形破坏模式以剪切变形为主,局部有扭转和弯曲变形;结构破坏范围为上盘0.75D(D为管片环外径1.20 m),下盘0.50D;管片混凝土破坏主要发生在螺栓孔附近,地裂缝处纵向螺栓发生较强的剪切、扭转和拉伸变形破坏;管片衬砌结构变形破坏不对称,管片环向处于偏压状态;环缝拱顶错位量大于拱底和拱腰,拱顶最大错位量达30 mm(0.025D),模型难以适用地裂缝错动变形20 cm(0.166 7D),盾构管片衬砌结构不适用于地裂缝活动强烈的地质环境。     

盾构隧道衬砌结构偏心破坏转化临界锈蚀率预测

盾构隧道管片中的钢筋锈蚀会对结构的承载性能和破坏形态产生重要影响。一般盾构隧道结构多呈现小偏心受压状态，当钢筋锈蚀发展到一定程度时会出现小偏心向大偏心受力状态的转变，导致结构承载力下降、危及隧道运营安全。基于盾构隧道衬砌结构压弯受荷特点，设计小偏心加载的锈蚀试验柱，等效地模拟隧道衬砌的实际受力状态，分析不同锈蚀程度下试验柱跨中应变、极限承载力及裂缝的全过程演变。随锈蚀程度加重，试验柱承载力、混凝土应变、受压区高度下降速度逐渐加快，最大锈蚀率达到68.32%时，承载力最大降幅达到53.23%。试验发现高锈蚀程度(η≥46.25%)试验柱由小偏心破坏转化为大偏心破坏的现象。基于受弯构件正截面承载力理论分析，提出隧道衬砌结构由小偏心向大偏心破坏转化的临界锈蚀率理论计算方法，通过设计有限元计算流程验证了该方法的正确性。研究结果可为盾构隧道衬砌结构耐久性设计和安全评价提供理论支撑。     

盾构隧道管片设计参数的灵敏度分析

在我国目前的工程实际应用中，盾构隧道的设计多采用将管片考虑为均匀刚度的环来进行结构计算，由于国内目前尚无统一的盾构隧道设计规范，无论在荷载条件还是结构模型的取值中均存在一定的随意性。针对这一现状，本文对设计中的关键参数进行了灵敏度分析，明确了围岩条件，结构条件对设计计算结果的影响，提出了设计取值的一些原则。     

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。     

盾构隧道管片设计参数的灵敏度分析

在我国目前的工程实际应用中 ,盾构隧道的设计多采用将管片考虑为均匀刚度的环来进行结构计算。由于国内目前尚无统一的盾构隧道设计规范 ,无论在荷载条件还是结构模型的取值中均存在一定的随意性。针对这一现状 ,本文对设计中的关键参数进行了灵敏度分析 ,明确了围岩条件、结构条件对设计计算结果的影响 ,提出了设计取值的一些原则     

地铁单线盾构隧道管片衬砌合理厚度的探讨

目前我国地铁区间单线盾构隧道的外径为6．0m左右、采用钢筋混凝土平板型管片，其厚度为30cm和35cm两种。本文采用梁-弹簧模型对不同拼装方式下两种不同厚度的管片结构进行了力学分析。经过比较分析，得出管片衬砌的合理厚度和在不同管片拼装方式下的一些力学规律，可供有关工程设计时的参考。     

隧道盾构管片衬砌参数的设计

根据某地铁隧道工程,对隧道衬砌内径,衬砌形式,管片拼装方式、厚度、分块及环宽进行了详细的论述,其分析成果对本行业以及相关行业盾构隧道管片衬砌的设计提供了有益的尝试,具有很高的参考价值。     

盾构隧道管片接头破坏特征及损伤特性试验研究

破坏特征和损伤特性是管片接头失效分析和承载性能研究的重要内容,对于确保其受力安全具有重要意义.文章开展了正负弯矩下管片接头抗弯破坏试验,对接头混凝土裂纹和压溃、螺栓受力和变形及接头位移等宏观破坏特征进行了总结,采用声发射技术对接头混凝土损伤演化过程和分布范围等细观损伤特性进行定量分析.研究结果表明:高轴压下管片接头破坏...     

盾构隧道管片拼装技术

通过云南金河二级水电站导流隧道管片选型的实践，介绍了管片型号的选型原则，从管片的拼装点位、管片的选用等方面阐述了引水隧道施工中的管片拼装技术，使得隧道实际线路满足有关要求。     

衬砌背后空洞影响下隧道结构裂损规律试验研究

衬砌背后空洞的存在严重影响了围岩与衬砌之间的相互作用,极易引起衬砌结构破损并直接影响到运营安全。通过模型试验,系统研究了拱顶与拱肩背后存在双空洞条件下隧道结构裂损演化过程及衬砌结构轴力和弯矩的变化规律。模型试验结果表明:(1)衬砌背后双空洞的存在,严重影响隧道结构的受力状态,易导致衬砌结构承载力不足;(2)拱顶与右拱肩背后存在双空洞条件下衬砌裂缝出现的顺序为:仰拱内表面裂缝→空洞间衬砌内表面裂缝→拱肩空洞右侧衬砌外表面裂缝→拱顶空洞左侧衬砌内表面裂缝→左拱脚衬砌外表面裂缝→右拱腰衬砌外表面裂缝;(3)空洞尺寸变化显著改变了衬砌内力分布,空洞尺寸的增加,引起两空洞间衬砌结构轴力减小而弯矩增大,使两空洞间的衬砌结构破坏程度更严重;(4)衬砌背后空洞的位置及数量对隧道结构裂损过程有较大影响,衬砌背后存在双空洞时衬砌裂缝的传播过程更复杂。研究成果可为衬砌背后多空洞影响下衬砌裂缝病害的防治和修复提供参考。     

盾构隧道衬砌的设计方法分析

针对盾构隧道衬砌管片的内力及变形受多种因素影响的情况,结合工程实例,从衬砌管片方面分析了衬砌的内力及变形,得出衬砌管片的内力及变形随其自身因素变化的一些规律,以供设计人员参考。     

地震作用下盾构隧道衬砌结构动力响应分析

盾构隧道衬砌结构在地震载荷作用下的安全越来越受到重视,本文运用有限元软件数值模拟地震作用过程,分析地震作用下不同管片接头模型中管片性能的变化规律,结果表明：盾构隧道在地震横向作用下产生较大的横向位移,不同管片接头模型中管片的位移时程曲线趋势基本一致,且随着管片刚度减小而增大,但均比地表土体横向位移小很多|地震作用下不同管片接头模型中管片和连接螺栓的内力分布情况相类似,随着管片刚度减小,管片横向方向和剪切方向的应力均减小,连接螺栓的轴力、剪力和弯矩均增大,其中剪力增加的幅度最大,弯矩最大值位于隧道两拱腰处。     

盾构隧道错缝拼装管片衬砌局部原型结构破坏试验

为探明盾构隧道管片衬砌的局部破坏特性,定量评价结构的安全状态,选取考虑前后环错缝拼装组合的原型管片结构局部构件进行加载试验研究。详述结构裂缝的发展、主应力的分布、螺栓的受力与管片内力、变形以及接缝张开、错台的关系,揭示结构的破坏机理,并采用数值计算对试验结果进行验证。研究结果表明：结构初始裂缝出现在中间环内弧面靠近相邻环接缝处,并发展成为最终破坏的主裂缝。在恒定截面轴压比、增大偏心距的加载方式下,结构中部为压弯破坏,两侧为压剪破坏。试件接缝并未发生破坏,张开量较小,错台量较大,手孔附近应力集中较为严重。错缝构件的破坏机理可归纳为：结构刚度较大的区域首先开裂,导致整体刚度重分布,之后刚度较大的区域继续开裂,如此循环,直至结构变形过大发生破坏。可将裂缝宽度、接缝错台量与控制截面竖向位移作为结构安全的评价指标。     

盾构隧道纵向计算模型及其问题分析

针对盾构隧道纵向性能问题,将已有盾构隧道纵向结构计算模型进行了归纳,分析了各种模型的优缺点及其适用性,对纵向等效连续化模型中平截面假定的适用性问题和纵向螺栓的环向平均化问题进行了探讨。     

不同拼装方式下盾构隧道管片衬砌受力与破坏模式模型试验研究

管片拼装方式通常包括通缝拼装和错缝拼装两种形式,在不同工程中均有应用,拼装方式的不同直接造成管片衬砌结构体系上的差异,导致相同荷载条件下结构受力及破坏形态的显著差异。以狮子洋隧道为工程背景,采用相似模型试验方法,对比分析不同拼装方式对管片衬砌结构的力学特性及破坏特征的影响规律。试验结果表明：拼装方式对管片衬砌结构的力学性能及破坏形式影响显著,通缝拼装方式整体刚度相对于错缝拼装方式较小,衬砌结构发生失稳时,通缝拼装方式极限承载力最低,其临界失稳位移最大,在管片衬砌结构开始发生宏观破坏后迅速进入失稳阶段,承载力丧失具有突发性,衬砌结构破坏最为严重|错缝拼装提高了管片衬砌结构的极限承载能力,结构从局部出现宏观裂纹到发生整体失稳的过程较长,具有明显的渐进性特征,其中错缝拼装方式CF2的失稳开始荷载最大,临界失稳位移值最小,失稳破坏过程的渐进性明显,有利于管片衬砌结构承载及防水的需求。     

盾构隧道管片钢筋力学行为初探

钢筋混凝土管片是盾构隧道最基本的结构单元,钢筋作为管片的主要组成部分,其力学行为影响管片配筋形式及配筋量,从而影响盾构区间隧道的造价。本文以广州地铁使用的管片为研究对象,利用大型通用有限元软件ADINA,计算了单块管片在施工阶段受到千斤顶顶力作用时的钢筋应力;同时,将整环管片在正常使用阶段受到的土压力、水压力及周围土层的弹性抗力抽象为7种荷载,计算了整环管片模型下管片钢筋的应力。计算结果表明,管片的制作和安装精度明显影响了管片在施工状态时的钢筋应力,存在制作或施工误差的管片,其钢筋应力为无误差管片的2.3～4.7倍,但两种情况的钢筋应力均处于较低的水平;在正常使用阶段,考虑接头的整环模型管片钢筋的最大拉应力为73.3 MPa,最大压应力为67.7 MPa,分别相当于钢筋强度设计值的24.4%和22.6%。施工阶段管片钢筋应力水平与正常使用阶段钢筋应力水平并无明显区别。为进一步了解管片配筋的力学行为,还需要研究管片及其配筋在长期荷载作用下的力学行为,在保证隧道耐久性的前提下,合理的使用钢筋。     

盾构隧道管片破裂的原因分析及预防

结合具体工程实例,从盾构隧道管片拼装及破裂的特点出发,分析了成型隧道管片破裂的原因,在此基础上提出了一些合理有效的预防和处理措施,从而有效地减少了管片破裂的发生,提高了隧道的施工质量。