盾构隧道管片施工力学性能三维数值模拟研究

研究目的:施工阶段的管片外部荷载系统和力学性能与正常使用阶段相比均表现出较大差异,大量工程经验表明,管片在施工阶段破损的概率要远远高于正常使用阶段。本文通过建立考虑环、纵向接头不连续性的三维盾构隧道有限元模型,针对注浆压力、千斤顶推力以及拼装方式三个施工要素进行研究,拟为盾构施工提供合理的意见。研究结论:分析结果表明,在施工阶段,由于管片外部荷载沿隧道纵向有差异且接头存在非连续性,管片的力学性能沿隧道纵向存在较大差异,各环变形特征也不尽相同,与传统均值连续模型相比亦存在较大差异,注浆压力、千斤顶推力对施工阶段管片力学性能有较大影响,管片在错缝、通缝拼装条件下表现的力学性能存在较大差异,综合来看,错缝拼装结构相比通缝拼装具有更好的结构整体刚度。     

盾构隧道管片结构纵向错台研究

盾构隧道通缝拼装管片结构的错台一直是困扰盾构隧道施工的技术问题，且由错台引起的管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显，并直接影响到工程质量。以上海轨道交通二号线西延伸段盾构隧道工程为背景，采用现场监测和数值计算方法对盾构推进过程中管片错台进行分析，获得了管片结构错台发生及发展的变化规律。进一步探讨了盾构千斤顶的顶力对错台大小及发展规律的影响，为盾构施工中减小错台，提高施工精度和质量，以及盾构隧道设计施工提供依据。     

盾构隧道中管片结构纵向错台的研究

盾构隧道通缝拼装管片结构的错台一直是困扰盾构隧道施工的技术问题,且由错台引起的管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益突显,并直接影响到工程质量。以上海轨道交通二号线西延伸段盾构隧道工程为背景,采用现场监测和数值计算方法对盾构推进过程中管片错台进行分析,获得了管片结构错台发生及发展的变化规律。进一步探讨了盾构千斤顶的顶力对错台大小及发展规律的影响,为盾构施工中减小错台,提高施工精度和质量,以及盾构隧道设计施工提供参考。     

盾构隧道管片螺栓烧熔的结构安全分析与加固

介绍地铁区间隧道发生的罕见接触网短路事故:由于短路电流,造成盾构隧道管片螺栓烧熔,产生高温引起管片破损,使止水条变形漏水.为确保运营隧道的安全,对受损管片钢筋及混凝土进行检测及鉴定分析,并对该区间管片受损段进行深入的数值模拟分析,在此基础上完成管片的修复加固设计.     

温州轨道交通M1线盾构隧道衬砌管片接头力学特性

为研究温州轨道交通M1线地铁盾构隧道衬砌的极限抗弯承载力和接头变形能力,基于地铁盾构隧道变形的衬砌管片接头张开破坏试验,介绍了地铁衬砌结构接头破坏试验的研究内容,包括加载装置、荷载设计、测试内容,以及部分试验结果,并对试验进行了数值模拟分析。研究结果表明：正、负弯矩工况下,接头力学性态发展可大致分为线性增长、塑性发展和极限破坏3个阶段,极限破坏状态在正、负弯矩作用下的破坏模式并不相同。     

富水承压地层盾构管片上浮规律及 控制措施探讨

在地铁盾构施工过程中,隧道管片上浮问题十分普遍,严重时甚至会造成隧道轴线偏差超限,影响整个 线路的设计规划。总结分析国内盾构管片发生上浮的现象和特征,指出承压水对诱发管片上浮起重要作用。依托 北京地铁 17 号线香西区间盾构隧道,开展盾构穿越富水承压地层的理论分析和数值模拟。结果表明：导致该工 程管片发生较大上浮现象的原因不应仅考虑浆液浮力和地层回弹的作用,还应考虑承压水作用的影响。缩短同 步注浆凝结时间和补充二次注浆是针对浆液浮力的措施,而在隧道周边径向注浆则可同时减少地层回弹和承压水 的影响,径向注浆对减小管片上浮效果明显。     

大直径盾构始发阶段负环管片及螺栓受力优化分析

为进一步改善负环管片及螺栓受力、保障施工安全性,依托广州地铁18号线沙溪站至石榴岗站区间盾构始发工程,采用MIDAS/GTS有限元分析软件建立负环管片精细化模型,研究负环管片及螺栓在大直径盾构始发全施工期内的变形情况与应力特征.结果表明:负环管片变形主要受自重影响,除中间部分负环变形不稳定外,整体上位移呈沿纵向快速减小...     

兰州地铁1号线下穿黄河段盾构管片选型研究

正近年来,随着国内各大城市地铁项目的陆续兴建,地下工程的建设步伐取得了令世界瞩目的成就,如重庆轨道交通6号线开创了TBM施工国内城市轨道交通的先例[1],西安地铁2号线成功实现了在黄土地区修筑城市轨道交通[2],以及直径达15.43m的上海长江隧道工程[3]等。一个又一个复杂的技术难题得到了有效的解决,如高压、富水条件下的盾构掘进技术[4],软土地区盾尾建筑空隙的有效充填技术[5],地裂缝地段的管片结构设计与防水设计技术[6],以及地形复杂地区大埋深竖井的设计与施工技术等。然     

重叠盾构隧道施工地面变形及控制技术研究

对深圳轨道交通7号线农林站至车公庙站区间上下重叠段隧道施工建立三维数值模型,通过数值模拟计算手段研究上下盾构重叠隧道地面变形规律以及施工控制技术.通过研究可知:施工过程中地表主要沉降区域为离隧道中心线对应地表点左右15m范围的区域内;先下洞后上洞施工更有利于控制地表沉降;建筑物基底注浆对控制地表沉降效果明显,而二次注浆对控制纵向影响范围的效果较为显著.研究结果可为类似工程的施工提供参考.     

大型水下盾构隧道管片衬砌结构配筋问题研究

以大型水下盾构隧道工程为背景,首先采用壳-弹簧计算模型分析运营期间管片衬砌结构的三维力学分布特征,并用相似模型试验对结论做初步验证,提出主筋优化分布的配筋措施,然后采用三维管片组合体模型分析施工期间在千斤顶推力作用下的管片内部应力分布规律,并与施工现场调查统计的管片裂缝进行印证,提出管片局部配筋措施.研究表明,大幅宽条件下,幅宽边缘部位的最大弯矩值明显大于幅宽中央,建议主筋沿幅宽采用中疏边密的阶梯状分布配筋率;施工期间的管片应力集中主要发生在靠近管片环缝边缘部位,建议将此区域设置成刚性较大的钢筋整体梁式骨架;千斤顶推力作用下,管片平均应力集中部位呈八字形分布而剪切应力集中部位呈剪刀状,建议按照应力走向配置局部加强钢筋.研究结论可为分析管片结构安全和合理优化管片结构配筋提供有实用价值的参考.     

考虑注浆压力的泥岩地层管片上浮特性与控制

盾构隧道穿越富水泥岩地层时,受盾尾注浆压力和地下水的共同作用,其衬砌管片会出现上浮现象.为研究盾构管片上浮时的位移与力学特性,分析速凝型浆液与管片堆载的抗浮效果.依托南宁地铁5号线下穿邕江段区间,利用有限差分软件FLAC3D,考虑流固耦合及管片的纵向拼装效应,对盾构施工全过程进行模拟.计算结果表明:(1)盾尾同步注浆压...     

管片错台对盾构隧道接头 力学性能的影响机理

为分析管片错台对隧道结构受力性能影响。本文以某越江地铁盾构工程为依托,建立了管片接头三维精细化数值分析模型,结合等效荷载施加方式,重点分析了管片不同错台状态下接头螺栓、管片接触面的受力演变规律,揭示了管片错台对对盾构隧道接头力学性能的影响机理,得出的主要结论有：随着错台量的增大,接头螺栓与螺栓孔间接触关系发生连续改变,影响接头螺栓受力性能;错台量越大、接头螺栓受力越大,受力集中部位从螺栓中部向螺栓两端转移,且接头螺栓所受剪应力明显增加;随着管片错台量的增大,管片接缝面混凝土实际应力发生了重分布,受力较大区域均向螺栓孔处汇集,最大、最小主应力极大值均处于螺栓孔内壁处。研究成果为盾构管片结构设计及整体安全性分析具有重要借鉴作用。     

考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道纵向力学性能研究

盾构隧道朝着超大断面发展,其内部结构形式愈加复杂多样化,内部结构对盾构隧道纵向力学性能的影响值得探讨。为研究考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道纵向力学性能,以济南黄河隧道为工程背景,建立31环考虑公轨合建型内部结构的盾构隧道三维有限元实体模型,以集中力的形式作用在第16环管片环进行加载。结果表明:盾构隧道考虑内部结构后,通缝拼装隧道和错缝拼装隧道纵向刚度有效率分别提高21.4%~61.9%和14.3%~35.3%,说明内部结构能够有效提高盾构隧道的纵向刚度;通缝拼装隧道和错缝拼装隧道加载环最大Mises应力分别减小61.3%和69.2%,说明内部结构能够起到承载作用;隧道管片与内部结构会发生应力集中现象;错缝拼装形式有利于减小内部结构在纵向上的位移变形,同时内部结构的侧墙在施工时应尽可能保证混凝土的密实。     

隧道管片密封垫接触应力和闭合压力的合理确定

盾构隧道管片橡胶密封垫接触应力与闭合压力是影响其防水性能的重要因素,断面设计时常以两者符合设计值作为控制指标.但在进行密封垫断面设计时常会出现两者不能同时满足设计要求的情况.采用有限元数值模拟、水密性试验及压缩试验等手段,结合密封垫防水机理分析了接触应力和闭合压力的关系,并介绍了通过不断修改密封垫断面型式、调整材质硬度,使接触应力和闭合压力满足要求的方法.最后总结出,应对断面型式和材质硬度进行不断修改和调整,在满足接触应力要求情况下尽量做到闭合压力小于80 kN/m,并在施工中采取利于拼装闭合的措施.     

盾构隧道开裂管片计算分析与加固设计

分析了某地铁盾构隧道管片开裂原因,并对开裂管片的稳定性进行了计算分析,提出了管片加固设计方案.指出盾构隧道超挖和注浆不足是导致隧道管片开裂的诱因,设计方在进行盾构隧道设计时应对注浆工艺提出明确的要求.     

邻近基坑预降水影响下既有隧道受力变形分析

为探讨基坑降水引起的既有隧道受力变形特性,依托实际工程建立三维数值模型,以隧道的最大竖向位移为评价指标,使用正交表筛选最优组合和主要影响因素,而后对主要影响因素进行单变量分析,研究隧道受力变形规律。研究表明：通过极差分析和方差分析发现,连续墙插入深度是影响坑外隧道最大竖向位移的主要因素,故邻近既有隧道的新建基坑工程有降水需求时,可先选取该因素进行隧道变形控制;随着连续墙插入深度的增加,隧道弯矩和变形均会随之减少,当连续墙插入深度到达透水性较差的土层后隧道变形显著减小,此时隧道变形能得到有效控制,而继续增加插入深度对于控制隧道变形意义不大;降水使坑外邻近隧道产生朝向坑内斜向下的“横鸭蛋”沉降变形,施工过程中应重点关注隧道拱顶和邻近基坑侧拱腰的变形情况。     

盾构下穿城际客运专线引起变形的数值分析

天津市地铁3号线解放桥站--天津站站盾构区间穿越京津城际客运专线为我国首例已实施的盾构穿越高速铁路路基段工程,通过使用ANSYS软件,建立地层-结构三维实体模型,模拟盾构穿越客运专线的过程,分析盾构穿越期间轨道沉降及横移变形规律,将数值分析与实际测试结果进行对比分析,表明在无轨道加固、车辆限速措施的条件下,采用严格控制施工参数的措施可以保证高速铁路的正常运营。     

城市轨道交通盾构隧道穿越大厦地下室锚索的处理方案比选

以郑州地铁1号线区间穿越一座高层大楼的三层地下室围护结构锚索拔除为背景,介绍了盾构穿越高层地下室锚索处理方案的比选研究。通过技术、经济及工期等全方位的比选研究,确定了采用人工挖孔结合锚索拔除的锚索处理方案,并对该推荐方案的有关技术进行了详细分析。本处理方案的比选研究成果可供类似工程的设计和施工作参考。     

论创新管理提升盾构隧道管片生产专业水平

结合南京长江隧道盾构管片生产实际，从生产要素配置、规章制度建设、生产过程环节控制以及生产水平和队伍建设等方面，详细阐述了创新管理的理念和具体做法。