地铁隧道衬砌管片承载力试验及计算方法

对3片1∶1衬砌管片进行了承载力试验,分析了试验加载方式和配筋率对钢筋混凝土衬砌管片破坏机理、极限荷载的影响。试验结果表明,轴力作用可以有效提高衬砌管片的开裂荷载、屈服荷载和极限荷载;衬砌管片屈服荷载和极限荷载随配筋率的提高而提高,但提高幅度不大,而配筋率的提高对开裂荷载基本无影响。根据衬砌管片偏心受压破坏模式,给出了衬砌管片偏心受压承载力实用计算公式。     

地铁盾构隧道管片安全状态评价

为准确评价地铁盾构隧道管片安全性,基于对地铁盾构隧道管片结构病害的形成机制分析,从管片变形、渗漏水、裂缝、拱顶脱落、材料劣化5个方面建立评价指标体系,划分管片结构安全状态评价等级,构建未确知测度函数,通过基于熵值改进的G2法确定权重,根据置信度识别准则判断风险等级,并将模型应用于某地铁盾构隧道,对其管片结构进行安全状态评价。研究结果表明：采用未确知测度理论能够准确评价隧道管片的安全等级,结果准确,实用性强。     

考虑不同管片拼装方式的超大直径盾构隧道衬砌受力变形分析

以扬州瘦西湖超大直径盾构隧道为背景,采用有限元法建立能够考虑衬砌块与块、环与环、衬砌与周围土体相互作用的精细化"梁-弹簧"数值计算模型,结合隧道场地条件,计算得到作用于隧道衬砌上的力,采用荷载-结构法计算了错缝和通缝拼装方式下衬砌的内力和变形,分析了不同拼装方式对两者的影响.结果 表明,错缝拼装方式下,衬砌水平位移、竖向位移和角变形均小于通缝拼装方式下的相应值,较通缝拼装分别减少约11.5％、27.7％和26.4％;错缝拼装方式下,衬砌轴力、剪力及弯矩均大于通缝拼装方式下的相应值,较通缝拼装分别增大约19.6％、54.0％和236％;错缝拼装与通缝拼装相比,错缝拼装具有较好的抗变形、防水性能,通缝拼装具有较好的受力、经济性能,考虑到瘦西湖隧道工程投入大、境内水量丰富且变形控制要求高,因此建议选择错缝拼装方式.     

浅埋盾构隧道地基弹簧刚度的求解方法

把浅埋盾构隧道简化为半无限平面的挖孔问题,采用平面弹性理论的复变函数方法,推导了反应位移法中浅埋盾构隧道地基弹簧刚度的解析公式。设定不同的埋深和土体泊松比,计算了隧道周边的压缩和剪切地基弹簧刚度,讨论了隧道埋深和土体泊松比对刚度的影响,以及压缩和剪切地基弹簧刚度的关系。结果表明：浅埋隧道与深埋隧道的地基弹簧刚度存在差异;隧道埋深和土体泊松比对地基弹簧刚度的大小和分布规律影响很大;浅埋隧道的剪切与压缩地基弹簧刚度之比沿隧道周边变化。     

盾构隧道衬砌结构的力学模型

以南京地铁玄武门站-许府巷站区间盾构隧道为例,建立自由变形圆环、多铰圆环、梁-弹簧3种力学模型,进行衬砌结构的内力计算和分析．     

小净距盾构隧道施工管片附加应力监测与分析

为了研究在小净距隧道施工过程中新建隧道对先行隧道内力的影响,本文通过实际工程现场监测数据,总结了先行隧道管片附加内力大小及变化规律.采用振弦式表面应变计和频率读数仪对北京地铁某区间先行隧道管片环向和纵向的附加应力进行了现场监测,给出了环向附加应力和纵向附加应力历时变化曲线,并对不同测点附加应力在历时变化中最大值及稳定值进行了比较分析.监测结果表明:环向应力为压应力,其量值比纵向应力的量值大,且水平直径处受力最大,最大值达12.77 MPa.所得结论定量评价了小净距盾构隧道施工相互影响程度,为盾构隧道设计施工监测提供参考依据.     

盾构开挖对桩基内力和变形的影响

为研究盾构开挖对建筑物的影响,以某6层框架结构为研究对象,考虑上部结构-桩基-土体的共同作用。采用有限元软件ABAQUS6.14-1建立了盾构隧道、土体、桩基、上部框架的整体三维有限元模型,计算分析盾构下穿框架结构对桩基础变形和内力的影响。有限元计算结果表明:桩距盾构轴线的距离不同对桩底水平位移的影响比桩顶大,不同位置的桩的轴力受盾构开挖的影响各有不同,当开挖面推进到桩轴线并前进4倍洞径以内时桩的水平位移、弯矩和轴力的变化最为显著,桩上部所受弯矩较大且距地面0.2倍桩长处弯矩最大,应用采桩基础托换的方法减小该位置处的桩身弯矩。     

下穿铁路的盾构隧道管片内力的研究

以盾构隧道下穿铁路为依据,考虑盾构推进时上部列车行进产生的荷载,采用地层结构法,利用有限元分析软件建立数值模型,综合分析了在施工开挖阶段和施工完成后运营阶段列车动应力和隧道管片内力之间的影响。     

盾构隧道衬砌变形中接头转动影响分析

为研究盾构隧道衬砌收敛变形中纵缝接头的影响,引入接头转动引起的收敛变形占衬砌总收敛变形的比值作为纵缝接头对衬砌变形影响的评价指标。基于接头初始装配角以及接头间的几何递推关系,提出一种用于计算盾构隧道纵缝接头转动产生收敛变形量的简易算法。首先,通过与多尺度混合分析结果对比验证所提出简易算法的有效性。然后,应用该方法对足尺管片试验结果以及三维精细化数值模拟结果中通/错缝拼装、接头位置、衬砌纵向力大小、重复加卸荷等因素对纵缝接头在隧道收敛变形影响的变化规律开展研究。结果表明：通缝拼装下,接头转动引起的收敛变形在管片总变形中占主导地位,而错缝拼装可以显著降低纵缝接头在衬砌收敛变形中的影响;接头越靠近弯矩最大处,接头转动对整体收敛变形的影响越大;纵向力的增加提高了管片的整体性,故接头转动引起的收敛变形占比随着纵向力的增加而减小;加荷后卸荷,由于管片自身弹性变形可恢复而接头转动无法恢复,卸荷阶段纵缝接头的影响增大。上述研究结果可为实际工程中的管片结构设计及隧道健康状态评价提供参考依据。     

崇明长江隧道盾构管片衬砌结构的耐久性设计

为了研究盾构法隧道管片衬砌结构强度的历时老化和衰减及其服务寿命的预测问题,提出了对其进行耐久性设计的一种基本方法。主要讨论的内容有：钢筋混凝土管片结构的腐蚀机理;影响隧道混凝土结构耐久性的主要因素;管片接头螺栓和防水材料的耐久性;钢筋混凝土管片结构耐久性设计方法;隧道结构服务寿命预测,以及提高隧道管片衬砌耐久性的工程措施——综合防治。该研究成果已在崇明长江隧道工程中得到了初步应用。     

基于弹性地基曲梁理论的盾构隧道管片分析方法

基于弹性地基曲梁理论,考虑管片接头的抗弯、抗压和抗剪性能,采用状态空间法,求得圆形盾构隧道管片环在周围土压力作用下变形和内力的解析解. 通过与有限元和简化解结果的对比,验证了解析结果. 参数分析表明,在盾构工法的典型地层范围内,接头剪切刚度的变化对衬砌内力和变形的影响明显小于其他2个方向刚度的变化. 衬砌的水平变形由受压内缩趋势和荷载差异导致的横扩趋势共同决定. 接头轴向刚度的削弱加剧内缩趋势,土弹簧的存在对上述2种趋势的发展起限制作用. 当接头轴向刚度较小时,内缩趋势占主导地位,将导致衬砌向内的水平变形.     

双层隧道衬砌结构静力分析

针对双层隧道衬砌结构，建立了既考虑围岩与结构的相互作用，又能考虑车辆活荷载作用的结构计算模型，采用自编杆系结构有限元计算软件按弹性地基梁法对双层隧道衬砌结构进行了有限元分析，得到了衬砌结构在围岩及车辆活荷载共同工作下的变形情况，以及其内力分布状况，最终给出了衬砌结构的各个横截面的设计内力道。     

机器学习方法在盾构隧道工程中的应用研究现状与展望

随着盾构隧道工程信息化水平的提升,隧道掘进设备作业过程监测技术日益完善,记录的工程数据蕴含了掘进设备内部信息及其与外部地层的相互作用关系。机器学习因其数据分析能力强,无需先验的理论公式和专家知识,相较于传统的建模统计分析方法具有更大的应用空间。通过机器学习方法对收集的信息与数据进行深度挖掘并分析其内在联系,有助于提升盾构隧道工程建设的效率和安全保障水平。简述机器学习方法的基本原理,总结和分析机器学习方法在盾构工程中的应用研究状况,综述基于机器学习的盾构设备状态分析、盾构设备性能预测、围岩参数反演、地表变形预测和隧道病害诊断等5个方面的进展,并分析当前研究的不足。最后,分析盾构隧道工程向智能化方向发展需重点攻克的难题。     

考虑黏土土性参数与支护压力变异性的盾构掌子面稳定性分析

盾构掌子面稳定性的不确定性分析多侧重于土性参数的变异性,较少考虑支护压力的变异性.基于K-L级数分解法建立描述土性参数空间变异性的三维随机场,研究土性参数变异性对掌子面失稳模式、极限支护应力的影响规律,讨论支护压力的均值与变异系数对失效概率的影响,并据此确定支护压力均值特征值.结果表明:黏性土黏聚力与内摩擦角的空间变异...     

隐伏断层错动对盾构隧道影响的模型试验研究

为了探究隐伏断层错动下盾构隧道结构受力特点及地层破坏模式,基于盾构隧道纵向等效连续化模型,开展隐伏断层错动对盾构隧道影响的模型试验. 研究隧道结构纵向受力特征、环缝接头张开量与断层错动的关系,采用数值模拟手段验证模型试验结果的合理性. 试验及数值计算结果表明,隐伏断层错动下隧道结构纵向受力变化明显,断层错动对隧道结构纵向受力的影响范围小于60 m. 在断层顶部投影面附近的盾构管片环缝存在明显的张拉变形,在正断层错动下盾构环缝接头更容易产生张拉大变形. 正断层错动工况下的隧道结构纵向呈偏心受拉状态,逆断层错动工况下的隧道结构纵向呈偏心受压状态. 在正断层错动下地层发生明显的剪切变形,呈现倒三角形剪切变形扩展规律,地表产生横向贯穿裂缝,逆断层错动下的地层剪切变形相对较弱.     

穿黄输水隧洞盾构施工进出洞地基加固技术研究

针对南水北调中线工程穿黄河输水隧洞泥水加压式盾构施工中进出洞地基的加固问题展开研究.穿黄河输水隧洞的盾构进出洞段埋深大,水位高,地质条件复杂,经多方案比选论证,拟采用高喷和化学注浆技术对进出洞地基进行加固.对该工程的进出洞地基加固范围进行了计算分析,分别计算了北洞的水土压力,由弹性力学理论计算其土体加固厚度.根据塑性松动圈的应力条件和破坏条件计算出加固土体的宽度.对南洞按土体整体滑移失稳可能形成的圆弧滑动面来确定加固范围.     

土压平衡盾构隧道施工引起的地层损失及影响因素

收集中国已有地表沉降监测数据及土体损失率统计分析数据,结合长株潭城际高铁Ⅱ标树木岭盾构隧道进口树木林车站区间16个监测断面数据及其详细地层信息,分析土压平衡盾构隧道施工引起的地层损失规律影响因素。分析表明,土压平衡盾构隧道施工引起的土体损失率的累积概率较好的服从对数正态分布;土体损失率随着埋深或深径比的增大,呈现逐渐减小并趋于稳定的趋势,且两者关系可近似采用幂函数拟合;当H大于20 m或H/D大于3.25时,土体损失率基本稳定在0.75%附近,且对应地层信息表明盾构隧道施工时其上覆岩层呈现拱效应,说明盾构隧道施工中其顶部土层成拱效应可较好的控制土体损失;土体损失率或名义土体损失率随着盾构开挖通过时间的增加而逐渐增大,且趋于稳定,说明固结变形对名义土体损失率的影响较大,最大可达瞬时沉降所引起土体损失率的4.58倍。     

隧道衬砌检测探地雷达图像分析与工程应用

为了提高隧道病害检测人员对于隧道衬砌病害的识别准确度,基于探地雷达工作原理,结合实际工程应用经验,系统研究衬砌厚度、钢筋及钢拱架分布情况、保护层厚度、围岩破碎富水裂隙发育程度、脱空、不密实、雷达脱离等雷达图像特征及其解译原理,形成一种用于隧道衬砌病害检测的高效探地雷达信号解译方法,并结合实际工程案例进行了分析与验证。其中钢筋在图像上呈现月牙形,脱空在图像上呈弧形反射,不密实表现为杂乱波形,天线脱离呈条带状亮反射。解译方法为隧道衬砌检测提供了参考和依据,有利于隧道病害的及时处理及隧道衬砌质量的准确评价,对提高隧道的整体质量起到重要作用。     

不同方法计算肋梁结构中次梁内力的误差分析

改变主、次梁线刚度比和荷载大小等参数,采用简化手动计算方法与采用ABAQUS有限元软件对钢筋混凝土单向板肋梁结构中的次梁在最不利荷载布置下进行弹性内力计算,得到两种计算方法的次梁内力误差。理论分析和实验结果表明：主梁的挠度和对次梁的转动约束是产生误差的主要原因;误差随主次梁线刚度比及次梁所受永久荷载可变荷载之比呈单调变化;某些截面误差超过5%,不可忽略,就此提出次梁内力局部调整系数表,使简化手工计算结果比较符合有限元软件分析的次梁内力值。