盾构管片接头转动刚度的理论与实验分析

在地铁区间盾构隧道的衬砌环结构的设计中,管片间接头处往往是结构的薄弱部位。本文在已有接头计算模型的基础上,引入简化假设,推导出了管片环向接头的力学模型,该模型考虑了混凝土的接触压力、螺栓的预紧力以及针对密封垫的修正。利用该模型可以得到接缝转角、张开量、螺栓拉力和接头转动刚度等内力和变形信息。为了验证模型的准确性,针对上海地铁区间隧道管片纵向接头进行了1∶1足尺加载试验,将试验的量测结果与理论模型的计算结果进行了对比。结果表明,计算模型可以很好反映接头的受力和变形情况。     

地铁盾构隧道纵向接缝承载能力试验研究与解析分析

当前地铁运营实践和研究表明管片接缝是盾构隧道衬砌结构的薄弱环节,接缝的受力性能直接决定了隧道结构的承载能力。依托于整环试验研究结论,以盾构隧道管片纵缝接缝为研究对象,对不同运营工况下管片接缝的承载性能进行了足尺试验研究,获得不同工况下构件挠度、接缝转角等变化规律,得到转角刚度。分析得到了纵缝接缝的破坏链条,推导了可模拟接缝受力全过程的解析模型分析了纵缝接缝的全过程受力性能及其极限承载力。并借此模型对接缝截面与全截面受力变形进行对比分析,通过试验数据与解析模型数据的对比分析验证解析模型的合理性。     

盾构隧道管片接头抗弯承载力计算模型研究

盾构隧道管片接头承载力的计算是管片设计和服役性能评估的重要部分和关键部分,针对形式相同而细部构造不同的管片接头,提出一套适用于其抗弯承载力计算的理论方法十分重要。鉴于此,文章基于接缝面的不连续特征将接缝面进行适当分区,建立盾构隧道管片接头抗弯承载力计算模型,并给出对应的求解算法。将理论模型的计算结果与接头足尺试验结果进行对比分析,验证理论模型的正确性,然后采用该计算模型对管片接头抗弯承载力进行分析与讨论。结果表明：管片接头抗弯承载力曲线具有明显的非线性特征,随着轴力的增大,接头极限弯矩呈先增大后减小的趋势。混凝土强度对于接头抗弯承载力的影响较为显著,而螺栓强度和螺栓直径对于接头抗弯承载力的影响程度受轴力控制,轴力较小时,上述两参数的增大对于接头抗弯承载力的提升效果明显,轴力较大时效果逐渐减弱,当轴力高于某一阈值后,螺栓对于接头抗弯承载力无影响。文章所提出的抗弯承载力计算模型与研究结果以期为盾构隧道结构设计、试验和性能评估提供重要参考。     

通缝拼装盾构隧道结构极限承载力的足尺试验研究

针对轨道交通通缝拼装的盾构隧道结构的承载性能,进行结构的足尺静载试验。具体介绍试验方案和加载方案的设计,提供结构变形、管片裂缝、接缝变形和连接螺栓受力的发展情况以及破坏过程等试验结果;对结构的承载性能和破坏机理进行分析。足尺试验研究表明:试验结构的破坏由不同部位接缝混凝土先后受压破坏形成,属梁铰机制;管片接缝是隧道极限承载力的关键断面;周边卸载工况下结构的承载力安全系数比顶部超载工况小,对盾构隧道结构的承载更为不利。     

输气盾构隧道原型管片接缝弯压破坏试验

长距离输气盾构隧道常需穿越复杂地层,接缝作为衬砌结构的薄弱环节,构造复杂,在大弯压荷载下变形易超出设计要求而导致破损。为探明接缝的压弯力学特性和破坏机理,选取原型弧形接缝结构进行加载试验。详述接缝影响范围内管片受力、变形、破坏的全过程,定量分析破坏程度与结构内力、形变的关联。结果表明：偏心距可影响接缝变形的挤压、隆起趋势从而影响结构的弯矩分布。在压弯作用下,接缝经历了螺栓屈服前缓慢变形阶段、屈服时突变阶段和屈服后快速变形破坏阶段。接缝破坏时变形量较小,两侧被压溃的混凝土范围约等于管片厚度。破坏机理可归纳为：螺栓屈服导致接缝张开,致使弹性密封垫下部接触受压区面积减小、压强增大造成混凝土压溃,进而外弧边沿嵌缝槽处混凝土受压接触并最终压溃,导致接缝破坏。     

盾构管片接缝防水材料防水耐久性实验及分析

由于我国大规模开展地铁建设的时间不长,盾构管片接缝长期防水问题还没有引起足够的重视。现有的盾构隧道后期维护中也逐渐出现了隧道接缝渗漏现象,严重影响工程安全。针对盾构管片接缝常用的防水弹性密封垫材料——三元乙丙橡胶,开展了恒定压缩永久变形和老化等长期防水性能试验研究。研究结果表明,橡胶的老化系数在0.9以上,恒定永久压缩应变小于15.4%,盾构隧道应用的弹性密封垫防水材料具有良好的长期的防水性能。在此基础上,分析了钱塘江越江隧道冲刷后纵向回弹变形引起的隧道环向接缝张开后的管片接缝防水性能,能够满足钱塘江最高水位时的隧道接缝防水要求。     

盾构管片拼接缝渗漏水问题分析与思考

基于地铁盾构管片接缝渗漏水多发的现状,从接缝防水机理出发,围绕地下水位变化、不均匀沉降等外部因素,以及接缝弹性密封垫使用过程中的老化、设计与生产中的问题、管片结构变形等内部因素分析了渗漏原因,并提出了优化设计等改进建议。     

天津地铁盾构隧道管片接缝防水设计探讨

盾构隧道防水设计应遵循"以防为主、多道设防、综合治理"的原则,在管片自防水的基础上,以管片接缝防水为设计重点,在参考国内同类盾构隧道防水设计经验的基础上,结合天津地铁5、6号线盾构隧道管片接缝防水设计,通过大量工程案例调研,对普通环环纵缝接缝防水设计及嵌缝方式进行了探讨,可为类似工程提供一定参考。     

内张钢圈加固盾构隧道结构极限承载力的足尺试验研究

为提高既有盾构隧道结构的极限承载力,以通缝拼装盾构隧道结构为对象,设计了两种加固类型的足尺试验。对试件进行了模拟上部堆载作用下的静力加载试验,分析了结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载力等,考察了内张钢圈加固方法对于提高结构受力性能的作用。研究表明:内张钢圈加固方法是一种合理有效的加固方法,能显著提高既有盾构隧道的整体刚度和承载能力;采用整环或半环方式加固后盾构隧道结构的受力性能相近,加固结构的破坏模式均是由于局部粘结失效所导致的结构破坏。     

遇水膨胀橡胶条在盾构管片接缝防水中的应用

在地铁工程中,管片渗漏水是常见的质量问题。本文以无锡市某区间作为案例,分析了渗漏水发生的原因,并介绍了设置遇水膨胀橡胶条的效果,并对全线渗漏水情况进行了统计和分析,得出渗漏易发生在小曲线半径、大纵向坡度地段的结论,以供类似工程参考借鉴。     

大断面类矩形盾构隧道管片接头极限抗剪切#br# 承载力试验研究

类矩形盾构隧道具有断面利用率大、覆土浅、施工成本低等优点,在城市高密度区域具有广泛的应用前景。相较于广泛使用的圆形隧道,类矩形隧道由于自身成拱效应较差,隧道肩部接头结构易产生较大的剪切荷载,有必要对接头的剪切性能进行研究。文章以某大断面类矩形盾构隧道为原型,以混凝土管片接头为试验对象,采用足尺试验方法对其抗剪切性能进行研究,归纳宏观破坏现象,获得了剪轴比（接头剪力/轴力）-相对错台量关系等整体力学响应特性,得到了剪力-螺栓应变曲线和剪力-混凝土表面应变等局部力学响应特性,并引入数字照相分析技术（DIC）对接头结构的开裂破坏全过程进行记录,分析剪切裂缝的扩展规律,最后对结构的抗剪承载性能进行评价。基于试验数据总结了管片错台随剪轴比的“四阶段”变化规律：克服摩擦阶段（剪轴比小于0.4）、间隙闭合阶段（剪轴比为0.4~0.75）、抗剪强化阶段（剪轴比为0.75~2.76）、屈服破坏阶段（剪轴比大于2.76）。试验结果表明,剪切荷载作用下该断面形式的大断面类矩形盾构隧道接头抗剪切屈服剪轴比为2.76,具有较好的抗剪切承载性能。研究成果可以为类似类矩形盾构隧道工程提供理论支撑和技术参考。     

盾构隧道纵向接头局部足尺试验研究

沿盾构隧道纵向,管片环与管片环之间的接头称之为纵向接头。纵向接头是变形的薄弱部位,在变形过程中受到相邻管片的约束,其受力特点与管片接头不同。文章首先采用数值模拟方法,研究纵向接头局部试验的可行性,然后开展纵向接头局部足尺试验,研究接头的受力变形特征,所得结论如下：对纵向接头进行分析时,对比整环模型及纵向等效刚度梁模型计算结果,两者接头张开量、螺栓应力相差在11%以内,管片结构塑性损伤区分布特征基本一致,故纵向等效刚度梁模型可作为纵向接头局部足尺试验的依据;纵向接头局部足尺试验时,纵向接头张开量的变化对轴力更加敏感,螺栓应变增长与环间力(轴力、弯矩)的增加基本保持一致。接缝转角在环间拉力下趋近于0,且追随环间弯矩的变化;各工况中构件表面混凝土最大拉应变出现在套筒侧管片外表面中部,最大压变出现在手孔侧管片的内表面。破坏试验中,纵向拉力3232kN时管片结构先于螺栓破坏,此时螺栓未达屈服强度。     

整环盾构隧道管片原型加载系统的研究综述

地铁运营时因受基坑开挖、周边卸载和地面堆载等因素影响,盾构隧道管片经常出现横向变形较大和管片开裂等问题,造成经济损失的同时还带来很大的安全隐患。为优化管片配筋,常采用整环盾构管片原型加载系统对管片进行加载试验,来研究其结构服役性能。文中对国内外整环盾构管片原型加载系统的研究现状进行阐述,根据管片放置方式,将其分为平躺式和站立式。分析以上系统的加载机理和优缺点,将站立式与平躺式加载系统进行对比,平躺式主要适合深埋且自重效应小的单环或多环管片,站立式主要适合浅埋且自重效应大的单环或多环管片。鉴于这两类加载系统仍存在一定缺陷,因此对此类系统的进一步改善提出了相应建议。     

盾构隧道混凝土管片的承载力退化模型

介绍了混凝土结构承载能力的退化模型,基于承载能力限值的混凝土结构耐久性寿命T=t1+t2。确定了退化模型水平段时间(t1),t1=min(TCO2,TCl-,TSO24-,TD),并确定了TCO2,TCl-,TSO24-,TD;建立了锈蚀钢筋混凝土受弯构件正截面承载力计算模型、钢筋锈蚀截面损失率计算模型、杂散电流腐蚀下钢筋锈蚀截面损失率计算模型、腐蚀混凝土轴心抗压强度计算模型,确定了退化模型下降段时间(t2);给出了杂散电流和氯离子与混凝土的力学性能退化关系。     

地铁盾构隧道足尺整环结构极限承载能力试验研究

为研究地铁隧道衬砌在侧向荷载作用下的极限承载力和变形能力,上海申通地铁集团有限公司和同济大学近期完成了基于地铁隧道变形治理的衬砌整环极限承载能力试验研究。介绍了地铁衬砌结构整环试验的研究内容,包括加载装置、荷载设计、测试内容以及部分试验结果等。     

盾构隧道管片及纵向接头力学性能数值模拟研究

管片接头作为盾构隧道衬砌结构的薄弱部位,其力学行为直接反映隧道结构整体受力性能。考虑到接头由相邻管片连接而成,本文首先选用非线性有限元法对单个管片的静力响应开展研究,并与文献试验结果对比以验证数值模型。借此模型分析了混凝土剪胀角、拉压损伤行为等对管片结构力学行为影响。在此基础上,依托文献中管片纵向接头静载试验,详细地考虑了接头构造及接头处的相互作用,建立相应模型模拟试验加载过程,同时将数值分析结果与实测试验结果的破坏模式对比分析。基于提出的有限元模型,进一步研究了管片纵向接头力学特性随各关键因素变化规律,包括接头外侧间隙、螺栓倾斜角度及伸入管片长度、接缝两侧密封垫弹性模量和厚度,以及螺帽与手孔混凝土间初始接触状态。获得不同工况下接头挠度、接缝变形及接头转角等变化规律。     

盾构隧道纵向变形性态研究分析

随着城市地铁和市政工程建设的发展，由于软土隧道发生过量的不均匀纵向变形对隧道内力、变形及正常运营的影响日渐突出。本文以盾构法隧道为基础，结合工程实例，对软土盾构隧道纵向变形和结构性态进行讨论，介绍了盾构隧道纵向变形的影响因素，重点分析了土性不均匀与荷载变化两大主要因素对隧道纵向变形的影响，最后给出了具有一定指导意义的结论。     

盾构隧道管片接缝气密性模拟方法与影响因素分析

盾构隧道穿越含气地层时,施工对地层的扰动易引发气体泄漏,气体易由盾构管片接缝处进入隧道内部,极易引发爆炸等灾害.依托穿越长江高压含气地层的苏通GIL综合管廊工程,较系统地研究了影响盾构管片接缝面气体泄漏的主要因素,并提出对应改进措施.通过接缝室内模型试验,分析了气压加载下接缝面气体泄漏的全过程,从而揭示了气体在不同泄漏...     

内张钢圈加固盾构隧道结构承载能力的试验研究——整环加固法

以内张钢圈整环加固盾构隧道为对象,采用足尺试验方法对整环加固工法下单环隧道衬砌的极限承载性能进行研究,描述加固结构破坏的试验现象,获得加固结构的荷载位移曲线,并结合试验现象及数据,分析得到加固结构的关键性能点。试验结果表明,整环加固后盾构隧道的刚度与强度相对于加固之前有明显提高;加固后结构的破坏主要为钢板与混凝土衬砌的黏结面破坏。研究成果可为工程实践提供理论支撑和技术指导。