基于现场测试的复合地层盾构隧道荷载反演分析

[目的]当隧道穿越横向复合地层时,荷载模式尚不明确,最终内力设计值往往与实际值存在偏差,因此有必要研究上软下硬复合地层中,地铁盾构隧道管片与土体的相互作用关系。[方法]以深圳地铁13号线留仙洞站—百旺港大站盾构穿越混合花岗岩区段为例,分析主体结构的内力情况,根据管片内力稳定后的现场实测值,选取待反演参数,定义优化目标函数。采用QPSO(量子粒子群)算法优化荷载参数,反演分析上软下硬地层中荷载的合理参数取值和具体受荷情况。[结果及结论]相比于TB 10003—2016《铁路隧道设计规范》中的取值,通过QPSO算法反演计算得到的荷载参数更适用于上软下硬地层,所计算出的内力分布形式较为接近实际情况,验证了所提分析方法的可行性与合理性。针对上软下硬的复合地层,隧道上覆荷载可取塌落拱高度计算,下层硬岩段侧压力系数应对地勘值进行适当放大。

管片钢筋锈蚀对盾构隧道衬砌结构受力性能的影响研究

水土荷载与离子侵蚀环境的长期作用下,盾构隧道管片衬砌结构的受力性能将发生缓慢地退化。文章从盾构隧道结构受力性能衰退机理出发,开展承载管片构件锈蚀劣化试验,分析了高水土荷载与侵蚀环境联合作用下盾构隧道管片受力性能的衰退演化规律,提出了锈蚀劣化承载管片抗弯刚度衰减模型。以南京纬三路过江通道工程为例,分析了锈蚀劣化后管片衬砌结构的受力性能。研究结果表明:高水土荷载为侵蚀环境对衬砌结构的快速侵蚀弱化创造了条件;承载管片锈蚀劣化过程中,受拉裂纹与锈蚀裂纹相伴发生发展,顺筋方向体现出不均匀锈蚀的特点;水土荷载不变时,承载管片变形随钢筋锈蚀率的增大而非线性增长,构件刚度随锈蚀程度的增大而显著降低;结构锈蚀劣化程度分别为0%、10%、20%及30%四种工况下,结构受力体现出结构刚度降低、变形增大、弯矩减小、轴力水平基本维持不变的变化规律。研究成果可为准确评价设计基准期内,水土荷载与侵蚀环境联合作用下的盾构隧道衬砌结构的长期安全性能提供参考作用。

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FLAC^(3D),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)盾尾同步注浆压力是导致管片上浮的重要因素,浆液不完全填充时管片上浮量可达2.70 cm,与浆液完全填充的工况相比增加了37.05%;(2)上浮病害对管片内力分布具有显著影响,管片结构拱底轴力降低,拱腰与拱顶处轴力增加,环向内力呈现不均匀分布的特征;(3)抗浮措施能够有效地控制管片竖向变形和错台量,并降低衬砌结构内力与最大螺栓轴力,隧道支护结构的服役安全性得到显著提升。

城市地铁双护盾TBM工法隧道衬砌结构受力特征研究

以深圳市城市轨道交通8号线一期梧沙区间隧道为依托工程,对"双护盾TBM工法隧道"施工期间管片衬砌外部压力和结构内力开展了现场跟踪测试,总结归纳出"双护盾TBM工法隧道"管片衬砌外部压力和结构内力在施工期内的时变演化规律。研究结果表明:隧道施工期间,管片外侧压力共经历四个发展阶段,注浆压力对管片内力变化影响较大,管片设计应考虑注浆压力的影响,同时应注意TBM施工时的注浆量控制。对于深埋TBM隧道,结构内力与隧道埋设深度不具有明显的对应关系,但随着结构上部围岩风化程度增加,隧道上方垂直荷载对管片结构内力影响加大。研究成果可为城市地铁双护盾TBM施工结构受力分析提供依据。

大断面盾构隧道管片接头抗弯力学模型研究

针对大断面盾构隧道复杂接缝面管片接头特点,考虑其接缝面细部构造、混凝土及传力衬垫的非线性力学特性、接缝面荷载传递特性以及接头螺栓预紧作用等因素的影响,建立了能够表征管片接缝面混凝土开裂与压碎、螺栓屈服以及接头破坏的管片接头抗弯力学模型,并结合管片接头抗弯足尺试验对大断面盾构隧道管片接头的抗弯性能进行对比分析。研究结果表明:弯矩较小时接缝面最大张开量增长较缓慢,当弯矩超过一定量值后,接缝面最大张开量显著增长;接缝张开高度超过螺栓位置而使螺栓受拉后,张开高度随弯矩增长幅度逐渐减小并趋于稳定值;负弯时接缝面的张开时机及螺栓的受力时机晚于正弯;轴力越大,接缝面的张开时机越晚,同等大小弯矩条件下张开高度的越小;管片接头抗弯刚度随弯矩增长总体呈非线性减小特点,轴力对于抗弯刚度的保持有益,轴力越大接缝面的抗弯能力越持久。研究结果可为大断面盾构隧道管片接头的设计提供指导与参考。