TBM有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构联合承载力学特性分析

为探究全断面隧道岩石掘进机(tunnel boring machine,TBM)有压输水隧洞内张钢圈-管片-围岩组合结构的受荷状态,以榕江―关埠引水工程中Ⅴ类围岩TBM有压输水隧洞段为研究对象,建立内张钢圈-管片-围岩组合结构三维精细化有限元模型,研究内水压力、围岩类型对组合结构力学特性的影响。研究结果表明:采用内张钢圈加固隧洞结构能有效控制隧洞变形,减小管片拉应力及受拉区范围,提高组合结构的承载能力;内水压力作用下管片压应力、竖向变形、接缝张开度、连接螺栓应力、内张钢圈应力、锚杆应力均较无内水压力作用下有所减小,但管片拉应力和接缝错台分别增大了19.68%、39.25%,其主要原因为内水压力作用致使隧洞结构整体呈现向外膨胀,在充水运营期间应加强内水压力作用下的安全监测;在外部水土压力和内水压力共同作用下,围岩类型的改变使组合结构中连接螺栓应力、管片接缝错台、锚杆应力分别提高37.11%、15.29%、14.75%,其主要原因为围岩岩性越差承担荷载能力越弱,在围岩类型的过渡区域应进行重点监测;此外,在外部水土压力和内水压力共同作用下,组合结构中围岩、管片、内张钢圈、锚杆的荷载分担率分别为21.38%、43.08%、24.01%和11.53%,内张钢圈荷载分担率较无内水压力作用提高了34.06%,内水压力作用提高了内张钢圈分担荷载的效果;组合结构中围岩的分担率随围岩类型(Ⅲ类、Ⅳ类、Ⅴ类)的增加而减小,相同荷载下Ⅲ类围岩的荷载分担率较Ⅴ类围岩提高了16.96%。该研究成果可为类似隧洞工程的衬砌设计及后期加固措施提供理论参考。

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。

内张钢圈加固盾构隧道结构承载能力的试验研究——半环加固法

作为盾构隧道常见加固方式之一的内张钢圈半环加固工法,主要用于控制隧道衬砌的大变形,为隧道结构提供后期补强。文章结合半环加固工况下盾构隧道结构极限的承载试验,描述了其加固施工工艺,以及加固结构破坏的试验现象,得出了此工况下的结构荷载位移曲线,并分析了加固结构的关键性能点。试验结果表明,半环加固法能有效提高隧道的结构刚度及极限承载能力;钢板与混凝土衬砌的粘结面破坏导致结构整体破坏,是加固结构的关键控制因素。

考虑界面效应的内张钢圈加固盾构管片结构力学性能研究

针对内张钢圈加固后的盾构管片结构,现有研究中多基于理想界面假设,忽略了钢-混凝土连接界面非连续变形特性,无法对结构的承载性能和破坏机制做出精细分析。将内聚力模型与扩展有限元方法相结合,考虑了加固结构连接界面的非连续变形特性,建立了可精确描述裂缝扩展过程的内张钢圈加固结构三维实体非线性模型,并利用足尺试验结果验证了计算的正确性,实现了钢与混凝土两种不同材料连接界面滑移破坏及开裂等劣化行为的动态模拟,弥补了试验的不足。在此基础上,对顶部超载与地层荷载作用下加固结构的力学性能展开分析,研究结果表明:顶部超载作用下加固结构受力破坏过程主要分为4个阶段,钢圈与混凝土连接界面处裂缝的扩展与黏结破坏是结构失稳破坏的决定性因素;地层荷载作用下加固结构受力过程中,连接界面接头处存在拉—压交替的非协调变形区域,易发生剪切滑移及剥离破坏。

内张钢圈加固盾构隧道的多环有限元模拟研究

内张钢圈作为传统的管片加固方法,用以应对盾构隧道处于不良工况下出现的结构破坏和变形过大等问题。在考虑环间力的作用下,运用MIDAS GTS NX对三环盾构管片进行精细化模拟,从管片的累计横向变形、错台以及构件塑性发展情况等方面衡量内张钢圈的加固效果。研究结果表明,管片的最大变形出现在腰部,加固后管片的累计横向变形可减小50%,管片整体未进入塑性状态;管片的最大错台出现在中环邻接块和标准块的接缝处,加固后最大错台大幅减小;内张钢圈加固法可延缓管片构件进入塑性和破坏状态,且有效降低环间作用力对中环管片的影响。

地铁盾构隧道内张钢圈加固施工技术研究

加固内张钢圈为通过施工使钢板与盾构管片结合形成叠合结构,从而提高隧道承载力,增加隧道安全储备,是一种充分利用地铁盾构隧道内轮廊线与其建筑限界之间的局限空间进行补强加固的有效方式.文章结合华南地区某地铁在既有线非运营期间实施内张钢圈加固的实践,对在作业时间短、管线繁杂、施工空间小、每次作业后均要出清和恢复线路以保证安全运营等条件下,内张钢圈加固的施工策划和保障、关键工序技术要点、单环钢圈的钢板拼装顺序的选择、施工监测技术要求进行总结,研究分析得出钢圈自身的对称、确定封顶块为成环的最后一块、缩小板间对缝偏差、保证焊缝检测成功率以及环氧填充质量是施工技术的关键要素.

地铁隧道管片破损原因分析及其加固技术

石家庄轨道交通一号线某盾构区间右线施工过程中,第480~497环出现了管片错台、变形等病害,其中4环管片椭圆变形超出了设计规范。针对该病害,在分析隧道管片破损原因的基础上开展加固施工。提出地质疏松、盾构超挖、注浆不足是导致病害发生的原因。通过管片外注浆加固土体、管片内张钢环等工艺,使变形管片自身受力状况和安装质量得到改善。经90 d监测,区段隧道管片无新形式损坏出现。施工方案可靠,隧道修复总体质量良好。