复合材料叠合衬砌加固管片接头抗负弯矩试验研究

复合材料叠合衬砌是加强各种隧道的一种新型结构形式。这种结构具有强度高、操作轻便、施工效率高、构件所占空间小等优点,特别适合于城市地铁隧道修复时复杂的施工条件。通过复合材料叠合衬砌加固管片接头抗负弯矩试验,对加固前后管片接头的荷载-挠度曲线、荷载-接缝张角、荷载-转角刚度曲线等进行了对比分析,研究了复合构件加固接头的破坏形态。结果表明,加固管片接头在挠度10mm时负弯矩承载力较未加固提高221%,负弯矩极限承载弯矩较未加固提高101%,加固管片接头平均转角刚度较未加固接头提高约4.3倍,复合材料叠合衬砌有效提高了管片接头在负弯矩区的抗弯承载能力和接头转角刚度,可作为隧道管片加固的一种新方法。

复合材料叠合衬砌加固管片接头抗正弯矩研究

复合材料叠合衬砌是加强各种隧道的一种新型结构形式。这种结构具有强度高、操作轻便、施工效率高、构件所占空间小等优点,特别适合于城市地铁隧道修复时复杂的施工条件。笔者主要研究了管片接头采用复合材料叠合衬砌加固后的抗正弯矩性能,对加固前后管片接头的荷载-挠度变化、荷载-接缝张开量变化(内外两侧)、荷载-接缝张角变化、螺栓应力及复合构件应力变化等进行了对比分析,研究了复合构件加固接头的破坏形态。结果表明,复合材料叠合衬砌能有效提高管片接头在正弯矩区的抗弯承载能力和接头转角刚度,可作为隧道管片加固的一种新方法。

软弱围岩隧道叠合衬砌大断面开挖进洞施工技术

详细介绍软弱围岩隧道洞门段采用叠合衬砌大断面开挖施工的程序和方法。

盾构输水隧洞衬砌结构形式分析

衬砌结构形式一直是盾构输水隧洞设计、施工中需要重点研究的问题。对国内已建盾构输水隧洞所采用的衬砌结构进行了分类总结,并以西霞院水利枢纽输水及灌区工程穿沁隧洞为例,对几种不同的衬砌结构从工程安全、施工工期和工程造价等方面进行全面技术经济比较。通过结构形式选择和受力分析,西霞院水利枢纽输水及灌区工程穿沁隧洞采用外衬管片与内衬钢筋混凝土结构联合受力的叠合衬砌结构技术上是合理可行的,结构是安全可靠的。这种衬砌结构与以往的内、外衬分离单独受力的双层衬砌结构相比,具有施工难度小、施工效率高、施工质量容易保证、工程造价低等优点,对于承担一定内水压力的盾构输水隧洞可推广使用。

高内压作用下叠合式衬砌结构承载机理原型试验研究

本文针对“外衬管片-自密实混凝土填充层(SCC)-内衬钢管”三层叠合式输水隧洞衬砌结构的承载性能及破坏机理,开展了结构在内外载联合作用下的原型试验。试验以分布式光纤感测技术作为主要测量手段,获得了加载过程中SCC层的裂缝扩展情况、接缝张开变形、螺栓应力与内衬钢管环向应变的发展历程。试验结果表明:在无内压工况下,结构整体呈弹性工作状态;在内压变化工况下,当内压低于0.6 MPa时,结构整体保持弹性,三层衬砌共同承担内压;当内压达到0.6 MPa时,SCC层开裂,内压快速向外衬管片转移,结构整体进入弹塑性阶段;随着内压继续增大,管片接缝螺栓在内压为0.965 MPa时屈服,外衬逐渐失去分担内压能力,结构体系进入破坏阶段,内水压力主要由内衬钢管承担。试验研究成果可为实际工程设计提供指导和参考。

远场静水压力作用下深埋隧道双层叠合衬砌合理组合形式及力学变形特性研究

针对深埋长大隧道传统复合式衬砌结构在遭遇高水头地下水威胁的问题,研究了双层叠合衬砌方案,该方案采用“结构一分为二、两道防水设防”的设计理念,既能克服大体积混凝土施工的困难,又可以解决二次衬砌结构渗漏水的弊病。文章以青岛地铁1号线过海隧道为工程依托,借助ANSYS有限元计算软件,对双层叠合衬砌的合理组合形式及力学变形特性进行了分析,结果表明:叠合衬砌内力分配与内外层结构刚度比有关,刚度越大则内力越大,当内外层结构刚度比为0.716时,t_(A)=0.95 m和t_(B)=0.85 m为最优叠合衬砌厚度组合;隧道结构各控制截面的风险排序为仰拱>拱脚>拱顶;叠合衬砌在外水压力作用下,内外层衬砌变形是相互协调的,仰拱结构变形对刚度比、外水压力量值均较拱顶、侧墙更为敏感;叠合衬砌组合形式是受结构承载力控制而不是受变形控制;最优叠合衬砌组合在外水压力小于1.2 MPa时,结构安全性同样受承载力控制。

防水型单层衬砌的叠合面力学性能试验研究

防水型单层衬砌由具有双面黏结性能的喷涂防水层和多层喷射混凝土叠合而成。叠合层之间有无错动,将引起结构承载机理的变化,故叠合界面抗错动性能的测定,是定量分析防水型单层衬砌力学性能的前提。由于防水型单层衬砌在喷射混凝土之间还夹有一层材料力学性能迥异的喷涂防水层,其叠合面力学行为复杂,是研究防水型单层衬砌面临的主要问题。为解决该问题,将防水型单层衬砌的喷涂防水层和接触面处的喷射混凝土共同定义为界面层,通过对界面层的剪压试验和单轴拉伸试验得到界面层的极限强度包络线,并将其作为防水型单层衬砌各叠合层间有无错动的判据,再通过弯曲梁试验,测定界面层两侧喷射混凝土的抗裂强度,进而得到整个叠合衬砌结构的极限强度。通过对青岛地铁试验段防水型单层衬砌进行数值仿真,发现其界面层的正应力和剪应力组合均位于极限强度包络线以内,衬砌可按无错动的整体承载结构进行分析,且衬砌最大拉应力小于喷射混凝土抗裂强度,因此衬砌结构安全。试验段的现场取样测试亦表明,施做的防水型单层衬砌界面层位置过度平滑,无开裂错动,其性能达到了试验所模拟的力学性能,研究的技术路线满足该衬砌在地铁隧道的应用。

高水压作用下深埋隧道双层叠合衬砌稳定性影响因素研究

随着国民生态资源保护意识的逐渐增强,结构工程师对全封堵防水设计的呼声也越来越高,高水压隧道防水形式逐渐由"主排"向"全防"转变,结构模筑时不得不面临大体积混凝土施工难的困境";双层叠合衬砌"方案即是通过"拆分"的方式削减结构厚度,可有效缓解水泥水化热在结构内部产生的有害变形,增强大体积混凝土结构的可实施性和可操作性,同时还能兼顾提高隧道的防水质量和效果。文章以青岛地铁1号线过海区间为工程背景,采用ANSYS有限元分析软件,对双层叠合衬砌的稳定性影响因素进行研究,结果表明:(1)考虑衬砌间防水层的影响,结合面接触力学行为仅考虑径向弹簧压缩刚度即可,可忽略切向弹簧剪切刚度的影响;(2)当结合面径向弹簧刚度与两侧结构弹性模量等数量级时,安全系数曲线走势基本收敛,结构发生破坏的顺序依次是内层衬砌仰拱、内层衬砌拱脚、外层衬砌仰拱、外层衬砌拱脚、内层衬砌拱顶、外层衬砌拱顶;(3)围岩基床系数越高,叠合结构安全系数越大,设计与施工过程中应注意提高劣质围岩、维持优质围岩的基床系数;(4)叠合结构安全系数随着各层衬砌刚度的增加而增大,内层衬砌结构具有提高、改善外层衬砌结构安全性的作用。

叠合式衬砌结构抗外载特性足尺试验与数值研究

设计了一种探究“管片–自密实混凝土(SCC)–钢管”叠合式衬砌结构横向力学行为与变形特性的大型足尺试验方法,初步揭示了叠合式衬砌结构在非均匀外载下的变形及力学响应规律;结合三维精细化有限元模型,探讨了栓钉布设、衬砌类型、侧压力系数等因素对结构承载机理的影响。结果表明:在非均匀外载作用下叠合式衬砌的环向应力相比分离式衬砌较小,变形呈现“横椭圆”模式,且随荷载非均匀性增加,其变形规律越显著;栓钉布设有效地增强了钢管–SCC的界面性能,但对结构环向应力影响甚微。

叠合式衬砌结构检修工况下极限承载能力试验研究

针对"管片-自密实混凝土-钢管"叠合式衬砌结构在检修工况下极限承载力学行为,开展足尺模型试验研究。试验研究表明:随外部荷载的增加,受损衬砌结构仍发挥三层衬砌联合受力性能。其中,外衬管片成为主要受力构件,自密实混凝土基本不分担内力但可沿径向传递荷载,内衬钢管仍处于弹性状态;结构体系仍具备较大承受外部水土荷载能力。

高内压作用下叠合式衬砌结构性能分析

为了分析输水隧道内压变化对外衬管片的影响,进行输水隧道衬砌管片的模型试验,研究表明,在内水压力作用下,外衬管片环向应变变化显著,加压过程中,管片外表面发生了细微的开裂。接头张开量在内压上升和下降2个阶段呈现不对称性,内压下降阶段,管片接缝变形回弹呈现出一定的滞后性。研究结果可为类似引水安全工程提供参考。

叠合式双层衬砌结构体系在污水深隧工程中的应用研究

污水深隧工程的隧道结构受外部高水土压力及内部高内水压的共同作用,传输介质为高腐蚀性污水,对结构耐久和环保要求高。依托武汉大东湖深隧工程,对单层衬砌结构、叠合式双层衬砌结构、复合式双层衬砌结构和分离式双层衬砌结构进行了对比分析,给出了叠合式双层衬砌结构的设计及施工要点。

TBM高内压输水隧洞双层衬砌结构力学性能对比研究

TBM技术以其掘进速度快、成洞质量好、安全性高等优势,越来越多地应用在输水隧洞工程中。为充分利用深层地下空间,TBM输水隧洞一般埋深较大,内水压力高。为保证输水隧洞在高内水压情况下的结构安全,本文针对TBM输水隧洞分离式双层衬砌结构和叠合式双层衬砌结构分别建立了较为精细的二维有限元模型,进行了不同围岩条件下的计算分析,并得出以下结论:在高内压情况下,叠合式双层衬砌结构受力相对复杂,且受地质条件及施工因素的影响较大,而分离式双层衬砌结构传力路径清晰,不同地质条件下均具有较为稳定的力学性能,故对于TBM高内压输水隧洞,本文推荐采用分离式双层衬砌结构。

四城市轨道交通地下结构防水设计综述

通过沪、津、渝、深等城市轨道交通地下工程防水设计理念、具体措施及用材异同的介绍,归纳了各自的特点,指出了这些城市轨道交通地下防水设计的一些新技术和新发展。

分布式光纤传感技术在输水隧洞工程中的应用

介绍了光纤传感技术的工作原理,并对常见的分布式光纤传感技术进行了对比分析,以珠三角水资源配置工程结构试验段为例,展示了分布式光纤传感技术在输水隧洞中应用的方法与实施效果。结果表明,分布式光纤传感技术具有高精度、高效率、工作稳定、施工便捷、连续测量等优点,在输水隧洞工程中具有良好的推广应用价值。

地下工程中“新叠合墙”结构形式的设想

目前,明挖地铁车站结构设计有叠合衬砌和复合衬砌两种形式,因此,外包防水层的设置也不尽相同。随着混凝土结构耐久性设计理念的深入,本文综合了上述两种结构形式的优点,分析和探索了一种新型的地铁车站结构及防水形式,以适应腐蚀性环境下的结构耐久性设计要求。

基于光纤传感的盾构输水隧洞内压加载原位试验研究

高水压作用下水工隧洞衬砌结构的承载特性及破坏机理复杂,借助现有的监测技术难以准确评价其工作状态.针对珠江三角洲水资源配置工程,开展了以“外衬管片-自密实混凝土-内衬钢管”叠合衬砌结构为研究对象的现场原位试验.采用分布式光纤感测技术对内压加载过程中叠合衬砌结构力学性能特征进行了深入探究.试验结果表明:在内压逐步增加的条件下,隧洞衬砌的应变发展呈现非连续阶跃的特征;内衬钢管环向应变起伏变化均匀、平缓,整体基本处于弹性工作状态;衬砌结构中的自密实混凝土在内压作用下由弹性变形进入弹塑性变形状态,且在管片拼接缝位置处出现裂缝;外衬管片在均布内压作用下呈现非均匀性的膨胀变形,且管片接缝张开显著区域主要分布于隧洞拱顶位置.研究结果从应变演化的角度揭示了叠合衬砌结构承载特性及破坏机理,充分验证了分布式光纤感测技术在输水隧洞结构健康监测中的巨大应用潜力.

沪、津、渝等城市轨道交通地下工程防水设计综述

针对沪、津、渝等城市不同的水文地质、气候环境等条件,介绍了这些城市轨道交通地下工程防水设计理念、具体措施及用材异同;比照、归纳各地防水设计施工的特点,概述了国内城市轨道交通地下工程防水设计中的一些新技术及发展前景,并提出了工程实施中值得注意的要点。