基于点云数据的地铁盾构隧道管片错台量与接缝张开量的检测与分析

目的:随着地铁隧道运营年限的增加,盾构隧道衬砌管片接缝处发生突变,导致错台及接缝处张开,是竣工隧道主要的隧道病害。应采用新的计算手段对地铁盾构隧道管片的错台量与接缝张开量进行检测与分析。方法:在阐述管片错台与管片接缝张开机理的基础上,分别介绍了管片环内发生错台、管片环间发生错台两种工况下错台量及接缝张开量的计算原理。以我国某城市地铁新机场线某盾构区间为工程应用案例,采用三维激光扫描仪获取了盾构隧道的点云数据,对点云数据进行了抽稀处理。选取了4个参数用以评估盾构隧道横断面数据提取的效果,得到云数据抽稀距离与这4个参数的关系。采用点云数据对隧道断面椭圆度进行分析,并得到了两种工况下错台量及接缝张开量的计算结果。结果及结论:利用三维激光扫描仪进行隧道断面点云数据的提取时,建议将获取隧道点云数据的抽稀距离设为0.025 m。基于三维激光扫描技术及点云数据检测盾构隧道衬砌管片环间及环内的错台量与接缝张开量,是检测隧道管片是否发生影响地铁运营安全的病害的快速、有效的方法。

温度梯度下水泥混凝土路面接缝张开量数值分析

为了分析水泥混凝土路面在不同结构组合和材料参数下的接缝张开量变化情况,通过三维有限元数值方法,建立接缝模型,量化分析了各因素对接缝张开量的影响,表明温度梯度、基层模量、面板长度以及面板厚度对接缝张开量的影响显著,接缝张开量与温度梯度呈对数关系,与基层模量呈乘幂关系,与面板长度和面板厚度呈指数关系.基于前述分析,回归出综合考虑4因素的接缝张开量模型公式,并利用实测数据对其进行修正,从而为水泥混凝土路面接缝设计和填缝料选用提供参考依据.

水泥混凝土路面接缝张开量影响因素分析

接缝是水泥混凝土路面的重要结构,同时也是水泥混凝土路面的薄弱环节。在调查分析水泥混凝土路面接缝类病害的基础上,指出接缝张开量大小与填缝料变形相匹配是保证接缝具有良好使用性能的重要因素之一,进而系统分析温度状况、湿度状况、基层类型、接缝间距、车辆荷载对接缝张开量的影响,为水泥混凝土路面接缝张开量数值分析敏感性因素提供参考。

温度作用下水泥混凝土路面接缝张开量数值分析

为了分析水泥混凝土路面在不同结构组合和材料参数下的接缝张开量变化情况，通过三维有限元数值方法，建立接缝模型，量化分析了各因素对接缝张开量的影响，表明温度梯度、基层模量、面板长度以及面板厚度对接缝张开量的影响显著，接缝张开量与温度梯度呈对数关系，与基层模量呈乘幂关系，与面板长度和面板厚度呈指数关系。基于前述分析，回归出综合考虑四因素的接缝张开量模型公式，从而为水泥混凝土路面接缝设计和填缝料选用提供参考依据。

水泥混凝土路面接缝张开量影响因素分析

接缝是水泥混凝土路面的重要结构，同时也是水泥混凝土路面的薄弱环节。在调查分析水泥混凝土路面接缝类病害的基础上，指出接缝张开量大小与填缝料变形相匹配是保证接缝具有良好使用性能的重要因素之一，进而系统分析了温度状况、湿度状况、基层类型、接缝间距、车辆荷载对接缝张开量的影响，为水泥混凝土路面接缝张开量数值分析时敏感性因素的确定提供参考。

装配式地铁车站结构接缝防水关键技术研究与应用

装配式地铁车站结构的接缝防水性能一直备受行业的关注,针对装配式车站的结构构造、构件制作及施工工艺等特点,对与接缝防水性能高度相关的“接缝张开量”和“密封垫错位量”两个关键参数的主要影响因素和控制指标进行分析,结合密封垫防水性能试验研究及实际工程应用监测结果,充分论证接头接缝“两垫+一注+一嵌”多道防线的关键技术。双道密封垫以三元乙丙橡胶(EPDM)弹性密封垫作为主防水,复合遇水膨胀橡胶作为加强防水,形成复合式多孔多槽形密封垫,密封垫为接缝防水主要防线,注浆和嵌缝为辅助防线。研究和实际应用表明,装配式车站结构的接缝防水,不仅在防水构造措施方面与盾构隧道不同,而且在各项控制标准方面也存在较大差异,张开量10 mm、错位量5 mm是装配式车站结构接缝防水性能控制的合理指标;单道防水密封垫,在张开量10 mm、错位量5 mm的情况下,能抵抗水压力1.0 MPa,满足埋深30 m车站结构抵抗2~3倍水头压力的性能要求,并在使用100年后,仍存在约67%的残余应力值,具有长期耐水压性能;双道防水密封垫,较单道密封垫防水性能提高有限,提高率在20%~30%之间,但在衬砌外道密封垫出现局部漏水时,双道密封垫的优势显著;从接缝合理张拉锁紧荷载的角度考虑,三元乙丙橡胶密封垫的硬度需要较常规盾构隧道密封垫降低5 SHA,即采用60 SHA,其单位长度完全压缩荷载指标不大于40 kN/m。目前已建和在建车站工程,实测结构接缝最大张开量和表面最大错台量均满足接缝防水性能控制标准的要求,在未设置外包防水层的情况下,接缝无渗漏水现象发生。

机场水泥混凝土大板接缝设计

针对机场水泥混凝土大板的特点,建立了大板接缝宽度和接缝张开量的计算公式,并在某机场的水泥混凝土大板试验段上进行了接缝宽度变化的观测,提出了大板接缝设计的方法。

超大矩形顶管隧道管片接缝弹性密封垫防水技术研究

为研究超大矩形顶管隧道管片接缝间弹性密封垫防水性能,借助有限元软件Abaqus建立数值模型,探究不同接缝张开量、不同接缝错动量对于弹性密封垫防水性能的影响。结果表明:该工程三元乙丙橡胶性密封垫在接缝张开量6mm,错动量12mm时,水压1.0MPa条件下防水性能较好,不会发生渗漏水现象,且管片接缝张开量的极限值为23.323mm;随着接缝张开量的增加,弹性密封垫顶部与管片之间、弹性密封垫两侧与管片之间及弹性密封垫之间的最大接触应力均缓慢减小;随着接缝错动量的增加,弹性密封垫顶部与管片之间、弹性密封垫两侧与管片之间及弹性密封垫之间的最大接触应力均逐渐增大,且弹性密封垫两侧与混凝土管片之间的最大接触应力增幅较大(172%)。研究结论可为超大矩形顶管隧道的防水提供理论参考。

盾构隧道管片接头接触特性的模拟分析

以北京地铁四号线和武汉长江隧道工程为例,对其隧道管片接头接触特性进行精细三维有限元数值模拟,研究了隧道管片及其接头的应力应变分布,管片接头部分的接触状态、接触压力、接缝张开量.研究表明:隧道管片最大应变位置集中在管片螺栓手孔位置和接头受压区.随着接缝张开量的逐渐增大,接头部分由全断面接触状态变化到存在较大接缝张开量状态的过程中,接触应力分布线由以螺栓孔为中心的圆弧线逐渐变化到平直状态,最大应力值逐渐变大.计算结果表明:北京地铁与武汉长江隧道管片接头的张开比例分别达到50%和75%,研究成果为混凝土管片接头个性化设计提供依据.

琼州海峡海底隧道管片接触特性的三维有限元数值模拟

文章建立了带有接头的混凝土管片水土压力合算与水土压力分算的三维精细有限元模型,数值模拟了隧道管片接头的应变分布及接触特性。研究表明,水土压力合算模型中的管片最大应变及最大接缝张开量分别为水土压力分算模型的37倍和196倍。当管片接头接缝张开量较小时,接头部分便产生较大的张开比例,随着管片接缝张开量的增大,张开比例增大的速度逐渐减小,最大可达到75%左右。管片外缘受压时,安装止水条的凹槽附近会有较大的应变;内缘受压时,除受压区,管片螺栓手孔角点位置也存在较大的应变。水土压力合算模型中,随着土层的泊松比逐渐增大,接头接缝张开量逐渐减小。土层泊松比为0.49时,所有接头均为全断面接触。土层泊松比为0. 4的水土压力分算模型的计算结果与泊松比在0.48左右的水土压力合算模型的结果相近。

薄型管片密封垫沟槽外侧混凝土损伤规律

依托某电力盾构隧道工程,建立密封垫-管片相互作用模型,通过改变弹性密封垫硬度、接缝张开量、错台量、密封垫沟槽尺寸和位置,对密封垫沟槽外侧混凝土的裂损情况进行了分析。结果表明:密封垫与管片的正向挤压和切向错台均会引起混凝土裂损,其中接缝错台量的影响最大;密封垫沟槽深度越小、沟槽与管片外侧的距离越大,混凝土裂损程度越低。对于薄型混凝土管片接缝设计,在满足管片防水和局部承压要求前提下,建议尽量减小密封垫沟槽深度,增大沟槽与管片外侧的距离。

明挖预制装配式隧道结构拼装精度控制标准研究与制定

明挖装配式隧道结构建造技术的研究和应用在我国尚属起步阶段,拼装精度控制标准是装配式结构建造过程中衡量和控制工程质量的重要尺度,标准的合理制定,关系到工程建设的安全可靠性、经济合理性及实际可操作性。通过拼装精度影响因素分析,提出了理论指标,并结合工程实际应用情况和实测值正态分布曲线的分析和提炼,给出了明挖装配式隧道结构拼装精度主要控制要素的控制标准,包括轴线平面定位偏差、高程定位偏差、构件形位姿态偏差、接缝张开量、结构表面错台量、同一环构件纵向错位量、前后环纵缝平面错位量等允许值,并与明挖现浇隧道、盾构隧道及装配整体式等结构的相关标准进行了对比分析。研究和实际工程应用证明:控制标准总体合理,可作为后续工程建设和相关标准制定的参考。构件制作精度对拼装精度的影响较大,提高构件制作精度,对提高拼装精度具有重要意义;自重压紧方式对控制隧道纵缝张开量最为有利,而控制张拉荷载、提高构件制作精度、控制施工累计误差等,可有效控制隧道环缝张开量;接头设置定位销棒并严格控制定位精度和预留空隙量,对控制结构表面错台量起到关键性作用。

地铁装配式车站防水关键技术研究

为保障装配式地铁车站的安全性,必须充分考虑其防水性能。该文提出装配式地铁车站的密封垫圈选材和结构设计,并分别分析吸水膨胀性能、压缩性能和防水性能。试验结果表明,该文设计的密封垫圈吸水膨胀率高、承压力范围适中,密闭防水性能较好。当存在错台量时,错台量越小,防水性能越好。当存在接缝张开量时,接缝张开越小,防水性能越好。

超浅埋盾构法隧道施工方案三维有限元分析

文章以某水库流域污水通道盾构法隧道施工方案为工程背景,运用MARC大型三维有限元分析系统,对该超浅埋盾构法施工方案进行了三维有限元模拟,分析了不同工况下盾构衬砌和锚杆的受力及变形,并计算出了盾构衬砌的纵向接缝张开量及锚杆轴力。

地铁盾构隧道弯矩和变形控制值研究

为评估紧邻基坑施工对地铁盾构隧道结构安全和运营安全的影响,需确定盾构隧道结构的弯矩和变形控制值。以广州地铁一号线黄沙车站地铁上盖基坑工程为背景,首先,根据盾构管片尺寸、配筋和接头螺栓情况,计算盾构隧道管片的弯矩控制值,评估依托工程盾构隧道结构的应力水平;其次,通过等效轴向刚度模型理论和简易接缝张开量计算方法,分析盾构隧道纵向变形曲率与管片环缝接头张开量的关系;然后,结合地铁盾构隧道保护经验和管片环模型试验结果,提出盾构隧道变形的控制值;最后,通过依托工程地铁盾构隧道结构的三维变形实测数据分析,评估目前盾构隧道结构的安全现状,并对隧道变形的监测工作提出建议。研究成果可为今后类似工程地铁盾构隧道的安全保护提供指导。

盾构法隧道穿越活动断裂带方案探讨

为研究隧道穿越活动断裂带的合理抗错设计措施,结合胶州湾第二海底隧道采用案例调研、数值模拟等手段分析了3种不同抗错方案下隧道结构变形、接缝张开、错台形态以及钢筋应力、螺栓轴力等关键控制指标,探讨不同措施的抗错效果。研究表明:1)3种不同抗错措施在断层错动作用下管片结构沿纵向受力变形规律相同,断层错动对隧道结构影响主要集中在破碎带上盘边界外30 m到下盘边界外30 m的范围;2)断层错动作用下钢筋受力整体表现为“顶底部钢筋受压、两腰部钢筋受拉”状态,环宽1.5 m钢筋拉应力最大为436 MPa,3种工况下钢筋均未发生屈服;3)环宽1.5 m管片环缝张开量为3.8 cm,比其他2种工况减小60%~70%;4)提出了管片环宽1.5 m以及抗震设防区域为上盘左边界2D至下盘右边界2D(D为15.0 m)范围的抗错设计方案。研究成果对盾构法穿越大错动量断层带的抗错方案研究具有一定的参考作用。

移动激光扫描技术在轨道交通结构变化检测中的应用

地铁隧道结构安全直接影响城市轨道交通安全,需要定期对轨道交通结构进行检测.采用移动激光扫描技术对轨道交通结构进行检测的方法,具有作业效率高、测量精度高、成果丰富及范围全覆盖等优势,通过实际项目实践应用证明,获取隧道环片的水平直径、接缝张开量、病害检测及三维变形等成果可以作为隧道结构历史档案,为服役性能评估提供翔实的基础资料,具备广泛的推广应用前景.