西瓦利克地层TBM隧道管片受力现场监测研究

为研究喜马拉雅山脉西瓦利克地层压力以及穿越该地层隧道的支护结构受力特征,以首个使用TBM穿越西瓦利克地层的引水隧道为背景,选取9个断面对管片所受外部水、土荷载及内力进行长期现场监测,总结得到该地层下管片外荷载和内力分布特征及变化规律。研究结果表明:西瓦利克地层中管片所受荷载和埋深无明显关系,管片外土压经历施工影响变化阶段-盾构机远离趋于稳定阶段-后期小波动阶段,且地下水会导致荷载明显增大;地层中水土压力表现为竖向大于水平,管片拱顶、仰拱位置内侧受拉,拱腰外侧受拉;西瓦利克中段是工程控制段地层,在荷载计算和结构设计中应重点考虑。

复杂条件下小曲率半径盾构施工措施及管片受力分析

结合徐州市区奎河综合整治工程实际情况,对复杂条件下小曲率盾构施工难点以及应对措施进行分析,并对管片的受力情况进行研究。施工存在的主要难点包括:轴线控制难度大、管片易出现较大位移及错台、对地层扰动较大等。在施工过程中可根据提出的应对措施进行施工,保证施工质量。经复核,管片受力情况满足要求,管片结构较为安全。

基于混凝土弹塑性损伤本构模型的盾构管片受力分析

在混凝土弹塑性损伤本构模型的基础上,考虑盾构管片拼装块与连接螺栓的非连续性和拼装块之间的接触关系,建立三维非连续接触计算模型。以苏州某地铁盾构隧道工程为例,对盾构管片的受力状况进行模拟计算,并与惯用法模型和修正惯用法模型的计算结果进行对比分析。结果表明:盾构管片内拱顶K拼装块部分区域的损伤因子超过了损伤临界值,这些部位将产生明显可见的裂缝;盾构管片拱顶与拱底内侧的受拉区域均产生了塑性变形,拱顶K拼装块的塑性区深度达到截面宽度的55%;盾构管片最大内力组合在两侧拱腰管片的接头处;三维非连续接触计算模型可以更好地反应管片接头对内力的影响和管片混凝土材料的受力及变形特性;模型中盾构管片接头处接触单元的设置消除了其他模型中接头刚度差异对计算结果的影响,对盾构管片抗压刚度及抗弯刚度均会产生影响。

火灾中非均匀温场热力耦合隧道管片受力分析

针对作为地铁隧道主要受力构件的管片在火灾非均匀温度场中产生的复杂的应力分布问题，结合大连地铁201标段盾构隧道工程实例，使用FLAC3D模拟了发生火灾时非均匀温场温度线性升高过程中管片的应力-应变分布和变化特征。根据温度不同材料性质不同的客观事实，在模拟过程中随着温度的升高实时调整材料参数，使模拟结果更加准确。取0℃～1000℃作为温度范围，每升高100℃作为一个特征点进行研究，分别得出了衬砌结构变形分布规律及其应力变化分布规律，进而确定了其在该形式火灾作用下的危险部位。分析结果表明：在火灾温度作用下，盾构隧道管片衬砌的最大水平压力和最大竖直压力分别是初始值的10．5倍和8．9倍，均作用在90°±22．5°范围内的隧道管片上；在300℃时总位移明显增加。本文的研究可为评估盾构隧道在火灾作用下的安全性提供参考依据。

火灾中混合温场下隧道管片受力分析

对于以盾构方式修建的地铁,其隧道管片是主要的受力构件。在实际的火灾中,管片所在的温场往往是热对流及热辐射两种形式的混合温场。不同位置管片受热不均匀,整周管片内部将产生非均匀的热力荷载,与地应力荷载共同作用使模型中的应力分布更为复杂。从热量的角度进行温场融合,分别计算每个单元在两种温场下的温度及热量,将每个单元的两种热量分别相加求得每个单元的总热量,根据总热量再反算单元温度,从而确定这个混合温场。使用FLAC3D在模拟过程中随温度升高实时调整材料参数,使模拟结果更加准确。结果表明:当温度较低(<500℃)时混合温场中以热辐射为主的均匀温场势力较强,当温度升高(>500℃)后以热对流为主的非均匀温场势力较强。

均匀火灾温场下隧道管片受力分析

对于以盾构方式修建的地铁,其隧道管片是主要的受力构件。在以热辐射为主的火灾中,会形成比较均匀的温度场。由于管片受热均匀,整周管片内部将产生均匀的热力荷载,加之地应力荷载使其应力分布更为复杂。使用FLAC3D模拟在以热辐射为主的火灾中,管片应力分布和变化特征。根据温度不同材料性质不同的客观事实,在模拟过程中随温度升高实时调整材料参数,使模拟结果更加准确。分析结果表明:最大水平压力上升比较快,1000℃时其比最大竖向压力大30%。最大值的位置分别对称于经过隧道轴线的水平和竖直面。总位移在400℃后明显增加,最大位移一般在隧道左右两侧。

软土地区隧道管片受力与变形研究

根据无锡地铁原状土样的室内三轴蠕变试验,结合Bingham模型和Kelvin模型构建蠕变本构方程,采用最小二乘法回归土体蠕变参数,将此蠕变本构方程和弹塑性理论相结合推导出可以考虑时间因素的隧道周边地层特征曲线方程,给出求解隧道周边变形和支护力随时间变化的一种简便实用的方法。结合无锡地铁1号线工程实例,分析管片支护力与变形随时间的变化规律。结果表明,考虑蠕变后随着时间的增加,相同支护力下会发生更大的变形,而限定某一变形需要更大的支护力;土体蠕变对管片支护力与洞周变形的影响还与管片的刚度有关。

南昌地铁3号线盾构隧道穿湖段管片受力特征研究

文章依托南昌地铁3号线下穿青山湖段工程,采用现场测试和数值模拟方法,研究了同等荷载条件下轴力和弯矩的分布情况。数值模型采用考虑接头和错缝拼装影响的梁-弹簧模型,通过对比分析现场测试、数值模拟和采用修正惯用法理论计算三者的结果,主要结论如下:当掌子面远离测试断面5~6环时,衬砌圆环的轴力和弯矩均达到最大值,之后随着盾构继续向前推进而趋于稳定,且弯矩的稳定速度大于轴力的稳定速度;通过在盾构隧道模型下半部设置地层弹簧能更真实地模拟地基反力;考虑接头和错缝拼装影响的梁-弹簧模型与现场测试、采用修正惯用法理论计算的管片圆环受力结果基本一致,均呈现出轴力大、弯矩小的受力特征,说明可适当减少其配筋以降低施工成本。

地铁隧道盾构施工对新装环管片受力的影响

通过分析新装环在其邻近环施工过程中钢筋的量测数据,得出覆土范围在8～10 m内的浅埋段新装管片在盾构施工过程中主筋和分布筋的应力变化规律和原因:邻近环推进时盾构反推力对管片受力影响不明显,主要影响来自于同步注浆,管片左右45°及135°处附近的位置在邻近环注浆过程中受力变化明显。

下伏溶洞对穿越上砂下黏地层隧道管片受力的影响分析

以武汉地铁六号线Ⅱ标段前进村站—马鹦路站区间隧道为工程背景,针对其上砂下黏且溶洞发育地层,运用有限差分软件FLAC 3D 5.0建立三维数值分析模型,考虑流固耦合效应,研究下伏溶洞对穿越上砂下黏地层盾构隧道管片受力的影响。结果表明:溶洞的存在造成了应力重分布,改变了管片内力的分布;随着溶洞顶与基岩面的距离、溶洞直径和溶洞充填率的增大,管片最大内力出现的位置逐渐向拱底移动;溶洞直径增至12.0 m时,隧道左侧拱腰管片出现最大剪力,此时管片结构可能已经破坏;溶洞充填率增至1.0时,隧道管片剪力和弯矩大幅增长。

隧洞围岩中断层破碎带注浆加固后的管片受力特征研究

以引大济湟调水干渠引水隧洞中断层破碎带注浆加固后的管片结构应力计算为实例,采用弹塑性有限元法,按照Drucker-Prager屈服准则,分析了对断层破碎带进行灌浆加固后的管片受力改善情形。研究表明:注浆加固后,含断层破碎带围岩形成一个弹塑性承载环,可增强围岩的自承能力并抑制其屈服区的扩展,改善管片受力状态;对断层破碎带进行加固时,必须达到一定注浆范围才能有效改善管片受力条件;也表明存在断层破碎带注浆处理的经济半径,若注浆范围过多地超过此半径则难以进一步改善管片受力条件。

上软下硬地层中管片受力特征分析

盾构设备在上软下硬复合地层中进行施工时,经常会因为盾构掘进姿态不合理导致地面出现塌陷,甚至还会致使管片局部出现破损的情况。文章以实际工程为例,对上软下硬地层中管片受力特征进行分析,提出了在上软下硬地层盾构设备施工过程中的掘进控制参数,顺利完成了盾构掘施工。

基于地层‑注浆体‑管片协同作用的海底盾构隧道受力研究

为研究海底盾构隧道中浆液与围岩及管片的相互作用特性,以厦门地铁2号线海底盾构段为工程背景,采用数值模拟方法和现场实测方法,分析注浆的浆液凝固过程,重点研究浆液的抗压强度、刚度、收缩、蠕变等特性对隧道力学和变形的影响特征,以及不同地层分布、不同隧道埋深下的管片受力特征,并采用流固耦合研究海水位变化对管片受力的影响。计算研究表明:注浆材料的刚度比E1/E28对管片最终轴力和围岩压力影响小,变化幅度不超过0.885%,对地层变形影响相对较大,可通过添加剂调节凝结时间,尽量让浆液早一些凝固硬化;最终收缩应变增大,隧道内力和外侧压力降低,地层沉降增大,建议采用泌水率低的浆液,且其收缩值需控制在较小的范围内;蠕变参数取值对管片轴力影响较小,变化幅度最大不超过1.35%;收缩参数主要考虑注浆材料后期的凝固收缩,蠕变则主要考虑注浆材料前期的蠕变收缩;地层变化及隧道埋深变化对隧道管片受力影响显著,隧道拱顶若软土较厚,则不易形成有效压力拱,导致围岩压力荷载较大;半日潮对地层变形、管片受力的影响不大,总体发展趋势与静水位条件下相似。最后,监测结果表明,数值模拟与实测的管片水土压力时程变化规律基本一致。

湛江湾高水头跨海盾构隧道管片结构典型断面受力计算与监测反馈分析

湛江湾隧道是目前国内最深的跨海盾构隧道,其管片采用斜螺栓连接,错缝拼装,分别采用修正惯用法及梁-弹簧法计算最大覆土断面与最大水深断面管片的受力,并将实测管片受力、水-土压力值与理论计算结果进行比较,分析水-土压力分布模式,结果表明,修正惯用法与梁-弹簧法均可以较好地模拟隧道管片的受力形态,而梁-弹簧法比修正惯用法更接近实测结果;管片呈压扁状态,梁-弹簧法结果受封顶块的位置影响较大;太沙基松弛土压力及水-土压力线性分布模式对深埋海底隧道是适用和安全的;对于本工程来说,管片外荷载以径向水压力为主,是影响管片轴力的主要因素。以上成果可为今后跨海高水头盾构隧道管片的设计及施工提供参考。

湛江湾跨海盾构隧道管片变形与受力分析

以湛江湾跨海盾构隧道工程为背景,应用数值分析方法,建立了单环衬砌结构的三维有限元精细模型,研究了在不同水头作用下单环管片结构以及接缝部位的变形情况。采用修正惯用法得出在最大水头作用下管片结构的内力分布,由此推算出管片内、外侧的环向钢筋应力,并与现场的应力监测数据进行对比。研究表明:1)高水压作用下,单环管片衬砌的变形呈现"横鸭蛋形",且管片结构变形和接缝张开量均与外水压力变化呈线性关系;2)作用水头每增加10 m,衬砌结构中各接缝张开量绝对值约增加0.5mm;3)采用修正惯用法计算得到的钢筋应力与实测结果较为吻合,较好地反映了隧道管片的实际受力状态。

盾构近接隧道施工对既有隧道管片受力影响分析

本文旨在以苏州地铁一号线近接盾构隧道施工为背景,通过Midas-GTS有限元软件对盾构隧道近接施工进行二维数值模拟,分析近接隧道施工对既有隧道管片受力的影响。

富水淤泥质软土地层盾构隧道管片受力特征研究

为研究富水淤泥质软土地层盾构隧道施工衬砌管片受力特征,依托佛山地铁2号线采用现场试验和数值模拟方法开展研究,根据地层条件现场布置3个测试断面,分别监测了管片土压力、管片轴力及管片纵向应力随推进环数的变化规律,进而采用ABAQUS数值方法建立分析模型,研究荷载条件下管片轴力和弯矩变化情况,并与现场测试结果进行对比。结果表明:(1)土压力随衬砌推进先急剧增大后慢慢减小,最后趋于稳定;但不同测试断面不同测点处土压力差异较大,拱顶部分受力相对较大,仰拱部分受力较小,对于富水软土盾构隧道施工以及运营应着重关注隧道拱顶部分受力,适当加强拱顶管片的强度。(2)随着管片拼装的进行,各管片轴力迅速增大,随着盾构进一步推进,管片轴力逐渐趋于稳定,但衬砌不同测点处轴力大小有所不同;隧道结构受力呈现不均匀状态,3个测试断面管片轴力区别较为明显,863环和887环受力相对较大,且管片受力极不均匀,875环受力较小,且受力相对均匀,875环隧道处于弱风化泥沙岩中,而863和887环均处于硬塑状黏土地层中,可见隧道施工中地层条件对隧道轴力影响较为显著。(3)随着推进环数的增加,不同测点处纵向应力先增大再减小,最后趋于稳定。(4)现场试验和数值计算所得管片内力基本接近,数值模拟能够较为真实地反映管片实际受力情况。

小净距机械法竖井施工引起周边地层及支护结构受力变形分析

机械法竖井因其机械化程度高、对地层扰动小等优点得到了广泛的应用。本文以广州某项目机械法竖井工程为例,采用ABAQUS建立数值模型,分析了小净距机械法竖井施工引起的地层变形以及管片内力分布规律。结果表明:地面沉降主要集中在竖井周边,且由于开挖卸荷作用,变形表现为隆起,变形曲线类似于高斯分布曲线;一侧竖井施工时,会引起另一侧竖井周边的地层变形;随着深度增大,管片受力逐渐增大,在管片底部的外侧存在应力集中区域,在管片底部外侧,将会出现应力集中区域。本文结论可为小净距机械法竖井施工提供设计依据,为施工方案的设计提供参考。

类矩形盾构隧道管片施工受力性能数值模拟分析

以宁波轨道交通三号线类矩形盾构段为工程背景,采用PLAXIS 2D有限元软件构建了类矩形盾构隧道管片在施工过程中的数值模型,研究类矩形盾构施工注浆率、隧道埋深和土层条件等参数对地表竖向位移的影响,并给出类矩形盾构管片的结构受力特性。结果表明:提高施工注浆率能降低类矩形盾构施工时所引起的地表沉降;随着埋深增加,盾构隧道施工引起的地表沉降增加,类矩形管片的弯矩增大;针对不同土层的地表沉降量分析,同一埋深时类矩形盾构在粘土中的沉降量比在砂土中小,盾构管片在黏土中的弯矩幅值大于在砂土中的弯矩幅值。

浅谈中风化富水砂岩地层盾构管片上浮受力分析及控制技术

本文主要就盾构区间在中风化富水砂岩地层施工中遇到的管片上浮问题进行数据处理、受力分析和总结,主要针对该问题进行进一步的探索和思考,制定管片上浮控制措施,为类似地质工况条件下盾构施工提供参考。