盾构法隧道管片拼装过程中的衬砌内力解析

传统的盾构隧道管片衬砌设计常常将拼装完成的整环衬砌承受水土等外部荷载作用视为最不利工况,但隧道衬砌均要经历成环前拼装及成环后承受外部荷载作用等两个阶段,每个衬砌环所产生隧道变形又构成了后续衬砌环拼装的先期变形条件。特别是对于超大直径管片隧道或在较为困难的施工条件下,较大的先期变形将对隧道拼装内力产生显著影响。显然这种影响与管片接头构造及施工过程密切相关,不合理的设计与施工可导致管片碎裂、渗水等现象而影响隧道的长期使用与耐久性。针对这种情况,对盾构管片衬砌的整个拼装成环过程进行力学解析,并在计算中创新性地引入环间螺栓孔错位的影响。通过计算实例分析一般变形条件下管片分步拼装成环阶段的基本受力特点,以期可以据此优化盾构隧道衬砌结构与构造设计、管片制作及拼装施工控制等,提高隧道衬砌环的施工质量。

隧道衬砌水压力荷载及内力研究

通过轴对称解析计算和有限元数值计算隧道在不同衬砌渗透系数、不同注浆圈厚度、不同衬砌厚度条件下,衬砌背后的水压力、流量及衬砌内力,分析影响水压力的因素和水压力对衬砌内力的影响,轴对称解析计算和有限元数值计算结果显示水压力和流量十分接近。衬砌不透水时,水压力荷载系数不折减;在控制排水的条件下,调整衬砌渗透系数、注浆半径和衬砌厚度可以改变水压力、流量和衬砌内力。设计时正算水荷载,施工时通过监测流量反算水荷载,对水荷载设计进行检验和修正。

EPS板减载对宽坦式高填黄土明洞衬砌结构内力和厚度的影响分析

为改善宽坦式高填黄土明洞衬砌结构内力,减少衬砌厚度,采用数值模拟方法,研究有无EPS板减载时高填黄土明洞不同位置处衬砌结构内力和厚度随回填土高度的变化规律。结果表明:无EPS板减载时,明洞衬砌结构内力随回填土高度的增加呈线性增长,拱顶至拱肩衬砌厚度呈非线性增长,其余位置呈线性增长;有EPS板减载时,明洞衬砌结构内力和厚度随回填土高度变化规律均与荷载作用下EPS板的应力—应变曲线有关,当EPS板处于塑性阶段时,内力与厚度变化率最大,减载效果最佳,当EPS板进入硬化阶段后,减载效果开始逐渐减弱;明洞的宽高比越大,衬砌结构内力和厚度越大,内力减载量也越大,减载效果越明显。建议针对不同回填土高度、宽高比的宽坦式高填黄土明洞,进行EPS板密度和厚度的优化设计。

基于光纤布拉格光栅传感器的衬砌结构内力监测与分析

为了解施工期隧道衬砌混凝土应变和结构内力大小、分布及其变化,及时发现衬砌早期安全隐患,避免隧道失稳,文章结合工程实际情况,采用波分复用(WDM)技术串联构成线性光纤光栅(FBG)传感器阵列,通过对典型断面二次衬砌应变进行连续监测,获得了大量原始数据;通过绘制时态曲线和内力图,经分析得到二次衬砌混凝土早期应变及结构内力变化规律。实践证明,这种方法能适应隧道恶劣环境,测试精度高,可广泛应用于隧道结构现场测试。

隧道围岩变形及其衬砌内力特征研究

位于土层和岩层交界地层中的隧洞,其力学特性和水文地质条件均发生显著的变化,从而导致塌方或者围岩变形过大等。利用数值计算方法,建立二维有限元模型,对某工程隧洞土、岩接触地层中隧道开挖围岩变形和衬砌受力特性进行分析,并采用不同施工方法进行比较。结果表明,土、岩接触地层中隧道开挖围岩沉降位移场是非对称的,沉降位移最大位置在拱顶30°处,正是需要加强支护的位置;先墙后拱开挖在隧道三种施工方式中围岩最大沉降位移最小,正台阶开挖方法围岩沉降位移最大,留核心土开挖方法介于二者中间。合理的支护方式和开挖方式是土、岩层交界地层中隧洞周边岩体稳定的基本条件。

邻近建筑物对盾构隧道衬砌内力影响分析

依托南昌地铁1号线侧穿某建筑物,利用ABAQUS有限元软件三维建模,分析盾构隧道与建筑物不同间距及隧道不同埋深情况下,建筑物对隧道衬砌内力的影响。结果表明,隧道与建筑物不同间距及隧道埋深不同情况下,衬砌弯矩均在衬砌环向30°和120°及其径向相对点弯矩增长率最大,而衬砌环向60°和150°及其径向相对点呈现负增长率。随间距增大,衬砌弯矩及轴力增长率均逐渐减小,当水平间距达到3.0D时衬砌弯矩及轴力增长率基本趋于0;随埋深增大,衬砌弯矩及轴力增长率均逐渐减小,当埋深达到3.0D时衬砌轴力增长率小于5%。

盾构隧道衬砌内力计算与管片有限元仿真分析

以南京地铁隧道管片衬砌为例，通过分析盾构隧道衬砌的荷载状况，采用荷载-结构法计算整体式均质圆环截面的内力，并且用ANSYS9．0有限元软件对管片衬砌受力与变形情况进行了仿真分析，比较分析得出一些与实际工况相符的结论。

滑坡滑向与轴线正交条件下隧道衬砌内力分析

文章以西宝高速公路唐家塬隧道为工程背景,针对滑坡滑动方向与隧道轴线正交情况下的直墙拱形隧道,根据隧道与滑面的位置关系,探讨分析了作用于隧道衬砌上的滑坡推力大小和方向的影响因素。采用结构力学方法,取隧道全拱结构作为研究对象,得出滑坡滑动方向与隧道轴线正交情况下半圆拱形隧道衬砌内力分布的理论计算方法。结合唐家塬隧道工程,利用理论计算方法得出隧道衬砌的内力分布情况,并采用有限元分析软件对理论计算公式的正确性与合理性进行了验证。结果表明,该方法可作为滑坡滑动方向与隧道轴线正交情况下隧道的衬砌内力计算方法,为隧道衬砌设计与施工提供一定的参考依据。

顶部溶洞对贵阳轨道交通隧道围岩变形及衬砌内力研究分析

在西南山区建设城市轨道交通通常会遇见岩溶灾害问题,身处于喀斯特地质条件下的贵阳城市轨道交通岩溶灾害问题尤为突出。城市轨道交通隧道顶部的隐伏溶洞会给隧道施工和运营造成极大的威胁。本文依托贵阳城市轨道交通1号线为工程背景,利用数值分析软件flac3D研究顶部溶洞在不同尺寸和距离情况对城市轨道交通隧道围岩的顶部沉降位移、水平收敛及衬砌内力的影响。对以后类似区域隧道施工及设计有一定的借鉴意义。

围岩蠕变和同步注浆浆液硬化的盾构斜井衬砌结构内力模拟分析

以鄂尔多斯市的补连塔煤矿#2盾构斜井为工程背景,基于Burgers模型,研究在围岩蠕变和同步注浆浆液硬化作用下考虑接头非线性特性的盾构斜井衬砌结构内力分布,并将内力分析结果分别与考虑围岩蠕变效应及同步注浆浆液硬化效应两种情况进行对比。结果表明:考虑围岩蠕变效应的结构内力极值呈自然对数增长,同步注浆浆液硬化效应可减小斜井衬砌的受力;由于考虑了接头的存在,采用双段折线非线性抗弯刚度的斜井结构内力分布呈现不对称现象。

强降雨条件下管道型隐伏溶洞对隧道衬砌结构影响研究

为探究管道型隐伏溶洞内水压力急剧增加对隧道衬砌结构力学响应特征的影响规律,通过有限差分软件FLAC3D进行数值模拟,对衬砌的受力变化情况和破坏特征进行分析,并开展室内相似模型试验,验证数值模拟结果的有效性。基于此,建立实际拓展工况的计算模型,进一步研究溶洞位置、尺寸及水压力大小对衬砌结构内力的影响特征。结果表明:1)溶洞位于拱顶时,随着溶洞内水头不断增加,衬砌内力和位移均有所增大,且呈“S”形增加,试验工况条件下衬砌发生渗漏水破坏时水压力为1.35 MPa;2)溶洞位于不同位置对衬砌内力分布有一定影响,溶洞位于拱顶时抗水压力能力相对边墙及拱底降低0.3 MPa,位于拱顶时衬砌结构抗水压力能力最小;3)在相同水压力下,随着溶洞尺寸增大,衬砌内力显著增加,溶洞影响范围有所扩大。

深部盾构斜井管片衬砌内力分析

以神华新街煤矿深部盾构斜井为工程背景,运用有限元软件ANSYS,建立管片衬砌-斜井围岩的二维模型,研究了衬砌围岩间两种接触作用和管片衬砌两种接头刚度模拟方式对斜井衬砌受力特性的影响。结果表明:在煤矿盾构斜井计算模型中,由于摩擦系数取值随意性大且计算收敛性差,衬砌围岩之间采用节点位移耦合接触作用更为合理;由于非线性抗弯刚度一般根据管片接头试验取值,计算结果相对合理,管片衬砌应采用非线性接头刚度。

不同型式的双圆盾构衬砌内力分析

采用荷载-结构法计算双圆隧道衬砌结构内力。衬砌结构与周围土体的相互作用通过设置在衬砌全环的外法向链杆来体现。通过程序的迭代计算,合理区分衬砌结构的抗力区、脱离区范围。通过分析可知,左右平行以及上下重叠双圆盾构衬砌结构的抗力区范围明显不同,说明不同型式的衬砌结构与岩土的相互作用关系有很大差异。双圆盾构的中墙所受轴力较大,是整个衬砌结构受力的关键部位。双圆盾构衬砌轴力分布较均匀,且剪力和弯矩值较小,是较为合理的衬砌结构型式。

碎裂结构岩体围岩压力对隧道衬砌内力的影响

文章以乌鲁木齐轨道交通2号线高铁站—华山路区间隧道为工程依托背景,隧道穿越断层带破碎节理发育较好的岩体地层,分析了碎裂结构岩体的基本力学特性,得到了碎裂结构岩体变形破坏的模式,并建立碎裂结构岩体隧道模型,基于离散元的方法,分析不同埋深下,即不同围岩压力下,隧道衬砌内力的变化规律,得出了一些适用于碎裂结构岩体隧道施工的重要结论,以期指导同类工程。

体力理论与边值法相结合的水工高压隧洞衬砌内力计算

文章主要将水工高压隧洞的内水荷载当作体力,然后再结合边值法,并考虑到水工高压隧洞衬砌发生透水并且衬砌与围岩两者脱离后,两者之间的渗透水压,从而制定出针对衬砌内力的计算依据,最后结合实际算例做出说明。从实际得出的结果显示出,采用两者结合的方法计算出的内力明显减少,对于配筋的数量大量减少,更能符合工程的实际需求。

长期浸水对未完工隧洞围岩及衬砌结构的影响

新疆某无压输水隧洞饱和水土体洞段在未完工的情况下被水长时间浸泡,造成围岩二次加速变形,通过浸水前后收敛变形数据反演土体物理力学参数,并对隧洞衬砌结构内力及配筋结果进行对比验算。

衬砌背后空洞影响下隧道结构裂损规律试验研究

衬砌背后空洞的存在严重影响了围岩与衬砌之间的相互作用,极易引起衬砌结构破损并直接影响到运营安全。通过模型试验,系统研究了拱顶与拱肩背后存在双空洞条件下隧道结构裂损演化过程及衬砌结构轴力和弯矩的变化规律。模型试验结果表明:(1)衬砌背后双空洞的存在,严重影响隧道结构的受力状态,易导致衬砌结构承载力不足;(2)拱顶与右拱肩背后存在双空洞条件下衬砌裂缝出现的顺序为:仰拱内表面裂缝→空洞间衬砌内表面裂缝→拱肩空洞右侧衬砌外表面裂缝→拱顶空洞左侧衬砌内表面裂缝→左拱脚衬砌外表面裂缝→右拱腰衬砌外表面裂缝;(3)空洞尺寸变化显著改变了衬砌内力分布,空洞尺寸的增加,引起两空洞间衬砌结构轴力减小而弯矩增大,使两空洞间的衬砌结构破坏程度更严重;(4)衬砌背后空洞的位置及数量对隧道结构裂损过程有较大影响,衬砌背后存在双空洞时衬砌裂缝的传播过程更复杂。研究成果可为衬砌背后多空洞影响下衬砌裂缝病害的防治和修复提供参考。

盾构隧道衬砌结构计算若干问题研究与探讨

研究目的:目前广泛应用的盾构隧道衬砌结构计算方法中,衬砌结构单元长度划分和衬砌单元四周约束弹簧的作用形式比较随意,将地面超载直接施加在衬砌结构上,忽略了地面超载在应力转变过程中的折减,因此需要提出明确的单元长度划分原则与弹簧作用方式,并根据地面超载的作用机理与影响程度,提出相应的理论计算方法。研究结论:(1)衬砌结构单元长度对结构内力计算结果影响不大,但相对精细的衬砌单元有利于得出更加准确的计算结果;(2)可采用水平向与竖向弹簧取代法向与切向弹簧,实现与地勘报告相对应的弹簧参数取值;(3)地面超载可根据松弛土压力或塌落拱高度折减,并提出了相应的荷载折减系数,指出了超载对衬砌内力的影响与其荷载水平正相关;(4)应根据局部超载作用范围及其与隧道间的相对位置关系,以及荷载在地层中的应力扩散角综合确定其对衬砌结构内力的具体影响,提出了不同范围局部超载作用下的衬砌结构附加荷载计算模型;(5)该研究结论可为正确的地下隧道工程结构计算模型与计算理念提供借鉴与指导。

大断面海底隧道二次衬砌结构安全性评价

正在修建的厦门东通道(翔安)海底隧道是我国大陆地区第一条海底公路隧道,主隧道开挖断面达170 m^2,隧道采用钻爆法施工.在海底段穿越了几条破碎带或风化囊槽,最大水深25.7 m,风化囊槽段围岩渗透性好,水压大,隧道拱顶最大静水压力0.68 MPa,为了保证二次衬砌安全,对其进行了现场应力监测。文章通过对现场大量实测数据总结分析,研究了大断面海底隧道二次衬砌的受力特点,为相似条件下海底隧道二次衬砌的设计和施工提供了参考。

地震时隧道衬砌受力敏感性的简化理论分析

为了分析地震区隧道对各影响因素的敏感性,把隧道简化为圆形用拟静力法考虑地震的作用;围岩压力简化为均布,运用结构力学中的力法原理,结合敏感度函数的定义,推导了衬砌的内力(弯矩、轴力、剪力)关于垂直和水平地震作用力、地震作用下增加的孔隙水压力和围岩压力的敏感度函数。并对一工程实例进行了计算。结果表明:衬砌内力对各影响因素的敏感性与各因素数值的大小无关,与衬砌结构形状及侧压力系数有关;并随着侧压力系数的增加敏感性减小,表明浅埋隧道对地震的作用更敏感;衬砌对水平地震作用敏感性最大,并指出了一些最敏感的部位;孔隙水压力的存在有助于改善隧道的受力。