机械法联络通道特殊衬砌环结构的有限元计算分析

随着我国轨道交通建设的规模不断扩大,待建联络通道超7000座。机械法施工联络通道的方案,因安全系数高、地层扰动小、施工速度快等优点逐渐被接受。但相对冷冻法,机械法施工联络通道的设计计算理论研究及工程经验相对滞后。基于此,文章以某机械法联络通道项目为基础,建立联络通道地层-结构有限元分析模型,对特殊衬砌环的强度、裂缝、变形进行分析验算,结果表明,采用Q235B钢管片+C50混凝土管片+C50洞门封堵形成的特殊衬砌环能够满足强度与变形要求,采用该设计能够进行联络通道的安全施工。

隧道透水性衬砌环渗透系数合理取值与工程措施探讨

应用地下深埋隧道渗流场和考虑渗透体积力的弹塑性解,结合某工程实例分析衬砌与围岩渗透系数不同比值对隧道渗流场、渗漏流量、塑性区、位移和衬砌围岩压力等影响规律,探讨透水性衬砌的可行性和合理渗透系数取值。实例分析表明,当衬砌为不透水材料时,洞周围岩中孔隙水压、塑性区、塑性区边缘的位移和衬砌承受的围岩压力均最大;若稍增加衬砌渗透性,则孔隙水压、塑性区、塑性区边缘的位移和衬砌承受的围岩压力迅速减小;随衬砌渗透系数与围岩渗透系数比值的逐渐增大,趋于稳定值。分析结果进一步表明,采用透水性衬砌是可行的,且当衬砌渗透系数与围岩渗透系数比值等于或大于1.0时较为合理。最后,针对洞周环境要求的渗流量以及钢筋混凝土衬砌的耐久性问题提出衬砌环的设计思想,并探讨具体工程措施,以便工程设计参考。

装配式圆形衬砌环结构变形特性试验研究

盾构隧道一般采用预制管片拼装的方式施做衬砌结构。荷载作用下衬砌结构的径向位移及管片间接缝内外侧的张合位移是衡量这类装配式结构变形状态的基本指标。通过圆形拼装衬砌环结构的极限承载试验,获得了衬砌环结构径向位移和接缝张合位移随荷载发展的曲线,分析给出了其关键性能点的荷载、整体变形、径向位移、直径变化率以及接缝张合位移。

管片衬砌环上浮问题控制研究

考虑管片结构质量的重要性,对管片衬砌环上浮问题进行了原因总结和机理分析。以衡阳市合江套隧道工程实例为依托,通过现场监控量测,发现引起管片衬砌环上浮的主要因素为建筑空隙、地层环境、盾构姿态、壁后注浆。通过对管片衬砌环上浮机理分析,推导出了上浮量求值公式,进而求得其上浮速度及上浮速率值。在掌握引发管片衬砌环上浮因素和上浮机理的前提下,提出了相应的施工控制对策,以期为今后类似盾构隧道工程施工提供经验借鉴。

盾构施工衬砌环片中心水平偏差解算

盾构法施工中衬砌环片测量的难点是确定缓和曲线段上环片实测点所在断面的中心坐标,确定中心坐标后就可以计算出该点桩号及偏距以指导盾构姿态的校正;借助于复化辛普生公式和割线法,给出了该问题解算的数学模型,并详细讨论了积分区间等分数n的取值问题。

通用型隧道衬砌环的应用与隧道轴线控制

为了在盾构法隧道施工中更加准确地使用通用型隧道衬砌环,对武汉市轨道交通盾构法隧道目前所使用的衬砌环进行了研究,量化解析了衬砌环特性,介绍了其在隧道轴线控制时的作用和使用方法。

土層性質對潛盾隧道襯砌環片設計之影響

潛盾隧道襯砌係由環片組合而成,因此襯砌環片混凝土強度及厚度對於潛盾隧道安全意義重大。针對土層性質、潛盾隧道埋置深度等因素對於隧道襯砌環片受力之影響進行有限元法數值分析模擬探討,從而歸納建議襯砌環片初步設計時應有之合理厚度及強度,為潛盾隧道設計與施工提供合理之參考依據。

盾构通用衬砌环楔形量计算及应用

本文结合长沙地铁通用衬砌环拼装实例，分析了单环衬砌环不同点位拼装对平曲线、竖曲线所提供的空间转角矢量及楔形量的影响值，希望对拼装时点位选择、盾构姿态调整有一定的意义。

内置让压元件衬砌支护刚度计算方法研究

环向让压衬砌(内置让压元件与喷射混凝土初期支护组合)对于高地应力软岩隧道围岩挤压大变形具有良好的控制能力,然而,目前环向让压衬砌的设计依然存在诸多难点,极大制约了其广泛应用。针对环向让压衬砌的刚度计算方法开展相关研究,根据让压元件的受力-变形特征(荷载作用下表现为弹性-让压-压实3个变形阶段),将环向让压衬砌的刚度变化划分为4个阶段,并通过等效变形原理和均匀化方法处理得到相应阶段环向让压衬砌的刚度计算公式;进一步,通过工程应用和数值模拟,验证本文提出的环向让压衬砌支护刚度计算方法的正确性与可靠性;最后,讨论让压元件不同参数(屈服应力和元件长度)对环向让压衬砌支护效果的影响。让压元件的屈服应力对环向让压衬砌应力路径影响显著,但对衬砌最终压力及位移影响并不大,而让压位移则对最终压力影响较大,并给出了相应的设计建议。研究成果可为高地应力软岩大变形隧道环向让压衬砌的设计提供一定的理论依据。

盾构法隧道钢制大变形衬砌环的设计

本文论述上海污水治理二期工程排放隧道设计中遇到新围筑大堤所引起的隧道沉降,伴随产生的钢筋混凝土衬砌环环缝大变形(弯曲拉伸和剪切错动)以及对策措施。计算工况按先围大堤,隔一年后再进行盾构隧道施工。对隧道纵向沉降曲线的特征分析后,认为隧道的环缝,在大堤下将产生较大的张开和错动。为此,不能按以往惯例设计隧道,遂研制了钢制大变形衬砌环(Steel Flexible Joint Ring),以适应隧道的纵向变形。根据纵向沉降曲线的线型还优化了大变形环的布控位置。

使用整环加载试验图像研究隧道衬砌管片接缝的变化特征

笔者使用图像处理技术,对整环加载下复合材料加固前后衬砌圆环管片间接缝与管片内壁错台的变化过程进行了研究。根据衬砌圆环加载过程中接缝的试验图像,使用灰度特征和形状参数(偏心率、面积等)得到了不同时刻接缝的形状及其特征参数(平均宽度、夹角、中心位移),使用粒子图像测速技术得到了接缝两侧混凝土管片内壁位移与内壁错台特征。结果表明,衬砌圆环加固前,管片接缝特征参数变化从大到小对应位置依次是封顶块与邻接块之间、邻接块与标准块之间、标准块与底块之间,内壁错台位移从大到小对应位置依次是邻接块与标准块之间、封顶块与邻接块之间、标准块与底块之间;衬砌圆环加固后,不同位置接缝特征参数变化幅度都小于加固前,而内壁错台位移值变化幅度小于加固前的是邻接块与标准块之间,加固前后基本不变的是封顶块与邻接块之间,大于加固前的是标准块与底块之间。该研究结果对隧道衬砌破坏机理研究有一定的参考价值。

土的侧向压力对盾构隧道衬砌圆环内力的影响

通过采用荷载结构模式中连续的自由变形圆环法，对某城市地铁区间隧道衬砌圆环内力的计算，发现土的侧向抗力、侧土压力值对内力影响很大，特别是对弯矩的影响，这将对工程造价产生很大影响。提出如将抗力系数取为实验值１／４到１／６，或土压力系数稍高于静止土压力系数，将侧向抗力和侧向土压力综合考虑，内力计算结果将是合理的。

地铁区间隧道线路拟合及衬砌环布置

地铁1号线区间隧道线型复杂,有不同曲率的园曲线;长短不等、曲线方程各异的缓和曲线;还有联络通道位置、区间起迄等里程控制点。在衬砌环布置设计中,如何减少与设计轴线间的拟合误差是提高工程施工质量的重要保证之一。作者为此编制了计算程序,通过逐环对不同型号管片及必要技术措施等的比选,优选最佳排列组合的衬砌布置,有效地控制了隧道轴线偏差。

电液压力闭环控制在衬砌管片环力学性能试验中的应用

为了分析衬砌管片环在地下50米深层的使用情况,开展建立等效力学性能试验的加载机构,试验成功的关键在于液压系统加载压力控制。文中液压系统采用电液压力闭环控制方式,对比输入压力与油缸端压力,利用电子放大器与比例溢流阀对压力进行实时补偿,最终实现压力精准控制。此外,采用组态网对试验数据进行实时跟踪记录。

尖坡村隧道混凝土衬砌裂纹成因分析及处理措施

本文介绍贵阳枢纽高速铁路段尖坡村双线隧道在二衬施工后隧道二次衬砌所产生的裂纹的原因和裂纹所产生的危害,及如何对二次衬砌裂纹进行预防与处理,为以后同类隧道施工裂纹的预防及处理提供一些经验支持。

水工隧洞的预应力衬砌结构的优化设计

本文以某无粘结环锚预应力衬砌结构的排沙洞为例,论述了其存在的问题和原因,最后利用三维有限元分析的方法,在ANSYS软件环境下,介绍了其优化的方法,为同类型的水工隧洞的预应力衬砌结构的优化设计提供了有效参考。

大偏角工况下顶管法联络通道的适应性分析

为分析顶管法联络通道在大偏角工况下的适应性,以某工区顶管法联络通道项目为背景,在偏移夹角为5°的情况下,结合现场实际情况,从特殊衬砌环受力情况和设备局部优化改造方向进行分析。通过研究得到以下结论:1)由于联络通道处特殊衬砌环的拼装误差,会导致掘进机主机轴线与推进轴线偏移夹角出现大于3°、小于7°的情况,影响正常施工;2)通过构建的主隧道有限元模型,静力分析得出在施加最大顶推水平和垂直分力的情况下特殊衬砌环受力满足要求;3)通过对设备的顶推系统、洞内吊装运输系统、拖车平台等进行局部优化改造,突破了顶管法联络通道设备最大偏移夹角3°的限制,消除了特殊衬砌环拼装误差的影响,拓展了顶管法联络通道的适应范围。

基于锚索监测数据的环锚无黏结预应力混凝土衬砌结构可靠性分析

与环锚有黏结预应力混凝土衬砌相比,环锚无黏结预应力混凝土衬砌结构具有许多突出优点,但可靠性问题是制约其得以普遍应用的关键。用于评价环锚无黏结预应力混凝土衬砌结构可靠性的重要参数之一是锚索的应力状态变化情况。基于小浪底排沙洞锚索测力计的长期监测资料,本文对隧洞运行过程中温度和水头变化对锚索应力状态的影响进行了分析,并据此对这种结构形式锚索的可靠性进行了评价。结果表明:温度变化对锚索应力状态具有显著影响,而洞内水头变化的影响则很小。小浪底排沙洞已安全运行10多年,经历了最高设计水头的考验,锚索预应力一直处于比较稳定的状态,表明并未发生无黏结钢绞线的断裂或松弛现象,锚索的锚固状态良好,衬砌结构的可靠性不存在问题。

溶洞对地铁隧道开挖稳定性影响的数值分析

利用岩土工程有限元软件MIDAS/GTS,对深圳轨道交通3号线区间地铁建设中的围岩稳定性进行三维数值分析,探讨了溶洞的不同分布位置、溶洞的尺寸大小及溶洞与隧道间的不同净距对地铁施工过程中围岩稳定性的影响。分析结果表明:上述各种因素对隧道周边围岩的变形、安全系数、土层塑性区和主应力的分布以及隧道衬砌环的弯矩分布等均有较大影响。当隧道拱腰侧面溶洞较大时,施工中应加强溶洞自身稳定的处理,以保安全。研究结果目前已用于实际工程的建设中,且对其他类似区域的盾构隧道施工有参考价值。

车—万过江盾构隧道设计与施工技术措施

结合广州市轨道交通四号线车陂南—万胜围区间过江段地铁盾构隧道设计,介绍了过江区间采用盾构法隧道设计的优点,盾构管片构造型式选定,管片结构分析,防水和施工技术措施,并根据我国国情提出了一些想法和建议。