软弱围岩下海底铁路盾构隧道全装配式内部结构列车振动响应研究

采用全装配式内部结构是实现隧道快速施工的重要途径,但在列车振动长期作用下,不同型式的内部结构与拼装方式产生的动力响应差异较大,可能造成内部结构变形或连接节点失效。鉴于此,调研了现有装配式内部结构类型,针对金塘海底隧道提出选用全装配式内部结构方案,对比分析不同内部结构方案(全拼装、部分拼装、全现浇)与不同连接方式(两端固结、一端固结一端水平铰接)下盾构隧道内部结构的列车振动响应,并通过现场实测验证了全装配式内部结构优越性。结果表明:(1)列车交会行驶将引起列车振动下内部结构的位移、加速度、主应力提前且振幅变化,不同部位加速度与主应力差异很大、且会出现激增现象;(2)提出全装配式内部结构两端固结以及非封闭式二衬部分装配式方案。前者在施工速度质量以及结构受力变形上有优势并通过现场情况得到了验证,后者不需要考虑螺栓疲劳失效且在拱顶、拱底沉降上较为优异;(3)结构的受力变形主要受内部结构方案以及接头连接影响,节点的连接方式与刚度将对隧道内部结构在列车振动下的整体性与稳定有较大影响。

列车振动对基底存在空洞的盾构隧道全装配式内部结构的影响

盾构隧道内部结构的全预制化对于提高施工工效、保障建造质量具有重要意义。然而,由于装配构件的连接强度和质量存在差异,在隧底存在注浆空洞时铁路列车通行引起的振动响应将对装配式内部结构的受力和变形造成不利影响。以甬舟铁路金塘海底隧道为背景,提出全拼装内部结构与管片的两种连接方式(两端固接,一端固接一端水平铰接)及非封闭二衬部分拼装式内部结构,并对不同内部结构形式在列车振动下基底空洞对其基底累积沉降及内力的影响进行研究。研究表明:1)基底空洞导致基底累积沉降增大,但全装配式内部结构与管片在两端固接时盾构隧道累积沉降最小,表明内部结构与管片连接的加强能减小列车往复荷载作用下的累积变形;2)基底空洞会造成管片和结构内力的增大,造成该区域衬砌应力集中,阻碍振动能量往管片传递,造成全装配式内部结构的连接螺栓剪力幅值激增,并引起隧道拱底振动能量积聚,使振动的累积响应加剧。