公路隧道箱型预制仰拱变形破坏的模型试验研究

基于自主设计的新型箱型预制仰拱结构,采用室内物理模型试验,结合数字照相量测技术,研究该箱型预制仰拱的力学特性及破坏模式,通过数值模拟研究实际工况中衬砌与仰拱共同作用的受力规律.结果表明:竖向荷载作用下产生的拉张效应是预制仰拱裂纹产生及发展的主要原因,水平压力对预制仰拱的裂纹发展作用不明显.预制块接缝处以及各个预制块中柱转角处是预制仰拱结构的最薄弱部位,接缝处和转角处影响预制仰拱结构的安全.预制仰拱位移变化关于中轴部位呈对称分布,位移由大到小依次为中间预制块、左1预制块、左2预制块、左3预制块.箱型预制仰拱破坏可以分为加载压密、弹塑性变形和塑性破坏3个阶段.当仰拱与衬砌共同作用时,仰拱的上部主要承受拉应力,仰拱的下部主要承受压应力.试验结果表明,所设计仰拱结构具有良好的受力性能.

公路隧道新型预制仰拱接头力学特性数值模拟

为了提高公路隧道工程质量,加快施工速度,降低材料消耗和工程建设成本以及改善施工环境,提出了一种公路隧道新型预制仰拱结构。以甘肃省某公路隧道为具体工程背景,利用ABAQUS有限元数值模拟软件对管片和螺栓进行精细化建模,建立了预制仰拱结构三维有限元模型。考虑不同强度等级螺栓、螺栓预紧力、承受荷载等影响因素,研究新型预制仰拱结构接头的力学特性。分析了预应力对新型预制仰拱接头力学性能的影响、不同荷载条件下不同强度等级螺栓的应力应变规律以及螺栓与新型预制仰拱的破坏形式。结果表明:螺栓预应力对预制仰拱接头的力学性能有较大影响,施加螺栓预应力可以有效增加接头承受正弯矩的能力;高强螺栓的最大应力和应变随施加预应力的增大而增大,受到螺栓混凝土保护层厚度的影响,上部螺栓的最大应力和应变普遍小于下部螺栓;随着荷载增大,部分螺栓会产生局部损伤,但未出现整体破坏;在承受较大荷载时,螺栓等级越高,最大应力越大,最大应变越小,螺栓混凝土保护层厚度对螺栓最大应力和应变的影响越明显;预制仰拱结构下部螺栓易破坏部位为螺杆与螺帽连接处,上部螺栓易破坏部位为螺杆,混凝土接头易破坏部位为接缝处和结构转角处,并且中间预制块较两边预制块更容易破坏。

预制仰拱边箱涵吊机设计及应用研究

京张高铁清华园隧道是国内第一座采用仰拱预制拼装技术的大直径高铁盾构隧道。为快速实现边箱涵对位安装,研发一种预制仰拱边箱涵快速拼装吊机。边箱涵吊机能够满足隧道内限界要求,前后支腿采用高低腿形式,前部走行支腿在隧道管片弧面上行走,同时在前支腿上设置横向导向机构,保证吊机走行方向,后部走行支腿走行在后部边箱涵。为防止吊机前进时,后部走行支腿出现走空危险,在低腿上设置防走空装置。整机配属“U”型吊具,能够适应边箱涵结构的倒运和对位安装。实践表明,边箱涵吊机能够快速完成边箱涵的对位安装,使边箱涵和中箱涵及时拼接成型,极大地提高了仰拱施工效率。

柳梁隧道预制仰拱的设计方案

传统的隧道仰拱衬砌,施工采用现场人工绑扎钢筋和模板现浇混凝土的方式进行,受到模板缺乏设计制作规范标准、现场施工养护环境较差等因素的制约,仰拱衬砌结构施工多存在结构不密实、强度与外观质量差等问题;且传统施工工序繁多,对熟练工人要求高,往往会造成施工速度慢、结构无法及时承载、材料和人工成本高昂等问题。本次调查的主要目的是通过预制仰拱提高隧道施工进度,提早闭环确保二衬结构安全稳定,为后续施工提供便利条件。

预制装配式仰拱与衬砌接头直剪试验研究

装配式结构具有成本低、工期短和绿色施工等优点,因此中国正在大力推动装配式技术的应用.装配式技术应用于高速公路隧道建设中时,预制装配式仰拱与现浇衬砌接头处存在较大的安全隐患,容易发生剪切破坏.为了探究该类装配式结构接头处直剪受力状态下的抗剪力学性能,以接头的界面植筋率、界面尺寸和界面处理方式作为变化参数,设计并制作了21个“Z”字形试件开展直剪试验,观测了试件失效的全部过程以及破坏形态,获取了试件的剪切-滑移曲线,系统地分析了接头直剪力学性能的变化规律.结果表明:试件破坏分为植筋剪断和混凝土失效两种破坏形态;随着界面植筋率增加,试件极限抗剪承载力、延性和抵抗界面损伤演化的能力均随之提升;界面植筋率由0.7%增至1.1%时,极限抗剪承载力提升最大为66.4%;界面凿毛处理后试件的抗剪性能更优,其延性提升最大为41.5%;界面植筋率相同时,随着界面尺寸的增大,抗剪承载力随之提升,最大提升64.8%;试件抗剪性能存在一定的尺寸效应,界面尺寸较小试件的抗剪承载力随界面植筋率增加而提升的效果不显著.最后根据相关规范计算方法,基于试验结果和拓展的剪切-摩擦理论,提出了改进的预制装配式仰拱与现浇衬砌接头的抗剪承载力计算公式,计算值与试验值吻合度良好.

隧道装配式预制仰拱结构选型研究

对钻爆法隧道装配式预制仰拱结构选型设计进行研究。对比3类8种断面仰拱的力学性能,初步选择减重较多、力学性能较合理的3种断面并进行有限元分析。通过对整体模型和预制仰拱单块模型的对比研究,得出预制仰拱在施工机械荷载下的强度及稳定性。结合计算结果提出最优断面型式,采用该断面型式的仰拱预制块相较于原设计,重量减少8.78 t,减少百分比43.9%,按承载力及正常使用极限状态设计均能满足要求。对其经济性进行分析对比,UHPC混凝土材料费用与原设计基本持平,当预制仰拱采用15 cm厚的UHPC板时,应力集中明显减少,塑性区域也较为合理和安全,可以作为预制仰拱的推荐型式。

单线铁路隧道预制装配式仰拱方案探讨

为解决隧道现浇仰拱受施工环境、人为等因素影响导致的质量问题,提出矿山法(钻爆法)施工采用装配式仰拱的结构方案。预制仰拱结构采用工厂化生产、养护,现场安装,质量更加可控,且能有效降低洞内作业量。在对装配式仰拱3种方案进行对比分析的基础上,进行相关计算,得到如下结论:(1)采用装配式仰拱结构方案,可以满足结构受力和变形要求,鱼腹式预制仰拱结构方案相比板式结构,有效降低结构内力,受力更加有利;(2)采用鱼腹式预制仰拱结构方案,将仰拱与仰拱填充一体化考虑,大大减少仰拱现浇作业,降低洞内工作量,减少对围岩的影响,实现了绿色施工;(3)预制仰拱方案通过设置孔洞减轻质量,降低了造价;(4)提出了预制仰拱拼装的施工工序,可为工程实际应用提供参考。

高速公路隧道敞开式TBM仰拱块预制工艺改进研究

天山胜利隧道全长22.13km,为世界最长高速公路隧道。隧道采用“3洞+4竖井”方案,其中双主洞采用钻爆法,中导洞采用敞开式TBM法施工,在国内高速公路首次应用。为了确保天山胜利隧道中导洞敞开式TBM快速掘进,仰拱施工采用预制施工工艺。本工程结合隧道预制仰拱块设计特点,为降低仰拱块的单位重量以及增大中导洞排水量,仰拱设计采用三腔空腹式预制仰拱块结构,仰拱块采用正向预制方案,其结构形式为国内TBM仰拱块首创。文章系统介绍了乌尉高速天山胜利隧道仰拱预制块的结构、生产及养护施工,通过使用三腔空腹薄壁式可以有效控制预制仰拱块结构尺寸,同时减少预制块的重量;采用正向预制工艺,改进预制仰拱块芯模工艺、优化混凝土布料顺序及混凝土振捣方法等,提高了预制仰拱块的生产效率和质量,实现了低投入、高质量、快节奏连续生产施工,对类似工程具有一定的借鉴意义。

公路隧道鱼腹式预制拼装仰拱施工技术

鱼腹式预制仰拱为箱形中空结构形式,将仰拱和仰拱填充层相结合,能在满足结构受力基础上,减少混凝土用量,其采用定型钢模板在场外进行分节段预制,通过多自由度预制仰拱拼装机在现场拼装,并用螺栓进行节段连接,接缝设置缓冲衬垫和橡胶止水带,能确保预制拼装仰拱的整体施工质量。文中以实际工程为例,介绍了鱼腹式预制拼装仰拱施工技术及其应用,可为公路推广使用预制仰拱技术提供参考。