挤压性地层TBM隧道形变压力计算方法研究

研究目的:目前国内外主要围绕挤压性地层条件下双护盾TBM的设备选型与施工技术进行研究,但是针对管片结构设计方面的研究却较少,尤其是针对管片结构所受围岩压力的研究。为了弥补这方面的研究不足,本文结合TBM隧道施工的时空效应,重点研究双护盾TBM隧道管片在挤压性地层中的形变压力计算方法。研究结论:(1)通过采用遗传蠕变模型,模拟了围岩变形的时序效应,并将其整合到隧道纵向变形曲线中,因此形成了一种考虑时空效应的隧道纵向变形曲线计算方法,通过考虑第一阶段的超前变形量,构建了基于等效开挖洞径的围岩特性曲线公式;(2)利用厚壁圆筒的弹性理论,推导出了管片-豆砾石组合支护的刚度计算公式,同时,建立了临界弹性模量的计算表达式;(3)基于收敛-约束法分析原理,推导出了组合支护力与组合支护位移的公式,进一步形成了管片形变压力的计算方法,最终这一形变压力计算方法的准确性通过实际工程案例得以验证;(4)本研究成果可应用于挤压性地层TBM隧道管片结构的设计。

大直径轨道TBM施工质量控制关键技术研究

隧道掘进机(TBM)施工是现代轨道交通隧道工程中被广泛应用的一种技术,为保证隧道施工的安全性、可靠性和经济性,需要对TBM施工进行全面的质量控制。文章依托重庆轨道交通十五号线二期工程礼学路站—金山寺站区间施工,主要围绕TBM掘进、管片拼装、壁后填充注浆等方面进行研究,提出运用气压掘进模式、管片拼装、同步注浆、二次注浆等控制技术,经实践运用,试掘进期间管片错台、上浮等问题得到有效解决,保证施工质量安全。

TBM豆砾石回填灌浆层性能与密实度对支护效果的影响

双护盾TBM采用预制管片、回填豆砾石和灌浆的方式进行支护施工,豆砾石回填灌浆层的性能和密实度是影响TBM隧洞工作性能的重要指标。以西北某双护盾TBM施工的引水隧洞为工程依托,基于室内试验研究了不同部位豆砾石回填灌浆层的力学性能,并通过数值模拟分析了豆砾石回填灌浆层性能与密实度对支护效果的影响。结果表明:受灌浆密实度不均匀的影响,豆砾石灌浆体的弹性模量和单轴抗压强度存在较大差异;在衬砌与豆砾石不存在脱空状态的条件下,豆砾石回填灌浆层参数取值不同对衬砌受力分布规律影响不大,但衬砌各个部位的应力有所变化;衬砌与豆砾石脱空部位受力状态与不脱空时存在显著差异,在脱空部位管片出现了较为明显的受力情况,部分区域应力超过衬砌混凝土的抗拉强度设计值,衬砌混凝土可能出现裂缝。在隧洞施工中应重点关注衬砌与豆砾石之间结合是否紧密,加强豆砾石回填、灌浆的质量监督。

卡利瓦大坝项目输水隧洞TBM施工管片选型分析

笔者以菲律宾卡利瓦大坝项目输水隧洞TBM施工为例对衬砌管片选型进行探讨,首先通过对比分析常用的三种管片的结构特点及适用性,选出适合该项目特点的隧洞衬砌管片型式即平行四边形管片和六边形管片;然后从设计功能要求、施工速度、成本等方面对平行四边形管片和六边形管片进行综合对比分析,最终选择采用六边形管片。研究成果可为具有洞线长、洞径小、弯段少、内水压力较小等特点的输水隧洞管片选型提供参考。

降低TBM管片涂层附着力合格周期的质量控制要点

在大型水利工程中TBM管片防腐涂层质量越来被重视,管片防腐涂层合格后方可允许出场、安装。防腐涂层附着力合格周期一般为7 d,涂层合格周期较长,导致管片储存场地和施工工期存在不满足要求的风险。基于韩江榕江练江水系连通后续优化工程采取了切实可行的TBM管片涂层施工质量控制措施,降低了涂层附着力合格周期,提高了喷涂质量。

输水隧洞TBM预制管片混凝土配合比优化设计

菲律宾卡利瓦大坝项目输水隧洞具有小断面、长距离、高埋深等特点,处于高地应力、地震区,地质条件复杂,采用双护盾TBM单向施工,管片混凝土强度等级和国内常用管片的相同。笔者分析输水隧洞TBM预制管片混凝土配合比优化的理由,阐述优化设计思路,并根据混凝土原材料性能试验结果,对外加剂掺量、用水量、砂率和总灰量进行优化。结果表明,配合比优化后,每立方米混凝土的胶凝材料用量可减少40 kg,混凝土性能得到一定提高,为预制管片生产提供技术支撑。

高水压TBM隧道管片泄水方案研究

针对某TBM隧道所遇到的大埋深高水头问题,提出了径向注浆堵水、仰拱对称泄水与深孔泄水3种方案,降低管片衬砌所承受的水压力,并借助理论计算与数值模拟手段对3种方案的泄水效果进行了评估,主要结论如下:(1)此种工况下,仅依靠管片与防水密封垫的防护能力不能满足隧道安全性要求;(2)采用径向注浆堵水方案可以有效降低水压。当注浆层厚度大于6 m时满足设计要求。此种方案对围岩的水压力分布没有影响,减小了隧道开挖对围岩应力场的影响,保证了围岩的稳定性;(3)采用仰拱对称泄水方案时,需要在注浆层和管片之间施作一层薄透水层,以便让水能充分汇集到泄水孔位置;(4)采用深孔泄水方案时,每环管片泄水孔数量为6个,并且泄水管超出管片外表面1.2 m时,能够满足管片的泄水要求。此种方案整环管片的降水效果更加均匀,结构安全系数更高。

软弱围岩双护盾TBM施工卡机脱困处理技术

双护盾TBM受自身工法特点制约,在实际应用中遇到不良地质后会造成不同程度的卡机。以南亚某国引水隧洞施工为例,对双护盾TBM在软弱围岩中被卡脱困处理情况进行介绍和分析,提出卡机脱困处理的方法和措施。

TBM隧道管片-豆砾石组合支护特性研究

在满足一定假设的条件下,利用厚壁圆筒弹性应变理论推导了管片-豆砾石组合支护刚度公式,为收敛约束法应用于护盾式TBM管片结构设计提供了理论基础。为了深入研究豆砾石填充层在组合支护中发挥的力学作用,文章定义了豆砾石填充层的应力分担比U_P、变形比U_u和组合支护刚度折减系数K这三个分析指标。通过工程实例及参数分析表明:(1)注浆后的豆砾石填充层不能有效地分担围岩压力,也不能有效地吸收变形,其主要功能是在管片与围岩之间传递围岩压力、传递变形;(2)填充层弹性模量存在一临界弹性模量,能使组合支护刚度性质产生突变;而填充层厚度的增加则具有对组合支护刚度性质进行强化的作用。

TBM隧道管片纵向受力的传递规律

在TBM法施工过程中,千斤顶对盾尾后面的管片衬砌结构有反推力的作用,管片结构外侧的回填层对管片结构产生纵向剪切力作用。文章以神华新街台格庙矿区TBM隧道施工为背景,确定了考虑时间效应的回填层的强度变化全过程,进而确定了不同位置的管片结构的外侧表面受回填层的剪切阻力大小。通过力学分析,得到了千斤顶对管片结构的影响范围和各环管片的纵向压应力及外侧表面纵向剪切应力的分布规律。研究结果表明,从第17环管片结构开始不向后传递反推力,从第1环至第17环管片衬砌结构,相互之间的推力呈非线性减小的规律,侧面的剪切力从第5环至第17环呈线性增长趋势。

隧道TBM施工管片衬砌三维计算模型

基于三维非线性界面元和弹塑性理论 ,建立了隧洞双护盾全断面掘进机 (TBM)施工管片衬砌三维计算模型 .这种界面元法能够进行单元交界面的弹塑性分析而无需设置任何形式的夹层单元 ,同时可以较好地模拟 TBM施工隧洞管片之间螺栓的连接作用及各种软弱面的不连续变形特征 .理论分析和工程算例表明 ,提出的分析模型仿真性强。

双护盾TBM在城市轨道交通中应用的关键技术

为解决双护盾TBM在城市轨道交通中应用出现的频繁过站、小曲线半径施工、下穿风险点等问题,结合青岛地铁2号线的设计和施工情况,对双护盾TBM的适应性、支护形式、不同支护间的接口设计、过站技术方案、管片壁后注浆、下穿建筑和不良地质段等方面进行研究。提出管片衬砌/(锚喷+模筑衬砌)组合衬砌方式,解决了不同支护间的接口设计问题。根据车站工法提出TBM整机曲线过站的技术方案,解决了TBM过站多次拆解、组装、调试以及对车站影响的技术难题。同时研究并解决了TBM小曲线半径施工、管片壁后回填灌浆、下穿建(构)物和不良地质等一系列关键技术。双护盾TBM在青岛地铁的成功应用实现了"高效、安全、环保、经济"的工程建设理念。

TBM管片衬砌受力的有限元分析

讨论了隧道掘进机管片衬砌的受力和各种载荷的计算方法,利用有限元分析建立其力学模型,并通过计算,证明了管片衬砌的强度是足够的。

TBM隧洞管片衬砌内力分析的梁-弹簧-接触模型研究

针对内水压力作用下TBM隧洞管片衬砌受力问题,建立了衬砌管片内力分析的梁-弹簧-接触计算模型,以梁单元模拟管片,以管片环向接头处的轴向、转动弹簧单元模拟相邻管片间的连接作用,以纵向管片间的轴向弹簧单元模拟管片环间的相互作用,以点-点接触单元模拟围岩对衬砌的约束与支撑作用。依据管片衬砌与围岩间的变形协调条件,推导了弹簧和接触单元的刚度计算公式,结合工程实例进行了管片衬砌内力分析,结果较好地反映了衬砌管片的作用效果,以及衬砌与围岩的联合承载特性;对比分析了实体管片模型的计算结果,进一步证明了梁-弹簧-接触模型的适用性。

输水隧洞软岩段TBM掘进挤压大变形与支护受力分析

隧洞软岩大变形严重威胁到TBM安全运行,软弱围岩的变形具有明显的蠕变特性。针对某深埋输水隧洞软岩TBM掘进洞段的围岩变形和支护结构安全展开分析和评价,研究高应力条件下软岩的蠕变特性,比较不同支护方式管片结构的受力状态。研究表明:软岩洞段TBM掘进采取大断面扩挖和管片+豆砾石层+聚乙烯泡沫板缓冲层支护,缓冲层的施加明显改善管片的受力状态,有效地提高了管片结构的安全裕度。建议在类似的深埋软岩隧洞工程中,开展有针对性的岩体流变试验和变形监测,选取合适扩挖断面尺寸和支护方式,给围岩变形预留足够空间,为TBM的顺利掘进提供可靠的作业条件。研究成果为保障隧洞顺利掘进提供了技术支持,也可为其他同类超长深埋隧洞的修建提供参考。

TBM管片环在盾构推进时的有限元分析

讨论了隧道掘进机管片环在盾构推进时的受力分析;利用有限元分析建立其力学模型,并通过计算,论证了管片环在盾构推进时的强度足够。

地质条件不确定性下TBM管片结构失事概率计算

不良地质条件是影响TBM施工隧洞管片结构安全的重要因素。综合考虑围岩地质条件和衬砌结构的不确定性,提出了一种定量分析TBM管片结构失事概率的新方法。在基于Markov过程估计隧洞沿程地质岩性变化概率的基础上,建立了隧洞任意位置处管片选型不匹配的概率模型;考虑围岩和管片参数的不确定性,采用随机有限元方法计算某一类型管片在不同围岩下的失事概率;由此,采用全概率公式,可计算隧洞沿程任意位置处管片结构的失事概率。结合实际工程,针对施工期工况,确定了该隧洞管片沿程的失事概率、最大失事概率及其所对应的位置等,为管片选型、优化设计及TBM施工期的风险防范提供了依据。

TBM盾构工程管片装配时的有限元分析

这里阐述了隧道用管片衬砌结构尺寸的基本参数及设计要求,对TBM衬砌管片在管片拼装机械提升过程中的受力及滑动进行了有限元分析,以确定保证管片在装配过程中的定位精度。

全断面掘进机(TBM)后配套系统衬砌吊机液压系统设计

本文先介绍了全断面掘进机后配套系统衬砌吊机的工作原理 ,然后详细阐述其液压系统设计的原理。通过对电液比例多路阀进行负载敏感控制 ,实现泵和负载之间的功率匹配 。

厄瓜多尔CCS水电站TBM引水隧洞左右通用型管片的设计与实践

输水隧洞工程利用TBM掘进管片衬砌,可大大提高施工进度,提前产生效益,从而节约投资,管片的选型与设计对于工程成败至关重要,有必要对其进行深入分析研究。结合厄瓜多尔Coca-Codo Sinclair水电站TBM输水隧洞设计工程实例,对管片的型式选择及细部设计进行深入分析与探讨,实践证明:左右通用型管片方便转弯与纠偏,可提高管片的安装质量与TBM的掘进速度。