带接头盒矩形盾构接头正向抗弯三维有限元分析

大弯矩小轴力的内力工况对大断面矩形盾构管片接头的构造设计提出了挑战。接头盒作为一种接头预埋件,其合理设计以及与混凝土共同受力机理值得研究。在梁-弹簧模型中接头抗弯转动弹簧刚度值具有明显的非线性,目前主要依靠足尺管片接头力学试验获取。鉴于数值模拟容易开展,同时基于某大断面盾构管片接头足尺抗弯力学试验数据,文章采用ABAQUS大型有限元软件建立了带有接头盒矩形盾构管片纵缝接头的三维精细化计算模型。针对这类带有接头盒的大断面盾构管片接头,重点考查在正弯矩工况下接头构造设计的合理性,研究轴力对接头正向抗弯性能的影响,分析接头的破坏形态。结果表明,正弯矩工况下接头的弯矩-转角全过程曲线可以简化为三折线模型;在一定范围内,轴力的施加可有效推迟管片接头进入塑性以及破坏阶段,而对各阶段抗弯刚度的数值影响并不明显。

我国隧道及地下工程近两年的发展与展望

总结我国隧道及地下工程近两年的发展情况。1)铁路、公路、地铁、水工等主要领域的隧道总数和总长度快速增长。2)重难点隧道及地下工程建设进展顺利:青藏铁路关角隧道、兰新高铁祁连山隧道、兰渝铁路木寨岭隧道、烟台地下水封LPG洞库、渝黔高铁天坪隧道等相继完工;港珠澳大桥沉管隧道、引松供水隧洞、引汉济渭输水隧洞、武汉三阳路长江隧道、大瑞铁路高黎贡山隧道、京张高铁八达岭地下车站、惠州地下水封油库、湛江地下水封油库、珠海横琴地下综合管廊等在如期建设中。3)特长山岭隧道建设技术、软岩隧道大变形控制技术、高瓦斯隧道建设技术、岩爆隧道建设技术、大断面矩形顶管及矩形盾构设计与应用技术、隧道机械化施工水平等方面取得了进一步的突破。我国隧道及地下工程修建技术整体处于国际先进水平。国家新型城镇化建设、新一轮西部大开发、"一带一路"、海绵城市、城市地下综合管廊、城市轨道交通、京津冀协同发展、长江经济带、珠三角经济区等战略规划,为我国隧道及地下工程领域技术发展带来了前所未有的契机。最后,基于隧道及地下工程发展方向,指出超长隧道技术,高地应力软岩大变形控制技术,高水压、大断面水下隧道建设技术,高地温、高地热隧道建设技术,高地震烈度与构造活跃带的隧道建设技术,隧道运营维护管理技术,新材料研发与应用的开发等是今后需要深入研究的关键课题。

超大矩形断面浅覆土盾构顶管施工风险识别及风险评估

超大断面、超小净距、多孔矩形浅覆土盾构顶管施工风险包括设备风险、进出洞风险、掘进风险和环境风险等。采用R=P×C定级和模糊综合评价相结合的方法,对各风险的风险源进行排序和评价,可得设备风险、进出洞风险、掘进风险的风险等级为高度,环境风险的风险等级为中度。并以此采取相应地控制措施,对残余风险等级进行相应评价,将风险分析与合理对策相结合,提出预防或降低风险的措施。研究结果对工程建设单位和相关部门的决策提供科学、系统、综合、实用的依据,实现安全、经济、高效的管理目标。

类矩形盾构施工中的SPH流体动力学应用探索

切削改良排土和盾尾同步注浆是盾构隧道掘进中与地层直接交互且不可见的2个施工环节,其相对其他内部可见工序具有更大的不确定性和风险性,且这类施工步骤中控制参数的选取决定着盾构对周围环境的影响程度。当前,较多基于网格的方法已经广泛地应用在盾构施工的各种静态、准静态或动态模拟中,但其固有缺陷阻碍了数值分析的进一步精细化研究。文章结合国内首个类矩形盾构隧道工程实例,引入一种无网格方法——光滑粒子流体动力学(SPH)来分析盾构施工中改良土体和浆液材料对象的极大变形特征及其施工动态效应,通过数值方法对比、运动机理分析以及部分算法的针对性改进,对这两种工艺中流(塑)体的大变形实时仿真和细观分析进行了创新性的应用探索,得到了部分具有指导性的结论和建议。

大断面类矩形盾构隧道管片接头极限抗剪切承载力试验研究

类矩形盾构隧道具有断面利用率大、覆土浅、施工成本低等优点,在城市高密度区域具有广泛的应用前景。相较于广泛使用的圆形隧道,类矩形隧道由于自身成拱效应较差,隧道肩部接头结构易产生较大的剪切荷载,有必要对接头的剪切性能进行研究。文章以某大断面类矩形盾构隧道为原型,以混凝土管片接头为试验对象,采用足尺试验方法对其抗剪切性能进行研究,归纳宏观破坏现象,获得了剪轴比(接头剪力/轴力)-相对错台量关系等整体力学响应特性,得到了剪力-螺栓应变曲线和剪力-混凝土表面应变等局部力学响应特性,并引入数字照相分析技术(DIC)对接头结构的开裂破坏全过程进行记录,分析剪切裂缝的扩展规律,最后对结构的抗剪承载性能进行评价。基于试验数据总结了管片错台随剪轴比的"四阶段"变化规律:克服摩擦阶段(剪轴比小于0.4)、间隙闭合阶段(剪轴比为0.4~0.75)、抗剪强化阶段(剪轴比为0.75~2.76)、屈服破坏阶段(剪轴比大于2.76)。试验结果表明,剪切荷载作用下该断面形式的大断面类矩形盾构隧道接头抗剪切屈服剪轴比为2.76,具有较好的抗剪切承载性能。研究成果可以为类似类矩形盾构隧道工程提供理论支撑和技术参考。

11.83 m×7.27 m级超大断面类矩形盾构研发

结合宁波市轨交3号线的建设需要,根据隧道施工断面形状自主研发设计了11.83m×7.27m类矩形盾构。该类矩形盾构结构尺寸远超同类设备,刀盘布置方式具有2个同一工作平面相交X型大刀盘加中心偏心多轴刀盘组合式全断面切削、带立柱拼装功能的多自由度矩形盾构管片拼装系统等特点,文章就其盾构的结构及其功能进行了论述和分析。

特大断面矩形隧道掘进机关键系统设计与应用——结合嘉兴市长水路下穿南湖大道项目

为解决3车道矩形隧道机械化施工难题,对15 m级特大断面矩形掘进机关键系统展开研究。针对特大矩形断面开挖难题,构建组合刀盘分布设计数学模型及其低扰动控制策略,研制出特大断面矩形掘进机低扰动开挖系统;基于驱动转矩数据回归分析,提出引入重叠率的组合刀盘驱动转矩计算方法;为解决盾体超重带来的施工顶进栽头问题,采用基于敏感度的有限元设计方法,实现特大断面盾体轻量化设计;针对大跨度断面土舱压力控制难题,开发出多螺旋输送机协同控制系统及适用于大跨度的主机姿态控制策略,解决特大断面矩形顶管施工姿态及沉降控制等施工难题。同时,针对应用过程中的出渣及管节对中等问题,提出相应的整改方案,最终实现特大断面矩形掘进机的研制及成功应用。

大断面矩形盾构开舱处理障碍物技术

为解决矩形盾构掘进过程中不明地下障碍物导致的刀具脱落、螺旋输送机阻塞、刀盘卡顿及刀盘无法启动等问题,对大断面矩形盾构开舱处理障碍物的施工技术进行总结。主要结论如下:1)带压进入土舱查明掌子面稳定情况后,常压开舱成功移除导致刀盘无法启动的孤石以及土舱内废弃的铁管;2)浅埋矩形盾构施工前,尽量在盾构到达前清除隧道范围内的障碍物,以避免后期处理的重大工程风险与经济损失;3)盾构掘进前,应充分考虑掘进过程中可能遇到地下障碍物的风险及应对措施,尽可能地配置满足条件的进舱带压作业班组,并准备相应的带压进舱设备等。

大型矩形盾构近距离穿越管线影响研究

上海临空园区地块地下连接通道采用超大断面矩形盾构机,近距离下穿大直径管道。工程是国内首条矩形盾构隧道的实践,具有施工工艺新、穿越距离近、覆土浅等特点。针对工程的特点,从隧道的设计和施工等方面进行了分析论述,提出了针对性的措施,并对矩形盾构推进过程中的管道变形情况进行了实时监测。结果表明,超大矩形盾构近距离穿越管线是切实可行的,在实施中采取的一系列措施是积极有效的。