基于修正Loganathan公式的非水平布置双线平行盾构隧道施工引起土体位移计算方法

[目的]为研究双线平行盾构隧道非水平布置方式下,由施工引起的周围土体位移规律,提出一种基于修正Loganathan公式的土体位移计算方法。[方法]介绍了Loganathan公式及相关假设;考虑盾构隧道开挖扰动引起的地层损失、土体卸荷回弹和土体损失率沿掘进路径变化的综合影响,修正Loganathan公式并建立单线盾构隧道周围土体位移解;建立双线平行盾构隧道非水平布置方式下,由施工引起的土体位移计算方法;通过实际工程的现场监测和数值模拟结果,验证所提计算方法的工程适用性。[结果及结论]所提计算方法能够考虑隧道轴心连线与水平面夹角、双线隧道半径、隧道轴心间距、双线隧道埋深等双线隧道布置因素,以及隧道盾构施工扰动造成的地层损失、土体卸荷回弹和土体损失率沿掘进路径变化等施工因素对土体位移的影响。地面沉降及土体水平位移的理论计算结果同现场监测结果和数值模拟结果之间的平均误差分别为5.6%、0.6%和5.5%、5.3%,均满足工程经验规定的20%的精度要求,说明所提计算方法能够有效解决双线平行盾构隧道非水平布置方式下施工引起的土体位移计算问题,具有良好的工程适用性。

盾构机管片拼装微调机构动力学分析

为了研究拼管作业时盾构机管片拼装微调机构驱动油缸的推力,分析了微调机构在偏转和俯仰运动下的动力学特性。首先,对简化的管片拼装微调机构平台角度与驱动油缸行程的关系进行研究,并利用Matlab Simscape模块对机构进行建模仿真,得到指定运动轨迹下2个驱动油缸的驱动力;接着,利用ADAMS(automatic dynamic analysis of mechanical systems)对机构进行动力学仿真,验证所搭建模型的正确性;最后,利用ADAMS对机构进行带载工况下的动力学仿真,得到2个油缸的最大推力。结果表明,管片拼装微调机构在以幅值为0.035 rad、角频率为1 rad·s-1的正弦函数进行俯仰和偏转运动时2个油缸的最大推力分别为8998.47 N和6390.48 N。

软土地层双线隧道地表沉降计算公式修正

由于双线隧道存在复杂的耦合作用,盾构施工引起的地表沉降规律极为复杂,所以准确计算地表沉降较为困难。基于Peck公式和Chapman修正参数,考虑先行隧道的施工影响和双线隧道的相对位置关系,通过参数的经验量化,建立双线隧道地表沉降的计算公式。此外,依托苏州市轨道交通S1号线工程,讨论公式在不同土层中的适用性及参数取值范围,在此基础上采用PLAXIS 3D有限元软件对双线隧道盾构施工进行了数值模拟。结果表明:在软土地层中进行盾构施工,应用所建修正公式计算得到的地表沉降值与数值模拟和现场实测结果均较为吻合。所建修正公式考虑了双线隧道的位置信息,可以定量反映隧道埋深和双线隧道间距对地表沉降的影响。研究成果可为软土地区双线隧道盾构施工沉降计算提供参考。

三线盾构隧道渐次掘进扰动影响分析

对于三线并行盾构隧道,后行隧道多次侧穿会对已建先行隧道造成扰动影响.基于Mindlin解,采用两阶段分析法,得到了先行隧道在两次盾构平行跨越下的水平附加位移解析解.与国家科学中心核心创新项目上海硬X射线三线并行盾构隧道现场监测数据进行对比,验证了方法的有效性.对三线隧道水平净距、结构纵向刚度、地层损失率及地层剪切模量进行了影响因素参数分析,研究结果表明:先行隧道在后行隧道平行跨越关键断面下产生的水平附加位移峰值与并行隧道水平距离、隧道结构纵向刚度、地层剪切模量成反比,与地层损失率成正比.研究成果可为合理预测后行隧道侧穿施工对已建先行隧道的影响提供一定的理论依据.

超小净距并行盾构隧道施工安全控制技术研究

为解决超小净距并行盾构施工安全掘进的技术难题,依托苏州地铁7号线枫红区间隧道工程,针对其超小净距交互影响问题,创新采用了“MJS咬合隔离墙+洞内径向深孔注浆+先隧道同步支顶+后行盾外克泥效注浆”的小净距并行盾构施工新型保护体系;自主研发了具有伺服精准控制、自动行走、大角度爬坡、小曲线转弯功能的同步平衡支顶系统;对外部荷载、夹层土水平位移、管片收敛、管线沉降进行监测分析,并揭示了不同条件下并行穿越附加荷载、夹层土水平位移变化规律及影响范围。最终实现了超小净距并行盾构施工安全控制。

平行双基坑同步开挖引起邻近地铁盾构隧道变形监测分析

[目的]双基坑同步开挖会对邻近地铁盾构隧道造成影响。为了保障邻近盾构隧道的稳定性,需对平行双基坑同步开挖引起的邻近盾构隧道的变形规律进行监测分析。[方法]以杭州地铁6号线江汉路站为工程背景,基于隧道竖向位移、水平位移及收敛变形等现场监测数据,分析平行双基坑同步开挖对邻近盾构隧道的影响,探究施工风险节点。[结果及结论]基坑长边效应及其卸载应力集中导致基坑中部的隧道水平位移较两侧都大,先开挖区土体的扰动随着后开挖基坑的施工逐步叠加,使得隧道最大水平位移发生在基坑的后开挖区;隧道竖向位移曲线由于双基坑同步开挖、架设支撑、浇筑坑底,而形成两处波峰、一处波谷的特征;在邻近基坑偏心卸载作用下,隧道横截面收敛变形呈横鸭蛋形;双基坑平行于盾构隧道同步开挖,产生叠加效应,进一步加剧隧道的变形发展;基坑分区、分层的开挖方式能较好地利用时空效应,减少基坑的暴露时间,有效限制坑底土体的回弹,大大减小土体的隆起。合理采取分区分层、限时开挖,及时架设支撑,以及浇筑钢筋混凝土基础底板等措施,可以有效减小双基坑开挖对邻近盾构隧道的影响。

高功率Tesla变压器次级绝缘结构电场分析与设计

高功率Tesla变压器在脉冲功率技术领域应用广泛,但其次级线圈处于非均匀电场中,线圈匝间电压分布不均,容易导致匝间绝缘击穿。文中设计了一台双磁心Tesla变压器,利用有限元法建立次级线圈的电场仿真模型,分析其匝间的电场分布情况。针对匝间电压分布不均问题,提出次级线圈首尾两端双线并绕及增加屏蔽环来改善电场分布的措施,使最大场强小于微小油间隙的击穿场强,确保变压器次级线圈的绝缘安全。通过仿真分析发现首尾两端并绕可改善电场分布,但并绕匝数不宜过多。高压端增加屏蔽环后,场强分布更加均匀,最大场强下降62.9%,且最大场强远低于脉冲条件下的油间隙击穿场强,能够满足绝缘设计要求。

平行盾构掘进对先行盾构隧道结构影响研究

为探明平行盾构掘进对先行盾构隧道结构的影响,基于有限元分析,探讨先主线后匝道、先匝道后主线两种不同的施工工况,研究后行隧道地层损失率对先行隧道结构的影响。结果表明,后行隧道对先行隧道结构内力和变形的影响与后行隧道地层损失率基本呈线性关系;先开挖主线隧道再开挖两侧匝道的工况,匝道地层损失率的变化对主线隧道结构变形的影响程度明显小于先开挖匝道后开挖主线隧道的工况。综合对比两种工况,得出先开挖主线隧道后开挖匝道的施工方式相对合理。

复杂环境下矩型顶管设计全过程关键技术总结

太原地铁2号线长风街站矩型顶管过街通道工程具有以下特点,顶进距离较长、地层敏感且富水、下穿城市高架桥同时近距离并行上跨既有盾构区间隧道。依托该工程,该文对复杂环境下矩型顶管通道全过程设计要点、关键技术措施、工程影响评价进行分析和总结。工程实践证明在做好这些设计要点、关键技术措施的前提下,该种复杂环境条件下设计采用顶管工法是安全可靠的,具有很大的社会经济效益。

冻结加固技术在类矩形盾构洞门中的应用研究

文章以某轨道交通线郑州东站冷冻加固类矩形盾构进、出洞土体为背景,介绍了冷冻法在进、出洞施工中的应用,包括方案设计、难点布置,冻结施工部署、工艺技术及解除冻结相关要求。该技术解决了类矩形盾构短距离同时始发和接收、近距离运营线路施工及洞门土体水平加固的难题,为类似工程提供了参考和借鉴。

复合地层中双线隧道引起的土体位移预测

为研究双线平行隧道穿越上软下硬地层引起的地表及深层土体位移规律,根据复合地层开挖特点,基于Mindlin解和随机介质理论推导了双线隧道施工引起的土体竖向位移计算公式,结合工程实测数据进行了可靠性验证。结果表明计算结果与实测数据变化规律相类似,土体损失是引发地层沉降的主要因素,且随着土体深度的增加,沉降槽宽度减小,中心沉降值增大,单双线工况下沉降曲线分别为V形和W形;随着开挖间距减小,土体总体沉降量将会增大。研究可为复合地层中双线隧道掘进引起的土体竖向位移预测提供参考。

Basic solutions of multiple parallel symmetric mode-III cracks in functionally graded piezoelectric/piezomagnetic material plane

The Schmidt method is adopted to investigate the fracture problem of multiple parallel symmetric and permeable finite length mode-III cracks in a functionally graded piezoelectric/piezomagnetic material plane. This problem is formulated into dual integral equations, in which the unknown variables are the displacement jumps across the crack surfaces. In order to obtain the dual integral equations, the displacement jumps across the crack surfaces are directly expanded as a series of Jacobi polynomials. The results show that the stress, the electric displacement, and the magnetic flux intensity factors of cracks depend on the crack length, the functionally graded parameter, and the distance among the multiple parallel cracks. The crack shielding effect is also obviously presented in a functionally graded piezoelectric/piezomagnetic material plane with mul- tiple parallel symmetric mode-III cracks.

大直径盾构隧道平行近接施工影响分析

目的:新建隧道近接施工会对周围土体产生扰动,引起地层发生位移及应力重分布,为既有隧道带来一定的安全风险。为了合理控制新建隧道近接施工对既有隧道的影响,有必要对隧道近接施工影响进行研究。方法:以海太长江隧道工程为例,分析后建铁路隧道平行近接施工对先建公路隧道的影响;建立三维隧道仿真模型,对先建公路隧道结构进行力学响应分析;研究不同施工净距下,平行近接施工引起的先建公路隧道结构变形和应力变化规律。结果及结论:①后建铁路隧道施工对先建公路隧道产生了侧向挤压作用;铁路隧道开挖对公路隧道的水平变形影响较竖向变形更为明显;铁路隧道开挖后,公路隧道的拱顶沉降、竖向、水平及收敛变形均有所减小,隧道整体发生背离后建隧道的刚体位移;铁路隧道开挖后,公路隧道的管片应力、钢筋应力及螺栓应力均有所减小。②不同施工净距下,铁路隧道施工对先建公路隧道受力变形性能的影响规律基本一致;随着施工净距的增大,铁路隧道开挖对公路隧道的影响程度逐渐减小,公路隧道变形及应力变化的幅值基本呈减小趋势。

超大直径盾构隧道穿越并列布置建筑群影响分析

以上海市超大直径盾构隧道北横通道下穿建筑群工程为研究背景,采用数值模拟和现场监测相结合的方法,对隧道穿越过程中建筑沉降进行分析,并在此基础上根据现场建筑排列特点建立并列布置建筑群,通过设计4种不同穿越工况,研究盾构穿越建筑群时地表沉降和隧道上方单幢建筑沉降受周围建筑影响规律。研究结果表明:侧穿区域内建筑对地表沉降曲线影响较小,下穿区域内建筑引起地表沉降曲线呈现非对称“V”形;建筑群对地表沉降主要影响区域为隧道轴线两侧2D范围,施工过程中应对该范围进行重点监测;侧穿区域内建筑对隧道轴线另一侧建筑沉降有抑制作用,下穿区域内的建筑对隧道上方建筑扰动较大;隧道穿越建筑前,纵向方向的建筑群对该建筑的隆起变形有抑制作用,穿越后,纵向方向的建筑群对该建筑的沉降影响更大;建筑纵向倾斜率随盾构开挖进程变化较大,盾构穿越过程中应重点关注建筑纵向倾斜变化。

复合地层盾构交叠下穿施工下既有隧道变形分析

复合地层中盾构隧道交叠下穿既有隧道时,既有隧道的变形较为复杂。因此,本文考虑了浆体固结和盾构交叠下穿施工,提出一种既有隧道变形计算方法。首先,利用等效层理论简化复合地层,分析不同因素引起的地层变形,并引入浆液固结方程对其进行修正;然后,基于分段计算思想,建立盾构交叠下穿既有隧道的计算公式;最后,通过有限元模型分析实际工程中既有隧道的变形,验证所提理论的有效性。结果表明:数值模拟结果与本文理论计算结果关于变形趋势是一致的,盾构与既有隧道交叠前,既有隧道变形总体呈“M”型;交叠后,既有隧道变形逐渐变为“U”形,最大变形点由交叠点向盾构掘进方向移动,既有线沉降变形区间逐渐扩大,最大变形增量逐渐减小并趋于稳定。

基于时域不连续伽辽金算法的时域屏蔽效能分析

[目的]为精确分析金属屏蔽腔的时域屏蔽效能,提出一种基于局部时间步进技术和并行技术的时域不连续伽辽金(DGTD)算法。[方法]利用DGTD算法,对金属屏蔽腔进行全波电磁仿真,进而计算时域屏蔽效能(TDSE);利用局部时间步进(LTS)技术增大时间步长,然后结合并行技术显著缩短计算时间;分析金属屏蔽腔的孔径尺寸、腔体厚度、阵列孔间距等设计参数对时域屏蔽效能的影响。[结果]数值算例结果显示,所提方法正确、有效。[结论]所提方法为电磁屏蔽问题的仿真提供了一种有效的工具,对金属屏蔽腔的设计具有一定的指导意义。

全断面花岗岩小净距盾构洞通掘进技术

目的:深埋大断面盾构在硬岩地层小净距并行盾构隧道的掘进过程中容易产生安全质量事故,盾构洞通接收阶段是掘进阶段的终止工序也是管控重点,需要在设备选型及施工过程控制中采取相应措施以防范事故发生。方法:采用了技术对比分析的方法对广州花岗岩地层小净距地铁隧道盾构接收施工实践进行研究,归纳总结了小净距硬岩地层深埋隧道盾构施工中的常见问题,并指出须从盾构刀盘选型、大埋深洞通涌水控制技术、小净距控制技术及盾构掘进控制技术(方向控制、姿态控制、纠偏控制、洞通参数控制)等方面采取技术措施。同时,结合广州地铁18号线陇枕出场线和横番5~7号盾构井右线隧道的工程特点及其掘进数据等开展工程实践。结果及结论:通过应用上述技术控制措施,在广州地铁18号线实践过程中较好地完成了盾构洞通接收。其实践经验可有效减少或解决硬岩地层深埋隧道盾构接收施工中的常见问题。

凸缘端盖同轴度检测工装设计

基于公司现有加工能力和产品加工要求,设计了一种精度较高的电机凸缘端盖同轴度检测工艺装备,用以控制凸缘端盖形位公差质量,从而提高产品制造精度,保证电机稳定运行。

矿山与盾构隧道平行段施工相互影响机制

隧道开挖会对周围地层产生扰动,引起地表沉降、近接管线变形,而基于不同施工方法的两条平行隧道,其相互影响机制尚不明确,可能会对隧道的施工造成不利的影响。文中以长沙市轨道交通工程为依托,建立了复合地层中矿山隧道与盾构隧道开挖的数值模型,并针对3种不同典型工况进行模拟,分析后行隧道对先行隧道的影响机制。结果表明后行隧道的地层损失率越大,对先行隧道的变形和受力影响越大;矿山法隧道施工对周围地层的扰动较小,并且矿山隧道在二次衬砌完工后整体性强,刚度较大,在外部作业影响下不易发生变形,矿山隧道完工后再进行盾构隧道施工,可使隧道二次变形最小。研究为矿山隧道与盾构隧道平行段施工顺序设计提供了理论依据。

三洞并行盾构隧道开挖引起的地表沉降研究

针对三洞隧道开挖引起的地表沉降规律,以南通轨道交通1号线孩-环区间盾构隧道工程为依托工程,采用现场数据监测、理论分析和数值模拟,研究了三洞并行盾构隧道施工对地表沉降规律的影响。研究结果表明:提出一种计算三洞并行隧道开挖地表沉降曲线的“三阶段分析法”,综合比较“三阶段分析法”得到的沉降预测曲线、现场沉降实测数据的拟合曲线及数值模拟的沉降计算曲线可知,提出的“三阶段分析法”和数值模拟方法均能较好地反映三洞并行盾构隧道的真实施工情况。