盾构隧道密封垫长期防水性能预测的试验研究

为了建立盾构隧道弹性密封垫橡胶的老化系数模型,开展热氧加速老化试验.该模型采用伸长率与应力的比值作为性能劣化指标,可以预测橡胶在不同温度和时间状态下的性能,对密封垫的长期服役状态进行预测.通过一系列水密性试验,研究密封垫防水能力受服役时间和张开量的影响规律.研究结果表明,橡胶的拉伸强度在老化前期受拉断伸长率变化的影响迅速下降,后期主导因素转变为拉伸模量;老化系数随着时间的增加而持续下降,但下降速度逐渐减小,最终服役百年后的老化系数为0.364;密封垫耐水压折减系数随着张开量的减小而降低,总体上小于老化系数.基于试验结果,建立以服役时间和张开量为自变量的耐水压折减系数的预测公式.

超浅覆土盾构隧道管片整环结构试验研究

超越覆土盾构隧道管片整环结构试验是依托于无工作井盾构法隧道施工新技术研究所开展的1:1整环管片结构试验。主要研究对象为盾构始发及到达阶段,管片处于超浅覆土状态下的受力及变形情况。该文针对0.3倍隧道直径覆土下的整环管片进行试验,通过模拟三种不同的土体侧压力系数,对超浅覆土状态下圆形管片受力情况与变形性状进行研究,为施工新技术提供理论依据。

盾构盾尾间隙测量装置试验研究

文章介绍了针对盾构隧道施工过程中盾尾与管片间隙测量需求而研制开发的具有完全自主知识产权的SRGD新型盾尾间隙检测仪装置及试验研究。该仪器可通过高精度转台与激光测距仪检测管片位置,从而利用三角几何关系推算盾尾间隙。于上海虹梅路隧道及宁波地铁3号线类矩形盾构隧道施工现场完成了盾尾间隙测量试验,验证了其在工程应用中的检测精度及可靠性。

矩形盾构机模拟掘进试验研究

介绍了矩形盾构机的特点和技术参数,分析了其施工优势,对矩形盾构机模拟掘进试验进行了设计,完成了矩形盾构机掘进模拟土层试验和切削不同硬度混凝土试验,通过采集掘进参数、监测周围土层情况,分析了矩形盾构掘进对周围土层的影响。试验结果表明,矩形盾构机能在不同的地层条件下掘进。

大型下沉式盾构掘进机综合模拟试验平台总体设计

该文介绍了大型下沉式盾构掘进机综合模拟试验平台的总体设计。它是一套大型、多功能的试验平台,包括模拟盾构机、组合式液压加载系统、监控测量系统、洞门密封系统等部分。它可满足不同断面形状、不同类型、不同土层的盾构掘进模拟试验,其规模、试验能力、数据采集等方面都处于国内领先、国际先进水平。

不同土层下南京长江隧道盾构施工参数研究

该文根据南京长江隧道盾构穿越不同土层的特点,采用理论公式、数值计算、参考类似工程参数设定等方法,研究了切口水压、推进速度、影响开挖面稳定施工参数,泥水处理相关参数以及同步注浆施工参数。该研究方法可在类似的越江隧道及城市地铁施工中加以推广应用,该施工参数可作为类似越江隧道盾构施工时借鉴。

深埋隧道盾构管片足尺试验加载平台研究

上海苏州河段深层排水调蓄管道系统工程采用超深埋盾构法进行隧道施工,其隧道管片结构将承受巨大且形式复杂的载荷条件,项目进行整环管片试验测试其受力形式。新研制的管片试验加载平台采用环形加载框与拉杆组合的结构形式,为试验超大载荷的施加提供了可靠的反力支撑。通过有限元分析法对加载框架各主要部分进行强度校核,确保了框架自身的可靠性。

深埋排蓄水隧道接缝密封垫防水性能试验研究

采用自主设计的新型弹性密封垫耐水压测试装置,研究弹性密封垫在不同张开量和错缝量组合情形下的防水能力;同时结合密封垫力学性能试验和数值模拟,解释错缝量和张开量对于防水能力的阶段性影响.结合深隧工程所设计的双道防水体系,对两道密封垫防水性能进行研究.研究结果表明:当道密封垫同步张开时,在设计工况范围内,耐水压能力可提高9%~12%;当两道密封垫张开量不同时,所设计的双道防水体系由于总有1条密封垫受压,较单道防水体系有更佳的防水效果.

隧道通用楔形管片封顶块位置优选研究

在盾构法施工的隧道中,衬砌通用楔形管片封顶块拼装位置的合理选择是保证施工质量的重要条件。文章在传统的基于隧道轴线几何原理的封顶块位置选择的基础上,提出了一种受约束的支持向量机的分类方法,其利用历史数据进行封顶块位置的调整,这种方法与单纯几何方法相比,可以更好地兼顾盾构姿态和管片姿态之间的关系,有利于提高建成隧道的质量。这两个方法互为补充,被应用于"盾构法隧道管片选型系统"中。系统在上海长江隧道工程施工过程中进行了试运行,取得良好的工程效果。

盾构隧道管片接头嵌入式密封垫防水性能探究

为解决传统密封垫易于与混凝土管片胶结处发生渗漏水的问题,对新型嵌入式密封垫的防水性能进行研究。与传统的现场粘贴防水橡胶密封垫的工艺不同,嵌入式密封垫是将密封垫与混凝土管片整浇预制。采用模型试验和有限元数值模拟方法,对隧道接头中嵌入式密封垫的防水能力进行分析和论述。研究结果表明:文中所涉截面形式的嵌入式密封垫在控制工况,即张开量7mm、错缝量10mm的情况下,满足上海深层排水调蓄隧道0.6MPa的耐水压力要求,且弥补了传统密封垫易从密封垫与混凝土接触面渗漏水的缺陷。此外,通过在密封条两侧设置凹槽,可有效减小密封垫脚部与混凝土间接触应力,减少局部应力集中,保证混凝土管片的完整性,提高接头防水能力。

通用管片接头荷载试验研究

隧道衬砌圆环接头对管片的整体刚度、强度和防水等起着控制作用,同时也是管片整体结构的薄弱处.采用直接头形式对衬砌接头进行正、负弯矩荷载试验,得到隧道管片通缝和错缝拼装情况下接头的抗弯性能M-θ曲线、接头转角及张开量等,研究通用管片接头的抗弯能力和刚度系数,验证了设计的可靠性.

盾构掘进试验平台组合式液压加载系统及监控系统研制

该文以设计盾构机综合模拟试验为背景,为完成对模拟试验台内土体加载,设计了组合式液压加载系统及其监控系统并对其测试。测试证明:组合式液压加载系统为试验土体进行加载,实现模拟不同埋深下的试验。进行分区控制和检测,减少复杂程度降低成本。采用软件进行检测,系统状态和数据实时显示,提高系统操作性和安全性。

类矩形盾构同步注浆大型模型试验

在盾构隧道施工中,同步注浆是保证施工顺利和施工安全的重要环节。目前对传统的同步注浆工艺研究主要局限于注浆效果的研究,而对浆液本身流动及填充机理的研究涉及很少。文章针对类矩形盾构隧道由于其自身几何形状的特性会导致浆液产生淤积,不利于缝隙的填充且容易产生浆液充填不均匀的现象,利用宁波轨道交通3号线类矩形盾构隧道缩尺模型,对同步注浆过程进行了模拟试验分析,通过传感器监测采集压力、沉降量等数据,探究了类矩形盾构隧道注浆压力分布形式以及浆液的流动充填过程。

偏心多轴十字刀刀盘矩形顶管机直接切削管片试验研究

设计了一种偏心多轴十字刀刀盘矩形顶管机,基于地铁盾构切削管片形成旁通道的需要,开展顶管机从内弧面分别切削C40陶粒纤维混凝土管片、C40复合骨料纤维混凝土管片的模拟试验,分析切削管片的效果、切削参数特征、刀具损伤规律等,并探讨研究顶管机切削管片的可行性及关键技术。试验表明:通过对比刀具的损伤、扭矩和推力的增长情况,C40陶粒纤维混凝土管片更适合地铁旁通道的使用;考虑到顶管机机头的抖动以及刀具的磨损,刀盘的负载率宜≤25%;管片切削时推进速度的波动幅度较大,容易造成刀具崩缺,建议推进速度设定值≤1mm/min,刀盘转速设定值≤3r/min。

类矩形盾构六自由度串联型管片拼装机

管片拼装机是盾构机中的重要组成部分,直接关系到隧道施工的质量和效率。文章所述为借鉴工业机器人设计理念,研究设计出的一种液压驱动机械臂式六自由度管片拼装机。该拼装机基于机械臂的收缩和舒展,扩大了管片拼装运动范围,在满足类矩形断面隧道施工的同时,也可扩展应用于其它类似的异形断面隧道施工中。

盾构法隧道地表变形影响因素多尺度数值模拟

采用三维非线性有限元数值方法,对上海典型地层中盾构推进过程进行了精细模拟,研究了多几何尺度下盾构外径、隧道埋深及土层力学性质等非施工因素对地表变形的影响。计算结果表明,盾构机外径的尺度效应和隧道埋深对地表变形影响显著;不同尺度下修正剑桥模型中与土性有关的对数硬化模量λ及泊松比μ与地表变形正相关,而临界状态有效应力比M与变形之间的关系不是单调增加或减小的关系。研究成果为软土地区盾构隧道多几何尺度的模型试验和设计施工参数的选取提供了依据。

钢混复合管片结合处抗剪性能试验研究

通过分析钢混结合面相对位移和结合面处裂缝张开的变化,对该管片钢混结合处力学性能变化及破坏全过程进行研究,并将其分为3个阶段。试验结果表明:钢混结合面的屈服剪力为380kN,极限抗剪承载力为450kN,远大于设计荷载375kN,意味着试验的钢混结合面可满足抗剪设计要求。并通过试验数据拟合得到了3个阶段的抗剪刚度。

GFRP筋连接钢-混凝土复合衬砌斜接缝抗弯刚度试验研究

为避免隧道冰冻暗挖法施工弊端和灾害,首次提出盾构直接切削式GFRP筋连接钢-混凝土复合衬砌。钢混复合衬砌刚度分布十分不均匀,考虑GFRP筋低弹模变形,其斜接缝为管片刚度最薄弱点。基于钢混复合衬砌管片斜接缝荷载试验,分析多因素下交界面抗弯刚度变化规律。通过接缝处弯矩转角试验曲线回归分析推导建立了接缝抗弯刚度计算公式。结果表明:钢混交接斜接缝抗弯刚度为非线性和线性两阶段模型,随着接缝弯矩增大抗弯刚度逐渐趋于稳定。接缝处轴力作用能显著提高初始抗弯刚度,而GFRP筋初始松弛和低弹模变形增大了接缝转角,从而削弱了接缝抗弯刚度。轴力作用下,接缝抗弯刚度随偏心距增大而减小。

类矩形盾构盾尾密封性能试验

由于异型(如矩形)盾构断面不同于常规圆形盾构,其盾尾轮廓线并非常规圆形,其盾尾密封装置密封性能与常规盾构相比也有所不同。文章以宁波类矩形盾构隧道工程为依托,对类矩形盾构盾尾密封性能进行了模型试验分析。试验结果表明,采用3道钢刷的盾尾密封装置在水压为0.5 MPa时能满足施工密封要求,为安全施工提供了技术依据。

1P5R型管片拼装机构分析及设计

以宁波轨道交通3号线一期工程的类矩形盾构机为依托,分析了类矩形管片拼装的难点。利用机构学知识,综合传统圆形拼装机构和该工程管片的特点,创新研发了一种1P5R串联型拼装机。结合对该拼装机机构形式和结构原理的介绍,探讨其特点及优势:体积小,动作灵活,可以实现90°以上的姿态调整;既能够完成类矩形圆周管片拼装,又能完成大长度中立柱的拼装。