谢宗林[1]2004年在《地铁区间盾构隧道管片衬砌结构力学行为的现场试验研究》文中指出为探明地铁区间盾构隧道在施工过程中主体结构与地层之间的相互作用，地下水压实际作用于管片上的地下水压以及建成后管片的内力量值分布规律，本文以现场试验为基础，结合室内模型试验及理论分析，对砂性和粘性地层条件下的盾构隧道管片在整个施工过程的力学行为进行了研究，分析了盾构管片与地层相互作用的规律，探明了在特定施工地层条件下实际作用在盾构隧道主体上的土压力、水压力的量值、分布规律，得出了以下主要结论： 1、在单线地铁区间盾构隧道设计中，上覆荷载按1.5倍盾构隧道外径高度的等效荷载作为设计控制参数；在透水性地层，可采用水土分算的方法，但在不能明确判断时，宜采用水土分算与合算的方法分别进行计算，取其不利值作为设计控制结果。在非透水性地层，宜采用水土合算的方法。 2、地层特性对管片的受荷起主要作用，在设计施工中根据具体地层特性来设计和施工； 3、注浆压力对管片的作用是短暂的，在管片脱环瞬间，适当地增加注浆压力可增大管片轴力，能更有效地抵抗弯矩，对结构是有利的； 4、千斤顶的项推力在管片脱环过程中的作用是复杂的，但对结构整体受力是有利的。 以上本论文所提出的主要结论，在南京地铁的设计中己经应用实施，并可在国内其它地铁建设中参考应用。
李围[2]2006年在《配合盾构法修建地铁车站的方案及实施技术问题研究》文中认为目前在我国地铁建设中，盾构法仅限于断面型式较单一、直径6.0m左右的区间隧道。由于设备能力及设计施工技术经验的不足，在车站及特殊断面隧道中未直接或间接采用盾构法进行施工的尝试，这一现状无疑限制了盾构法的大规模应用。为寻求盾构法在城市地铁工程中的大规模应用，达到进一步提高地铁工程的建设质量，缩短建设周期，从总体上较大幅度地降低工程造价的目的，结合我国实情，进行配合盾构法修建地铁车站等特殊断面隧道的设计与施工技术研究有其重要意义。以广州地铁3号线林和西路站的设计原则和技术标准以及地质参数为基础资料，提出了配合盾构法修建地铁车站的方案。采用相似模型试验、二维和叁维有限差分数值模拟方法，研究了扩挖建成叁连拱和两连拱车站的可行性及主体结构的合理形状和主要参数，扩挖施工引起的地表沉降、地层应力动态变化过程、管片衬砌结构应力变化、车站主体结构受力特征及作用于结构上的荷载量值，并提出了合理扩挖方案及加固处理措施。主要成果如下：1．提出了配合盾构法修建叁连拱和两连拱地铁车站施工技术的基本思路及具体方案，并设计了车站主体结构型式、特殊管片和支护结构体系以及典型扩挖施作步骤。2．采用几何相似比C_L=30，进行了在区间盾构隧道的基础上扩挖建成叁连拱和两连拱车站的施作全过程室内相似模型试验，结果表明配合盾构法修建地铁车站是可行的：得出了合理的扩挖施作方案，并提出了扩挖施工中的超前加固处理措施和范围。3．基于荷载—结构模型建立了车站主体结构设计计算分析力学模型，并采用有限元法进行了叁连拱和两连拱车站主体结构合理形状及主要参数研究。4．采用相似模型试验和数值模拟计算研究了扩挖施工引起的地层位移场和应力场的动态变化规律，得出了地表沉降曲线的形状、沉降槽宽度、最大量值和发生的位置，对地表环境的影响进行了评价。5．研究了扩挖施工完成后作用于车站主体结构上的荷载量值、施工中盾构隧道管片衬砌结构的内力变化及车站主体结构的受力特征，就衬砌结构是否满足设计要求进行了评价，并提出了设计中应采取的构造处理措施和配筋建议。
包雨生[3]2018年在《大直径地铁水下盾构隧道双层衬砌现场试验研究》文中研究说明随着盾构研发技术与隧道施工技术的进步,大直径盾构已广泛应用于隧道建设中。由于单层管片衬砌已无法满足部分大直径盾构隧道工程的需求,双层衬砌结构被逐渐采用。如何正确认识双层衬砌结构的力学特性是现阶段亟待解决的问题,于工程现场开展原位试验是研究双层衬砌结构力学问题的有效手段。本文依托武汉轨道交通8号线越江区间隧道工程,该工程是目前国内直径最大的单管双线地铁盾构隧道,开展了大直径地铁水下盾构隧道双层衬砌现场试验,主要研究工作及成果如下:1、于隧道江中段与岸边段共选取5个典型断面进行试验,通过测量各断面地层水压力、土压力、管片环向钢筋受力、管片衬砌与二次衬砌混凝土应变、双层衬砌层间径向压力,得到了施工期及运营期盾构隧道在不同地质条件、水位升降等情况下结构的受力与变形,揭示了不同地质条件下管片衬砌结构外荷载随施工进程、长江水位升降的动态变化曲线及空间分布特点,从而揭示了管片衬砌与二次衬砌结构的受力变形规律与内力分布特点。2、通过分析二次衬砌结构内力及二次衬砌施作前后管片结构内力的变化规律,探明了施作二次衬砌对管片衬砌结构的影响,探讨了施作二次衬砌对于大直径盾构隧道的意义。3、建立了与施工阶段管片拼装点位对应的壳-弹簧模型,采用水土分算荷载计算方式对管片衬砌结构进行荷载正分析,评判了现场试验荷载测值的准确性。随后在水土分算模式下,采用全面试验与曲面拟合的手段,通过荷载反分析得到了砂性地层试验断面水、土压力最优解,探讨了埋深达到2倍洞径的大直径盾构隧道荷载设计计算方法。
潘军[4]2016年在《芳纶纤维布加固地铁盾构隧道承载性能数值研究》文中研究指明芳纶纤维布加固和钢板加固是修复地铁盾构隧道的常用方法,前者因施工方便、造价低、加固效果良好而得到广泛地应用。根据隧道不同的病害情形,芳纶纤维布加固主要体现在叁个方面:(1)隧道横向变形较小时,芳纶纤维布用于加固整环盾构隧道;(2)隧道顶部纵缝张开量过大时,芳纶纤维布用于加固顶部纵缝;(3)隧道管片出现裂缝时,芳纶纤维布用于加固管片。目前芳纶纤维布加固多依据施工经验,为给该加固方法提供理论依据,本文分别针对芳纶纤维布加固的叁个应用问题进行系统研究,具体所做的工作及研究成果如下:(1)依托某地铁盾构隧道芳纶纤维布加固工程,在充分考虑橡胶密封垫、传力衬垫、嵌缝等细部构造的基础上,建立了相应的叁维数值仿真模型,研究了加固与未加固整环盾构隧道的承载性能。结果表明,芳纶纤维布的加固效率最大值为11.43%;当隧道横向变形率处于1.10%~1.64%之间时,芳纶纤维布的加固效果较好,而横向变形率超过1.64%时,加固效果不明显;合理加固时机为隧道横向变形率达到0.71%时;合理加固层数为2层。(2)基于上述模型,对加固和未加固隧道纵缝接头的承载性能开展研究。结果表明,芳纶纤维布的加固效率最大值为73.04%,比对整环盾构隧道的加固效率更高;从限制接头总变形量及最大发挥芳纶纤维布的加固效率两个角度出发,越早加固越有利。(3)依托某地铁盾构隧道管片芳纶纤维布加固工程,建立了可考虑裂缝深度的叁维有限元管片模型,研究了多种工况下加固与未加固管片的受力、变形、裂缝特征。研究结果显示,在轴力和弯矩的作用下管片变形可分为反向变形、小变形、大变形叁个阶段;轴力可以有效地提高管片的抗弯刚度和抗裂能力;芳纶纤维布的加固效率最大值为11.6%;合理加固时机为700kN轴力作用下管片弯矩达到210kN?m时;合理加固层数为2层。
潘建阁[5]2015年在《深圳复合地层对盾构隧道衬砌管片结构受力和变形的影响分析》文中研究表明本文以深圳地铁11号线车公庙站—红树湾站和南山站—前海湾站区间盾构隧道为依托工程,首先选择具有代表性的基岩突起和软硬不均的地质条件断面进行数值模拟,分析对比不同工况对管片受力变形的影响；然后选择差异风化地层试验断面采用光纤光栅技术对管片表面和螺栓进行现场监测,再选择监测断面进行数值模拟分析,据此分析管片和螺栓的受力变形规律；最后将数值模拟结果与现场监测数据进行了对比。论文取得的主要成果和结论如下：(1)选取具有基岩突起的典型断面,分别考虑基岩突起宽度为Om,2m,4m,6m和8m五种工况进行管片受力变形的数值模拟。分析结果表明,基岩突起对管片的不均匀沉降影响明显；基岩突起的宽度越大,对管片的不均匀沉降影响越明显,与基岩突起接触的或者是基岩突起附近的管片的受力越不利。由于混凝土管片的抗拉强度低,随着基岩突起宽度的增加,管片被拉裂的风险也增大,因此将管片受拉破坏对应的一段隧道沉降差和基岩突起宽度的乘积和40环管片长度(60m)的比值作为基岩突起引起纵向不均匀沉降的警戒值。根据计算结果,若考虑一定的安全储备,该警戒值可取为0.3%o。(2)选取上软下硬地层的典型断面,分别考虑硬岩侵入隧道为Om,1.75m,3.5m,5.25m和7m五种工况进行数值模拟,分析管片的受力和变形,结果显示,上软下硬地层中,硬岩侵入开挖面越多,有利于管片的受力,但会增大隧道施工的难度。(3)采用光纤光栅传感器进行了现场螺栓和盾构管片的变形监测。通过现场监测数据分析,管片脱出盾构壳体后,螺栓的轴向应力会剧烈增大、增幅显着,原因是水土压力和注浆压力对螺栓的轴向应力影响比油缸推力的要大。由于注浆压力的影响有滞后性,在掘进7环管片(10.5m)后浆液凝固,螺栓受力趋于平稳。在掘进过程中,环向螺栓的轴向应力比纵向螺栓的大,环向螺栓中靠近油缸的螺栓比远离油缸的螺栓的轴向应力大,但都有足够的安全储备。监测数据显示,所有螺栓轴向应力的最大值为345.46MPa,仅达到螺栓屈服应力640MPa的53.98%,这说明螺栓受力处于安全状态。(4)通过复合地层中管片受力变形的数值模拟分析,现场监测螺栓处在受力的最不利位置,说明了所确定监测方案的合理性。在隧道开挖过程中,盾构施工7环(10.5m)时对监测环的错台影响明显,且该7环管片位移变形大,随后变小,最后趋于平稳。和现场监测数据相同,盾构掘进时纵向螺栓主要以轴向拉应力为主；此外,壁后注浆对螺栓受力有较大影响。
李围[6]2003年在《配合盾构法修建地铁车站的方案研究》文中进行了进一步梳理采用盾构法修建地铁时，为了大幅缩短建设周期，提高建设质量，确保施工安全和极大地减小对周围环境的影响，并能通过盾构法的长距离应用产生的规模效益，从总体上可较大幅度地降低工程造价。为此，提出了在已经建成的区间隧道基础上，结合新奥法进行扩挖而形成地铁车站的施工方案。 本文在综合分析国外采用盾构法修建地铁车站的各种施工方法的基础上，以广州地铁3号线林和西路站为实际工程对象，进行了结合盾构法修建地铁车站的方案研究。根据建站的规模、使用功能及站位地形地质条件，提出了两连拱结构岛式站台车站、叁条平行隧道岛式站台车站、叁连拱结构岛式和侧式站台车站以及四条平行隧道岛式和侧式站台车站方案；采用荷载—结构模式，对四种方案的主体结构的形式和重要参数进行分析研究，分不同的埋深、衬砌结构厚度和拱形结构的拱跨比进行了多组数值计算；采用平面有限元方法对四种车站结构的开挖施作过程进行了模拟分析。最后，得出了四种车站主体结构体的合理形状及主要结构参数的取值规律与范围，对主体结构的受力特征作了分析和施工的安全性作出了评价，并提出了相应的结构构造措施和施工过程中的围岩超前支护方法等。
夏炜洋[7]2011年在《盾构法隧道施工期流固耦合问题研究》文中研究说明盾构法修建隧道一般都与地下水密切相关,其位置大都处于江河湖海水底复杂的工程地质和水文地质环境当中,盾构隧道穿越的地层既有砂质等软弱地层,也有较硬的裂隙岩体,不论何种地层,都将遇到盾构隧道施工过程中的流固耦合问题。在盾构隧道工程中,荷载的取值是设计和施工中关键参数,围岩和地下水两者耦合问题,会带来荷载的分布特征发生很大改变,因此,在含地下水的盾构隧道研究中,施工期的流固耦合问题是一个复杂而重要的课题。论文依托国家自然科学基金项目“大型跨江海盾构法隧道施工期流固耦合问题研究”,以重庆主城排水盾构隧道和成都地铁1号线盾构区间隧道为工程背景,采用理论分析、数值模拟计算、现场测试、室内模拟试验等多种分析方法,围绕盾构隧道施工中的流固耦合问题和泥水盾构机的模拟试验问题,对不同地层条件下的盾构隧道衬砌结构的施工期内力和可靠性进行了系统的研究。为弥补理论分析方法和数值计算不能处理及不可表征的因素对隧道结构物的影响问题,研制了泥水平衡式模型盾构试验系统,作为其他研究手段的补充。主要研究成果如下：1、针对盾构隧道施工过程中的流固耦合问题,从岩体力学、渗流力学和弹塑性理论出发,具体推导了盾构隧道围岩和结构的渗流场和应力场计算公式。分析了围岩塑性理论的不同屈服准则,选择适用于工程的Drucker-Prager准则作为解析法计算的基础,进行围岩和衬砌结构的内力分析。根据土体和岩体不同的力学特性,给出了其相应的渗透系数和应力之间的关系式,以此为中间桥梁,得出了按流固耦合理论计算的盾构隧道管片衬砌内力的解析解。2、以渗流场-应力场耦合机理为基础,采用大型有限元软件,针对围岩以岩质为主的地层结构,结合高水压条件下盾构隧道的实际工程——重庆主城排水过长江盾构隧道工程,对施工期盾构隧道围岩及主体结构的渗流场和应力场进行了二维流固耦合分析,研究了高水压作用下盾构隧道围岩及主体结构的流固耦合问题,分别针对不同水压情况下和隧道掘进过程中的工况进行了分析,探明了地下水压对于施工期的管片结构的影响,并与现场试验结果进行相互验证；针对含围岩以含地下水丰富的砂卵石地层为主的成都地铁1号线盾构区间隧道,进行了施工期流固耦合的二维和叁维计算,研究了流固耦合条件下结构主体的内力分布和盾构掘进对周边结构的影响。3、提出了将有限元程序与区间解法相结合以求解隧道衬砌内力的方法,分析了单个随机变量对隧道衬砌内力的影响水平,将各随机变量进行参数的最不利组合,调用有限元程序来求解衬砌的内力区间值。4、为了解决泥水盾构机水下掘进控制和泥水平衡机理,研制了可模拟真实地下水加压的物理模拟装置,在此基础上完成了流固耦合条件下功能验证为主的泥水盾构全过程掘进模拟试验,分析了掘进过程中盾构对地表的位移影响,得出了一些规律性的试验结论；进行了泥膜对地层渗透性影响的基本试验,在此基础上,根据成都砂卵石地层参数特点配置了相似土体,采用试验方法确定了泥浆材料,并完成了泥膜形成的模拟试验；模拟了粉质黏土的地层配置,并进行了泥膜的成型试验,通过上述试验,明确了不同地层中泥膜的形态。随着我国交通事业的迅速发展,盾构隧道的日益增长,上述关于盾构隧道流固耦合问题的研究,对于保障盾构隧道施工期的安全,具有重要的意义。而泥水平衡模型试验系统的建成,可在盾构隧道建设过程中,针对性地为各类条件的地层提供盾构掘进模拟试验,从而为盾构隧道的施工和盾构机的设计提供重要参考价值。
段锋[8]2012年在《盾构地铁管片衬砌结构施工阶段力学行为及选型技术研究》文中研究表明盾构法施工是一种自动化程度和施工效率高且对环境影响小的一种隧道工程施工方法,在地下工程中具有广阔的发展前景,因此,它是目前城市地下隧道修建所推荐的方法。管片作为盾构隧道的长期受载体,而管片的完整程度将直接影响到盾构隧道的衬砌质量,因此,有必要进行有关管片衬砌结构的研究。本文采用北京地铁十号线二期工程05标段盾构区间大红门站至角门东站为工程背景,对现有盾构隧道管片衬砌结构理论进行了总结；对比分析了几种设计模型,从而选择了适合本工程的结构设计计算方法。结合工程的具体地质条件进行了隧道管片衬砌的结构设计,本设计采用水土合算法对结构所受荷载进行计算,采用梁—弹簧模型法,考虑管片间接头刚度对衬砌管片的影响,利用理论计算和计算机数值模拟相结合的分析方法,对所设计的平板型管片进行了截面内力计算,并同时分析了衬砌管片的内力和变形分布规律。衬砌管片在施工阶段受到的荷载相对复杂,同时根据国内同类工程实践经验可知,管片出现开裂、挤压破坏和扭转变形等情况多发生在施工阶段,而管片的完整程度将直接影响到盾构隧道的衬砌质量,因此研究管片在施工阶段力学行为极其重要。本文继续采用计算机模拟分析的方法,使用大型有限元分析软件ANSYS建立了一段具有10环管片的盾构隧道的计算机数值模型,在计算机模拟过程中加入在衬砌管片在施工阶段受到的注浆压力、千斤顶推力及盾尾刷的挤压作用力,分析盾构隧道衬砌管片在施工阶段不同拼装方式下的力学状态和衬砌结构在施工阶段的力学行为,从而了得出拼装方式、注浆压力和千斤顶推力对施工阶段管片力学性能的影响。在文章最后,根据本工程对盾构施工中影响衬砌管片选型的主要因素进行了介绍；通过对楔形环的设计和管片拼装点位的研究,结合本工程隧道曲线上管片的选型的工程实例,初步建立一种进行管片手动选型的方法,以供参考,希望此方法将对以后同类工程具有指导和借鉴作用。图35表13参57
赵天石[9]2008年在《泥水盾构同步注浆浆液试验及应用技术研究》文中研究说明盾构施工技术在我国重大地下工程中的应用越来越广泛,已经成为越江隧道和地下铁道建设的主要方法。对盾尾空隙进行注浆是盾构施工的必要的关键工序,同步注浆对于控制地层位移,减少对周边地下结构物的扰动和维持盾构隧道的稳定性是十分重要的。本文依托上海市西藏南路越江隧道重点工程,进行了材料配比和浆液性能试验,在施工现场进行了试拌和改进试验,并从现场监测数据以及数值模拟两方面,分析了同步注浆参数的调整对地层位移的影响。主要研究内容和结论如下:1.调研国内外盾构隧道盾尾注浆的类型、注浆材料、方式等,总结得出采用单液惰性同步注浆浆液,对于泥水盾构隧道的施工具有较好的经济性和安全性。2.比较了盾尾注浆的不同施工工艺的优缺点,总结了盾尾注浆的注浆压力、注浆量等施工关键参数的计算理论及方法。3.对单液惰性浆液配方进行了材料配比和浆液性能试验。经过常规土工试验、直剪试验和固结压缩试验等分析各注浆材料——黄砂、粉煤灰、石灰膏、膨润土等对浆液性质的影响,求取了不同龄期的强度、密度、稠度、塌落度、PH值、泌水率、凝结时间、粘聚力、内摩擦角、压缩系数和压缩模量等参数指标,并对注浆材料配比及经济指标进行了优化。4.通过动叁轴试验检验浆液配方在一定的动力荷载条件下的动力力学性能,得出研制配方在遭遇7度地震烈度时不会出现动力破坏的结论。5.现场试验改进和完善了同步注浆浆液的可注性、保水性、早强性等施工性能,通过工程实践的检验,采用该种浆液取得了良好的施工效果。6.采用有限差分数值模拟方法,分析了同步注浆的浆液弹性模量、注浆量和注浆压力等注浆参数对地层位移的影响。
吴聪[10]2018年在《地铁联络横通道交叉隧道结构列车振动响应分析》文中提出随着我国城市轨道交通的不断发展,城市地铁逐渐成为我国重大城市的主要交通运输方式。本文针对某城市地铁区间段中的结构交叉盾构隧道,运用理论分析,数值模拟以及相似模型试验等手段,研究了地铁编组列车行驶过程中,隧道结构的动力响应特征。并考虑了结构交叉隧道在运营过程中受到硫酸盐腐蚀情况下,其管片结构的动力响应变化规律。主要的研究内容与成果如下:(1)基于ABAQUS有限元软件进行数值模拟,通过在地铁列车编组的车轮位置施加列车振动荷载,并对编组列车施加特定的运行速度,从而模拟地铁编组列车在结构交叉盾构隧道中的行驶过程。(2)分析了地铁编组列车在结构交叉盾构隧道行驶过程中,其隧道管片结构的应力,竖向加速度,竖向速度以及竖向位移的动力响应特征。结果表明:行车隧道的振动响应最大,联络横通道内振动响应次之,振动响应最小的为未行车隧道。对于行车隧道,其拱底的振动响应最大,拱顶的振动响应最小,由下往上其振动响应呈逐渐减小的趋势。并通过和无横通道的平行隧道对比得到了联络横通道的影响范围。(3)设计并建造了一个用于列车振动试验的结构交叉隧道装置,通过对不同位置进行激振,研究了结构交叉隧道的振动响应特征。结果表明:试验结果满足距离激振位置距离越远其振动响应越小的规律,并且沿隧道纵向的振动响应衰减强度大于沿隧道横向的振动响应衰减强度。(4)通过相似模型试验与数值模拟相结合的方法,从时域和频域方面对比分析了结构交叉盾构隧道衬砌以及围岩的动力响应特征。结果表明:振动加速度在传递的过程中,其加速度幅值会出现衰减。并且不同频段内其振动加速度的响应衰减程度不同,具体为高频波段衰减程度大于低频波段衰减程度。(5)研究了硫酸盐腐蚀情况下,隧道管片混凝土的弹性模量、极限抗压强度以及极限抗压强度的变化情况,并得到了不同腐蚀时间下,交叉盾构隧道结构运营期间的动力响应特征。
参考文献：
[1]. 地铁区间盾构隧道管片衬砌结构力学行为的现场试验研究[D]. 谢宗林. 西南交通大学. 2004
[2]. 配合盾构法修建地铁车站的方案及实施技术问题研究[D]. 李围. 西南交通大学. 2006
[3]. 大直径地铁水下盾构隧道双层衬砌现场试验研究[D]. 包雨生. 西南交通大学. 2018
[4]. 芳纶纤维布加固地铁盾构隧道承载性能数值研究[D]. 潘军. 华南理工大学. 2016
[5]. 深圳复合地层对盾构隧道衬砌管片结构受力和变形的影响分析[D]. 潘建阁. 北京交通大学. 2015
[6]. 配合盾构法修建地铁车站的方案研究[D]. 李围. 西南交通大学. 2003
[7]. 盾构法隧道施工期流固耦合问题研究[D]. 夏炜洋. 西南交通大学. 2011
[8]. 盾构地铁管片衬砌结构施工阶段力学行为及选型技术研究[D]. 段锋. 安徽理工大学. 2012
[9]. 泥水盾构同步注浆浆液试验及应用技术研究[D]. 赵天石. 同济大学. 2008
[10]. 地铁联络横通道交叉隧道结构列车振动响应分析[D]. 吴聪. 西南交通大学. 2018