內(nèi)水壓作用下城市深埋盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性較為復(fù)雜。以某城市污水處理工程深隧段為依托,建立基于殼-彈簧理論的雙層襯砌數(shù)值計(jì)算模型,對(duì)盾構(gòu)隧道雙層襯砌在不同結(jié)構(gòu)層間接觸狀態(tài)、不同圍巖條件、不同內(nèi)水壓力等情況下力學(xué)特性進(jìn)行研究。研究結(jié)果表明:管片與二次襯砌間層間剪切或壓縮剛度越大,結(jié)構(gòu)的整體受力性能越好,二次襯砌的彎矩值相對(duì)越??；同等層間壓縮或剪切剛度下,有壓條件下二次襯砌正彎矩與負(fù)彎矩均小于無壓條件,且隨著層間接觸剛度的增加,兩者之間的差值逐漸增加；結(jié)構(gòu)層間接觸狀況是影響管片與二次襯砌間內(nèi)力分配的首要因素,而外部地層條件的影響相對(duì)較?。幌鄬?duì)于硬巖加軟弱圍巖地層而言,上軟下硬地層雙層襯砌的受力更為不利。

本文首先探討了當(dāng)今盾構(gòu)隧道工程中單層襯砌結(jié)構(gòu)所暴露出的缺陷并分析原因.其次總結(jié)現(xiàn)有工程中雙層襯砌結(jié)構(gòu)形式,并對(duì)雙層襯砌結(jié)構(gòu)的兩種形式,疊合式襯砌結(jié)構(gòu)、復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析,推導(dǎo)出襯砌結(jié)構(gòu)層間壓縮剛度,以及雙層襯砌結(jié)構(gòu)層間剪應(yīng)力和相對(duì)滑動(dòng)位移的關(guān)系式,掌握其力學(xué)性能.

本文首先探討了當(dāng)今盾構(gòu)隧道工程中單層襯砌結(jié)構(gòu)所暴露出的缺陷并分析原因.其次總結(jié)現(xiàn)有工程中雙層襯砌結(jié)構(gòu)形式,并對(duì)雙層襯砌結(jié)構(gòu)的兩種形式,疊合式襯砌結(jié)構(gòu)、復(fù)合式襯砌結(jié)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析,推導(dǎo)出襯砌結(jié)構(gòu)層間壓縮剛度,以及雙層襯砌結(jié)構(gòu)層間剪應(yīng)力和相對(duì)滑動(dòng)位移的關(guān)系式,掌握其力學(xué)性能.

以武漢地鐵越長(zhǎng)江盾構(gòu)隧道江中段聯(lián)絡(luò)通道及集水井為依托,提出一種適合砂性地層高水壓條件下地下結(jié)構(gòu)施工力學(xué)行為數(shù)值模擬的計(jì)算處理方法。即耦合使用地層-結(jié)構(gòu)法和荷載-結(jié)構(gòu)法,對(duì)土體和水體進(jìn)行分別處理。其中,地層依據(jù)地層-結(jié)構(gòu)法按實(shí)際地層建模,容重采用干容重;水體則作為荷載直接施加在結(jié)構(gòu)表面,水體所產(chǎn)生荷載根據(jù)施工過程施加;結(jié)構(gòu)未修建之前按水壓施加在底部透水性較差基巖上進(jìn)行地層初始應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算。將上述方法應(yīng)用于武漢地鐵越長(zhǎng)江盾構(gòu)隧道聯(lián)絡(luò)通道及集水井施工力學(xué)行為數(shù)值模擬中,得出影響鋼管片、聯(lián)絡(luò)通道襯砌和集水井襯砌變形及應(yīng)力分布的關(guān)鍵因素;驗(yàn)證提出的適合砂性地層高水壓計(jì)算處理方法的可行性,并提出針對(duì)性建議。

上軟下硬復(fù)合地層在盾構(gòu)施工中常常造成盾構(gòu)掘進(jìn)姿態(tài)不佳及地表塌陷,嚴(yán)重時(shí)還可能導(dǎo)致管片局部出現(xiàn)破損。結(jié)合深圳地鐵7號(hào)線穿越上軟下硬地層的工程實(shí)例,采用數(shù)值模擬方法研究盾構(gòu)隧道穿越上軟下硬地層段（“由軟入硬”與“由硬入軟”）的施工力學(xué)特性,對(duì)地表及管片拱頂沉降、管片應(yīng)力的變化規(guī)律進(jìn)行分析,研究結(jié)果表明：盾構(gòu)在穿越上軟下硬交界地層過程中,地表沉降出現(xiàn)顯著增大（增量最大可達(dá)1cm）,拱頂不均勻沉降的現(xiàn)象較為嚴(yán)重;對(duì)較軟側(cè)地層進(jìn)行適當(dāng)加固,可以有效減小上軟下硬地層交界處的地表及管片拱頂沉降,同時(shí)能夠降低“由軟入硬”段管片的應(yīng)力水平。

盾構(gòu)隧道襯砌管片在施工與運(yùn)營(yíng)過程中容易產(chǎn)生縱向裂紋,對(duì)管片的承載能力有較大影響。本文依托成都地鐵2號(hào)線牛王廟—牛市口區(qū)間盾構(gòu)隧道,應(yīng)用有限差分軟件建立裂損管片殼-彈簧計(jì)算模型,分析裂紋數(shù)量與裂損程度對(duì)管片力學(xué)特性的影響。結(jié)果表明:縱向裂紋會(huì)導(dǎo)致其附近管片的內(nèi)力比無裂紋時(shí)明顯減??；存在多條裂紋(單一分塊僅出現(xiàn)單條裂紋)時(shí),裂紋對(duì)管片彎矩影響較大區(qū)域的范圍并未產(chǎn)生疊加,在同一裂紋影響區(qū)單條裂紋與多條裂紋作用效果相近；隨著裂損程度的增加,裂紋附近管片的內(nèi)力逐漸降低,裂紋對(duì)管片彎矩影響較大區(qū)域的范圍有所增加。

研究目的:文章以合武鐵路大別山隧道為背景,對(duì)ⅳ級(jí)圍巖條件下采用的單層襯砌結(jié)構(gòu)的接觸力學(xué)特征、不同施工階段的受力特征以及圍巖穩(wěn)定性等進(jìn)行研究,并對(duì)單層襯砌結(jié)構(gòu)的力學(xué)特征進(jìn)行探索,以期為類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考。研究結(jié)論:(1)相對(duì)于復(fù)合式襯砌而言,單層襯砌接觸壓力普遍較大,最大壓力易出現(xiàn)于拱腳處,最小壓力易出現(xiàn)于仰拱處,而其二襯的內(nèi)力顯著小于復(fù)合襯砌。(2)單層襯砌結(jié)構(gòu)內(nèi)力在隧道施工的不同階段,初期支護(hù)與二襯的內(nèi)力先按時(shí)間分配,后按剛度分配。(3)隧道左右拱腰側(cè)與拱腳處的圍巖的yai值較小,容易發(fā)生失穩(wěn),應(yīng)加以防范。

盾構(gòu)隧道管片襯砌受力分析力學(xué)模式探討

在武吉高速公路何市隧道施工過程中,對(duì)ⅳ類圍巖條件下初期支護(hù)變形、接觸壓力和支護(hù)結(jié)構(gòu)內(nèi)力進(jìn)行了監(jiān)測(cè)。通過對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析與整理,對(duì)初期支護(hù)的變形、錨桿內(nèi)力、圍巖與初襯間壓力、初襯與二襯間壓力以及初襯內(nèi)力的穩(wěn)定規(guī)律進(jìn)行了研究,認(rèn)為初期支護(hù)變形在距掌子面3倍洞徑左右即已趨于穩(wěn)定,而因?yàn)閼?yīng)力調(diào)整,襯砌內(nèi)力與襯砌與圍巖間壓力在距掌子面6倍洞徑左右趨于穩(wěn)定。根據(jù)內(nèi)力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定情況確定二襯施工時(shí)間,可減少因過早施工二襯造成二襯內(nèi)力較大的危險(xiǎn)性,從而提高隧道支護(hù)結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性,可為同類工程參考。

從遼寧錦州擬建地下儲(chǔ)庫工程現(xiàn)場(chǎng)鉆取典型花崗巖巖芯,進(jìn)行不同凍結(jié)溫度(-10℃～-50℃)和不同含水狀態(tài)(干燥和飽和)的單軸及三軸壓縮試驗(yàn),分析巖石的變形破壞規(guī)律、干燥和飽和狀態(tài)抗壓強(qiáng)度以及三軸剪切強(qiáng)度參數(shù)c,?值隨溫度的變化關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明:(1)無論干燥還是飽和試樣,微風(fēng)化花崗巖單軸及三軸抗壓強(qiáng)度隨著低溫溫度的降低而提高,但呈現(xiàn)非線性增加的趨勢(shì),得到花崗巖抗壓強(qiáng)度隨低溫溫度變化的非線性關(guān)系擬合式,并認(rèn)為微風(fēng)化花崗巖存在一個(gè)抗壓強(qiáng)度趨于穩(wěn)定的溫度界限值,此值約為-40℃;(2)微風(fēng)化花崗巖在干燥和飽和條件下,黏聚力c值隨溫度的降低而增大,在干燥條件下尤為明顯。干燥條件下,微風(fēng)化花崗巖內(nèi)摩擦角隨低溫溫度降低變化較小,摩擦角基本保持在57°左右,飽和條件下,微風(fēng)化花崗巖內(nèi)摩擦角隨溫度降低而增加,由-10℃～-50℃增長(zhǎng)幅度約為3.43%。該研究成果可為液化天然氣(lng)的低溫地下存儲(chǔ)提供一定的力學(xué)參數(shù)依據(jù)。

錦屏二級(jí)電站是利用雅礱江大河灣地形設(shè)計(jì)修建的巨型電站,其高埋深帶來的高外水壓力和高地應(yīng)力問題是水電工程建設(shè)世界性難題。如何在高外水壓力條件下合理地設(shè)計(jì)襯砌結(jié)構(gòu),保證隧洞交通和引水發(fā)電功能的可靠實(shí)現(xiàn),關(guān)系到該電站能否順利建設(shè)和發(fā)揮效益,也關(guān)系到未來在雅魯藏布江大河灣地帶及類似情況下修建隧洞的可行性,事關(guān)重大。結(jié)合工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論分析,提出了一些有針對(duì)性的解決方案,供參考。

采用兩階段分析方法,提出隧道施工對(duì)群樁水平位移和內(nèi)力影響的簡(jiǎn)化解析計(jì)算方法:第一階段采用loganathan解析解估算隧道開挖引起的土體水平自由位移場(chǎng),第二階段首先基于winkler地基模型把樁視作彈性地基梁,將自由土體位移施加于樁并建立單樁水平位移控制方程,然后應(yīng)用簡(jiǎn)化mindlin方程,考慮被動(dòng)群樁的樁-樁相互影響,計(jì)算被動(dòng)群樁的遮攔效應(yīng),最后得到隧道開挖對(duì)被動(dòng)群樁的影響,并與邊界元法分析結(jié)果及工程實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比,得到了較好的一致性。

古水11孔套管封固不良,受礦壓影響,鉆孔漏水,具有水量大、水壓高等特點(diǎn),處理難度大,充分分析鉆孔漏水原因,準(zhǔn)確運(yùn)用注漿工藝,合理選擇注漿材料,動(dòng)水條件下成功地在井下封堵了漏水鉆孔,對(duì)處理類似鉆孔提供一定的參考。

針對(duì)目前世界最大直徑水下盾構(gòu)隧道的工程背景和劣化環(huán)境,通過分析襯砌劣化機(jī)理和行業(yè)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)確定了以有效厚度考量襯砌結(jié)構(gòu)劣化,采用強(qiáng)度折減原理對(duì)強(qiáng)度參數(shù)進(jìn)行逐步地折減,建立了考慮地層土性和覆土厚度影響的水下盾構(gòu)隧道襯砌劣化模型,運(yùn)用數(shù)值計(jì)算方法分析了襯砌劣化的多種組合工況,從而對(duì)襯砌劣化引起上海長(zhǎng)江隧道(崇明越江通道)變形的特征表現(xiàn)和趨勢(shì)規(guī)律進(jìn)行了研究和探討。研究結(jié)果表明:基于有效厚度折減的襯砌劣化分析方法能夠有效地反映劣化后隧道結(jié)構(gòu)的整體變形狀況,且計(jì)算結(jié)果可靠合理,可為盾構(gòu)隧道健康狀態(tài)診斷與分析提供理論依據(jù)和技術(shù)支持,也可為運(yùn)營(yíng)管理部門正確及時(shí)的養(yǎng)護(hù)維修提供借鑒和指導(dǎo)。

高圍壓高水壓條件下大理巖斷口微觀機(jī)理分析與試驗(yàn)研究——為了探討高圍壓高水壓對(duì)大理巖變形、強(qiáng)度、脆–塑轉(zhuǎn)化特性及破壞斷裂損傷劣化的影響，取錦屏二級(jí)水電站引水隧洞大理巖分別進(jìn)行高水壓、高圍壓、低圍壓作用下全應(yīng)力–應(yīng)變過程三軸壓縮對(duì)比試驗(yàn)，然后，對(duì)...

深埋蓄排水盾構(gòu)隧道承受高內(nèi)水壓力及較大的外部水土荷載,與公路、地鐵盾構(gòu)隧道在計(jì)算理論、建造技術(shù)及運(yùn)營(yíng)維護(hù)等方面有很大不同。鑒于蓄排水隧道襯砌結(jié)構(gòu)承載模式的變化,文章開展了整環(huán)力學(xué)行為試驗(yàn)及三維數(shù)值分析,研究了內(nèi)水壓作用、錯(cuò)縫拼裝及接頭螺栓安裝方式等對(duì)蓄排水盾構(gòu)隧道力學(xué)性能的影響。研究結(jié)果表明:通縫拼裝的蓄排水盾構(gòu)隧道從隧道內(nèi)空水變化至隧道內(nèi)滿水時(shí),隧道的變形大幅增加；內(nèi)水壓0.6mpa時(shí)隧道的豎向和水平收斂變形分別為空水時(shí)的2.2倍和3.2倍。與通縫拼裝的蓄排水盾構(gòu)隧道相比,錯(cuò)縫拼裝時(shí)襯砌環(huán)的收斂變形減小15%～25%,最大接頭張開量及螺栓拉力減小25%～40%。內(nèi)水壓增大會(huì)造成蓄排水盾構(gòu)隧道接頭螺栓屈服,最先出現(xiàn)螺栓屈服現(xiàn)象的接頭位于襯砌環(huán)最大負(fù)彎矩荷載作用位置附近；由于盾構(gòu)隧道的破壞多源于接頭螺栓屈服,該接頭位置為蓄排水盾構(gòu)隧道的薄弱點(diǎn)。對(duì)于采用雙排螺栓連接的蓄排水盾構(gòu)隧道,拱頂、拱底90°區(qū)域范圍內(nèi)靠近接頭外弧面位置的螺栓可以不拼裝；但兩側(cè)拱腰90°區(qū)域內(nèi)靠近接頭內(nèi)弧面位置的螺栓必須安裝,否則會(huì)造成最大負(fù)彎矩荷載作用位置附近的接頭螺栓拉力增大5%～14%。

三向受力條件下凍結(jié)巖石力學(xué)特性試驗(yàn)研究——隨著寒區(qū)或特殊施工環(huán)境條件下基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的需要，越來越有必要對(duì)凍結(jié)巖石力學(xué)問題進(jìn)行深入的研究。以陜西彬長(zhǎng)礦區(qū)胡家河煤礦凍結(jié)立井為背景，從現(xiàn)場(chǎng)采集的煤巖和砂巖為代表，進(jìn)行常溫(+2o℃)和不同凍結(jié)溫度（-5℃...

針對(duì)施工期盾構(gòu)隧道管片襯砌的受力特性及其施工荷載對(duì)管片結(jié)構(gòu)造成的影響開展研究。首先,對(duì)施工期管片所受施工荷載進(jìn)行系統(tǒng)總結(jié),包括千斤頂推力、注漿壓力、上浮力、盾殼作用力、拼裝荷載及其他荷載等;進(jìn)而將施工階段管片襯砌的受力特性歸納為典型三維特性、不確定性及不可忽視性等三方面。在此基礎(chǔ)上,對(duì)施工荷載對(duì)管片結(jié)構(gòu)的影響進(jìn)行了分析討論,包括施工期的管片裂縫、局部破損、止水條損壞、管片滲漏、管片錯(cuò)臺(tái)等。最后,從掘進(jìn)千斤頂控制、注漿壓力控制、螺栓二次預(yù)緊等角度對(duì)施工期盾構(gòu)隧道的管片破損保護(hù)工作提出了建議。分析表明,對(duì)盾構(gòu)隧道施工期管片受力特性及其影響的研究亟待深入,管片設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范亦應(yīng)更加重視施工荷載的作用及其影響。

火災(zāi)下盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)反應(yīng)數(shù)值分析——文章利用大型通用有限元程序ansys12．0，初步建立起了三維盾構(gòu)隧道火災(zāi)結(jié)構(gòu)反應(yīng)的數(shù)值模擬方法。進(jìn)行了火災(zāi)　　下盾構(gòu)隧道襯砌的結(jié)構(gòu)反應(yīng)計(jì)算，分析了襯砌結(jié)構(gòu)的火災(zāi)變形性能與受力性能。最后對(duì)火災(zāi)下的隧道襯砌圓環(huán)承...

高應(yīng)力條件下,地下工程在脆性巖體中施工很容易導(dǎo)致巖爆的發(fā)生。以n-j水電站大埋深引水隧洞為研究對(duì)象,首先采用應(yīng)力解除法進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)地應(yīng)力測(cè)試,發(fā)現(xiàn)引水隧洞的地應(yīng)力以構(gòu)造應(yīng)力為主,最大主應(yīng)力達(dá)到了107mpa,較高的地應(yīng)力水平是導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)巖爆發(fā)生的主要原因。為進(jìn)一步分析引水隧洞巖爆規(guī)律,將地應(yīng)力場(chǎng)轉(zhuǎn)換至隧道局部坐標(biāo),在考慮地應(yīng)力場(chǎng)剪應(yīng)力影響的情況下,采用能量判據(jù),通過數(shù)值方法計(jì)算得到了巖爆的分布范圍。

采用氣動(dòng)式間接桿桿型沖擊拉伸試驗(yàn)裝置對(duì)5種不同成分的twip鋼在102~103s-1應(yīng)變速率范圍內(nèi)的動(dòng)態(tài)拉伸變形行為進(jìn)行了研究,并和靜態(tài)拉伸性能作了比較。結(jié)果表明:隨應(yīng)變速率的提高,材料動(dòng)態(tài)條件下的抗拉強(qiáng)度、斷裂延伸率和能量吸收值均顯著增加,均勻延伸率略有提高。twip鋼在形變過程中產(chǎn)生形變孿晶顯著改善了材料的塑性,因此在高應(yīng)變速率下的延伸率仍較好。

實(shí)驗(yàn)測(cè)量了紙漿模塑材料在不同加載條件下拉伸時(shí)的強(qiáng)度極限、彈性模量和泊松比等力學(xué)性能,同時(shí)給出了紙漿模塑材料的應(yīng)力-應(yīng)變曲線,為紙漿模塑緩沖包裝結(jié)構(gòu)的有限元分析和設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:當(dāng)加載速率提高時(shí),試件強(qiáng)度極限和彈性模量隨之增加;當(dāng)溫度升高時(shí),紙漿模塑材料的強(qiáng)度極限和彈性模量隨之逐漸升高;當(dāng)濕度升高時(shí),紙漿模塑的強(qiáng)度極限和彈性模量隨之降低。紙漿模塑材料單向拉伸時(shí)橫向變形很小,且對(duì)溫、濕度等環(huán)境因素影響敏感,泊松比的測(cè)量比較困難。數(shù)字圖像相關(guān)測(cè)量方法具有靈敏度高、非接觸、直接測(cè)量物體表面全場(chǎng)變形的特點(diǎn),采用該測(cè)量方法解決了材料泊松比的測(cè)量問題。實(shí)驗(yàn)測(cè)得紙漿模塑材料泊松比為0.097。