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不同因素导致的差异沉降对盾构隧道受力特性影响研究 被引量：1
1
作者 石钰锋 胡梦豪 +3 位作者 周宇航 黄大维 黄展军 陈焕然 《铁道科学与工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第4期1521-1532,共12页
盾构隧道在下卧地层软硬突变、局部堆载等因素影响下易产生不均匀沉降,可能诱发管片环间错台、螺栓断裂和接缝渗水等病害,危及隧道安全。然而,现有试验研究在隧道模型上多将纵向接头简化处理,难以反映盾构隧道纵向受力变形特性,对于隧... 盾构隧道在下卧地层软硬突变、局部堆载等因素影响下易产生不均匀沉降,可能诱发管片环间错台、螺栓断裂和接缝渗水等病害,危及隧道安全。然而,现有试验研究在隧道模型上多将纵向接头简化处理,难以反映盾构隧道纵向受力变形特性,对于隧道下卧软硬突变地层等工况的模拟也较为缺乏。为此,提出一种可同时模拟抗拉、抗弯刚度的“弹簧+螺栓型”接头,并以此接头制作可满足纵向力学性能相似的隧道模型,对盾构隧道进行下卧软硬突变、局部堆载等工况下的模型试验,进一步探明不同因素导致的差异沉降对盾构隧道的影响机理,并采用数值模拟验证了试验的可行性。研究结果表明:1)较单一地层而言,隧道下卧软硬突变时纵向沉降曲线呈现明显的非线性,其隧道沉降及差异沉降最值显著增大,软土侧隧道沉降较硬土侧更为显著,最大沉降、沉降差均出现在突变区软土侧衬砌处;2)下卧地层突变导致隧道横向收敛变形在纵向上分布不均,使软土侧衬砌收敛变形减小,硬土侧衬砌收敛变形显著增大;3)局部堆载对管片弯矩分布影响较小,对弯矩最值影响较大;4)下卧软土区隧道结构内力分布明显变异,隧道衬砌正弯矩区域显著增大,负弯矩区域略有减小,且弯矩最值提升显著。因此针对软硬突变地层,必要时在硬土侧隧道可采用粘钢法等方法提升衬砌横向刚度,以控制其收敛变形;软土侧隧道建议对管片进行螺栓复紧,并加强接缝防水,以减小下卧地层弱化对隧道结构产生的不利影响。 展开更多
关键词 盾构隧道 模型试验 等效刚度 差异沉降 纵向接头
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超、卸载作用下考虑接头影响的盾构管片承载性能研究
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作者 胡梦豪 石钰锋 +3 位作者 蒋亚龙 黄展军 张荣锋 顾大均 《北京交通大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第1期20-31,共12页
地表堆载或侧方开挖卸载易诱发盾构隧道病害,影响施工及运营安全.现有研究难以综合定量评价超、卸载作用下盾构隧道的承载性能,其数值模型大多仅考虑环向或纵向接头的单一影响,将接头等效为切向及法向弹簧,难以考虑接头的非线性,或是直... 地表堆载或侧方开挖卸载易诱发盾构隧道病害,影响施工及运营安全.现有研究难以综合定量评价超、卸载作用下盾构隧道的承载性能,其数值模型大多仅考虑环向或纵向接头的单一影响,将接头等效为切向及法向弹簧,难以考虑接头的非线性,或是直接将螺栓嵌入混凝土中,忽略螺栓预紧力的承载贡献,接头精细化程度不足.为此,建立考虑环、纵向接头的盾构隧道精细化数值模型,对顶部超载和侧方卸载工况作用下结构的受力特性和承载性能展开分析,获取不同工况下结构的承载极限及相应的变形阈值,并利用足尺试验验证了数值模型的可行性.研究结果表明:本文数值计算结果与足尺试验吻合良好,二者椭圆度变形差异小于10%;计算精度较仅考虑环向接头影响时提高约6%,较未考虑接头影响时(均质圆环)提高约30%,可实现盾构管片结构变形过程及损伤演化的动态模拟;盾构隧道有一定的富余承载力,当隧道上方超载达138 kPa或侧方压力卸载达26.3%时,结构相应的椭圆度分别为27.4‰和22.1‰,结构达到正常服役的极限状态,当隧道超出正常服役极限状态后,接头塑性铰逐步成型,结构软化并逐渐失效,接缝张开及管片错台也急剧上升;隧道侧方压力卸载达26.3%后,其接缝张开及管片错台曲线不再光滑,侧压卸载超36.8%后,曲线的起伏波动更为明显,隧道侧方卸载过程中结构受力响应更为复杂、敏感. 展开更多
关键词 盾构管片 数值模拟 超载 卸载 足尺试验 接头
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含壁后空洞盾构隧道管片安全分析
3
作者 石钰锋 胡梦豪 +3 位作者 周宇航 黄展军 耿大新 顾大均 《都市快轨交通》 北大核心 2024年第2期107-115,共9页
为探究空洞对盾构隧道的影响机理,通过建立考虑环、纵向接头的盾构隧道精细化数值模型,研究不同空洞深度、面积、位置等多种情况下管片内力、变形及截面安全系数的变化规律,并探讨管片不同拼装点位对含壁后空洞隧道的影响。研究结果表明... 为探究空洞对盾构隧道的影响机理,通过建立考虑环、纵向接头的盾构隧道精细化数值模型,研究不同空洞深度、面积、位置等多种情况下管片内力、变形及截面安全系数的变化规律,并探讨管片不同拼装点位对含壁后空洞隧道的影响。研究结果表明:隧道壁后不同位置空洞对结构安全不利影响的排序为:隧腰>隧底>隧顶;空洞面积为5.0 m^(2)时,随空洞深度增加,隧顶或隧底空洞中心处隧道截面弯矩及安全系数呈先减小后反向增大的趋势,且管片椭变先减小至0后反向增大,弯矩分别在空洞深0.3、0.2 m时反弯,左隧腰空洞中心处截面安全系数不断降低,管片椭变及弯矩大幅提升;空洞深度为0.5 m时,隧顶或隧底空洞中心处隧道截面弯矩均在空洞面积3.75 m^(2)时反弯;空洞范围内存在纵缝会降低空洞中心处隧道截面内力并提升其安全系数,但其最大张开为空洞内无接缝时的2.0~3.5倍。研究成果可为盾构隧道壁后空洞安全评价、拼装点位选取提供参考。 展开更多
关键词 轨道交通 盾构隧道 壁后空洞 数值模拟 安全系数 内力
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强风化软岩地层盾构隧道荷载及受力特性分析
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作者 石钰锋 胡梦豪 +3 位作者 张涛 黄大维 黄展军 陈焕然 《隧道建设（中英文）》 CSCD 北大核心 2023年第S02期91-99,共9页
为探明既有隧道衬砌设计理论能否较好契合强风化软岩盾构隧道并获取管片实际受力特性,依托南昌地铁1号线北延段区间盾构隧道工程开展现场测试,对管片所受外荷载及结构内力进行长期监测。同时,建立相应的盾构管片精细化数值模型,并与实... 为探明既有隧道衬砌设计理论能否较好契合强风化软岩盾构隧道并获取管片实际受力特性,依托南昌地铁1号线北延段区间盾构隧道工程开展现场测试,对管片所受外荷载及结构内力进行长期监测。同时,建立相应的盾构管片精细化数值模型,并与实测数据对比验证,进一步探究管片受力特性。结果表明:1)管片环外水土压力受同步注浆影响最显著是在脱环5环内,隧底土压力小于隧顶,水压力占总土压力的绝大部分;2)管片所受竖向土压力呈“中间大、两头小”的分布模式,拱顶附近实测值最大,与太沙基理论、普氏理论、隧规法计算值分别相差近20%、30%、42%,故该地层下隧道竖向土压力按太沙基理论计算较为合适;3)数值模拟所得管片内力与实测值吻合较好,管片弯矩整体呈“蝴蝶形”,拱顶弯矩值略大于拱底。 展开更多
关键词 盾构隧道 强风化软岩 围岩荷载 受力特性 内力 现场测试 数值模拟
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不同埋深下砂性地层盾构隧道衬砌荷载研究 被引量：1
5
作者 张涛 石钰锋 +3 位作者 周宇航 钟广 熊金平 胡梦豪 《建筑结构》 CSCD 北大核心 2022年第S02期2682-2688,共7页
由于围岩性质多变且土体-衬砌接触复杂,为探明既有隧道荷载计算理论及修正惯用法荷载体系是否能较好契合不同埋深下的砂性地层盾构隧道,依托南昌地铁盾构隧道建立了弹塑性有限元模型,采用罚函数算法模拟土体–衬砌结构接触面。同步开展... 由于围岩性质多变且土体-衬砌接触复杂,为探明既有隧道荷载计算理论及修正惯用法荷载体系是否能较好契合不同埋深下的砂性地层盾构隧道,依托南昌地铁盾构隧道建立了弹塑性有限元模型,采用罚函数算法模拟土体–衬砌结构接触面。同步开展了几何相似比为1:10的模型试验以修正有限元模型。再进一步深入研究不同埋深下衬砌荷载大小及分布模式,并与全土柱法、太沙基理论、谢家烋理论计算值对比。结果表明:衬砌所受荷载整体呈“花生形”分布,荷载大小从拱顶附近逐渐减小至拱腰,再从拱腰增大至拱底;衬砌竖向荷载分布形态类似正态分布函数,水平荷载分布形态近似抛物线;埋深为1~3倍洞径时,衬砌竖向荷载按太沙基理论计算更为合适;埋深大于3倍洞径时,太沙基理论计算值略偏不安全,而谢家烋理论计算值则偏保守。 展开更多
关键词 衬砌荷载 模型试验 数值模拟 接触面 埋深
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