摘要：盾构隧道管片接头是整体衬砌结构的薄弱环节,接缝张开量超限极易导致结构出现不同程度的损伤和破坏。针对盾构隧道环间大变形问题,提出了一种变阻滑移锚式接头,并基于有限元软件ABAQUS,建立了接头-管片三维精细化数值模型,考虑管片厚度、强度、轴力等影响因素对接头-管片结构抗剪性能及破坏机理展开深入研究。结果表明:管片强度对接头-管片结构抗剪刚度及结构损伤影响较小;不同轴力下管片损伤及套杆应力分布情况不一致,随着轴力的逐渐增加,摩擦力增大后会分担一部分剪力,造成管片损伤相应减小,而套杆损伤程度相对增加;管片较薄时难以充分发挥接头力学性能,甚至会在管片内侧表面出现裂缝进而影响衬砌结构安全。该研究成果可为新型接头的设计与加工提供技术参考。

摘要：在役盾构隧道管片衬砌的承载能力劣化模型是隧道结构耐久性评价及科学养护的基础。以建立能考虑工程不确定性的钢筋混凝土管片概率承载能力劣化模型为目标,考虑隧道运营环境的主要侵蚀因子及管片衬砌的压弯受力特性,建立碳化侵蚀与氯离子侵蚀下管片主筋的锈蚀模型;考虑锈蚀管片中钢筋的截面面积损失以及钢筋-混凝土黏结滑移,以钢筋锈蚀率为媒介,构建锈蚀管片的时变抗弯及抗压承载能力计算模型;考虑衬砌管片抗弯及抗压承载能力的系统特性和相关性,基于概率统计理论,建立衬砌结构系统失效概率及可靠度的计算模型与方法。通过算例发现:管片抗弯承载能力劣化显著于抗压承载能力劣化,服役100年时,剩余抗弯承载能力和抗压承载能力分别约为初始值的30%和97%;结构抗力的均值与标准差均随结构劣化而减小;对管片的受弯模式,可靠度在95年时,拱顶、边墙及拱底部分位置不足规范要求,管片受压模式的可靠度(3.4~3.9)始终维持在较高水平;受弯和受压模式的相关性系数在0.93左右,管片结构的失效主要由抗弯承载能力不足引起。研究结果可为盾构隧道管片衬砌的耐久性设计及养护策略制定提供支持。

摘要：为提升超大直径盾构隧道管片拼装精度及质量,对管片自适应拼装和纠偏曲线计算进行了研究。研究明确了盾构隧道三轴线之间的相互关系和影响管片自适应拼装的控制因素,建立了综合考虑各项控制因素的管片自适应拼装函数。此外,针对盾构机与隧道设计轴线的相对位置进行了分类,通过考虑盾尾间隙控制、推进油缸最大行程差等影响因素,得到了最小纠偏半径,并建立了相应的盾构掘进纠偏曲线计算的数学模型,实现了盾构掘进纠偏曲线的合理化设计。最后,基于Python语言开发了可实现多目标调控的盾构管环动态自主纠偏系统,并通过重大工程应用验证了其在实现管片自适应拼装、掘进曲线纠偏及油缸精确推进全过程的准确化、高效化和信息化。

摘要：为完善FRP-Key接头的设计思路并推广该接头在实际工程中的应用,利用混凝土材料的塑性损伤本构,建立了能够反映管片损伤情况和开裂过程的数值模型。基于已有试验数据,建立FRP-Key接头的实体精细化模型,以充分考虑接头与榫槽之间接触的不连续性。通过与试验结果的对比验证了所建模型的合理性和可行性。设计了7种不同的对称布置方式,以研究其对FRPKey接头抗剪性能的影响情况。重点分析了不同布置方式中管片-接头结构在剪力作用下的宏观破坏形式,探讨了布置方式对FRP-Key接头极限承载力的影响,初步判断并提出了一定轴力条件下不同破坏形式对应的接头布置范围及最佳布置方式应满足的条件,最后综合工程实际情况给出了FRP-Key接头的应用建议。数值分析结果表明:随着布置方式的变化,榫槽侧管片出现3种不同的破坏形式,其中与理论分析情况相符的布置方式应满足条件:3.125c<d2<5.625c。不同布置方式对应的极限承载力存在区别,当FRP-Key接头靠近管片边缘布置时,与理论计算结果相差最大,差值为10.52%,FRP-Key接头的最佳布置范围应满足条件:3.125c<d2<4.375c。管片-接头结构达到极限承载力时,对应的接头侧管片的竖向位移在1.6~1.7mm之间。研究结果可作为进一步探讨FRP-Key接头力学性能的参考。

摘要：利用ABAQUS有限元分析软件,通过数值模拟对盾构隧道弯螺栓接头在预紧力作用下的力学特性进行研究,为螺栓接头的设计和施工提供理论依据。采用符合混凝土受力特性的DP本构模型和符合钢材受力特性的塑性本构模型,研究预紧力对于弯螺栓接头力学特性的影响;施加不同的荷载,分析不同工况下预紧力作用效果的差异,揭示预紧力作用的机理。结果表明:预紧力改善了弯螺栓接头的力学特性,增强了螺栓约束管片的能力,减小了结构的整体变形。

摘要：为了研究大厚度湿陷性黄土地层的湿陷性对城市轨道交通地下结构的影响,针对传统室内试验评价结果不准确的缺点,依托兰州地铁3号线一期工程—陡道沟站,选取典型大厚度湿陷性黄土施工场地,通过开展场地地面浸水试验,测试了地面入渗过程中不同深度地层的湿陷沉降变形及地表的沉降变形,研究了既有黄土地层的湿陷变形特性,并结合室内试验的结果进行验证。结果表明:(1)场地内黄土的湿陷性具有突发性的特点,地表土层及深部土层的湿陷变形大体呈现陡增、骤降和平稳三个阶段;(2)场地内黄土的湿陷系数随着黄土深度的增加而降低,自重湿陷系数与深度的关系曲线符合幂函数关系,相关性为0.983;(3)兰州地区湿陷性黄土地层自重湿陷变形计算值的修正系数建议取值为1.675。研究结果可为兰州地区大厚度湿陷性黄土地层地铁设计及施工提供借鉴。

摘要：为研究火灾高温下盾构隧道衬砌结构的热力耦合行为,利用自主研制的温度加载设备和衬砌管环外压加载设备,分别设计并开展整环衬砌结构的无外压受热模型试验和热力耦合模型试验。试验使用不考虑接头效应的钢纤维混凝土匀质管片。首先,介绍2种试验设备的原理、主要构造和各类参数;在此基础上,针对模型试验过程进行细致的说明。然后,通过对衬砌管片结构形式的分析确定试验的火灾加载工况;详尽描述不同试验的相关结果,重点分析衬砌结构内表面各处温度场的变化过程、分布情况、管片的变形结果及破坏模式。研究结果表明:温度加载设备和衬砌管环外压加载设备能够较好的满足整环衬砌热力耦合研究的模型试验要求;试验初期底部管片的升温速率相对顶部管片有所滞后,但各部分间的温差数值随加热的持续进行会逐渐减小,衬砌结构内部能够形成稳定的温度场;无外力作用下匀质管片的破坏形式表现为沿幅宽方向的贯穿裂缝,各管片结构的裂缝发展路径存在差异;衬砌管片由于外压作用产生的压应变随温度的升高而减小;外压荷载对衬砌结构在高温下产生的膨胀变形存在抑制效果。研究结果可为盾构隧道整环衬砌结构热力耦合研究的进一步发展提供参考。

摘要：软土地区快速轨道交通盾构隧道具有线路控制更加严格,施工质量及线路精度控制难度更大等特点。为快速准确地计算盾构隧道衬砌环的轴线偏差,首先,基于一般形式的地铁线路线形,以隧道里程为纽带,对隧道设计轴线的三维坐标进行了解算;其次,采用二分法,通过不断迭代给出衬砌环偏差计算点对应隧道设计轴线的理论位置,进而提出衬砌环平面和高程偏差的计算方法;最后,结合天津市滨海新区轨道交通Z2线线路资料,给出衬砌环偏差计算的过程及结果。

摘要：为研究盾构隧道接缝密封垫防水性能及施工荷载对其影响,依托某地铁盾构隧道工程自主研制密封垫防水性能足尺试验装置,设计并开展相应的足尺试验。在此基础上,建立密封垫数值分析模型并结合试验结果验证了其可靠性。借助数值分析得到了不同错台量条件下的密封垫防水性能变化规律。最终,构建了盾构隧道三维荷载-结构模型,综合考虑注浆压力、千斤顶推力和盾尾刷反力等施工荷载,探究了接缝变形特征及其对密封垫防水性能的影响情况。研究结果表明:极限状态下工程原设计密封垫无法满足设计水压要求;接缝错台量增大将导致密封垫偏心受压越发严重,可能引起欠压侧支腿翘起;相同施工荷载下,最大环缝变形为最大纵缝变形的1.5~2.0倍,环缝密封垫防水性能降低程度更大;确定密封垫极限状态时有必要考虑施工荷载造成的接缝变形。所提出的足尺试验装置能够很好地实现试验目的,相应方法与结果可为后续盾构隧道接缝密封垫防水性能足尺试验研究提供参考和指导。

摘要：为研究盾构隧道管片接缝复合型密封垫中遇水膨胀橡胶块对其防水性能的影响,从复合型密封垫遇水膨胀橡胶块二次防水效应出发,提出基于遇水膨胀橡胶块几何尺寸及截面形式的复合型密封垫选型设计方法。利用该选型方法对中孔通用型复合密封垫进行数值选型分析,采用ABAQUS网格间求解变换技术,研究不同遇水膨胀橡胶块截面类型和尺寸对复合型密封垫防水性能的影响,得到复合型密封垫防水性能和压缩性能的变化特征,确定原复合型密封垫的最优化选型结果。结果表明:1)考虑遇水膨胀橡胶的防水性能后,复合型密封垫的二次防水性能有所提高;2)与六边形截面形式的遇水膨胀橡胶块相比,梯形截面形式的遇水膨胀橡胶块能够大幅提升中孔复合型密封垫的防水性能;3)复合型密封垫的压缩量与压缩力的关系呈现出阶段性变化特征,变形较小时表现为线性关系,随着变形逐步增大逐渐过渡为非线性关系。