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考虑纵向残余顶推力的盾构隧道纵向抗弯刚度解析算法

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中国公路学报 2024年第1期37卷 165-174页

作者：黄大维姜浩罗文俊邓文武华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心江西南昌330013 华东交通大学江西省防灾减灾及应急管理重点实验室江西南昌330013 中铁第六勘察设计院集团有限公司天津300308

纵向抗弯刚度是盾构隧道的基本力学参数,其取值的合理性直接关系到盾构隧道纵向响应分析结果。针对盾构隧道纵向抗弯刚度取值未考虑环缝接头拉伸刚度与纵向残余顶推力的问题,提出了一种考虑纵向残余顶推力的盾构隧道纵向抗弯刚度解析算... 详细信息

纵向抗弯刚度是盾构隧道的基本力学参数,其取值的合理性直接关系到盾构隧道纵向响应分析结果。针对盾构隧道纵向抗弯刚度取值未考虑环缝接头拉伸刚度与纵向残余顶推力的问题,提出了一种考虑纵向残余顶推力的盾构隧道纵向抗弯刚度解析算法。首先,通过理论分析将盾构隧道的纵向挠曲变形考虑为均质圆管的纵向挠曲变形与管片环环缝张开导致的纵向挠曲变形两部分,并由此得到了盾构隧道纵向抗弯刚度解析算法,其结果与管片材料的弹性模量、隧道外径、管片幅宽、环缝接头数量、环缝接头拉伸刚度和纵向残余顶推力等因素有关。然后,设计了可考虑环缝接头拉伸刚度与纵向残余顶推力的缩尺模型盾构隧道,并开展了纵向抗弯刚度模型试验,分别对模型隧道的纵向挠曲变形量与环缝张开变形量进行了测试。最后,通过试验数据对纵向抗弯刚度解析算法进行了验证。结果表明:模型盾构隧道实测纵向抗弯刚度与理论算法求解得到的纵向抗弯刚度基本一致;当不施加纵向残余顶推力时,随着加载的增加,盾构隧道纵向抗弯刚度总体变化不大,而当施加纵向残余顶推力时,对于相同纵向残余顶推力,盾构隧道纵向抗弯刚度随着加载的增加而减小,并逐渐趋于稳定;在盾构隧道纵向响应分析中,需要减小纵向残余顶推力引起的纵向挠曲变形,以作为盾构隧道的安全储备。

关键词：隧道工程盾构隧道模型试验纵向抗弯刚度纵向残余顶推力解析算法

联络通道施工盾构机接收对已建盾构隧道影响试验研究

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岩土工程学报 2024年第4期46卷 784-793页

作者：黄大维陈后宏徐长节封坤耿大新华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 华东交通大学江西省防灾减灾及应急管理重点实验室江西南昌330013 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031

联络通道机械法施工中盾构机接收对已建盾构隧道受荷变形影响机制暂不明确问题,通过设计1∶10的缩尺模型试验,开展了联络通道机械法施工中盾构机接收对已建盾构隧道影响试验研究。试验结果分析表明:联络通道机械法施工时,盾构机开挖面... 详细信息

联络通道机械法施工中盾构机接收对已建盾构隧道受荷变形影响机制暂不明确问题,通过设计1∶10的缩尺模型试验,开展了联络通道机械法施工中盾构机接收对已建盾构隧道影响试验研究。试验结果分析表明:联络通道机械法施工时,盾构机开挖面附加水平土压力将导致接收端已建盾构隧道对侧的土压力在中部有显著的增大,而两端则减小,即导致顶推对侧发生了水平被动土拱现象;在中间附加水平土压力作用下,隧道在中间发生了显著的竖椭圆变形,而在两端则发生了一定的横椭圆变形;隧道中间发生竖椭圆变形对上下地层形成挤压,在竖向上同样形成了被动土拱现象;隧道纵向挠曲变形时出现了一定的反弯现象。盾构隧道作为地层中的管状结构物,在地层中纵向变形分析时需要考虑横断面变形的影响。

关键词：联络通道盾构隧道机械法施工附加土压力挠曲变形

基于螺栓拉伸刚度的地铁盾构隧道纵向刚度计算

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中国铁道科学 2024年第4期45卷 89-98页

作者：黄大维姜浩封坤丁智彩国庆金浩华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 华东交通大学江西省防灾减灾及应急管理重点实验室江西南昌330013 西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室四川成都610031 浙大城市学院土木工程系浙江杭州310015 东南大学交通学院江苏南京211189

针对现有盾构隧道纵向刚度计算方法缺乏试验验证且未考虑螺栓拉伸刚度等因素影响的不足,首先,理论推导盾构隧道纵向刚度的解析计算方法;然后,以上海地铁盾构隧道为背景,设计并开展缩尺模型试验,通过实测结果验证解析计算方法;最后,以珠... 详细信息

针对现有盾构隧道纵向刚度计算方法缺乏试验验证且未考虑螺栓拉伸刚度等因素影响的不足,首先,理论推导盾构隧道纵向刚度的解析计算方法;然后,以上海地铁盾构隧道为背景,设计并开展缩尺模型试验,通过实测结果验证解析计算方法;最后,以珠三角地区盾构隧道为工程背景,计算盾构隧道纵向刚度。结果表明:由于螺栓预紧力的存在,跨中加载较小时的实测隧道纵向刚度偏大,但随着跨中加载的增加,实测结果与理论计算结果趋于接近,验证了解析计算方法的合理性;珠三角地区盾构隧道在弹性阶段、塑性阶段和塑性变形后的纵向螺栓拉伸刚度依次为2.1255×10^(6),0.9859×10^(6)和3.1856×10^(6) N·m^(-1),纵向刚度依次为3.3068×10^(8),1.5345×10^(8)和4.9543×10^(8) N·m^(2);考虑到地铁盾构隧道发生纵向变形时,一定范围内的纵向螺栓所处变形阶段存在差别,在实际纵向刚度取值时应根据隧道最大变形导致的纵向螺栓拉伸量来具体分析确定。

关键词：地铁盾构隧道纵向刚度螺栓拉伸刚度纵向螺栓模型试验

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浆液扩散模式对地层附加土压力影响试验研究

华中科技大学学报(自然科学版) 2024年第10期52卷 20-26页

作者：黄大维刘家璇徐长节罗仲睿华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室华东交通大学江西省防灾减灾及应急管理重点实验室

针对现有盾构隧道变形恢复注浆过程中地层附加土压力形成影响因素不明的问题，分别采用不同含水量浆液和注浆方式开展了注浆单元体试验，并对注浆产生的附加土压力及浆液扩散形态进行了分析．试验结果表明：当采用直接法注浆时，浆液的... 详细信息

针对现有盾构隧道变形恢复注浆过程中地层附加土压力形成影响因素不明的问题，分别采用不同含水量浆液和注浆方式开展了注浆单元体试验，并对注浆产生的附加土压力及浆液扩散形态进行了分析．试验结果表明：当采用直接法注浆时，浆液的含水量对其扩散模式影响显著，进而影响注浆导致的地层附加土压力；浆液的含水量越低，其流动性越差，注入地层时发生跑浆的可能性越小，因此越有利于地层注浆附加土压力的形成；当采用囊袋法注浆时，地层中的附加土压力增长平稳，注入相同体积浆液后总体产生的地层附加土压力更大．在满足浆液在注浆管内流动性与可注性的条件下，盾构隧道变形恢复注浆过程中建议降低浆液的含水量，以提高浆液稠度，并考虑采用囊袋法进行注浆．

关键词：盾构隧道恢复注浆附加土压力单元体浆液扩散

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软硬不均地层盾构机姿态控制试验研究

岩土工程学报 2024年

作者：黄大维陈凯徐长节卢文剑曾小涛华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室华东交通大学江西省防灾减灾及应急管理重点实验室

软硬不均地层是盾构施工过程中常遇到的不良地质之一，盾构机在掘进软硬不均地层时，刀盘受力不均易导致盾构机姿态发生变化，从而导致盾构隧道偏离设计轴线。为研究盾构机掘进软硬不均地层时，刀盘受力和盾构机姿态变化之间的关系，设... 详细信息

软硬不均地层是盾构施工过程中常遇到的不良地质之一，盾构机在掘进软硬不均地层时，刀盘受力不均易导致盾构机姿态发生变化，从而导致盾构隧道偏离设计轴线。为研究盾构机掘进软硬不均地层时，刀盘受力和盾构机姿态变化之间的关系，设计了1:10的模型盾构开挖施工模型试验，对试验中软硬不均地层中盾构机受力状况进行了分析，并对试验施工过程中盾构机的姿态进行了监测和分析。试验结果分析得出：（1）盾构机在开挖软硬不均地层时，刀盘掘进硬土层时开挖面土体反力大于刀盘掘进软土层时开挖面土体反力，刀盘将受到额外的开挖面扭矩，从而导致盾构机刀盘扭矩增大。（2）盾构法施工上软下硬地层时，盾构机刀盘逆时针转动，刀盘右侧接触硬土面积分别大于、小于、等于左侧时，盾构机刀盘受到开挖面反力整体合力分别向左下、左上、左；盾构机刀盘顺时针转动时，受力方向相反。（3）盾构机在开挖软硬不均地层时，刀盘转向应频繁规律的改变，正反转交替掘进。（4）盾构机在地层中的姿态变化受本身固有姿态和盾构机受力的综合影响。

关键词：软硬不均盾构施工模型试验盾构机受荷盾构机姿态

地下水位变化对砂土地层地铁隧道沉降影响试验研究

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中国铁道科学 2024年第1期45卷 122-130页

作者：黄大维李彬鑫石钰锋胡光静袁岳峰詹涛华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 华东交通大学江西省防灾减灾及应急管理重点实验室江西南昌330013 中铁广州工程局集团有限公司广东广州511457 南昌轨道交通集团有限公司地铁项目管理分公司江西南昌330038

为考察地铁运营后列车载荷和地下水对隧道造成的影响,对某砂性土地层城市中某一地铁盾构隧道区段运营6年间的沉降变形进行实测观察;根据实测所得沉降规律,设计并开展缩尺模型试验,研究车致振动条件下因地下水位变化产生的隧道沉降规律... 详细信息

为考察地铁运营后列车载荷和地下水对隧道造成的影响,对某砂性土地层城市中某一地铁盾构隧道区段运营6年间的沉降变形进行实测观察;根据实测所得沉降规律,设计并开展缩尺模型试验,研究车致振动条件下因地下水位变化产生的隧道沉降规律。结果表明:随着时间推移,隧道各测点所得数据呈现一定的周期性上升与下降变化趋势,前2年隧道总体上浮,之后略有沉降,第3年后虽有波动但基本未发生进一步沉降,第6年后隧道最大沉降不超过3 mm;砂性土地层中,地下水位变化会造成重塑土层内部应力变化,且振动荷载会导致土体颗粒结构重新调整至密实,易导致隧道发生沉降,因此不能忽视地铁周围施工降水给隧道带来的不利影响;土体振密及因地下水产生的浮力共同作用,导致隧道的上浮及沉降。相比于软土地层,砂性土地层中盾构隧道的沉降速率明显更低且沉降基本稳定时间更短,2种地层下的沉降规律、影响因素完全不同,各地层下的沉降分析理论亦无法相互适用。

关键词：盾构隧道隧道沉降砂土地层地下水位车致振动

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盾构隧道底部注浆抬升模拟试验研究

岩土力学 2024年第S1期45卷 371-381页

作者：黄大维刘家璇谭满生邓翔浩黄永亮翁友华陈升平华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室中铁第六勘察设计院集团有限公司江西省交通工程集团有限公司中交一公局集团有限公司江西赣榕地方铁路开发建设有限公司

针对盾构隧道底部注浆时浆液扩散及隧道周围土压力影响不明的问题，开展了注浆单元体试验及盾构隧道底部注浆抬升模拟试验。注浆单元体试验分析表明：注浆过程浆液呈现劈裂扩散后最终发生了跑浆现象，而在发生跑浆后注浆附加土压力基本... 详细信息

针对盾构隧道底部注浆时浆液扩散及隧道周围土压力影响不明的问题，开展了注浆单元体试验及盾构隧道底部注浆抬升模拟试验。注浆单元体试验分析表明：注浆过程浆液呈现劈裂扩散后最终发生了跑浆现象，而在发生跑浆后注浆附加土压力基本不再增加，甚至有所减小。在隧道注浆抬升模型试验注浆过程中，浆液发生了挤密扩散和劈裂扩散等；浆液劈裂扩散的方向具有一定的随机性，随着劈裂扩散浆液在土层中固结，其流动性逐渐降低，最终停止扩散；浆液由挤密扩散转为劈裂扩散后，挤密扩散所形成浆泡的周围土压力显著减小；完成注浆后，因浆液固结收缩，注浆导致的附加土压力将再次减小；模型盾构隧道在底部注浆导致的附加土压力作用下发生了横椭圆变形与纵向挠曲变形，模型盾构隧道与其周围土体形成相互作用的附加荷载。因此在实际施工中，除遵循少量多次的注浆原则外，应提高浆液稠度而避免发生跑浆。

关键词：盾构隧道不均匀沉降注浆抬升浆液扩散隧道变形

地层注浆附加土压力形成及影响因素单元体试验研究

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岩石力学与工程学报 2024年第S1期43卷 3520-3529页

作者：黄大维罗仲睿罗文俊朱碧堂刘家璇赵梽錡华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室江西南昌330013 华东交通大学江西省防灾减灾及应急管理重点实验室江西南昌330013

地层注浆已成为既有隧道变形恢复的重要技术,为探明浆液扩散及注浆附加土压力的形成机制与影响因素,设计地层注浆单元体试验,在砂土、橡胶粒地层中分别注入不同含水量的浆液,采用模型试验的方法探究注浆过程中浆液的扩散模式及附加土压... 详细信息

地层注浆已成为既有隧道变形恢复的重要技术,为探明浆液扩散及注浆附加土压力的形成机制与影响因素,设计地层注浆单元体试验,在砂土、橡胶粒地层中分别注入不同含水量的浆液,采用模型试验的方法探究注浆过程中浆液的扩散模式及附加土压力的形成规律,试验结果表明:(1)相比于低含水量浆液,高含水量浆液在砂土地层内易发生劈裂扩散;(2)高含水量浆液在橡胶粒地层中易发生渗透扩散,而低含水量浆液在橡胶粒地层中主要以劈裂扩散为主;(3)低含水量浆液在砂土地层的浆脉厚度大于橡胶粒地层的浆脉厚度,注浆导致的附加土压力也更大;(4)注浆材料与地层土体的物理力学性能共同决定了浆液的扩散发展过程,进而影响注浆附加土压力的大小。

关键词：隧道工程盾构隧道恢复注浆附加土压力单元体模型试验

联络通道施工盾构机始发对已建盾构隧道影响试验研究

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岩土工程学报 2024年

作者：黄大维陈后宏徐长节罗文俊耿大新刘家璇华东交通大学轨道交通基础设施性能监测与保障国家重点实验室华东交通大学江西省防灾减灾及应急管理重点实验室

盾构法联络通道施工过程中盾构机始发对已建盾构隧道受荷变形影响暂不明确问题，通过设计1:10的缩尺模型试验，开展了盾构机始发对已建盾构隧道影响试验研究。试验结果表明：盾构法联络通道施工时，在盾构机顶推反力作用下，始发端已建... 详细信息

盾构法联络通道施工过程中盾构机始发对已建盾构隧道受荷变形影响暂不明确问题，通过设计1:10的缩尺模型试验，开展了盾构机始发对已建盾构隧道影响试验研究。试验结果表明：盾构法联络通道施工时，在盾构机顶推反力作用下，始发端已建盾构隧道在联络通道位置约1倍隧道直径范围内发生了横椭圆变形，而两端则发生了竖椭圆变形；盾构隧道发生横断面变形时，水平直径变形约为竖向直径变形的3-4倍；在联络通道位置约1倍隧道直径范围内向顶推反力方向发生了水平挠曲变形，而在其两侧方向上发生了水平挠曲反弯现象；竖向挠曲变形趋势与水平挠曲变形相同，且比水平挠曲变形的幅度小；联络通道位置约1倍隧道直径范围内的水平直径增大导致隧道两侧的水平土压力均增大，竖向直径减小导致隧道顶部与底部的竖向土压力均减小；盾构隧道周围的土压力变化是盾构隧道横断面变形与纵向挠曲变形共同作用的结果，在盾构隧道受力分析过程中建议同时考虑其横断面变形与纵向挠曲变形。

关键词：联络通道盾构隧道盾构法施工顶推反力挠曲变形