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基于ALE方法的盾构对接施工钢环顶伸数值模拟及稳定性分析

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振动与冲击 2015年第19期34卷 91-97,102页

作者：王欢欢杨丽丽杨勋金先龙上海交通大学机械系统与振动国家重点实验室上海200240 上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 上海应用技术学院上海201400

基于任意拉格朗日-欧拉有限元方法(ALE),建立了盾构对接施工钢环顶伸的三维数值模型,解决了土体变形流动导致网格畸变的问题,实现了钢环-土体动态耦合过程。分析了钢环顶伸过程中,钢环前侧阻力变化、钢环应力应变状况。研究了不同的顶... 详细信息

基于任意拉格朗日-欧拉有限元方法(ALE),建立了盾构对接施工钢环顶伸的三维数值模型,解决了土体变形流动导致网格畸变的问题,实现了钢环-土体动态耦合过程。分析了钢环顶伸过程中,钢环前侧阻力变化、钢环应力应变状况。研究了不同的顶伸速度下,对钢环顶伸的影响。在充分考虑接触及重力条件下,分析了钢环轴向及侧向的稳定性状况。研究结果可为盾构对接施工方案设计提供参考依据。

关键词：任意拉格朗日-欧拉方法盾构对接钢环顶伸稳定性

盾构对接半圆环形冻结加固结构温度场数值优化分析

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林业工程学报 2021年第5期6卷 161-168页

作者：任军昊胡俊周禹暄熊辉林小淇李珂王志鑫海南大学土木建筑工程学院海口570228 海南省水文地质工程地质勘察院海口570206

盾构对接施工冻结法加固,确立最佳的冻结方案、掌握冻土的帷幕情况及工程中温度场的发展规律等是需要迫切解决的关键问题。本研究运用有限元软件对盾构隧道对接半圆环形冻结加固结构进行温度场发展规律分析,将数值计算结果与圆形刀盘冻... 详细信息

盾构对接施工冻结法加固,确立最佳的冻结方案、掌握冻土的帷幕情况及工程中温度场的发展规律等是需要迫切解决的关键问题。本研究运用有限元软件对盾构隧道对接半圆环形冻结加固结构进行温度场发展规律分析,将数值计算结果与圆形刀盘冻结加固结构进行对比,通过改变冻结管数量(圆心角度数)来优化冻结设计,对比确定最优冻结方案。结果表明:在冻结9 d时,-1℃等温线开始交圈,在冻结15 d时,-1℃等温线基本完成交圈并形成圆环形的冻土帷幕,在冻结40 d时,冻土帷幕厚度达到2.3 m;在冻结13 d时,-10℃等温线开始交圈,在冻结28 d时,-10℃等温线基本完成交圈并形成圆环形的冻土帷幕,在冻结40 d时,冻土帷幕厚度达到1.2 m。从最终冻结效果以及温度随时间变化历程可以看出,离冻结管越近,受盐水降温影响越大,冻结效果越好;采用半圆环形冻结加固效果优于圆形刀盘冻结加固;原方案偏于保守,可适当减少冻结管数量(增加圆心角度数),优化分析出最优冻结方案,建议今后类似工程设计采用方案1,即圆心角8°或45根冻结管。

关键词：盾构对接半圆环形冻结管冻结法温度场数值模拟优化分析

琼州海峡隧道盾构对接冻土帷幕温度场数值分析

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地下空间与工程学报 2019年第2期15卷 629-636页

作者：胡俊詹旺宇蔡兵华李忠超陈健海南大学土木建筑工程学院海口570228 武汉市市政建设集团隧道工程公司武汉430023 华中科技大学土木工程与力学学院武汉430074

盾构对接冻结法加固时,确定冻结方案、掌握冻土帷幕温度场发展与分布规律等是需要解决的关键问题。依托琼州海峡隧道盾构对接工程,运用有限元软件建立直管冻结和半圆环形冻结两种数值模型,对冻土帷幕温度场的发展规律进行研究,主要得出... 详细信息

盾构对接冻结法加固时,确定冻结方案、掌握冻土帷幕温度场发展与分布规律等是需要解决的关键问题。依托琼州海峡隧道盾构对接工程,运用有限元软件建立直管冻结和半圆环形冻结两种数值模型,对冻土帷幕温度场的发展规律进行研究,主要得出:两种模型冻土帷幕在各个切片上都能满足设计要求,故在琼州海峡隧道盾构对接时采用冻结法加固是可行的;随冻结时间的增加,两种模型的冻结壁都是以冻结管为中心开始生成并慢慢相交,最后形成封闭的冻土帷幕以达到止水支护效果;直管冻结的冻土帷幕生成时间更短且最终生成的冻土帷幕厚度更厚。所得结果可为今后类似工程设计提供了参考依据。

关键词：琼州海峡隧道冻结法盾构对接温度场数值模拟

海底隧道盾构对接地层稳定与施工过程管片力学特性研究

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海底隧道盾构对接地层稳定与施工过程管片力学特性研究

作者：唐一丰北京交通大学

学位级别：硕士

盾构法作为隧道施工的一种主要的施工方法之一已经在我国得到了广泛的应用,然而盾构作为一种比较新的方法,在设计和施工上都有着很多问题需要解决。第一个问题是,盾构对接在长大隧道中有它的天然优势,但是相应的技术难度也比较大。广州... 详细信息

盾构法作为隧道施工的一种主要的施工方法之一已经在我国得到了广泛的应用,然而盾构作为一种比较新的方法,在设计和施工上都有着很多问题需要解决。第一个问题是,盾构对接在长大隧道中有它的天然优势,但是相应的技术难度也比较大。广州狮子洋海底盾构隧道在国内首次采用了盾构对接方法。盾构对接的时候围岩是否稳定?选择什么样的对接方法最科学?本文以广州狮子洋海底盾构隧道为工程背景,以离心实验为主要研究手段,同时结合数值模拟分析对这个问题也进行了探讨,并得出了一些有意义的结论。第二个问题就是：盾构工程中,衬砌管片的投资一般占工程投资的30～40%,是影响施工经济性和结构安全性的重要因素。然而在同等条件下,我国的盾构管片比国外要厚很多,钢筋也用得多了很多。我国的盾构管片的设计是不是过于保守?能否在科学分析的基础上把造价进一步降低?本文通过现场试验和数值分析,力求探讨出盾构管片的真实受力情况,为盾构管片的设计提供科学指导。本文的主要研究成果如下：(1)研究离心试验的理论,确定了本离心试验的离心加速度,并完成了围岩相似材料、隧道结构相似材料的配制、模型的制作以及相关机械设备的制作。(2)利用中国水利水电科学研究院的离心机,进行了盾构对接掌子面的离心试验,重点研究了盾构对接时掌子面的稳定性和受力情况。得到盾构对接时围岩稳定的几点有意义的结论。(3)对盾构管片开展了大量实测工作,得到盾构管片,螺栓实际受力情况。(4)结合实测数据,采用梁接头不连续模型,对盾构管片受力进行数值模拟分析,并与实测值进行比较,得出几点有意义的结论。

关键词：海底隧道盾构对接离心试验管片受力

盾构对接新型冻结装置地层加固温度场的演变规律

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同方学位论文库

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海南大学学报（自然科学版） 2023年第2期41卷 199-210页

作者：杨坤胡俊曾晖林小淇任军昊王志鑫海南大学土木建筑工程学院海南海口570228 五邑大学土木建筑学院广东江门529020 海南省水文地质工程地质勘察院海南海口570206

针对埋深大且距离长的盾构对接工况,采用人工地层冻结技术来进行加固,并运用有限元软件ADINA模拟了新型盾构对接冻结加固模型,分析了不同降温计划下温度场发展的趋势及演变规律,探究了结合环形刀盘的新型冻结装置的较佳降温计划和刀盘... 详细信息

针对埋深大且距离长的盾构对接工况,采用人工地层冻结技术来进行加固,并运用有限元软件ADINA模拟了新型盾构对接冻结加固模型,分析了不同降温计划下温度场发展的趋势及演变规律,探究了结合环形刀盘的新型冻结装置的较佳降温计划和刀盘冻结的范围.结果表明:此新型冻结装置距冻结源越近,则其冻结效果越好;在两冻结装置联合作用下,当刀盘外圈取1 m冻结和采用降温计划5时,该方案的效果最佳并且较经济,此时保护帷幕恰好厚为1.60 m.此研究将丰富和改善地下结构工程的筑建技术,对于国内诸多临海城市,尤其是对含水丰富的软土区域的地下空间开发和利用具有实用价值.

关键词：盾构对接人工冻结数值模拟环形刀盘

琼州海峡隧道盾构对接冻土帷幕受力状态力学分析

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隧道建设 2013年第1期33卷 1-8页

作者：胡向东王金泰曹明亮同济大学地下建筑与工程系上海200092 同济大学岩土工程重点实验室上海200092 中油辽河工程有限公司辽宁盘锦124010

采用三维有限元的方法对冻结法在盾构对接施工地层加固中所形成的冻土帷幕的应力状态和变形进行分析与安全评价,分别探讨单排管与双排管2种不同冻结方案的情况。对于盾构对接施工中刀盘拆除情况进行了模拟,分别选取圆周方向上一次性拆... 详细信息

采用三维有限元的方法对冻结法在盾构对接施工地层加固中所形成的冻土帷幕的应力状态和变形进行分析与安全评价,分别探讨单排管与双排管2种不同冻结方案的情况。对于盾构对接施工中刀盘拆除情况进行了模拟,分别选取圆周方向上一次性拆除不同长度的刀盘,研究其对冻土帷幕应力强度、径向变形和主应力的影响。研究结果表明,利用冻结法加固盾构对接是可行的;双排管冻结方案相比单排管冻结方案,安全性上有很大提高;圆周方向一次性拆除刀盘的长度对冻土帷幕的各个指标影响较大。利用计算结果,可为盾构对接施工时冻结法地层加固提供参考依据。

关键词：琼州海峡海底隧道地层加固冻结法盾构对接冻土帷幕力学分析数值模拟

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狮子洋隧道盾构对接方案的模糊判断法

隧道建设 2013年第9期33卷 731-734页

作者：王连山奚正平盾构及掘进技术国家重点实验室河南郑州450001 中铁隧道集团有限公司河南洛阳471009 中铁隧道股份有限公司河南郑州450001

盾构长距离施工对接方案设计具有决定因素多、边界条件模糊等特点。采用模糊数学隶属函数计算目标函数的极值方法,对对接方案进行定量分析,并以广深港客运专线狮子洋隧道为例,针对机械对接、土木对接的直接掘进方式与土木对接的地层加... 详细信息

盾构长距离施工对接方案设计具有决定因素多、边界条件模糊等特点。采用模糊数学隶属函数计算目标函数的极值方法,对对接方案进行定量分析,并以广深港客运专线狮子洋隧道为例,针对机械对接、土木对接的直接掘进方式与土木对接的地层加固方式施工方案的最优选择,将设备、地层加固、安全与质量及经济性作为方案选择模糊集进行影响分析,求解模糊约束条件下的最大值,分析了盾构地下直接掘进对接方案在该工程中的最优性。

关键词：隧道盾构对接模糊数学土木直接掘进对接

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软土地层盾构地中对接法孔压扰动规律研究

岩土力学 2024年第S01期45卷 535-549页

作者：王彪陈星欣尹清锋郭力群何明高华侨大学土木工程学院福建厦门361021 中建交通建设集团有限公司北京100142

在软土地层中应用盾构地中对接法能大大缩短长隧道施工周期,但先、后行盾构施工在盾构对接段产生的超静孔隙水压力会影响土体应力状态和地层稳定性。建立软土地层盾构地中对接法的流固耦合模型,在时间方面,分析了盾构地中对接横断面上... 详细信息

在软土地层中应用盾构地中对接法能大大缩短长隧道施工周期,但先、后行盾构施工在盾构对接段产生的超静孔隙水压力会影响土体应力状态和地层稳定性。建立软土地层盾构地中对接法的流固耦合模型,在时间方面,分析了盾构地中对接横断面上不同距离的超静孔隙水压力时间分布;在空间方面,分析了先、后行盾构施工引起的超静孔隙水压力纵向分布,以及盾构对接施工过程引起的超静孔隙水压力横断面分布。另外,分析了盾构地中对接施工对孔隙水压力的扰动规律,并进行施工参数分析。结果表明:完成盾构对接时,盾构施工对拱顶扰动范围最大,侧边次之,底部最小;后行盾构施工对开挖面前方的超静孔隙水压力影响范围是先行盾构施工的1.5倍,其值大约为3.4倍的隧道直径;当分层土体的渗透性差异过大时,会出现超静孔隙水压力突变的情况;在盾构地中对接施工过程中,先行盾构施工阶段产生的扰动影响要远大于后行盾构,至对接位置时,先行盾构对拱顶产生的孔压扰动指标是后行盾构的2倍左右;对接点处未进行注浆加固时,建议先、后行盾构在距对接点2D(D为隧道外径)前,将掌子面支护力减小至0.8倍标准掌子面支护力,或在先行盾构到达对接点前进行超前注浆加固,以减小盾构对接施工过程的扰动影响。

关键词：软土地层盾构对接超静孔隙水压力扰动度

盾构地中对接冻结加固模型试验(Ⅰ)——冻结过程中地层冻结温度场的分布特征

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岩土力学 2017年第2期38卷 368-376页

作者：石荣剑岳丰田张勇陆路中国矿业大学深部岩土力学与地下工程国家重点实验室江苏徐州221116 中国矿业大学力学与土木工程学院江苏徐州221116

针对软土地层中盾构地中对接冻结加固施工边界条件复杂、形成冻结壁体积小且形状不规则的特点,以上海地区某盾构对接冻结加固工程为原型,按照相似理论设计进行了冻结加固模型试验,分析了冻结过程中地层温度场的分布规律,获得以下结论:... 详细信息

针对软土地层中盾构地中对接冻结加固施工边界条件复杂、形成冻结壁体积小且形状不规则的特点,以上海地区某盾构对接冻结加固工程为原型,按照相似理论设计进行了冻结加固模型试验,分析了冻结过程中地层温度场的分布规律,获得以下结论:在盾构壳体内表面保温的条件下,冻结管内部冻土的平均发展速度是冻结管外部的1.5倍左右;冻结28 h后,冻结管内部冻结壁的温度分布基本稳定,盾构壳体与土体交接面的温度均处于-20℃左右,内部冻结壁的平均温度约为外部的1.9倍。在同圈冻结管的叠加作用下,冻结过程中冻结壁主面和界面的温度变化规律基本一致,仅在冻结初期有少许差别。在外圈冻结管的低温屏蔽作用下,内圈冻结管对外部土体基本不发挥冻结作用,在不同冻结管排间距及多根冻结管交叉冻结的情况下,冻结管外部的冻土扩展规律基本相同,仅两排冻结管之间的土体温度分布存在差别。研究结果表明,盾构地中对接冻结加固形成的冻结壁形状与外圈冻结管的布置形式相似,形成的冻结壁厚度及平均温度在冻结28 h后基本稳定。

关键词：人工冻结冻结壁温度场盾构对接模型试验