TBM隧洞管片衬砌受力与连接螺杆的必要性研究
盾构隧道管片衬砌受力分析力学模式探讨

块均为 6715°,纵向接头为 16处 ,按 2215°等角度布 置 。管片在纵向可实现通缝和错缝两种方式拼装 (偏转角为 2215°的倍数 ) 。主要尺寸为 :外半径 R1
表 1 淤泥质粉质粘土地层参数
隧道埋深 容重 γ 地面超载 P0 侧压
由表 2也可知道 ,同是采用梁 —弹簧模型进行 的计算 ,但拼装方式不同 ,其内力值也有很大差异 。 通缝拼装时的弯矩和剪力值最小 ,而相应轴力和变 形量最大 。同是三环一组错缝拼装 ,一 、三环的弯矩
值就比二环的要大 ,相应轴力 、剪力和变形量要小 。 这是因为 K块的位置偏离了出现最大弯矩的拱顶 处 ,而让邻接块转到了拱顶处 ,环向接头离拱顶处远 了 ,对它的弯矩减小的影响就小了 。
输入参数如下 :管片块间接头正弯曲转动刚度 为 315 ×104 kN ·m / rad,负弯曲转动刚度为 815 × 103 kN ·m / rad,轴向拉压刚度为 111 ×104 kN /m ,剪 切刚度为 212 ×104 kN /m;环间接头螺栓的法向和径 向剪切刚度为 410 ×104 kN /m; 地层弹簧系数 ,法向 刚度为 210 ×104 kN /m , 切 向 刚 度 为 110 ×104 kN / m[ 1 ] ;管片衬砌容重为 25kN /m3 。
312 计算分组及计算结果
管片衬砌结构按三种力学模式进行模拟计算 , 共分成 11组 ,见表 2所示 。其最大弯矩及其相应轴 力 、最大剪力和最大变形也见表 2;管片衬砌不同力 学计算模式下的弯矩图见图 3所示 。
表 2 计算组合及主要计算结果表
计算组号
拼装方式
力学模最式大弯矩 / ( kN1m ) 相应轴力 / kN
超大隧道衬砌管片接头力学性能试验研究

。
衬砌管片
,
错 缝 夹 片 足 尺试 验
,
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方 法 但 它 所需 要 的接 头 刚 度 等计 算 参 数则 主 要
前
言
通过 接 头 试验 取得 验研究
、 ’」
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目前 对管 片接 头 的研 究 手段 主 要包 括 足 尺 试 盾构 法 隧道衬 砌 结构 一般 是 由若 干块 弧形 的 管片 拼 装 而 成 的 管 片 环
二
、
厚
。
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。
部 位 夹 片试 验
。
试验 目 的 包括
、
、
研 究纵 缝张 角 随弯矩 轴力 的变 化规 律 分 析 纵缝接 头
、
一
关 系 曲线 的不 同
。
研 究 环 缝径 向 切 向 剪切 刚度性 能 隧 道 衬砌 管 片 接头 试 件
油压 千 斤 顶
一 向 软毅 任 加
超 大 隧 道 衬 砌管 片 接 头 试 验包 括直 接 头 试验 和 错 缝夹 片 试验 具 体 试 件 数 量 和 尺 寸 见表 图
,
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的水工 隧洞 隧道 外 径 两块 单 块扇 形夹 角为 装进行 加载 试 验 图
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该接头试验采用 足 尺 预制 管 片 拼
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TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法

TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法一、前言隧洞工程是地下工程中的一种重要形式,经过多年的发展,各种隧洞施工方法不断涌现。
TBM法是一种高效、安全、环保的隧洞施工方法,在工程实践中得到了广泛应用。
本文将详细介绍TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法的特点、适应范围、工艺原理、施工工艺、劳动组织、机具设备、质量控制、安全措施和经济技术分析,并给出一个实际工程实例。
二、工法特点TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法具有以下几个特点:1. 高效快速:TBM法能够在较短时间内完成大量施工,施工速度快。
2. 精确度高:TBM法隧洞施工精度高,可以保证隧洞的准确尺寸和形状。
3. 环保节能:TBM法可以减少对周边环境的影响,减少噪音、振动和土壤沉降等问题。
4. 作业安全:TBM法能够明显减少作业人员的伤害风险,提高工作安全性。
5. 施工质量稳定:TBM法施工质量稳定可靠,能够保证隧洞的使用寿命和安全性。
三、适应范围TBM法隧洞混凝土衬砌管片预制施工工法适用于各种地质条件和隧洞类型,包括软土、弱固结土、岩石等,广泛应用于地铁、公路、铁路及水利等工程领域。
与实际工程之间的联系如下:1. 隧洞工程设计:首先根据隧洞设计要求确定管片尺寸和数量,编制详细的施工方案。
2.地面预制管片:在地面的预制厂中,根据设计要求和施工方案,生产混凝土管片,进行质量检测。
3. TBM机械推进:将预制的管片运送至施工现场,在TBM机械的推进下,将管片依次安装到隧洞中。
4. 推进过程管片连接:在TBM机械推进的过程中,将管片连接固定,保证隧洞的连续完整。
5. 管片衬砌固化:在管片安装完成后,进行混凝土灌浆,使管片与地壳形成坚固的衬砌结构。
6. 管片防渗措施:在衬砌完成后,进行防渗处理,确保隧洞的密封性。
五、施工工艺1. 准备工作:包括现场勘测、施工图纸编制、材料采购等。
2. 管片预制:地面预制管片,包括模具制作、混凝土制备、浇注、养护等工序。
盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究

盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究一、本文概述Overview of this article《盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究》这篇文章主要围绕盾构隧道衬砌管片结构的力学性能展开深入研究。
盾构隧道作为一种重要的地下交通设施,其安全性和稳定性对于城市建设和交通发展具有举足轻重的意义。
衬砌管片作为盾构隧道的重要组成部分,其力学性能直接影响到隧道的整体稳定性和使用寿命。
因此,对盾构隧道衬砌管片结构的力学性能进行试验和理论研究,具有重要的实践意义和理论价值。
This article mainly focuses on the in-depth study of the mechanical properties of shield tunnel lining segment structures, including experimental and theoretical research on the mechanical properties of shield tunnel lining segment structures. As an important underground transportation facility, the safety and stability of shield tunnels play a crucial role in urban construction and transportationdevelopment. As an important component of shield tunneling, the mechanical properties of lining segments directly affect the overall stability and service life of the tunnel. Therefore, conducting experimental and theoretical research on the mechanical properties of shield tunnel lining segments has important practical significance and theoretical value.本文首先通过对盾构隧道衬砌管片结构的详细分析,明确了其受力特点和主要影响因素。
TBM输水隧洞管片衬砌型式的设计研究与应用

TBM输水隧洞管片衬砌型式的设计研究与应用王美斋;董甲甲【摘要】我国TBM输水隧洞管片衬砌型式大多采用六边形管片,型式较为单一,很少对管片型式进行深入比选及研究.基于TBM输水隧洞管片衬砌型式工程实例统计与设计实践,对六边形管片、左右通用型管片和平行四边形管片进行了三维建模与对比分析表明:平行四边形管片具有体形简单、止水安装易满足密封要求、管片受力均匀、方便施工等优点,被越来越多的工程所青睐.【期刊名称】《水电与新能源》【年(卷),期】2017(000)007【总页数】3页(P20-22)【关键词】TBM输水隧洞;六边形;左右通用;平行四边形【作者】王美斋;董甲甲【作者单位】黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州 450003;黄河勘测规划设计有限公司,河南郑州 450003【正文语种】中文【中图分类】TV554人多水少、水资源时空分布不均、水供求矛盾突出是我国的基本国情水情。
兴建必要的引调水工程,是优化水资源配置战略格局、实现江河湖库水系连通、缓解资源性缺水问题、提高水安全保障能力的重要举措。
随着近些年引调水工程建设不断增加,长距离输水隧洞作为引调水工程的一种重要输水型式,存在在施工场地地质条件复杂、施工量大、施工效率低、风险系数较高等施工难点。
采用TBM隧洞掘进管片衬砌技术,可大大提升输水隧洞工程的施工效率和质量。
通过查阅国内外文献,截至目前,国内TBM输水隧洞管片衬砌主要应用于无压输水隧洞,已建掌鸠河供水工程采用有压输水隧洞,承受的内水压力只有14 m;国内在建的兰州水源地工程有压输水隧洞TBM段采用单层管片衬砌,最小埋深约140 m,最大埋深约920 m,岩体最小覆盖厚度110 m,洞线岩性主要为石英片岩、花岗岩、安山岩及砂岩,设计静内水压力75 m,水击压力约25 m。
国外有3个有压输水隧洞项目采用TBM施工混凝土管片衬砌,其中老挝Theun Hinboun Expansion 项目输水隧洞采用六块平行四边形混凝土管片衬砌,设计静内水压力90 m,水击压力为25 m,在水击压力作用下,管片接缝张开度为0.96 mm。
隧道TBM施工关键技术应用

隧道TBM施工关键技术应用摘要:TBM具有快速、安全、高效的显著特点。
掘进机在我国隧洞工程中相继应用,虽然技术先进,但是,只有完全掌握这项技术,对隧洞施工全过程中的每一个环节进行严格把关,才能真正保证掘进机隧洞施工质量。
本文对隧道TBM施工的几点关键技术进行了分析。
关键词:TBM;施工关键技术;涌水;超前预报TBM隧道掘进机,是利用回转刀具开挖,同时破碎洞内围岩及掘进,形成整个隧道断面的一种新型、先进的隧道施工机械。
相对于传统的隧道开挖方法,尤其是在长达隧道方面,TBM隧道施工有无可比拟的优势,它集钻入、掘进、支护于一体,通过采用先进的电子信息、遥测遥控等先进技术对整个施工作业全过程进行制导和监控,使隧道施工过程始终处于可控状态,在国际上现已广泛应用于水利水电、铁路公路、市政交通等隧道工程中。
施工企业,特别是国有大中型施工企业要在隧道施工市场立于不败之地,获取市场竞争中的技术优势、品牌优势和成本优势,那么科学运用TBM隧道掘进机加强质量控制势在必行。
一、超前地质探测技术由于长隧道在施工前的地质勘查不可能做得十分详尽,因此常常在施工中出现一些不可预见的地质灾害,例如涌水、岩溶、瓦斯、断层、膨胀岩、高地应力、围岩大变形等。
因此,TBM在掘进过程中,必须有超前地质探测的保证。
超前地质预报为TBM掘进施工中隧洞地质监测的重要组成部分,它包括隧洞围岩描述、水文地质监测、施工地质测绘、围岩变形监测、围岩类别判别、仪器现场量测、不良地质体预报及相应的地质、测试资料分析和成果整理等工作,并及时提供超前地质预报成果资料。
超前地质预报工作主要是对围岩及水文地质条件进行监测、对不良地质体进行预报,及时获取现场第一手地质资料和仪器测试数据,是地质预报工作成败的关键,同时现场地质工作和仪器测试与隧洞TBM掘进施工相互干扰、又相辅相成。
因此,进行超前地质预报的地质工程师要在充分了解前期地质工作的基础上,对隧洞的工程及水文地质条件进行认真的调查,时时跟进TBM施工,在TBM 检修维护的空隙时间里及时的进行仪器测试,保证采集的资料、数据准确无误,并尽快提供分析成果,为围岩支护和不良地质体的超前处理提供依据。
TBM深埋软岩隧洞围岩变形及衬砌结构研究

TBM深埋软岩隧洞围岩变形及衬砌结构探究软岩在压力的作用下会出现弯曲和弯曲后的恢复过程,这是由于软岩的力学特性决定的。
在TBM(盾构机)施工的深埋软岩隧洞中,围岩的变形问题成为了工程中的重要探究内容之一。
围岩的变形主要表现为两种类型:一是基于弯曲条件下的弯曲行为,另一种是随着弯曲变形后的回复行为。
在软岩隧洞中,这两种变形类型互相作用,互相影响。
起首,我们需要探究隧洞围岩的弯曲行为。
隧道的承载能力和变形行为取决于围岩的弯曲特性。
基于软岩的力学特性,我们可以建立合理的力学模型来描述岩体的弯曲行为。
这将有助于我们更好地理解围岩的力学行为,为后续的设计和施工提供依据。
其次,随着软岩围岩的弯曲,恢复行为也会产生。
围岩的回弹可能会导致隧道内部产生相应的应力和变形。
探究围岩的回弹行为将有助于我们猜测隧道施工后的应力和变形状况,并为衬砌结构的设计提供参考。
衬砌结构是保障隧道稳定性和安全性的重要构件。
正确选择和设计衬砌结构对于保证隧洞的使用寿命和安全性至关重要。
在软岩隧洞中,衬砌结构需要思量岩体的变形行为,以及岩体的强度和稳定性。
因此,我们需要探究不同衬砌结构对隧洞变形行为的影响,并结合围岩变形行为选择最佳的衬砌结构。
综上所述,TBM深埋软岩隧洞围岩变形及衬砌结构的探究对于地下交通建设至关重要。
通过对围岩的弯曲行为和回弹行为的探究,可以更好地猜测和控制隧洞的应力和变形状况。
同时,合理选择和设计衬砌结构将有助于确保隧洞的稳定性和安全性。
这些探究效果不仅可以为地下交通工程提供技术支持,也对将来的工程项目有着指导性的意义综合上述分析可知,深埋软岩隧洞的围岩变形和衬砌结构的探究对地下交通建设具有重要意义。
通过对围岩弯曲行为和回弹行为的探究,可以准确猜测和控制隧洞的应力和变形状况。
合理选择和设计衬砌结构有助于确保隧洞的稳定性和安全性。
这些探究效果不仅为地下交通工程提供技术支持,也对将来的工程项目具有指导性意义。
因此,深度探究围岩变形和衬砌结构对于地下交通建设是至关重要的。
隧道衬砌受力的相关问题

隧道设计都有明确的荷载分配原则。
有的隧道二次衬砌是主要的承载结构,初期支护仅作为施工过程的安全措施,相反,有的隧道初期支护是主要的承载结构,而二次衬砌仅作为安全储备;有的隧道二次衬砌设计承受水压力,有的隧道二次衬砌设计不承受水压力。
如武广客运专线大瑶山隧道,设计参数拟定的原则是:初期支护承担施工阶段全部荷载,二次衬砌承担由于初期支护可能劣化而作用于二次衬砌上的荷载或由于软岩蠕变、环境条件变化等引起的附加荷载以及作为安全储备。
以上这些设计原则对指导施工很重要,工序管理不能与此有冲突,否则,很可能留下安全隐患。
对于二次衬砌为主要承载结构的隧道,工序紧凑、仰拱、二次衬砌紧跟对施工安全很重要。
但每一个工序都有一个最小的活动空间,仍然有一个时间效应问题。
最根本的措施还是加强隧道施工的动态管理,有应急预案,有快速反应机制。
实践中有这样的实例,在半个月前就已经发现初期支护变形加快,由于没有采取应急措施,在半个月后造成坍方,实际上该工点工序管理很紧凑,二次衬砌也跟的很紧,坍方也没有避免。
对于初期支护为主要承载结构的隧道,就不能简单地规定一个二次衬砌达标间距。
因为如果初期支护不安全或变形没有收敛,这时候急忙施做二次衬砌会给以后的运营留下安全隐患。
正确的做法是,当确认初期支护变形收敛后再进行二次衬砌,并留下量测记录归档在案。
如果初期支护不安全或变形没有收敛,应当首先加强初期支护使之达到要求,其次再考虑加强二次衬砌并进行检算(如果有条件的话)。
实际情况往往是二次衬砌并不具备补强条件,再次扩挖又会带来新的安全问题。
在工序管理中,无论设计原则如何,初期支护紧跟、临时支护尽早封闭都是正确的。
中铁隧道集团十年前就提出了“仰拱”超前的施工理念,它有广泛的适用性,对隧道施工安全十分有效。
为了施工安全要求二衬尽早施作没有错,而没有任何附加条件、一律简单地规定一个二次衬砌达标间距值得商榷,因为这显然违反了新奥法的施工原则。
在武广客运专线有处理不当造成隧道二衬开裂的例子,起因源自二次衬砌达标活动。
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concentrations are observed at the lining—screw connection points. W hile the lining without connecting screws shows a flexible structural characteristic,which bearing a smaller intern al pressure and thus of smaller circumferential tensile stress. It indicates that thive effect in respect of lining stresses. On the other hand, the
石 怡 安 ,苏 凯 ,毛 文 然
(1.武汉大学水资源与水 电工程科学 国家重点实验室 ,湖北 武汉 430072; 2.黄河 勘测规划设计有 限公 司,河南 郑 州 450003)
摘要 :结合某 TBM有压引水隧洞,建立了包含管片衬砌与外部围岩的三维数值计算模型,运用有限元法模拟分析衬砌 在不 同工况下 的应力和变形特性 ,探索使用连接螺杆 的必要性 。结果表明 :施工完建期在开挖释放荷载和豆砾石灌浆 压 力单 独作用下螺杆对衬砌 的受力影响甚微 ;运行期在 内水压力作用下 ,采用螺杆 的方案衬砌环 向拉应力较大且在 与螺 杆 连接位置处 出现局部应力集 中。未采用螺杆的方案使得管 片衬砌 具有柔性结 构的特征 ,承担的 内压 较小 因而环 向拉应 力较小 ,表明螺杆 对衬砌 的环形拉应力不利 。未采用螺杆的接缝 处最大张开位 移由原来 的 0.635 mm增加为 0.731 mm, 表 明螺杆对于减小接缝处张开位移有利。基于接缝 处张开位移不 大于 4 mm 即可满 足要求 ,具有 较高 的安 全裕 度 ,螺 杆 的优 势不 明显 。鉴于此 ,从 螺杆 的不利角度 出发 ,建议螺杆在 管片安装期 间完成 功能后放松 螺杆连接 ,以避 免管片局 部 被动拉裂 而影 响结构整体 的安全性 。 关键 词 :有压隧洞;TBM;管片衬砌;螺杆;有限元 中图分类 号 :TV33 文 献标 志码 :A 文章 编号 :1671—3354(2016)Ol一0012—05
maximum opening displacement in the lining joints increases from 0.635 mm to 0.73 1 mm f or non-screw lining,showing
that the screw is helpful in reducing the opening displacement. But the effect is rather smal1.It suggests that the con- necting screws should be released after the lining segment installation to avoid the screw—induced tensile cracks in lining segments which may affect the overall safety of the structure. K ey words:pressure tunnel;TBM ; segm ental lining;screw ;FEM
2.Yellow River Engineering Consulting Co.,Ltd.,Zhengzhou 450003,China) Abstract:A three—dimensional numerical model is established for a pressure diversion tunnel by TBM ,in which the seg— mental lining and surrounding rocks are sim ulated. Then,finite element stress and deformation analyses of the segm ental lining under different working conditions are carried out. Effect of the connecting screws are also studied. Results show that during the com pletion period, connecting screws are of little effect on the stress of segmental lining under the exca— vation released load and the grouting pressure in surounding pea gravels. During the operation period when the tunnel is
2016年第 1期
2016 Num ber l
水 电 与 新 能 源
HYDROPOW ER AND NEW ENERGY
总 第 139期
Total No. 139
DOI:10.13622/j.enki.cn42—1800/tv.1671—3354.2016.O1.003
TBM 隧洞 管 片衬 砌 受力 与 连接 螺 杆 的必 要性 研 究
Stress Analysis of Segm ental Lining with or without Connecting Screws
SHI Yi’an ,SU Kai ,MAO W enran (1.State Key Laboratory of Water Resources and Hydropower Engineering Science,Wuhan University,Wuhan 430072,China;