隧道预切槽法合理支护时机及管片接头型式优化研究
发布时间：2020-12-30 08:06
随着地下空间的应用越来越广泛,在建设时对施工安全以及地表沉降量的要求越来越高。对此为了可以较好的控制地表沉降量,可采用预切槽法,此工法具有可大幅度降低地表沉降量,对周围土体,以及建筑影响较小的优势。为提高预切槽法在现场施工时所用混凝土的前期强度以及通过改变管片接头型式提高管片整体的工作性能。本文围绕预切槽法,采用室内试验以及数值模拟的方法,针对浇筑预切槽管片所用混凝土的前期强度,以及预切槽管片接头处合理的接茬方式进行了研究。论文主要研究内容及结论如下:(1)通过开展室内试验,确定了同时满足养护10h的混凝土抗压强度与混凝土和易性的配合比。在此混凝土配合比下,测试在养护不同时间节点下的混凝土抗压强度,得出混凝土前期的抗压强度增长规律;另外,得出浇筑混凝土后1.5～2.0h为合理拆模时机,可为现场施工提供参考;此外,通过混凝土的实测数据测得混凝土的真实弹性模量约为17.8GPa,为数值模拟混凝土参数的选取提供依据。(2)将接头型式确定为平接头与榫槽式接头两种类别,并搭配使用不同的黏性介质。借助有限元手段,利用MIDAS/GTS NX软件确定了合理的边界条件,验证了数值模型设计的合理性;模拟...
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-2分块切槽示意图
1绪论31.2国内外发展动态及研究现状1.2.1国内外发展动态在修建山岭隧道及城市地铁过程中，隧道衬砌的安全性以及隧道对地层的影响是工程关注的重点对象。目前我国在施工中常采用的方法有两种：盾构法和浅埋暗挖法[1]。但当遇到（1）难以开挖的地层；（2）埋深浅，对地表沉降量有严格要求；（3）靠近重要建筑，这几种场合之一时，就需要采用预支护技术。预切槽法就是一种独特的预支护施工技术，是介于盾构法和浅埋暗挖法之间的一种施工方法。相对于浅埋暗挖法，预切槽法可大幅度减少地表的沉降量以及降低对周围建筑结构损坏的风险，并可在保证施工作业人员安全的前提下改善工作环境。相对于盾构法，预切槽法有其优越性，首先是更加经济，这是因为采用了标准高效的机械进行开挖和除碴作业；其次是比盾构法更加灵活，可以进行多工作面同时作业，在工期比较紧张的情况下仍然可以满足要求[2]。同时预切槽设备造价约为盾构机的25%~35%，同时构造简单，更有利国产化。预切槽法的优势主要体现在其具有超前支护的作用，先支护后开挖从而减少因开挖对周围土体的扰动，其施工过程如图1-4所示，首先利用链刀总成系统在预开挖土体中切削土体，之后利用喷射总成系统将混凝土喷射入切槽内，待整环衬砌管片浇筑完成，混凝土强度达到设计要求后，开挖预筑拱下方土体，同时预留部分核心土保持土体稳定。a.土体切槽b.喷射混凝土c.开挖土体d.预留核心土图1-4预切槽法施工过程Fig.1-4Constructionprocessofpre-cuttingmethod
1绪论5一致。图1-5切槽方式示意图[9]Fig.1-5Cuttingmethod[9]谢小鱼[10]等通过单拱大断面的模型试验，以千斤顶代替围压的方式，探究了在不同围压下衬砌的破坏形式，并得到了衬砌应力及位移的分布。同时指明衬砌在拱顶及拱肩处最先出现裂缝。唐志成、何川[11]等，以我国城市地铁为对象，采用1:12的几何相似比，以千斤顶代替围压的方式进行试验。考虑了管片接头效应和管片与土体之间的相互作用效应，研究了管片结构在纵向接头不同拼接方式下的力学行为。错缝式连接管片受力较大但提升了管片的整体性，对位移的减小起到有利的作用。李志业[12]等结合实际工程，采用几何相似比为1:25的模型试验，围岩的相似材料采用重晶石粉、石英砂、凡士林按不同的比例配制成不同，后续放入模型箱中，用千斤顶进一步施压。试验模拟研究了小断面隧道衬砌施工各阶段的力学行为：喷层和二次支护表现为剪切破坏。提出了低高跨比更有利于结构体系稳定性。英国伦敦帝国理工学院的J.R.Standing[13]通过设计一个小规模的模型，对其进行一系列的测试，研究衬砌分段数对衬砌加载的影响，得出衬砌产生的塑性变形是由接头处滑动造成的。杜林林[14]采用荷载—结构模型，通过对比得出增加预衬砌支护厚度能够有效地提高预衬砌安全系数。混凝土早期强度对预衬砌安全系数影响较大，为获得较高的安全系数，应使用早强混凝土。蒋洪胜[15]通过建立一种可描述任何组合力的接头模型，得出了在没有螺栓连接的情况下，降低衬砌管片的厚度对接头处受力是不利的，但若加入螺栓连接可改变这一情况，可适当降低衬砌管片厚度从而降低工程造价。相对于改变单层衬砌的
【参考文献】：
期刊论文
[1]裂缝对衬砌结构承载力影响与评价方法研究[J]. 李洪建,林志,满银. 交通科学与工程. 2019(02)
[2]玻璃纤维/环氧树脂基夹芯材料侧压性能数值模拟[J]. 曹海建,陈红霞,黄晓梅. 纺织学报. 2019(05)
[3]预切槽法开挖黄土隧道的切槽方式研究[J]. 王秀英,郑维翰,张隽玮,孟德鑫,王新东. 中国铁道科学. 2018(03)
[4]考虑衬砌变形与接头特征的盾构隧道纵向刚度[J]. 杨春山,魏立新,莫海鸿,何则干. 浙江大学学报(工学版). 2018(02)
[5]考虑超大断面顶管施工过程的地层变形数值分析[J]. 郝小红,郭佳. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2017(06)
[6]装配式地铁车站结构榫槽式接头抗剪性能研究[J]. 许学昭,李兆平,朱云超,苏会锋. 土木工程学报. 2017(S2)
[7]钢纤维水泥基材料界面粘结性能的内聚力模型分析[J]. 宗要武,胡高. 特种结构. 2017(04)
[8]预切槽法开挖隧道地层变形及预筑拱受力试验[J]. 王秀英,王滕,李孔明,贺美德,罗平. 中国公路学报. 2017(07)
[9]铝板——环氧树脂夹层结构抗爆性能数值模拟研究[J]. 谢永亮,赵亮,张勇. 四川水泥. 2017(04)
[10]预制装配式地铁车站单榫槽式接头抗弯刚度影响因素分析[J]. 李习伟,刘强. 铁道标准设计. 2016(08)
博士论文
[1]地铁隧道衬砌结构破坏机理与安全性评价[D]. 董飞.北京交通大学 2018
[2]湿热环境中环氧树脂力学性能和界面破坏机理的研究[D]. 辛东嵘.华南理工大学 2013
[3]盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究[D]. 周海鹰.大连理工大学 2011
硕士论文
[1]聚合物水泥基涂层钢筋与混凝土粘结性能及有限元分析[D]. 熊远亮.烟台大学 2017
[2]软弱围岩隧道锁脚锚杆受力及预衬砌结构承载能力研究[D]. 韩仁贤.北京交通大学 2015
[3]盾构衬砌管片接头力学性能的研究[D]. 许伟华.沈阳建筑大学 2015
[4]混凝土结构修补中的相容性研究[D]. 胡优耀.湖南大学 2014
[5]环氧树脂胶黏剂粘接结构性能的实验和理论研究[D]. 张永祥.郑州大学 2014
[6]盾构隧道预应力管片接头力学性能试验研究[D]. 方岸林.河南科技大学 2014
[7]预切槽工法修建隧道的模型试验及结构设计研究[D]. 李孔明.北京交通大学 2011
[8]高性能水泥基修补材料及其界面性能的研究[D]. 孟祥谦.济南大学 2010
[9]盾构隧道管片接头性态研究[D]. 严佳梁.同济大学 2006
[10]盾构隧道管片接头力学行为的有限元分析[D]. 吴兰婷.西南交通大学 2005
本文编号：2947304
【文章来源】：华北水利水电大学河南省
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图1-2分块切槽示意图
1绪论31.2国内外发展动态及研究现状1.2.1国内外发展动态在修建山岭隧道及城市地铁过程中，隧道衬砌的安全性以及隧道对地层的影响是工程关注的重点对象。目前我国在施工中常采用的方法有两种：盾构法和浅埋暗挖法[1]。但当遇到（1）难以开挖的地层；（2）埋深浅，对地表沉降量有严格要求；（3）靠近重要建筑，这几种场合之一时，就需要采用预支护技术。预切槽法就是一种独特的预支护施工技术，是介于盾构法和浅埋暗挖法之间的一种施工方法。相对于浅埋暗挖法，预切槽法可大幅度减少地表的沉降量以及降低对周围建筑结构损坏的风险，并可在保证施工作业人员安全的前提下改善工作环境。相对于盾构法，预切槽法有其优越性，首先是更加经济，这是因为采用了标准高效的机械进行开挖和除碴作业；其次是比盾构法更加灵活，可以进行多工作面同时作业，在工期比较紧张的情况下仍然可以满足要求[2]。同时预切槽设备造价约为盾构机的25%~35%，同时构造简单，更有利国产化。预切槽法的优势主要体现在其具有超前支护的作用，先支护后开挖从而减少因开挖对周围土体的扰动，其施工过程如图1-4所示，首先利用链刀总成系统在预开挖土体中切削土体，之后利用喷射总成系统将混凝土喷射入切槽内，待整环衬砌管片浇筑完成，混凝土强度达到设计要求后，开挖预筑拱下方土体，同时预留部分核心土保持土体稳定。a.土体切槽b.喷射混凝土c.开挖土体d.预留核心土图1-4预切槽法施工过程Fig.1-4Constructionprocessofpre-cuttingmethod
1绪论5一致。图1-5切槽方式示意图[9]Fig.1-5Cuttingmethod[9]谢小鱼[10]等通过单拱大断面的模型试验，以千斤顶代替围压的方式，探究了在不同围压下衬砌的破坏形式，并得到了衬砌应力及位移的分布。同时指明衬砌在拱顶及拱肩处最先出现裂缝。唐志成、何川[11]等，以我国城市地铁为对象，采用1:12的几何相似比，以千斤顶代替围压的方式进行试验。考虑了管片接头效应和管片与土体之间的相互作用效应，研究了管片结构在纵向接头不同拼接方式下的力学行为。错缝式连接管片受力较大但提升了管片的整体性，对位移的减小起到有利的作用。李志业[12]等结合实际工程，采用几何相似比为1:25的模型试验，围岩的相似材料采用重晶石粉、石英砂、凡士林按不同的比例配制成不同，后续放入模型箱中，用千斤顶进一步施压。试验模拟研究了小断面隧道衬砌施工各阶段的力学行为：喷层和二次支护表现为剪切破坏。提出了低高跨比更有利于结构体系稳定性。英国伦敦帝国理工学院的J.R.Standing[13]通过设计一个小规模的模型，对其进行一系列的测试，研究衬砌分段数对衬砌加载的影响，得出衬砌产生的塑性变形是由接头处滑动造成的。杜林林[14]采用荷载—结构模型，通过对比得出增加预衬砌支护厚度能够有效地提高预衬砌安全系数。混凝土早期强度对预衬砌安全系数影响较大，为获得较高的安全系数，应使用早强混凝土。蒋洪胜[15]通过建立一种可描述任何组合力的接头模型，得出了在没有螺栓连接的情况下，降低衬砌管片的厚度对接头处受力是不利的，但若加入螺栓连接可改变这一情况，可适当降低衬砌管片厚度从而降低工程造价。相对于改变单层衬砌的
【参考文献】：
期刊论文
[1]裂缝对衬砌结构承载力影响与评价方法研究[J]. 李洪建,林志,满银. 交通科学与工程. 2019(02)
[2]玻璃纤维/环氧树脂基夹芯材料侧压性能数值模拟[J]. 曹海建,陈红霞,黄晓梅. 纺织学报. 2019(05)
[3]预切槽法开挖黄土隧道的切槽方式研究[J]. 王秀英,郑维翰,张隽玮,孟德鑫,王新东. 中国铁道科学. 2018(03)
[4]考虑衬砌变形与接头特征的盾构隧道纵向刚度[J]. 杨春山,魏立新,莫海鸿,何则干. 浙江大学学报(工学版). 2018(02)
[5]考虑超大断面顶管施工过程的地层变形数值分析[J]. 郝小红,郭佳. 华北水利水电大学学报(自然科学版). 2017(06)
[6]装配式地铁车站结构榫槽式接头抗剪性能研究[J]. 许学昭,李兆平,朱云超,苏会锋. 土木工程学报. 2017(S2)
[7]钢纤维水泥基材料界面粘结性能的内聚力模型分析[J]. 宗要武,胡高. 特种结构. 2017(04)
[8]预切槽法开挖隧道地层变形及预筑拱受力试验[J]. 王秀英,王滕,李孔明,贺美德,罗平. 中国公路学报. 2017(07)
[9]铝板——环氧树脂夹层结构抗爆性能数值模拟研究[J]. 谢永亮,赵亮,张勇. 四川水泥. 2017(04)
[10]预制装配式地铁车站单榫槽式接头抗弯刚度影响因素分析[J]. 李习伟,刘强. 铁道标准设计. 2016(08)
博士论文
[1]地铁隧道衬砌结构破坏机理与安全性评价[D]. 董飞.北京交通大学 2018
[2]湿热环境中环氧树脂力学性能和界面破坏机理的研究[D]. 辛东嵘.华南理工大学 2013
[3]盾构隧道衬砌管片结构的力学性能试验及理论研究[D]. 周海鹰.大连理工大学 2011
硕士论文
[1]聚合物水泥基涂层钢筋与混凝土粘结性能及有限元分析[D]. 熊远亮.烟台大学 2017
[2]软弱围岩隧道锁脚锚杆受力及预衬砌结构承载能力研究[D]. 韩仁贤.北京交通大学 2015
[3]盾构衬砌管片接头力学性能的研究[D]. 许伟华.沈阳建筑大学 2015
[4]混凝土结构修补中的相容性研究[D]. 胡优耀.湖南大学 2014
[5]环氧树脂胶黏剂粘接结构性能的实验和理论研究[D]. 张永祥.郑州大学 2014
[6]盾构隧道预应力管片接头力学性能试验研究[D]. 方岸林.河南科技大学 2014
[7]预切槽工法修建隧道的模型试验及结构设计研究[D]. 李孔明.北京交通大学 2011
[8]高性能水泥基修补材料及其界面性能的研究[D]. 孟祥谦.济南大学 2010
[9]盾构隧道管片接头性态研究[D]. 严佳梁.同济大学 2006
[10]盾构隧道管片接头力学行为的有限元分析[D]. 吴兰婷.西南交通大学 2005
本文编号：2947304
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