盾构隧道管片超高性能混凝土（UHPC）加固方法研究
发布时间：2021-10-20 08:54
我国对于盾构隧道的加固尤其是运营后的维护经验尚浅,加固体系并不完善。针对上述问题,本文提出了一种超高性能混凝土（UHPC）加固盾构隧道管片的新方法,并通过开展UHPC加固偏压短柱试验、数值模拟的方法,探究了该方法加固管片结构的力学特性,为研发高效、耐久、适用性强的盾构隧道加固新方法提供了新的思路。主要研究成果如下:（1）基于管片主断面的受力特性,开展UHPC加固偏压短柱试验,探讨了偏心距为e=0.5 h和e=0.8 h两种荷载条件下,加固层厚度为46cm的偏压短柱的承载力、刚度、延性以及裂缝开展情况,从而分析加固效果,结果表明:当原结构受力状态处于大偏心受压状态时,采用UHPC对结构受拉面进行加固,结构正截面极限承载力能提高38.2%至108.1%,并有效控制裂缝的开展。（2）通过数字图像相关（DIC）测量方法监控结构加载过程中加固界面的变形,从而探究了在轴力和弯矩组合荷载条件下UHPC-普通混凝土的协同工作性能,分析了加固结构的裂缝开展规律。结果表明:UHPC加固层与原混凝土结构粘结良好,承载过程中不会发生粘结面破坏。（3）基于UHPC加固偏压短柱试验结果进行参...
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
混凝土平板型管片
盾构隧道管片超高性能混凝土（UHPC）加固方法研究2中，如图1.1。然而，也正是由于只有一次衬砌，隧道管片结构一旦受损，相应的后期的维护和加固也就面临着更大的挑战。a)管片预制厂错缝拼装的管片b)盾构隧道内现场管片图1.1混凝土平板型管片图1.2盾构隧道管片病害盾构隧道管片自相关检测合格出预制厂后，在施工阶段和运营阶段均可能产生不同程度的病害，主要表现为管片开裂、接头张开、错台等[2-4]，见图1.2。究其原因，在隧道施工过程中，主要是因为千斤顶推力不当、顶进过程中产生偏心距、隧道姿态控制不
提高隧道结构自身承载力抵抗后续变形。隧道周边注浆加固主要是对隧道外围土体注浆进行加固，增大隧道周边土体的刚度，提高土体基床系数，从而增大隧道结构的刚度。对注浆加固有很好的加固效果，能及时纠正隧道较大的侧移，短期内减小变形增量。合理范围内进行注浆既能有效地控制既有隧道变形，又能节省工程造价[8]。对于内表面补强加固，目前应用在工程中的主要有两种方法[9]：粘贴纤维布(FRP)和钢板内衬加固。粘贴FRP布法即利用芳纶布等纤维片材良好的受拉性能，将其粘贴在管片接缝等受拉区域，从而控制变形[10]，如图1.3(a)和图1.3(b)所示；而钢板内衬加固法实则是粘钢法的一种，在隧道结构整个内环面粘贴布满钢板，利用钢板与管片间填充的环氧树脂等高粘结能力、高强度的胶结材料以及膨胀螺栓，使钢板和管片成为受力整体，从而大幅度提高结构刚度，抵抗结构变形，如图1.3(c)所示。前者可以有效控制管片内侧受拉区变形，但对管片整体结构的刚度提升不明显，不易控制整体变形。因而针对整体变形过大的盾构隧道，业内主要采用钢板内衬加固的方法，但面临施工难度大、效率低、造价高的问题，且粘贴钢板往往需要植筋，植筋钻孔易造成混凝土管片结构损伤。同时，以上两种加固方法均有耐高温和耐久性较差等缺点，其使用的有机粘结材料(环氧树脂胶)易老化，导致加固层开裂剥离，需反复加固，大大增加了维护成本。a)粘贴FRP布加固示意图[10]图1.3管片内表面加固方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]UHPC单轴拉伸试验狗骨试件优化设计[J]. 杨简,陈宝春,沈秀将,林毅焌. 工程力学. 2018(10)
[2]MJS水平桩加固在盾构下穿既有隧道中应用研究[J]. 陈仁朋,张品,刘湛,穆岩松,钟志全. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(07)
[3]UHPC的轴拉性能与裂缝宽度控制能力研究[J]. 王俊颜,耿莉萍,郭君渊,刘超,刘国平. 哈尔滨工业大学学报. 2017(12)
[4]粘贴钢板加固地铁盾构隧道承载性能研究[J]. 刘庭金,黄鸿浩,许饶,杨小平. 中国公路学报. 2017(08)
[5]北京地铁运营隧道病害状态分析[J]. 董飞,房倩,张顶立,徐会杰,李宇杰,牛晓凯. 土木工程学报. 2017(06)
[6]纤维编织网增强混凝土加固RC柱抗震性能的影响因素[J]. 尹世平,李耀,杨扬,叶桃. 浙江大学学报(工学版). 2017(05)
[7]UHPC加固箱梁顶板受弯性能试验研究[J]. 张阳,党祺,穆程. 湖南大学学报(自然科学版). 2017(03)
[8]纤维编织网增强混凝土加固混凝土柱轴压性能的研究[J]. 尹世平,彭驰,艾珊霞. 四川大学学报(工程科学版). 2016(04)
[9]FRP加固盾构隧道纵缝接头试验研究[J]. 柳献,张晨光,张宸,蒋子捷. 铁道科学与工程学报. 2016(02)
[10]用于纤维编织网增强混凝土的早强基体材料[J]. 刘德军,黄宏伟,左建平,薛亚东. 建筑材料学报. 2016(05)
博士论文
[1]钢—配筋UHPC组合桥面结构弯曲受拉性能研究[D]. 张哲.湖南大学 2016
[2]海底隧道衬砌裂缝控制关键技术研究[D]. 荣耀.同济大学 2007
硕士论文
[1]地铁盾构隧道钢板衬加固效果的数值试验研究[D]. 邹家南.华南理工大学 2014
[2]碳纤维补强条件下公路隧道衬砌计算方法的研究[D]. 罗立娜.同济大学 2006
本文编号：3446614
【文章来源】：湖南大学湖南省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：101 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
混凝土平板型管片
盾构隧道管片超高性能混凝土（UHPC）加固方法研究2中，如图1.1。然而，也正是由于只有一次衬砌，隧道管片结构一旦受损，相应的后期的维护和加固也就面临着更大的挑战。a)管片预制厂错缝拼装的管片b)盾构隧道内现场管片图1.1混凝土平板型管片图1.2盾构隧道管片病害盾构隧道管片自相关检测合格出预制厂后，在施工阶段和运营阶段均可能产生不同程度的病害，主要表现为管片开裂、接头张开、错台等[2-4]，见图1.2。究其原因，在隧道施工过程中，主要是因为千斤顶推力不当、顶进过程中产生偏心距、隧道姿态控制不
提高隧道结构自身承载力抵抗后续变形。隧道周边注浆加固主要是对隧道外围土体注浆进行加固，增大隧道周边土体的刚度，提高土体基床系数，从而增大隧道结构的刚度。对注浆加固有很好的加固效果，能及时纠正隧道较大的侧移，短期内减小变形增量。合理范围内进行注浆既能有效地控制既有隧道变形，又能节省工程造价[8]。对于内表面补强加固，目前应用在工程中的主要有两种方法[9]：粘贴纤维布(FRP)和钢板内衬加固。粘贴FRP布法即利用芳纶布等纤维片材良好的受拉性能，将其粘贴在管片接缝等受拉区域，从而控制变形[10]，如图1.3(a)和图1.3(b)所示；而钢板内衬加固法实则是粘钢法的一种，在隧道结构整个内环面粘贴布满钢板，利用钢板与管片间填充的环氧树脂等高粘结能力、高强度的胶结材料以及膨胀螺栓，使钢板和管片成为受力整体，从而大幅度提高结构刚度，抵抗结构变形，如图1.3(c)所示。前者可以有效控制管片内侧受拉区变形，但对管片整体结构的刚度提升不明显，不易控制整体变形。因而针对整体变形过大的盾构隧道，业内主要采用钢板内衬加固的方法，但面临施工难度大、效率低、造价高的问题，且粘贴钢板往往需要植筋，植筋钻孔易造成混凝土管片结构损伤。同时，以上两种加固方法均有耐高温和耐久性较差等缺点，其使用的有机粘结材料(环氧树脂胶)易老化，导致加固层开裂剥离，需反复加固，大大增加了维护成本。a)粘贴FRP布加固示意图[10]图1.3管片内表面加固方法
【参考文献】：
期刊论文
[1]UHPC单轴拉伸试验狗骨试件优化设计[J]. 杨简,陈宝春,沈秀将,林毅焌. 工程力学. 2018(10)
[2]MJS水平桩加固在盾构下穿既有隧道中应用研究[J]. 陈仁朋,张品,刘湛,穆岩松,钟志全. 湖南大学学报(自然科学版). 2018(07)
[3]UHPC的轴拉性能与裂缝宽度控制能力研究[J]. 王俊颜,耿莉萍,郭君渊,刘超,刘国平. 哈尔滨工业大学学报. 2017(12)
[4]粘贴钢板加固地铁盾构隧道承载性能研究[J]. 刘庭金,黄鸿浩,许饶,杨小平. 中国公路学报. 2017(08)
[5]北京地铁运营隧道病害状态分析[J]. 董飞,房倩,张顶立,徐会杰,李宇杰,牛晓凯. 土木工程学报. 2017(06)
[6]纤维编织网增强混凝土加固RC柱抗震性能的影响因素[J]. 尹世平,李耀,杨扬,叶桃. 浙江大学学报(工学版). 2017(05)
[7]UHPC加固箱梁顶板受弯性能试验研究[J]. 张阳,党祺,穆程. 湖南大学学报(自然科学版). 2017(03)
[8]纤维编织网增强混凝土加固混凝土柱轴压性能的研究[J]. 尹世平,彭驰,艾珊霞. 四川大学学报(工程科学版). 2016(04)
[9]FRP加固盾构隧道纵缝接头试验研究[J]. 柳献,张晨光,张宸,蒋子捷. 铁道科学与工程学报. 2016(02)
[10]用于纤维编织网增强混凝土的早强基体材料[J]. 刘德军,黄宏伟,左建平,薛亚东. 建筑材料学报. 2016(05)
博士论文
[1]钢—配筋UHPC组合桥面结构弯曲受拉性能研究[D]. 张哲.湖南大学 2016
[2]海底隧道衬砌裂缝控制关键技术研究[D]. 荣耀.同济大学 2007
硕士论文
[1]地铁盾构隧道钢板衬加固效果的数值试验研究[D]. 邹家南.华南理工大学 2014
[2]碳纤维补强条件下公路隧道衬砌计算方法的研究[D]. 罗立娜.同济大学 2006
本文编号：3446614
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