影响突水的隧道开挖面变形和力学性能的盾构隧道段关节

文摘

突水的开挖面通常发生在当前的地铁隧道盾构施工。在这项研究中,盾构隧道衬砌的不连续和之间的交互隧道段,灌浆层和围岩。基于三维非线性接触理论,盾构隧道的混合模型。考虑流固耦合效应的水和土壤,不同水头的影响差异片段和关节的力学性能和变形的盾构隧道进行了研究。开挖脸上的水泄漏导致垂直收敛的盾构隧道的横截面积,开口宽度和位错导致关节的防水能力的急剧下降。与此同时,压力段关节附近的大幅增加,和本地段衬砌裂缝发生。轴力、剪力和弯矩的连接螺栓也显著增加。基于当前地铁标准和计算结果在这项研究中,紧急控制标准提出了通过控制水的流量:水头差超过所需的开挖面小于4.6米。

1。介绍

Elon Musk,特斯拉的首席执行官最近宣布,他们将挖掘地下隧道解决地面交通拥堵的问题,公司叫无聊,他们开始开发一种新型的盾构机。无聊,由史蒂夫戴维斯,SpaceX公司的工程师,目前在洛杉矶建立地下隧道网络。在隧道里,汽车将在电子运输滑板,这可能运行的最大速度130英里每小时,足以提供一辆车从韦斯特伍德到洛杉矶在5分钟1]。因此,地下公共交通有很大潜力,以缓解城市交通拥堵。近年来,在中国地铁建设发展迅速,在接下来的五年中,新的地铁线路将建在42个城市,覆盖的总里程4448公里(2]。盾构隧道在城市地铁建设,广泛应用,但目前,突水事故频繁发生在盾构隧道的建设在中国。大量的涌出的水将不可避免地导致卸货和地面变形,很有可能改变盾构隧道的应力和变形,最终影响地铁隧道的服务性能。李和石原(3)报道,在高雄一段隧道坍塌,因为控制地下水渗漏从操作的底部喷脸盾构隧道由于管道或水力压裂。

为了确保地铁隧道盾构施工的安全,研究人员使用各种方法来研究盾构施工中开挖面稳定的地铁隧道。相关的研究主要包括确定开挖面支承压力的极限,挖掘的失效模式和机理的脸,和周围环境的影响开挖面稳定。例如,戴维斯et al。4)获得了上界和下界稳定走向崩溃的解决方案在不排水条件下,考虑到三种不同形状的浅层地下打开相关的隧道。克劳斯(5)计算的极限压力支持隧道面临失败的假设带半球体,半圆,或者四分之一圆。Leca和Dormieux6)认为,前面的失败区隧道面临由一系列锥形体,和较低的上限限制派生的支持针对摩尔-库仑材料在干燥的压力。此外,周岁以下(7]介绍了应变局部化分析的有限元模型弹塑性固体受到不连续位移场。维米尔et al。8)进行了一系列的三维有限元模拟隧道面临稳定。结果表明,隧道面前的失败区密切相关砂的摩擦角,而限制支持压力降低了摩擦角的沙子。舒乐问和Schweiger9)进行了一系列的隧道开挖有限元模拟,结果表明,塑料剪切应变的发展导致失效机理涉及剪切带可以被模型。Augarde et al。10]研究平面应变方向的稳定土壤不排水条件下使用有限元极限分析方法基于低和上界定理。李等人。11)数值分析的影响,地下水的流动所产生的渗透力在隧道施工开挖的脸,相信挖掘面临的稳定性取决于有效的支撑压力作用于土骨架和渗流力引起的水头差在开挖的脸。地下水径流引起的渗流压力构成总支持压力的重要组成部分。随着地下水位的增加,渗透力的比例在总支持往往会增加压力。Mollon et al。12]分析了限制支持面临的压力的一个圆形隧道,运动学方法基于一个三维的多次拉丝失效机理。Perazzelli et al。13)数值分析渗流条件下隧道的稳定性面临与所谓的“切片的方法,结果表明,楔形的拉伸断裂可能更重要比剪切破坏的梯度水头在地上的脸是高。

大多数现有的研究集中在稳定条件下的开挖面排水和不排水条件和不稳定的影响开挖面对整个盾构隧道的应力和变形;一个等价的模型通常是用来计算结果。然而,一些处理或认为突水的影响盾构隧道的开挖面(排水条件下)段开挖时关节脸上并没有变得不稳定,地面没有大的沉降。盾构隧道内壁由段与大量的关节,这些关节部分在盾构隧道最薄弱的部分。因此,衬砌的应力和变形不同于整个隧道。开挖的突水的脸不仅会导致隧道的整体变形,还诱导联合开放和位错的产生。段之间的接触应力和螺栓接头将大幅增加,削弱了关节,和长期的安全隧道将处于危险之中。因此,在研究影响突水的段的盾构隧道开挖面,应力和变形的变化关节附近的部分应该被考虑。

几个数值模型开发了模拟盾构隧道段关节。根据简化模型可分为关节模型如下:简化等效模型,与多个铰接头环模型和beam-spring或beam-shell模型。在一个简化的等效模型14),介绍了有效的侧向刚度比减少管片环的整体抗弯刚度,以代表的整体抗弯性能的降低引起的衬砌接头(包括管片接头和纵向接头)。在multihinged环模型(15),部分关节的弯曲效应模拟铰链结构,这可能是两种类型:免费的铰链和弹性铰链。腰围的影响关节不考虑,但纵向接头被夸大了。在beam-spring或beam-shell模型(16- - - - - -18),一个三维壳或固体元素是用来模拟部分,和段的力学效应和环关节使用旋转和剪切弹簧模拟。因此,平面问题扩展到三维的问题,纵向力学模型和横向盾构隧道的力学模型是统一的;细分析管片结构的要求也满足。然而,它很难模拟之间的交互部分关节,尤其是说明开裂和关节脱位的情况下基坑突水的脸。

本研究以作为一个例子的突水开挖表面发生在盾构小东门派出所的一段铁路武汉地铁7到武昌站(图1),研究地铁隧道的应力和变形段关节时,大量的水从挖掘面临进退两难。本节从小东门到武昌站(xw)是成立于南北方向,与左隧道长1115.208米,右隧道长1107.169米,沿着中山路,主要铺设。左隧道是由辽宁33盾机,和正确的隧道是由小松盾机。EPB盾构隧道(土压力平衡)机器采用的挖掘研究铁路部分的最小曲率半径在水平面400毫米,和左和右隧道之间的间距是12.6 - -50.5 m;在纵向平面的最小曲率半径3000米,与“V”形斜坡土壤覆盖层的厚度是10.5 - -45.4米。隧道结构采用预制钢筋混凝土段。土壤剖面的盾构隧道的涌水部分如图2。

剩下的纸是组织如下:部分2介绍了三维不连续接触模型在这项研究中,提出多尺度建模方法和计算参数。部分3介绍和讨论了影响突水的开挖地铁隧道段关节的脸。部分4提出了盾构施工的紧急控制标准的突水条件下开挖的脸。最后,部分5总结了本研究的结论。

2。计算和建模方法

2.1。三维不连续接触模型

盾构隧道是由装配段相互作用的关节。在数值模型中,节点之间的相互作用被视为一个复杂的接触行为,和三维不连续接触模型之间的差异和其他计算模型躺在的设置和描述这些联系关系。

整个计算模型如图3。土壤与地层结构法,从上到下分为5层,杂填土、粉质粘土,强风化泥岩、中风化泥岩和硬泥岩,地下水位是−1.20到2.50米。宽度、深度和长度是100,60岁,分别和100米。在这个模型中,个人部分固体元素模拟,段填隙和乙烯丙烯二烯单体(EPDM)弹性橡胶密封垫圈也考虑在模型中。三元乙丙橡胶的弹性橡胶垫与超弹性的固体模拟元素,并使用梁段模拟螺栓元素Φ30毫米圆形横截面积和单个螺栓的实际长度。灌浆层和围岩都是模拟使用固体元素。

根据野外地质调查的数据,土壤的基本力学参数在水里涌出的区域(图1在盾构隧道的建设在表列出1。滞水主要发生在人工填土层,接受大气降水的垂直渗透水周围居民的生活。在探索过程中,测量的初始水位滞水1.20 - -2.50米在地上,和静态水位在0.6到4.2米。孔隙承压水发生在古代长江层(十一)含有粘土和细砂,(近来)层中含有粘土和fine-medium沙子,和(12)层含有细砂混合着砾石和接收在周围地区承压水的渗透补给。岩溶裂隙水主要发生在灰岩和泥质灰岩,岩溶裂隙和一般分布在岩溶地区,当地的承压能力薄弱。杂填土下面是饱和土壤,表明足够的水供应和常数的头,很容易造成大量涌水段盾构施工。

每个环形段地铁隧道分为K块后盖(21.5°),两个相邻块B(68°),和三个标准块(67.5°)。段的厚度是350毫米,每个环的宽度是1.5米。外径和内径是6.2和5.5 m,分别。错缝的片段组装;每个衬圈包括一个环形的联合联合16个螺栓(M30)和纵向接头12螺栓(M30)。

图4显示了灌浆层之间接触关系,段,和周围岩石的计算模型。段关节的力学和变形特性和内衬之间的交互回填和地面模拟非线性接触理论。我们主从算法用于搜索和有限滑动接触的接触表面的接触面积主从跟踪联系,适用于两个已知的界面接触搜索。大量的主接触表面和相应的从表面需要建立数值模型中定义,减少处理时间的大量接触模型。

的两端连接螺栓是嵌入到相应的部分元素模拟力学性能相关的紧张、压缩和剪切变形的关节,关节在不同应力条件下的变形状态也可以透露。管片接头的接触属性是“硬接触”在正常的方向,也就是说,接触表面之间的接触应力的大小并不局限(19]。当接触应力为零或负数,这两个接触表面分离,和接触约束减少相应的节点上;与此同时,应用库仑摩擦力的切线方向,根据以下公式: 在哪里临界剪切应力,是段关节的摩擦系数(即。,0.62)p是接触压力在正常的方向。之间没有相对滑动时的摩擦表面,直到剪切力达到临界剪切应力。

段之间的接触特性和灌浆层、段的刚度模型是用于正常方向(19]: 在哪里p是正常的接触力,嵌入的长度,“亲戚”是嵌入式刚性段的接触表面,然后呢f是一段时间的功能。

应用库仑摩擦力的切线方向,和外一侧的灌浆层与土壤质量。

2.2。确定关键部件与多尺度建模技术

这项工作的目的是分析影响突水的挖掘背后的内力段关节。由于网格大小和模型规模成反比计算成本,避免大型和全尺寸模型以减少计算时间。多尺度建模技术(20.,21)开发提供另一种克服这个困难。的大规模数值计算可能覆盖广泛,和介观的危险地方结构可以通过多尺度观测分析。因此,使用多尺度混合模型建模技术建立了数值分析。简化分析方法应用于排水区域外的部分模型,和精细数值模拟进行排水区域。bolt-segment连接和阴阳榫结构也认为,和其他地区位于某些距离这些部分被一个相对粗网格的等效简化模型。这种方法使研究者获得响应的隧道,同时获得的变形和应力分布段关节。

细分析的等效模型和部分的混合模型通过设置连接形式周围接头接触的部分,也就是相当于部分与部分之间的联系进行精细分析被认为是段之间的周向联合。库仑摩擦力的本构模型用于切线方向,和“硬接触”用于正常的方向。类似的,每一部分是由高强度螺栓圆周方向。在准确的前提下计算,与不同的网格大小两个网格之间的过渡是可以避免的。如图5流域,细网格用于部分螺栓结构,内力的细分和螺栓。第一个任务是确定模型的危险地区。一个等价的模型用于分析和确定危险区域。从基坑突水的影响下的脸,隧道的变形云图如图5(一个)。大型隧道的垂直位移(D)部分开挖后,观察到和这个关键部分的位置也显示在图5。

2.3。本构模型和材料参数

根据现场施工数据,建立了数值模型,它由五个主要部分:土壤、盾构机、灌浆层段和螺栓。盾体、灌浆层和部分被认为是由线弹性材料。流动的硬化浆使用等效模拟层,和段关节和螺栓也考虑;每个弯曲螺栓的直径30毫米。具体尺寸和上面的组件的基本力学参数如表所示2。

盾体、灌浆层和部分被认为是由弹性材料,和硬化水泥浆流动的时间效应与等效模拟层。灌浆层分为软、硬灌浆层,和灌浆层的厚度是根据实际情况决定的。考虑到现场施工参数,每个环的平均灌浆体积将是7米³;考虑泥浆的压缩性的盾牌和失水造成的容量损失,灌浆体积大于在挖掘土壤的间隙,和灌浆体积一般是150% - -200%的建筑许可。根据现场条件下,灌浆层的厚度在建筑模型是假定为0.14米;因此,根据(3土壤)和每个环的余隙容积,灌浆比率可以计算为167%。同时,应用灌浆压力段的外环和土壤的内壁来模拟在盾尾注浆压力:

此外,该模型引入了一层厚0.04米超挖在盾构施工中外墙,以简化圆锥的影响程度的盾构机和释放围岩的压力在某种程度上,使数值模拟更接近实际的施工过程。的三元乙丙橡胶弹性垫是由Mooney-Rivlin橡胶模型建模的两个参数:C1和C2是0.7和0.35 MPa,分别垫的密度是1.3克/厘米³。

2.4。边界条件中定义的数值模型和模拟步骤

固耦合渗流边界模拟的水和土壤分析与有限元分析的瞬态分析土壤”。杂项回填干燥的土壤,而土壤下面是饱和土壤。因为现场保护建设的速度快和段具有良好的止水效果,开挖过程不涉及水的损失。因此,孔隙压力在杂项回填的边界设置为零,除了开挖面,其他部分都不排水边界。

机械边界设置如下:底部的模型是一个固定的边界,只有正常的四侧位移约束,和顶部是一个免费的表面。

在开挖的过程中,提供的支持力量开挖面盾构机,盾尾同步注浆压力(如图6)设置如下:开挖面350 kPa的支持力量;与深度,它增加线性增加的梯度是20 kPa / m。力略大于压力施加的横向静态土壤,为了防止地面沉降引起的土壤之上的崩溃,在开挖前脸。灌浆压力是应用于挖掘土壤和段模拟的外墙在盾尾注浆。上下灌浆压力保持一样,值为200 kPa。

共有57个分析步骤中设置模型,和每一个分析步骤是小时长。隧道一步一步所得,每个环的宽度是1.5米。具体开挖步骤如下。

图7(一)是盾构隧道建设的第一步。盾构机的身体进入土壤;盾体是9米长,同时土壤在9米是灭活。的支持力量开挖面接着说,和外环(超挖量外)的盾构机是“绑定”到土壤质量。

图7 (b)显示第二步:激活前屏蔽环和杀死后屏蔽环;同时,添加管片和等效灌浆层和应用灌浆压力土壤的内壁和外环衬砌;同时,应用支持力量的开挖面,确保稳定开挖面。为了简化计算,将约束应用泥浆的外部和内部之间的土壤和水泥浆和外环的部分。

图7 (c)表明,在第五步之后,四个环段灌浆层的支持,和灌浆压力的持久的长度是4环和6米。在这一点上,砂浆强度是7 MPa,泥浆的行为作为一个流动的软粘贴。

第六步后,泥浆在隧道的尽头开始变硬,和泥浆材料参数的改变在有限元分析中使用“字段”变量直到50 MPa提高弹性模量;同时,泥浆背后的灌浆压力就被消除了。图7 (d)显示了盾构机主体、管片,第九步后和摘要灌浆层;这时,段8圈,和后面的部分是4环软粘贴和4环的粘贴。该方法应用于序列直到28步骤的完成。

突水的开挖面盾建设是一个动态的过程,从控制排水逐渐发展到少量的排水,然后在一些地方大量的排水段开挖的脸。摘要突水的进化从开挖面是由设置在开挖面水头差,和细孔模拟段和螺栓进行监测水头的影响差异对段的内力和螺栓。图8显示了当地开挖的数值模型的水涌出的脸,在结合现场施工条件和工程地质参数的相应部分如图3和表1表明,当盾构隧道最初在泥岩具有良好的土壤条件,不会发生突水的开挖面,当穿越富水砂层等隐藏的河流和岩溶地区earth-pressure-based盾构施工很容易造成严重的从开挖面,进一步导致突水事故如位错和开裂的后段。

3所示。分析从盾构开挖面突水的影响

3.1。隧道的总体变形

图9显示了隧道衬砌的变形分布的突水条件下盾构隧道开挖面。从图可以看出9突水结果部分的相对较大的垂直位移。隧道轴的垂直偏差的最大值是32毫米。最大垂直偏差角出现在隧道轴危险截面在D,和背后的危害面积段出现2 - 3环盾尾。邻近节段金库的垂直偏差达到15毫米时,也就是说,位错的最大数量是15毫米。

3.2。部分位错开放

3.2.1之上。变形的关节突水后开挖的脸

突水的开挖面将导致现有的衬里和变化的整体变形关节的变形。数据10和11显示关键的节段关节的变形D突水发生后开挖的脸。

从图中观察到:以下条件(1)发生后基坑突水的脸,关节脱位和开放显著增加在临界区d这种联合变形会削弱内在的安全结构和盾构隧道的防水性能。(2)发生后基坑突水的脸,在圆周关节脱位通常发生在水里的部分,并在纵向接头没有找到明显的位错。发生在纵向接头。隧道顶部有较大的沉降,从开挖面涌出的水的体积大小的确定部分位错开放。图10显示的图段变形当开挖面不排水和孔隙水压力的开挖面设置为0,即开挖的脸是完全排干。从图中可以看出,当开挖面不排水,1 - 2毫米的小挤压出现在顶部和底部的部分。然而,当开挖面完全干涸,如图10 (b)非常大的压缩变形,发现32.12毫米的最大位移的顶部。由于盾构隧道在硬泥岩,反弹的下部隧道比较小,和主要变形段来自隧道拱顶沉降,导致严重的段内力变化。在工程实践中,可能是由于突水段毁灭性的失败。(3)每个环的变形段如图11。的上部部分受到更大的挤压失败,将导致大量位错的圆周部分关节和纵向接头。大量位错开放将进一步导致突水风险的部分关节。

3.2.2。关节变形的变化与不同数量的水涌出

与不断变化的水泄漏量的开挖面,部分关节的变形不断变化。开挖面七的孔隙水压力值(“运动”)是集(0,20、40、70、100、130和160年)监测段位移和内力的变化。孔隙水压力值0、20、40、70、100、130和160头(Δ对应减少的水h18日,16日)14日,11日,8、5和2 m,分别如表所示3。排水是6环的长度,或者9米,和每个环的排水时间是5 h,参照不排水条件。

图12显示的最大变形段(由圆周关节脱位和纵向联合开放)的临界段D,从而改变与进步的突水开挖的脸。开挖面不同的水头差从0 m 18 m。

计算结果显示以下变化:(1)当开挖的水头差的脸0 - 5 m,管片接头的变形较小,关节脱位和开放的程度更小,但当水头差异在开挖面6 - 15米,关节变形的增加显著。(2)当开挖面临的水头差达到18米的极限值,在隧道拱顶纵向开口宽度达到4毫米的最大值。没有发生突水,纵向开口宽度可以被忽视。开口宽度的大小超过公差值的纵向联合指定的地铁设计标准(3毫米),所以通过纵向接头可能出现渗水。(3)当开挖面临的水头差达到18米的极限值,周围接头的最大位错在隧道拱顶达到15毫米。当开挖面不发生突水,周围接头的错位是0.3毫米。因此,非凡的位错周围接头的隧道拱顶发生,近50倍,相比之下,没有突水。当位错超过指定的周围接头公差值在地铁设计标准(15毫米),防水性能的联合可能被削弱。

3.3。应力混凝土联合

在地铁隧道盾构施工过程中,从开挖面涌出的水将不可避免地改变段关节的应力状态。在关键部分D,云图的拉应力和压应力段关节不断变化的情况下的水泄漏量从开挖面数据所示13和14。

连续变异的水头差开挖面对段关节导致应力集中。最大拉应力在段A1为3.1 MPa突水的发生并成为15.77 MPa,高于C50混凝土的极限抗拉强度(5 MPa)。在这种情况下,当地的混凝土将面临结构性破坏,和最大压应力也将显著改变。段B1的最大压应力是10.23 MPa突水发生之前和之后变成了35.41 MPa。

混凝土段关节附近的螺栓受到更大的张力和剪切力,因为后段的位移联合大突水的发生。同时,混凝土的最大压应力为35.41 MPa,发生在相同的螺栓附近的最大拉伸应力。应该特别注意的异常应力状态混凝土段关节附近的螺栓的突水发生后开挖的脸。

的最大拉应力和最大压应力混凝土段关节变化从挖掘面临的水泄漏量,和相应的曲线如图15和16。(1)如图15,当水头差在开挖面大于5米,压力在混凝土关节的最大拉伸应力显著增加,部分将超过极限抗拉强度。有开裂的风险。(2)在混凝土局部压应力在关节,水的泄漏量的影响从开挖面圆周关节大于纵向接头。考虑关节的局部拉应力,水头的影响差异在开挖面圆周关节大于纵向接头。

3.4。联结螺栓的内力

云图的张力、剪切和螺栓的力矩图所示17- - - - - -19。螺栓的内力随开度和位错段关节。当从挖掘面临的水泄漏量大,高强度螺栓弯曲内力很大,和紧张,甚至shear-yielding损伤和断裂的螺栓很容易发生。常见的螺栓承载载体和段,一个节点的破坏将不可避免地导致整个管片进步失败。这是非常不利于隧道结构的安全。因此,研究人员需要找到一个方法来消除水头的影响在开挖面部分和控制内力的水头差在开挖面,防止危害的发生。

最大轴向力的变化,最大剪力和最大弯矩的进步建筑图所示20.- - - - - -22。的强度和轴向力的分布的螺栓后段联合改变开挖的突水发生的脸。在关键部分D,螺栓的轴向力急剧增加的联合在隧道拱顶和拱。当螺栓与大变形状态,它的最大拉伸力达到316.9 kN, 16倍,没有排水,最大剪切力是561.2 kN,这是开挖前14倍。螺栓的最大弯矩是14.18 kN∗m,在排水之前近13倍。

4所示。的突水判据的紧急控制在盾构隧道开挖的脸

很难监控和测量段的变形和内力和螺栓关节附近的地铁隧道的现场。然而,它更容易监控的水泄漏量的开挖的脸时。如数据所示23- - - - - -25不同渗流速度的影响,流域对整个施工过程进行了分析,并解决以下数据:的最大变形段的段联合在整个课程的排水隧道,最大拉应力段,段最大压应力,最大拉应力螺栓,螺栓的最大剪应力和最大弯矩的变化趋势与单位突水一步Δ(主要是由水头控制的区别h)。从图中可以看出,当开挖脸上的水泄漏增加,内力和变形段和螺栓显示非线性增加的趋势。C50-reinforced混凝土段,当压力段超过抗拉强度,管片接头可能开裂,导致更严重的突水。高强度M30螺栓,过度的压力会导致产生故障和危及工程结构的安全。因此,为了减少段骨折的风险,以防基坑突水的脸,有必要制定应急计划控制开挖的水头差的脸。这个结果可能为工程实践提供参考。

4.1。段变形与水头之间的关系差异在开挖的脸

从开挖面在突水,Δ水头的影响不同h的周围接头大于纵向联合,和位错引起的变形段连接到一个共同的主要反映在周围接头。之间的关系的最大变形段连接到周围接头和水头差开挖面如图23。最大管片接头的变形之间的关系Δ和水头差异h可以通过一个函数表示:

为了确保管片接头的防水性能,设计规范的联合地铁隧道变形要求的位错周围接头不应超过15毫米。根据上面的计算中,相应的在隧道衬砌水头差应小于9.5米。因此,应采取措施确保水头差不得大于9.5米的水泄漏量的情况下在盾构开挖面不断改变。它有助于控制的圆周联合变形引起的位错段连接接头的防水性能,确保隧道段关节。

4.2。段内力与水头之间的关系差异在开挖的脸

拉应力和压应力之间的关系的具体组成部分关节和水头的区别在开挖面如图24,在那里代表了在混凝土和最大拉伸应力代表了混凝土的最大压应力。在混凝土最大应力之间的关系和水头差异指数可以表达了以下功能:

C50混凝土的单轴抗压强度为地铁段50 MPa,在开挖面和相应的水头差小于24.5米。这些值表明,混凝土附近的部分关节不会碎。将抗拉强度测试(22)进行网段混凝土在武汉没有使用。7地铁,获得的极限抗拉强度是5 MPa,在开挖面和相应的水头差小于4.6米。这些值表明,混凝土附近的管片接头将不会被过度紧张。因此,为了确保安全的部分关节,挖掘面临的水头差应小于4.6米。

4.3。螺栓的内力之间的关系,挖掘的水头差的脸

当从挖掘面临的水泄漏量保持不同盾构施工过程中,内力之间的关系的螺栓连接相邻段和水头差开挖脸上也显示在图25,在那里N代表的最大轴向力作用在螺栓上,问代表的最大剪切力,米代表的最大弯矩。最大内力之间的关系和连接螺栓的总变形指数可以表达了以下功能:

8.8级的螺栓的最小抗拉强度达到830 MPa,和抗剪强度达到320 MPa。因此,M30螺栓的轴向力和剪切力是466和215 kN,分别和相应的水头差是22.9米和8.8米,分别。因此,为了避免产生螺栓连接相邻隧道段,挖掘面临的水头差应小于8.8米。

一句话,为了保证长期安全的片段和关节的地铁盾构隧道,开挖面临的水头差不应大于4.6米的突水条件下开挖的脸。水头差可以调节水的流量。

5。结论

当突水发生在地铁隧道盾构施工的过程中,开挖面不同水头的区别。目的是研究连续突水的影响从开挖面段接头的力学性能和变形的变形和内力(包括部分和螺栓附近的关节),多尺度混合模型的盾构隧道开挖面是构建基于三维非线性接触理论和应用于模拟一段xw。这项研究的结果可以为盾构隧道的工程实践提供参考。是得出以下结论:(1)盾构隧道的纵向融合的整体变形主要反映现有的隧道在开挖连续变化的水流入的脸。关节脱位的圆周和纵向接头开观察,开挖后,两段联合开放的程度和位错是16.5倍,当开挖面没有排水。这种情况直接导致显著减少关节的防水功能的有效性。(2)段关节和连接螺栓的应力急剧变化,因为变化基坑突水的脸。段的局部拉应力超过了C50混凝土的抗拉强度极限;螺栓的轴向力大的皇冠和腰部;在关键位置D,圆周上的螺栓接头的剪切力增加显著,和螺栓的最大剪切力达到561.2 kN。(3)紧急控制标准应该建立基于Δ水头差异h在隧道施工开挖的脸。当水头差和不断变化的速率超过4.6米的突水开挖的脸,变形和应力的限制部分关节被认为已经达到,和段错位和挤压开裂的风险增加。研究小组将进行进一步的离心机模拟实验来提高计算结果的可靠性。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

该项目是由中国国家重点研发项目(批准号2017 yf0805500)和中国国家自然科学基金(批准号71390524)。作者感谢工人、工头和安全协调员的主要承包商为他们的参与。作者也要感谢工程师Peilun你协助收集现场数据。

引用

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