论文部分内容阅读
盾构法隧道以其工期稳定、安全性高、对周边环境影响小及地层适用性广等优点被广泛应用于城市地铁线路建设当中。通过螺栓连接拼装而成的管片衬砌结构是盾构隧道的主要承载构件,当隧道周边环境受外部作业影响发生改变时,衬砌结构中最为薄弱的接缝位置可能出现张开量过大、混凝土碎裂、接缝渗漏水甚至螺栓屈服失效等病害,给地铁的正常运营带来隐患。目前,针对出现严重病害问题的地铁盾构隧道主要采用钢板加固方法,然而专门针对加固后衬砌结构接缝部位后续承载性能的研究仍然较少。地铁盾构隧道纵缝接头的承载性能对单环衬砌结构的变形和内力起关键性的控制作用,本文以某地铁区间盾构隧道钢板加固工程为背景,通过建立衬砌结构纵缝部位的三维数值模型,研究了钢板加固前后纵缝接头的承载能力和破坏机理。所作的主要工作及研究成果如下:(1)以某地铁区间盾构隧道钢板加固工程为背景,采用Midas FEA有限元分析软件,在充分考虑接头部位橡胶密封垫、传力衬垫、连接螺栓等细部构造及不同材料间接触关系的基础上,建立了钢板加固纵缝接头的三维数值模型。(2)对未加固接头分别在正、负弯矩作用下的变形和破坏特征进行了研究,根据接缝转角随弯矩的发展曲线将接头的变形过程划分为四个阶段,并对每个阶段的变形及接缝应力分布情况进行了详细分析,为开展钢板加固纵缝接头后续承载性能的研究和评价钢板的加固效果奠定基础。(3)研究了加固接头分别在正、负弯矩作用下的后续承载性能。首先,将加固钢板与混凝土管片间的膨胀螺栓全部达到屈服定义为接头破坏的界定条件,并对加固接头在后期弯矩作用下的破坏过程和特征进行分析。然后,将加固与未加固工况下接头的变形结果进行对比,验证了钢板的加固效果。最后,根据几个典型前期弯矩工况下接头变形及钢板应力计算结果,对正、负弯矩作用下钢板合理的粘贴加固时机进行了探讨。(4)结合盾构隧道钢板加固工程的施工特点,对可能影响接头加固效果的参数进行了对比分析。结果表明:钢板的厚度及环向加固范围对接头加固后的抗弯刚度及后续极限承载能力影响显著,而膨胀螺栓的性能等级和钢板与管片间摩擦系数取值的变化对加固效果的影响较小。