盾构施工要精确控制推进油缸行程 ,合理选取管片 ,使主机最大限度的沿设计轴线DTA前进。在不影响管片合理选取的情况下 ,本文简化了盾尾间隙改变量的计算公式 ,给出了相应的管片的计算预测过程。同时本文将管片预测计算涉及的参数之间的内在联系 ,统一到油缸行程 ,便于精确控制盾构机的推进油缸行程 ,快速计算预选管片。本文经过推导得出的计算公式适用于无铰接油缸盾构 ,可以解决完全楔型管片拼装或者楔型管片与标准管片的组合拼装 ,具有通用性 ,并用VC实现。

针对当前国内最常用的6 m直径地铁管片,盾构在不同城市施工存在因管片分度不同需要改造推进系统的问题,设计一种同时满足22.5°和36°2种分度管片的盾构推进油缸布置方案。优化设计后的推进油缸布置形式提高了单台盾构在不同城市地铁隧道施工的适应性,减少了盾构改造投入和时间,对控制地铁施工直接设备投入具有实际意义。

在拼装管片时,需要在拼装模式下伸缩推进油缸。当采用无线控制推进油缸时,一种是在无线遥控器上设置推进油缸选择开关,这就使无线遥控器上有限的空间变得相对狭小,给操作带来不便;另一种是在无线遥控器上设置管片选择旋钮,而且为了施工安全,推进油缸只能伸缩一次,这就给调整管片的位置带来了不便。根据拼装管片时推进油缸选择的特点,在不增加推进油缸选择开关及不增加管片选择旋钮的情况下,实现了推进油缸的自动控制,而且在一块管片没有安装完之前,可以任意使用推进油缸调整管片的位置,一旦该块管片安装完成,相应的推进油缸不会再有伸缩的动作,这样既节省了拼装手安装管片的时间,同时也简化了操作的繁琐程度,又保证了施工安全。

针对吊装注浆孔破坏原因分析方法的研究不足,提出了破坏原因推导方法。该方法由管片破坏类型推导出可能导致吊装注浆孔破坏的原因,再结合设计、生产和安装全过程分析,最终得出破坏形成因素,制定改进措施。该方法在重庆轨道交通环线中得以成功应用。

管片作为地铁隧道的主要受力构件,其质量非常重要,是地铁隧道结构安全性、耐久性的主要保障。为了有效预防和规避管片的质量问题、提高管片质量,对预制混凝土管片在施工过程中常见的质量问题进行了分析,并提出了相应的解决方案和规避措施。

运用荷载-结构法建立盾构隧道管片的三维模型,设置合力的管片接头接触模型,研究了不同围岩弹性反力系数下盾构管片的力学性能。结果表明:随着围岩弹性反力的增大,管片的内力值、位移值及接头内力值、接头相对滑动都有减小的趋势;同样,在围岩弹性反力的减小时,管片的内力值、位移值及接头内力值、接头相对滑动都有增大的趋势。在围岩弹性反力系数大于400MPa/m时对管片内力、变形的影响不明显,而在围岩弹性反力系数小于400MPa/m时对管片内力、变形的影响比较大。

为了提高盾构隧道内预埋件的防腐抗渗能力,结合实际工程,考虑选材、几何形状等因素,设计了预埋陶瓷螺母,并预埋在管片混凝土结构层中,与传统C型预埋槽道进行了对比分析,其力学性能和使用功能能满足设计要求,经济性上也存在较大优势。

介绍了盾构隧道管片预埋塑料吊装孔破坏机制及预防措施。通过ABAQUS有限元分析软件模拟计算管片拼装工况下的受力情况,并结合现场实际情况,从预埋件本身、配筋、拼装机、拼装操作手等方面进行了原因分析,并提出了相应的防范措施。

采用fib Model Code 2010中纤维对受弯承载力贡献的作用方式,并结合GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》中偏心受压构件正截面受力分析,提出了不对称配筋纤维混凝土盾构管片配筋计算方法。以国内某地铁工程管片配筋计算为例,采用该方法计算了纤维混凝土管片正截面配筋并与普通混凝土管片配筋进行对比。同时,计算分析了采用不同等级纤维混凝土时该管片正截面配筋的变化规律。结果表明,纤维的加入可以降低钢筋用量,该方法结合了欧洲规范和国内的钢筋混凝土设计规范,具有较高的可靠性,可用于纤维混凝土盾构隧道管片设计。

为从微观角度探究管片接缝密封垫的防水机制,基于Roth模型建立密封垫接触面的泄漏通道模型,推导出泄露率的计算公式;通过建立宏观密封垫数值模型和微观锥型峰数值模型,完成以粗糙度、张开量、错位量和硬度为4个影响因素,以泄露率和平均正压力为评价指标的正交试验。主要结论如下:1)泄露率可以作为评价密封垫防水性能的一个重要指标;2)随着粗糙度的增加,泄露率逐渐增大,尤其是当粗糙度大于0.8μm时,泄露率几乎呈指数型增长,考虑到降低粗糙度会增加工程造价,建议密封垫粗糙度控制在0.4~0.8μm;3)粗糙度直接决定了初始泄漏通道的尺寸,因此,相比于硬度、张开量、错位量3个因素,粗糙度对于泄露率的影响最为显著。