內水壓作用下城市深埋盾構隧道結構的力學特性較為復雜。以某城市污水處理工程深隧段為依托,建立基于殼-彈簧理論的雙層襯砌數值計算模型,對盾構隧道雙層襯砌在不同結構層間接觸狀態、不同圍巖條件、不同內水壓力等情況下力學特性進行研究。研究結果表明:管片與二次襯砌間層間剪切或壓縮剛度越大,結構的整體受力性能越好,二次襯砌的彎矩值相對越小；同等層間壓縮或剪切剛度下,有壓條件下二次襯砌正彎矩與負彎矩均小于無壓條件,且隨著層間接觸剛度的增加,兩者之間的差值逐漸增加；結構層間接觸狀況是影響管片與二次襯砌間內力分配的首要因素,而外部地層條件的影響相對較小；相對于硬巖加軟弱圍巖地層而言,上軟下硬地層雙層襯砌的受力更為不利。

本文首先探討了當今盾構隧道工程中單層襯砌結構所暴露出的缺陷并分析原因.其次總結現有工程中雙層襯砌結構形式,并對雙層襯砌結構的兩種形式,疊合式襯砌結構、復合式襯砌結構進行力學分析,推導出襯砌結構層間壓縮剛度,以及雙層襯砌結構層間剪應力和相對滑動位移的關系式,掌握其力學性能.

本文首先探討了當今盾構隧道工程中單層襯砌結構所暴露出的缺陷并分析原因.其次總結現有工程中雙層襯砌結構形式,并對雙層襯砌結構的兩種形式,疊合式襯砌結構、復合式襯砌結構進行力學分析,推導出襯砌結構層間壓縮剛度,以及雙層襯砌結構層間剪應力和相對滑動位移的關系式,掌握其力學性能.

以武漢地鐵越長江盾構隧道江中段聯絡通道及集水井為依托,提出一種適合砂性地層高水壓條件下地下結構施工力學行為數值模擬的計算處理方法。即耦合使用地層-結構法和荷載-結構法,對土體和水體進行分別處理。其中,地層依據地層-結構法按實際地層建模,容重采用干容重;水體則作為荷載直接施加在結構表面,水體所產生荷載根據施工過程施加;結構未修建之前按水壓施加在底部透水性較差基巖上進行地層初始應力場計算。將上述方法應用于武漢地鐵越長江盾構隧道聯絡通道及集水井施工力學行為數值模擬中,得出影響鋼管片、聯絡通道襯砌和集水井襯砌變形及應力分布的關鍵因素;驗證提出的適合砂性地層高水壓計算處理方法的可行性,并提出針對性建議。

上軟下硬復合地層在盾構施工中常常造成盾構掘進姿態不佳及地表塌陷,嚴重時還可能導致管片局部出現破損。結合深圳地鐵7號線穿越上軟下硬地層的工程實例,采用數值模擬方法研究盾構隧道穿越上軟下硬地層段（“由軟入硬”與“由硬入軟”）的施工力學特性,對地表及管片拱頂沉降、管片應力的變化規律進行分析,研究結果表明：盾構在穿越上軟下硬交界地層過程中,地表沉降出現顯著增大（增量最大可達1cm）,拱頂不均勻沉降的現象較為嚴重;對較軟側地層進行適當加固,可以有效減小上軟下硬地層交界處的地表及管片拱頂沉降,同時能夠降低“由軟入硬”段管片的應力水平。

盾構隧道襯砌管片在施工與運營過程中容易產生縱向裂紋,對管片的承載能力有較大影響。本文依托成都地鐵2號線牛王廟—牛市口區間盾構隧道,應用有限差分軟件建立裂損管片殼-彈簧計算模型,分析裂紋數量與裂損程度對管片力學特性的影響。結果表明:縱向裂紋會導致其附近管片的內力比無裂紋時明顯減小；存在多條裂紋(單一分塊僅出現單條裂紋)時,裂紋對管片彎矩影響較大區域的范圍并未產生疊加,在同一裂紋影響區單條裂紋與多條裂紋作用效果相近；隨著裂損程度的增加,裂紋附近管片的內力逐漸降低,裂紋對管片彎矩影響較大區域的范圍有所增加。

研究目的:文章以合武鐵路大別山隧道為背景,對ⅳ級圍巖條件下采用的單層襯砌結構的接觸力學特征、不同施工階段的受力特征以及圍巖穩定性等進行研究,并對單層襯砌結構的力學特征進行探索,以期為類似工程的設計和施工提供參考。研究結論:(1)相對于復合式襯砌而言,單層襯砌接觸壓力普遍較大,最大壓力易出現于拱腳處,最小壓力易出現于仰拱處,而其二襯的內力顯著小于復合襯砌。(2)單層襯砌結構內力在隧道施工的不同階段,初期支護與二襯的內力先按時間分配,后按剛度分配。(3)隧道左右拱腰側與拱腳處的圍巖的yai值較小,容易發生失穩,應加以防范。

盾構隧道管片襯砌受力分析力學模式探討

在武吉高速公路何市隧道施工過程中,對ⅳ類圍巖條件下初期支護變形、接觸壓力和支護結構內力進行了監測。通過對監測數據的分析與整理,對初期支護的變形、錨桿內力、圍巖與初襯間壓力、初襯與二襯間壓力以及初襯內力的穩定規律進行了研究,認為初期支護變形在距掌子面3倍洞徑左右即已趨于穩定,而因為應力調整,襯砌內力與襯砌與圍巖間壓力在距掌子面6倍洞徑左右趨于穩定。根據內力監測數據的穩定情況確定二襯施工時間,可減少因過早施工二襯造成二襯內力較大的危險性,從而提高隧道支護結構的整體穩定性,可為同類工程參考。

從遼寧錦州擬建地下儲庫工程現場鉆取典型花崗巖巖芯,進行不同凍結溫度(-10℃～-50℃)和不同含水狀態(干燥和飽和)的單軸及三軸壓縮試驗,分析巖石的變形破壞規律、干燥和飽和狀態抗壓強度以及三軸剪切強度參數c,?值隨溫度的變化關系。試驗結果表明:(1)無論干燥還是飽和試樣,微風化花崗巖單軸及三軸抗壓強度隨著低溫溫度的降低而提高,但呈現非線性增加的趨勢,得到花崗巖抗壓強度隨低溫溫度變化的非線性關系擬合式,并認為微風化花崗巖存在一個抗壓強度趨于穩定的溫度界限值,此值約為-40℃;(2)微風化花崗巖在干燥和飽和條件下,黏聚力c值隨溫度的降低而增大,在干燥條件下尤為明顯。干燥條件下,微風化花崗巖內摩擦角隨低溫溫度降低變化較小,摩擦角基本保持在57°左右,飽和條件下,微風化花崗巖內摩擦角隨溫度降低而增加,由-10℃～-50℃增長幅度約為3.43%。該研究成果可為液化天然氣(lng)的低溫地下存儲提供一定的力學參數依據。

錦屏二級電站是利用雅礱江大河灣地形設計修建的巨型電站,其高埋深帶來的高外水壓力和高地應力問題是水電工程建設世界性難題。如何在高外水壓力條件下合理地設計襯砌結構,保證隧洞交通和引水發電功能的可靠實現,關系到該電站能否順利建設和發揮效益,也關系到未來在雅魯藏布江大河灣地帶及類似情況下修建隧洞的可行性,事關重大。結合工程實踐經驗和理論分析,提出了一些有針對性的解決方案,供參考。

采用兩階段分析方法,提出隧道施工對群樁水平位移和內力影響的簡化解析計算方法:第一階段采用loganathan解析解估算隧道開挖引起的土體水平自由位移場,第二階段首先基于winkler地基模型把樁視作彈性地基梁,將自由土體位移施加于樁并建立單樁水平位移控制方程,然后應用簡化mindlin方程,考慮被動群樁的樁-樁相互影響,計算被動群樁的遮攔效應,最后得到隧道開挖對被動群樁的影響,并與邊界元法分析結果及工程實測數據進行對比,得到了較好的一致性。

古水11孔套管封固不良,受礦壓影響,鉆孔漏水,具有水量大、水壓高等特點,處理難度大,充分分析鉆孔漏水原因,準確運用注漿工藝,合理選擇注漿材料,動水條件下成功地在井下封堵了漏水鉆孔,對處理類似鉆孔提供一定的參考。

針對目前世界最大直徑水下盾構隧道的工程背景和劣化環境,通過分析襯砌劣化機理和行業規范標準確定了以有效厚度考量襯砌結構劣化,采用強度折減原理對強度參數進行逐步地折減,建立了考慮地層土性和覆土厚度影響的水下盾構隧道襯砌劣化模型,運用數值計算方法分析了襯砌劣化的多種組合工況,從而對襯砌劣化引起上海長江隧道(崇明越江通道)變形的特征表現和趨勢規律進行了研究和探討。研究結果表明:基于有效厚度折減的襯砌劣化分析方法能夠有效地反映劣化后隧道結構的整體變形狀況,且計算結果可靠合理,可為盾構隧道健康狀態診斷與分析提供理論依據和技術支持,也可為運營管理部門正確及時的養護維修提供借鑒和指導。

高圍壓高水壓條件下大理巖斷口微觀機理分析與試驗研究——為了探討高圍壓高水壓對大理巖變形、強度、脆–塑轉化特性及破壞斷裂損傷劣化的影響，取錦屏二級水電站引水隧洞大理巖分別進行高水壓、高圍壓、低圍壓作用下全應力–應變過程三軸壓縮對比試驗，然后，對...

深埋蓄排水盾構隧道承受高內水壓力及較大的外部水土荷載,與公路、地鐵盾構隧道在計算理論、建造技術及運營維護等方面有很大不同。鑒于蓄排水隧道襯砌結構承載模式的變化,文章開展了整環力學行為試驗及三維數值分析,研究了內水壓作用、錯縫拼裝及接頭螺栓安裝方式等對蓄排水盾構隧道力學性能的影響。研究結果表明:通縫拼裝的蓄排水盾構隧道從隧道內空水變化至隧道內滿水時,隧道的變形大幅增加；內水壓0.6mpa時隧道的豎向和水平收斂變形分別為空水時的2.2倍和3.2倍。與通縫拼裝的蓄排水盾構隧道相比,錯縫拼裝時襯砌環的收斂變形減小15%～25%,最大接頭張開量及螺栓拉力減小25%～40%。內水壓增大會造成蓄排水盾構隧道接頭螺栓屈服,最先出現螺栓屈服現象的接頭位于襯砌環最大負彎矩荷載作用位置附近；由于盾構隧道的破壞多源于接頭螺栓屈服,該接頭位置為蓄排水盾構隧道的薄弱點。對于采用雙排螺栓連接的蓄排水盾構隧道,拱頂、拱底90°區域范圍內靠近接頭外弧面位置的螺栓可以不拼裝；但兩側拱腰90°區域內靠近接頭內弧面位置的螺栓必須安裝,否則會造成最大負彎矩荷載作用位置附近的接頭螺栓拉力增大5%～14%。

三向受力條件下凍結巖石力學特性試驗研究——隨著寒區或特殊施工環境條件下基礎設施建設的需要，越來越有必要對凍結巖石力學問題進行深入的研究。以陜西彬長礦區胡家河煤礦凍結立井為背景，從現場采集的煤巖和砂巖為代表，進行常溫(+2o℃)和不同凍結溫度（-5℃...

針對施工期盾構隧道管片襯砌的受力特性及其施工荷載對管片結構造成的影響開展研究。首先,對施工期管片所受施工荷載進行系統總結,包括千斤頂推力、注漿壓力、上浮力、盾殼作用力、拼裝荷載及其他荷載等;進而將施工階段管片襯砌的受力特性歸納為典型三維特性、不確定性及不可忽視性等三方面。在此基礎上,對施工荷載對管片結構的影響進行了分析討論,包括施工期的管片裂縫、局部破損、止水條損壞、管片滲漏、管片錯臺等。最后,從掘進千斤頂控制、注漿壓力控制、螺栓二次預緊等角度對施工期盾構隧道的管片破損保護工作提出了建議。分析表明,對盾構隧道施工期管片受力特性及其影響的研究亟待深入,管片設計及相關規范亦應更加重視施工荷載的作用及其影響。

火災下盾構隧道襯砌結構反應數值分析——文章利用大型通用有限元程序ansys12．0，初步建立起了三維盾構隧道火災結構反應的數值模擬方法。進行了火災　　下盾構隧道襯砌的結構反應計算，分析了襯砌結構的火災變形性能與受力性能。最后對火災下的隧道襯砌圓環承...

高應力條件下,地下工程在脆性巖體中施工很容易導致巖爆的發生。以n-j水電站大埋深引水隧洞為研究對象,首先采用應力解除法進行現場地應力測試,發現引水隧洞的地應力以構造應力為主,最大主應力達到了107mpa,較高的地應力水平是導致現場巖爆發生的主要原因。為進一步分析引水隧洞巖爆規律,將地應力場轉換至隧道局部坐標,在考慮地應力場剪應力影響的情況下,采用能量判據,通過數值方法計算得到了巖爆的分布范圍。

采用氣動式間接桿桿型沖擊拉伸試驗裝置對5種不同成分的twip鋼在102~103s-1應變速率范圍內的動態拉伸變形行為進行了研究,并和靜態拉伸性能作了比較。結果表明:隨應變速率的提高,材料動態條件下的抗拉強度、斷裂延伸率和能量吸收值均顯著增加,均勻延伸率略有提高。twip鋼在形變過程中產生形變孿晶顯著改善了材料的塑性,因此在高應變速率下的延伸率仍較好。

實驗測量了紙漿模塑材料在不同加載條件下拉伸時的強度極限、彈性模量和泊松比等力學性能,同時給出了紙漿模塑材料的應力-應變曲線,為紙漿模塑緩沖包裝結構的有限元分析和設計提供了基礎數據。實驗結果表明:當加載速率提高時,試件強度極限和彈性模量隨之增加;當溫度升高時,紙漿模塑材料的強度極限和彈性模量隨之逐漸升高;當濕度升高時,紙漿模塑的強度極限和彈性模量隨之降低。紙漿模塑材料單向拉伸時橫向變形很小,且對溫、濕度等環境因素影響敏感,泊松比的測量比較困難。數字圖像相關測量方法具有靈敏度高、非接觸、直接測量物體表面全場變形的特點,采用該測量方法解決了材料泊松比的測量問題。實驗測得紙漿模塑材料泊松比為0.097。