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题名预应力盾构隧道的等效刚度梁模型及纵向变形控制研究
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作者
王亚
廖少明
马思浩
刘颖彬
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机构
同济大学地下建筑与工程系
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出处
《中南大学学报(自然科学版)》
北大核心
2025年第2期610-621,共12页
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基金
国家自然科学基金资助项目(52090082)。
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文摘
地质条件、附加荷载以及约束条件等变化易使盾构隧道纵向产生不均匀变形,引发接缝渗漏,施加纵向预应力可以有效解决这一问题。为探究预应力盾构隧道的纵向力学特性,针对完全闭合、部分张开2种环缝接触状态下的预应力盾构隧道建立纵向等效刚度梁模型,基于提出的7个纵向变形控制指标,结合上海某越江隧道工程实例,优化确定隧道的最佳纵向预应力,分析最佳预应力对超限纵向弯矩的影响。研究结果表明:某越江隧道在最佳预应力9.24MN下的纵向抗弯刚度及纵向曲率半径均大幅增加,且环缝变形量减小99.67%,环缝密封性显著提升;最佳预应力盾构隧道在纵向弯曲过程中,纵向曲率半径先达到界限值15000m,随后部分螺栓进入屈服状态、环缝张开量相继达到2mm、6mm,混凝土应力达到抗压强度,最后部分螺栓达到抗拉变形量发生破坏;与非预应力盾构隧道相比,最佳预应力隧道的超限纵向弯矩和抗弯刚度增大2.46~9.33倍,纵向承载能力显著增强,但纵向曲率半径减小了2.13%~6.70%。建议通过施加纵向预应力降低盾构隧道纵向不均匀变形,在施加过程中,重点关注隧道纵向曲率半径和螺栓应力的变化。
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关键词
等效刚度梁模型
盾构隧道
最佳预应力
纵向变形控制
超限纵向弯矩
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Keywords
equivalent stiffness beam model
shield tunnel
optimal prestress
longitudinal deformation control
excessive longitudinal bending moment
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分类号
TU93
[建筑科学—结构工程]
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题名盾构隧道纵向抗震简化计算模型对比
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作者
张景
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机构
极端环境岩土和隧道工程智能建养全国重点实验室
中铁第一勘察设计院集团有限公司
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出处
《铁道标准设计》
北大核心
2025年第10期133-140,共8页
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基金
陕西省创新能力支撑计划项目(2024ZC-KJXX-130)
中国铁建股份有限公司地下空间利用领域科研计划项目(2024-W24)
中铁第一勘察设计院集团有限公司科研项目(KY23-B036)。
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文摘
为对比分析盾构隧道纵向等效刚度梁模型及纵向梁-弹簧模型在纵向抗震分析时的适用性及计算精度,采用纵向广义反应位移法分别对两种模型开展纵向抗震计算并对比分析内力时程及峰值包络结果。结果表明:(1)纵向等效刚度梁模型、纵向梁-弹簧模型计算所得地震弯矩、轴力时程曲线及其沿隧道全长包络曲线规律一致,两种模型所得隧道穿越软硬岩交界面时纵向抗震不利区段的范围大致相同,均为软硬交界面两侧10倍管片幅宽范围之内;(2)当地震动沿隧道纵向激振时,隧道竖直面内的纵向弯矩及纵向轴力占主导地位,水平面内弯矩趋近于零,当沿隧道横向激振时,隧道水平面内纵向弯矩占主导地位,竖直面内的纵向弯矩及纵向轴力均趋近于零,隧道纵向内力峰值及方向对地震动作用方向高度敏感;(3)纵向等效(抗弯)刚度模型所得弯矩结果与纵向梁-弹簧模型量值相当、精度一致,但其未能考虑环间接头拉压异性导致轴力计算结果失真,纵向梁-弹簧模型地震内力计算结果可完全包络等效刚度梁模型。通过对比研究,纵向梁-弹簧模型能够独立考虑环间接头的力学行为,其计算结果可以兼顾精度及效率,具有更高的实用价值。
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关键词
盾构隧道
纵向广义反应位移法
等效刚度梁模型
梁-弹簧模型
纵向抗震计算
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Keywords
shield tunnels
generalized longitudinal response displacement method
equivalent stiffness beam model
beam-spring model
longitudinal seismic calculation
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分类号
U451
[建筑科学—桥梁与隧道工程]
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题名盾构隧道纵向接头局部足尺试验研究
被引量：9
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作者
耿萍
郭翔宇
王琦
唐睿
陈昌健
何川
张艳阳
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机构
西南交通大学交通隧道工程教育部重点实验室
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出处
《土木工程学报》
EI
CSCD
北大核心
2020年第1期92-101,128,共11页
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基金
国家重点研究发展计划(2016YFC0802201)
国家自然科学基金(51878566,51578457)
+2 种基金
四川省科技重点研发项目(2018GZ0360)
四川省科技计划(2019YFG0001)
中国博士后科学基金(2017M623056)
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文摘
沿盾构隧道纵向,管片环与管片环之间的接头称之为纵向接头。纵向接头是变形的薄弱部位,在变形过程中受到相邻管片的约束,其受力特点与管片接头不同。文章首先采用数值模拟方法,研究纵向接头局部试验的可行性,然后开展纵向接头局部足尺试验,研究接头的受力变形特征,所得结论如下:对纵向接头进行分析时,对比整环模型及纵向等效刚度梁模型计算结果,两者接头张开量、螺栓应力相差在11%以内,管片结构塑性损伤区分布特征基本一致,故纵向等效刚度梁模型可作为纵向接头局部足尺试验的依据;纵向接头局部足尺试验时,纵向接头张开量的变化对轴力更加敏感,螺栓应变增长与环间力(轴力、弯矩)的增加基本保持一致。接缝转角在环间拉力下趋近于0,且追随环间弯矩的变化;各工况中构件表面混凝土最大拉应变出现在套筒侧管片外表面中部,最大压变出现在手孔侧管片的内表面。破坏试验中,纵向拉力323.2kN时管片结构先于螺栓破坏,此时螺栓未达屈服强度。
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关键词
盾构隧道
纵向接头
纵向等效刚度梁模型
整环模型
局部足尺试验
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Keywords
shield tunnel
longitudinal joint
longitudinal equivalent stiffness beam model
sub-model method
local full-scale experiment
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分类号
U45
[建筑科学—桥梁与隧道工程]
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题名基于钻孔数据的盾构隧道纵向结构参数化计算
被引量：3
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作者
李霖皓
陈珂
胡云华
龙凡
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机构
华中科技大学土木与水利工程学院
华中科技大学人工智能研究院
武汉市政工程设计研究院有限责任公司
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出处
《隧道建设（中英文）》
CSCD
北大核心
2022年第9期1615-1621,共7页
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基金
国家自然科学基金项目(U21A20151,72101093)。
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文摘
为推动盾构隧道工程数字化设计的发展,提升结构计算效率,提出一种基于地质钻孔数据的盾构隧道纵向结构参数化计算方法。本方法考虑了三维地质空间的不确定性以及隧道纵向结构的三维空间线型特点,利用K最近邻与普通克里金算法建立地层数据库;然后,与隧道轴线的空间信息建立引用关系,并输出结构约束条件与荷载大小;最后,利用等效刚度梁模型进行隧道纵向结构计算。以武汉市两湖隧道东湖段QXK6+300~+400区间为对象,将本方法与现有方法进行对比,结果表明:本方法的约束条件可以不依赖人工经验保守取值,而通过预编译的程序自动计算得出;同时,参数化计算流程有利于满足后续多区间核算需求,并且可以把内力分析结果精确地反映在三维应力云图上。因此,本方法能有效提升设计效率。
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关键词
地质钻孔
盾构隧道
纵向结构
参数化设计
等效刚度梁模型
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Keywords
geological drilling
shield tunnel
longitudinal structure
parametric design
equivalent stiffness beam model
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分类号
U45
[建筑科学—桥梁与隧道工程]
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