施工荷载下盾构隧道管片力学响应分析

2022-09-10

引言

随着超一线等类型城市轨道交通成为缓解交通的主力军时, 在复杂多变的各种地质条件下新建盾构隧道线路为了有效的避开以前就有底下建筑物时, 就要使用曲线施工, 在各种复杂的施工环境下将增大千斤顶推力、壁后注浆压力等施工荷载控制难度, 所以管片裂缝、破损、错台等由施工荷载产生的问题会越来越明显好, 会给隧道的安全性和持久使用性产生很大的影响。

1. 施工荷载盾构隧道

施工荷载主要指在施工过程中对于正在施工或已经施工完毕管片上暂时荷载的一种学术称呼。具有很多种类的施工荷载, 其中千斤顶推力、注浆压力、密封油压力和盾壳与尾刷对盾构隧道管片的挤压力对盾构隧道片力学响应的影响最为明显。

1.1 千斤顶推力

盾构挖掘过程中主要盾构千斤顶推力形成的反力施加在盾构隧道管片上的暂时荷载, 叫做千斤顶推力, 其在施工荷载中对盾构隧道管片有很明显的影响。

盾构机姿态匹配隧道设计曲线主要由盾构千斤顶的偏心推力对其保障的, 在进行直线作业是起的作用相对小, 但是出现急曲线施工和部分地方使用了和直线施工不同的管片时千斤顶的偏心推力将提升很大。

千斤顶偏心推力太大的时候, 其产生的反作用力能够破坏盾构管片的环, 能分离拉侧管片环接头部分。施加在管片环对接处的弯曲拉伸力, 主要以螺栓进行传递, 这样比较容易发生螺孔部位的混凝土由于过大的拉伸力而造成损坏, 此外, 倘若千斤顶的偏心推力印发千斤顶支撑的一方面和管片分离, 撑靴对千斤顶集中力分散其力的作用减少, 这回会造成在管片的角处印发连锁反应, 从而导致混凝土管片棱线处和边角处遭到破坏, 纵肋钢制管片易生变形。

1.2 注浆压力

高压注浆主要是控制地基沉降是一种在盾构隧道施工中常用的作业防范。依据注浆位置来判断, 注浆分为两种方式盾尾注浆与管片注浆, 这两种注浆方式各自都有优缺点。注浆对管片影响的研究主要有, 要考虑其施工方式和施工部位的地质环境, 对于注浆压力与压力是具有是否均匀性对其的评价十分重要。大多说注浆压力水泥跟周围地质环境压力的比值要大于50至100k N/m2, 在个别情况下比泥水压力跟周围地质环境压力的比值要大于200至300k N/m2。

对于K型管片注浆压力对其有很大的影响, 尤其是K型管片相对大时和用来支承K型管片接头的抗剪力相对小的时候时, 其造成的影响最明显, 十分容易发生管片间错台等状况。

在壁后浆液的分布相对较为复杂, 通过叶飞、朱合华等人研究出的注浆压力计算的模型, 可以在工程中, 可以使用通过盾尾注浆跟管片注浆来计算壁后的注浆压力。

1.3 盾壳及盾尾密封刷挤压力

为防止盾构机将深入泥水和土砂等, 大多数会在盾构机设在多到钢丝刷在盾尾处, 钢丝刷中间添加油脂等来密封盾构机。在长时间使用钢丝刷就是出现老化等现象, 钢丝刷的作用将下降, 此时钢丝刷与盾构机之间的压力加强。

盾构机在调整的过程中会使盾壳与管片的相互挤压。当盾构机对曲线进行作业的时候, 盾构机的机头会发生转动。尤其是进行急曲线作业而且曲线的直径很小时, 倘若盾构机的调整跟隧道设计的曲线不符合, 盾构机的偏转超出盾壳和管片中的空, 这样盾壳管片之间就会产生相互挤压, 会导致管片破损。盾构机的转向到盾壳等接触而产生挤压, 就会使管片破裂或者错台。

1.4 管片装配器操作荷载

管片装配器操作荷载主要是盾构隧道管片上的装配器荷载。装配器除用计算起吊环外, 还要计算管片在安装过程中对其各方面的影响。随着目前技术日趋成熟管片接口的接头更为简单、定制管片日趋大、管片日趋装配自动化, 管片安装机的安装能力得到提高, 增加安装机的荷载能力也是大势所趋, 所以, 在安装管片时, 考虑盾构隧道管片安装机的压入、旋转等性能的同时, 还要顾虑到管片的冲击力等原因, 以防在安装管片的中出现两两相撞, 以保障管片的完好性。

2. 在不同施工荷载情况管片力学响应分析

盾构隧道作业过程中, 盾构管片要承受来自千斤顶推力、注浆压力、盾壳挤压力等多方面施工荷载压力, 跟着盾构机施工进度处在一个实时变化的状态中。盾构管片环作是一种提前制作的部件, 盾构管片环的质量对管片的接口有直接的影响, 在只受到自然地质环境的压力是还是相对比较稳地的, 但要是受到施工时的荷载压力时看, 可能会对管片力学响应有很大影响。

2.1 千斤顶推力管片力学响应分析

盾构隧道在设计的时候会具有一定的坡度和转角, 另外在作业的途中盾构机因遇到不同的地质环境, 盾构机作业的用的力度也不一样主要为了防止盾构机降沉或上浮。其解决措施。为了保证盾构机在作业的过程始终处在计划的位置就要对千斤顶的推力进行实时调整, 这样就会对盾构隧道管片的力学响应产生一定的影响。

2.2 注浆压力下管片力学响应分析

快速对管片和土层之间的空隙进行填充只能通过注浆, 还能在很大程度上对土体的降沉起到很大的作用。目前盾构隧道工程中经常用到注浆方案和盾尾注浆和管片注浆。理论上注浆压力顺着管片环分布均匀, 事实上注浆压力在管片外十分复杂, 很多情情况下注浆压力以梯形压力的形式分布。当管片后面注浆压力相对管片产生的压力达到一定界限时, 就使得盾构隧道管片产生缝隙或者破碎等问题。

2.3 盾尾挤压下管片力学响应分析

盾壳挤压会使盾构隧道管片变形和产生很大压力的情况, 会出现管片破裂、错台等严重的情况。为了杜绝这类问题出现, 其解决措施, 应这设计时避开出现急曲线的施工方案;还应该, 在盾构机调整机位的过程中, 应该多次缓步调整, 并且及时更换钢丝刷和填充的油脂, 防止其老化带来对工程不利的情况。

3. 结语

在我各大城市隧道施工建设工程中盾构法施工使用日趋普及, 在隧道建设工程中碰到的问题也五花八, 最常见的问题就是在隧道建设施工中盾构管片发生损坏。管片损坏会对隧道完工后使用时的安全性和持久性产生喊打的影响, 因此, 在隧道工程施工时的荷载下管片呈现出力学响应的分析则成为现下隧道工程需要解决的重要问题之一。本文主要是靠隧道施工数据参数, 来对盾构隧道管片力学响应进行有限的分析, 但隧道管片工程的力学承受具有十分复杂的特性, 因此, 本文分析存在着很大局限性, 以后还将要对其他方面对管片的力学响应展开更为详细的探讨。

摘要：从改革开放至今, 我国社会经济得到飞速发展, 在从传统农业为主缓步向工业大国变化, 城市进一步得到发展, 许多大型城市逐步增多。由于城市的生活与生产条件好大部分人都生活在城市中, 然而城市的发展速度跟不上人口增加的速度的步伐, 从而造成了城市地皮不够用的局面, 尤其在人口数量达到一定程度后, 城市地面的交通堵车已经成为一个常态的问题, 在城市用地紧张的当下增加新的道路几乎不可能实现, 因此, 城市修建地铁已经成了缓解交通压力的首要选择。

关键词：施工荷载,盾构,管片,力学响应