地铁盾构隧道钢板骑环缝加固模型试验及承载性能研究

来源 :华南理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:bchen2009
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地铁盾构隧道受内部或外部的不利影响会发生结构横向大变形,而隧道内粘贴钢板是常用的治理加固手段。目前,针对盾构隧道钢板加固的研究集中于非骑环缝加固,而对骑环缝加固(钢板粘贴于环缝)方面仍有待深入研究。鉴于此,依托某地铁盾构隧道堆载案例,开展了盾构隧道缩尺模型试验,探究了骑环缝加固管片结构的变形特征及承载性能;随后,建立三维数值模型补充分析了试验加固模型的破坏机理,并开展了加固参数的敏感性分析;最后通过数值仿真手段对钢板骑环缝加固进行应用模拟探究。本文主要研究工作和相关成果总结如下:(1)依托某工程案例,设计了1:20盾构隧道缩尺模型试验;试验分为不加固试验和加固试验两大类;通过开展不加固试验与非骑环缝加固试验,验证了试验设计的合理性以及试验构件质量的可靠性。(2)在上述试验基础上,开展了骑环缝加固模型试验。试验结果表明,骑环缝加固比非骑环缝加固更能发挥单环钢圈的承载性能;加固后通缝、错缝模型相对未加固模型极限承载力分别提升44%和43%,但结构破坏的脆性程度分别增加了83%和50%,同时破坏后的结构损伤程度更严重。(3)以错缝拼装模型为例,建立骑环缝加固试验的三维数值模型并补充分析了试验模型的破坏机理。结果表明,结构达到极限状态时,仅拱顶存在占比0.5%的失效界面;结构破坏后,其失效界面占比达19.7%,主要分布于拱顶、拱底。在此基础上,针对粘结面极限强度、钢板截面尺寸、加固时机三大加固参数进行了敏感性分析,发现粘结面极限强度对承载性能的影响最为显著。(4)结合上述工程案例,建立了原型隧道的三维数值模型,针对骑环缝加固对环间错台的控制效果进行了初步探究。研究表明,骑环缝加固失效时呈现明显的脆性特征,加固后拱顶附近环间错台、螺栓应力发展较快,因此需要重点关注。
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