地铁隧道工程盾构钢套筒接收施工中,钢套筒内填料与地层之间的压力平衡控制是保证工程安全的关键。为实现主动调控钢套筒内填料压力,将常规钢套筒的固定盖板改进为可沿套筒纵向自由滑动的活塞式盖板,并提出相适应的液压调压法和机械调压法。按照1∶5的比例设计钢套筒模型试件,针对注水增压、泄水减压、低内压水平下的机械增压、高内压水平下的机械增压和机械减压等工况开展模型试验,研究填料压力随外接液压、机械推力的变化规律和影响机理以及千斤顶反力和钢套筒筒身变形规律。研究结果表明:液压调压过程钢套筒内填料压力随外接液压呈线性、等比例变化;较低填料压力(≤0.15 MPa)条件下的机械增压,填料压力随千斤顶压力变化展现出多段非线性特征;较高填料压力(>0.15 MPa)条件下,填料压力随机械调压过程稳定变化。两种方法均可达到可...

列车高速通过隧道时产生的车体气动荷载与列车整体金属结构、车窗、风挡及空调通风装置等部件的疲劳寿命密切相关,是保证行车安全的重要考量因素之一。采用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,研究了列车气密性能、列车长度、阻塞比和隧道长度对高速铁路隧道内列车运行时(400 km/h)车体气动荷载的影响。结果表明列车密封性能越好、编组越长、阻塞比越大,则气动荷载幅值越大、作用时间越长;随着隧道长度的增加,气动荷载幅值呈现先增大、后减小的趋势,存在“隧道不利长度”;车体气动荷载幅值可保守地通过计算车体表面压力幅值进行估算。

针对设计工作者对于带裂缝衬砌在气动荷载作用下的安全性疑虑,文章采用ABAQUS有限元软件和Fe-safe软件对带单一纵向裂缝、网状裂缝的高速铁路单线、双线隧道衬砌在围岩压力与气动荷载共同作用下的结构受力规律和疲劳寿命开展研究工作,主要结论有(1)除双线隧道拱顶存在网状裂缝工况外,气动荷载对其余工况的衬砌受力安全影响较小,在使用寿命周期内,结构不会发生疲劳破坏;(2)双线隧道拱顶存在网状裂缝时,裂缝在围岩压力作用下可能处于不稳定状态,需对结构进行加固处理;(3)气动荷载作用下,单线隧道单一纵向裂缝、网状裂缝工况和双线隧道单一纵向裂缝单车行驶、双车交会工况的疲劳寿命大于使用寿命周期的通车总对数,气动荷载不会诱发结构疲劳破坏。

为探究高水压盾构隧道管片密封垫装配力与防水性能,依托上元门越江隧道工程,通过装配力试验、耐水压试验和数值模拟手段,分析了7种不同截面形式的密封垫在不同压缩阶段内密封垫变形特征、装配力增长规律以及耐水压力的主要影响因素。研究结果表明,密封垫的压缩过程可分为三个阶段:阶段Ⅰ密封垫装配力近似线性增长,阶段Ⅱ装配力增加缓慢,阶段Ⅲ装配力随压缩量增大快速增加至最大值。密封垫最大装配力和最大压缩量越大,其耐水压力越高,并且其装配力随压缩量增加而增长得越平稳,越有利于密封垫防水。对于不同的截面形式,在同一管片沟槽形式下,密封垫高度越高,其最大压缩量一般越大,盾构隧道管片接缝完全闭合时的装配力越大,且三角形封闭孔型优于其他孔型,底面为整片橡胶连接的密封垫优于底面为梳齿结构的密封垫。

针对底部平型和梳型橡胶密封垫结构,采用有限元软件建立三维计算模型,开展密封垫沟槽、粘贴质量对密封垫防水性能影响研究,探究密封垫防水薄弱点,并开展模型试验进行验证。研究表明:(1)橡胶密封垫压缩过程中易向两侧管片间隙中变形,使沟槽内实际面积减小,降低密封垫防水能力。(2)底部梳型密封垫粘贴固定时,密封垫间接触面是接头防水薄弱点;当未粘贴时密封垫间接触应力与粘贴固定时相比降低了25.8%,防水薄弱环节为密封垫底部与沟槽接触面。(3)平型密封垫在未粘贴的情况下,压缩过程结构也较为稳定,粘贴质量对密封垫防水性能影响较小。

洞门密封是盾构始发过程中的重要环节,而帘布橡胶板是广泛应用的密封方法,采用有限元方法分析并评价了其密封性能,并对不同参数的影响规律进行了研究。结果表明:采用橡胶板+折叶压板组合的洞门密封方法可为注浆缝隙提供密封性能良好的密闭空间;折叶压板过短或橡胶板过长均会导致橡胶板的端头有效接触应力降低,相反则会导致有效接触长度降低;适当提高橡胶板硬度可提高端头有效接触应力,但同时会导致有效接触长度降低;采用反装的方式可得到较高的端头接触应力,适当增长橡胶板长度可使橡胶板与盾壳之间形成二次接触;橡胶板端头一侧凸起可使端头处分配到更多的接触应力。

准确预测盾尾密封油脂消耗对盾尾密封、盾构施工安全和成本控制具有重要意义。为此,采用K折交叉验证法结合ANN神经网络,改进传统粒子群优化算法,实现IPSO算法自动寻优ANN神经网络神经元超参数,构建泥水平衡盾构机盾尾密封油脂消耗量IPSO-ANN时间序列模型。基于济南黄河隧道,结合东西双线密封油脂用量和通过双重筛选得到的影响因素,制定混合训练、东西线单独训练3种策略对模型进行训练并对施工段油脂消耗量进行预测及分析。结果表明,IPSO-ANN模型能有效寻优具有最佳神经元超参数的神经网络模型;不同训练策略下最优模型平均预测精度均高于80%,其中混合训练策略下最优模型预测精度高达85.142%,并兼具稳定性,对盾尾密封油脂消耗量预测具有参考意义。

盾构隧道管片拼装过程中密封垫呈现“先压缩后错缝”的时变场景,采用ANSYS建立密封垫和沟槽的三维有限元模型,并采用更加贴近施工工艺特征的“先压缩后错缝”加载模式,对密封垫防水能力进行数值模拟研究,并与不考虑压缩-错缝时变顺序的工况进行对比分析。结果表明,密封垫“先压缩后错缝”的防水能力比“先错缝后压缩”的防水能力高;压缩使得密封垫接触面间产生巨大的摩擦力,所以在密封垫错缝时,密封垫接触面并不会完全错开,变形形态整体呈现出向一侧倾斜;考虑水压后,密封垫“先压缩后错缝”的防水能力较无水压条件有一定提升,说明水压的作用使密封垫进一步压缩从而提高了表面接触应力,提升防水能力。