钢板加固盾构隧道管片衬砌承载性能及其高温下劣化规律研究

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针对横向收敛变形超标且受建筑限界制约的盾构隧道,粘钢加固工法正在逐步推广应用。一旦出现电气线路短路、设备故障等突发事故,粘钢加固盾构隧道将遭遇局部高温作用,诱发管片与钢板界面粘结胶粘的力学性能急剧劣化,导致盾构隧道承载性能降低甚至危及结构安全。基于上述目的,本论文开展了粘钢加固管片接头高温下承载性能试验、考虑结构胶粘剂失效的单环管片模型试验及数值反演验证,对由于局部高温而导致钢板加固管片结构的结构胶粘剂失效的失效范围、粘贴钢板加固效果的下降及最终管片结构剩余承载力之间的量化关系进行了探讨。本文主要工作和研究成果总结如下:(1)制作了3组足尺盾构隧道管片接头试件,对管片接头以及粘钢加固后的管片接头在常温及高温下的结构承载性能开展了试验研究。对比于未加固接头,粘钢加固接头的有效承载能力提高2.61倍;局部高温作用后,加固接头的有效承载能力仅提高1.89倍,相较于未遭高温组大为劣化。高温的存在导致粘钢加固效果下降,具体表现为钢板和管片混凝土内表面脱离。试验结果可为粘钢加固盾构隧道的高温下的加固失效判断提供参考。(2)考虑结构胶粘剂失效程度及失效范围,针对加固单环管片衬砌开展了12组结构模型试验。随着结构胶粘剂失效范围地扩大,结构等效承载能力不断下降,钢板加固效果随着结构胶粘剂失效范围扩大而依次削弱。接头连接处是管片环的薄弱环节,几乎所有裂缝都集中在接头处产生。结构胶粘剂失效位置对钢板加固效果影响由大到小是:顶部,侧边,底部。研究成果可为粘钢加固盾构隧道的后期维护提供参考。(3)针对上述足尺接头以及模型管片试验分别进行了三维精细化有限元模型反演验证,该数值模型反映了真实管片的手孔、螺栓、止水橡胶条、黏结面和钢板等细节特征。结果表明,数值模型能够较好地反映足尺和模型结构的相关力学及变形特征,验证了该模拟方法的有效性。
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