岩土力学 ›› 2022, Vol. 43 ›› Issue (8): 2253-2262.doi: 10.16285/j.rsm.2021.1752

• 岩土工程研究 • 上一篇    下一篇

水下盾构隧道运营期管片应变增量变化规律研究

杨建平1,王琛2,黄煜诚3,秦川3,陈卫忠1   

  1. 1. 中国科学院武汉岩土力学研究所 岩土力学与工程国家重点实验室,湖北 武汉 430071; 2. 中国交通建设股份有限公司总承包经营分公司,北京 100088;3. 武汉长江隧道建设有限公司,湖北 武汉 430062
  • 收稿日期:2021-10-18 修回日期:2022-01-26 出版日期:2022-08-11 发布日期:2022-08-19
  • 作者简介:杨建平,男,1982年生,博士,研究员,主要从事地下工程方面的研究工作。
  • 基金资助:

    国家自然科学基金(No. U1806226,No. 51991392);中国科学院重点部署项目(No. 22ZDRW-ZS-2021-3);中国科学院青年创新促进会。

Variation law of segment strain increment of an underwater shield tunnel during normal operation

YANG Jian-ping1, WANG Chen2, HUANG Yu-cheng3, QIN Chuan3, CHEN Wei-zhong1   

  1. 1. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan, Hubei 430071, China; 2. General Contracting Branch of China Communications Construction Corporation Limited, Beijing 100088, China; 3. Wuhan Yangtze River Tunnel Construction Co., Ltd., Wuhan, Hubei 430062, China
  • Received:2021-10-18 Revised:2022-01-26 Online:2022-08-11 Published:2022-08-19
  • Supported by:
    This work was supported by the National Natural Science Foundation of China(U1806226, 51991392), the Key Research Program of the Chinese Academy of Sciences (22ZDRW-ZS-2021-3) and the Youth Innovation Promotion Association of CAS.

摘要: 掌握水下盾构隧道运营期结构正常响应规律是进行结构异常响应预警的前提。基于武汉长江隧道健康监测系统,首次获得了长期运营过程中(2013-2020年)管片应变监测数据,系统研究了应变增量分布规律、应变增量与温度增量和水位增量的关联关系、以及相邻管片应变增量空间的关联关系,提出了基于应变增量的结构异常响应预警方法并确定了相应的预警阈值。研究结果表明:(1)正常运营期应变增量分布尾部比正态分布更重,指数分布可以较好地描述应变增量绝对值的分布规律;(2)应变增量难以预测,但是其变化范围可以通过统计分析确定,据此可提出一种结构异常响应单测点预警方法并确定其预警阈值;(3)正常运营期间,相邻管片应变增量存在一种“你胀我缩的变形模式,使得相邻管片平均应变增量能被约束在一个相对较小的变化范围,据此可提出一种结构异常响应多测点联合预警方法并确定其预警阈值。

关键词: 盾构隧道, 结构健康监测, 管片应变, 统计方法, 预警, 阈值

Abstract: The structural abnormal response of underwater shield tunnel under operation is the prerequisite of structural abnormality early warning. Based on the monitoring segment strains of typical sections of the Wuhan Yangtze River tunnel during normal operation period (2013–2020), the distributions of strain increments, the relations of strain increment with temperature increment and water level increment, and relations of strain increments between adjacent segments (i.e. spatial effects) are thoroughly studied. An early warning method of structural abnormal response based on strain increment is proposed and the corresponding early warning threshold value is determined. Study results show that: 1) The distribution of strain increments does not obey the normal distribution but has a fat-tail. The exponential distribution can be used to describe the distribution of the absolute value of the strain increment. 2) The temporal strain increment is difficult to predict, but its variation range can be well determined through statistical analysis. Thus, an early warning method for structural abnormality is proposed based on the monitoring strain increment of a single measuring point, and its threshold value is determined. 3) There is a deformation mode of "one expand, the other contract" between adjacent segments during normal operation, which means the strain increases of one segment but decreases of the adjacent segment. This spatial effect constraints the average strain increments of adjacent segments in a relatively small variation range. Thus, another early warning method can be developed based on the monitoring strain increments of several adjacent measuring points, and its threshold value is determined.

Key words: shield tunnel, structural health monitoring, segment strain, statistic method, early warning, threshold value

中图分类号: 

  • TU 457
[1] 黎春林. 盾构开挖面三维曲面体破坏模型 及支护力计算方法研究[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2092-2102.
[2] 王祖贤, 施成华, 龚琛杰, 曹成勇, 刘建文, 彭铸, . 邻近车站(工作井)基坑开挖对下卧 盾构隧道影响的解析计算方法[J]. 岩土力学, 2022, 43(8): 2176-2190.
[3] 张治国, 叶铜, 张成平, PAN Y T, 吴钟腾, . Stokes二阶波作用下斜坡海床中盾构隧道周围 砂土渗流压力响应分析[J]. 岩土力学, 2022, 43(6): 1635-1659.
[4] 朱旻, 陈湘生, 张国涛, 庞小朝, 苏栋, 刘继强, . 花岗岩残积土硬化土模型参数反演及工程应用[J]. 岩土力学, 2022, 43(4): 1061-1072.
[5] 王祖贤, 施成华, 刘建文. 非对称推力作用下盾构隧道附加响应的解析解[J]. 岩土力学, 2021, 42(9): 2449-2460.
[6] 陈誉升, 丁祖德, 资昊, 刘正初, 计霞飞, . 考虑空洞影响的盾构隧道地震易损性分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(12): 3385-3396.
[7] 戴轩, 郭旺, 程雪松, 霍海峰, 刘国光, . 盾构隧道平行侧穿诱发的建筑纵向沉降 实测与模拟分析[J]. 岩土力学, 2021, 42(1): 233-244.
[8] 徐晓冬, 孙光华, 姚旭龙, 梁学健, 邵陆航, . 基于能量耗散与释放的充填体失稳 尖点突变预警模型[J]. 岩土力学, 2020, 41(9): 3003-3012.
[9] 米博, 项彦勇, . 砂土地层浅埋盾构隧道开挖渗流稳定性的 模型试验和计算研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(3): 837-848.
[10] 杨振兴, 陈健, 孙振川, 游永锋, 周建军, 吕乾乾, . 泥水平衡盾构用海水泥浆的改性试验研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 501-508.
[11] 魏纲, 张鑫海, 林心蓓, 华鑫欣, . 基坑开挖引起的旁侧盾构隧道横向受力变化研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(2): 635-644.
[12] 侯公羽, 李子祥, 胡涛, 周天赐, 肖海林, . 用于隧道变形监测的分布式光纤定点式布设 监测误差测定研究[J]. 岩土力学, 2020, 41(10): 3481-3490.
[13] 章定文, 刘志祥, 沈国根, 鄂俊宇, . 超大直径浅埋盾构隧道土压力实测分析 及其计算方法适用性评价[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 91-98.
[14] 张治国, 李胜楠, 张成平, 王志伟, . 考虑地下水位升降影响的盾构施工诱发地层 变形和衬砌响应分析[J]. 岩土力学, 2019, 40(S1): 281-296.
[15] 陈宇龙, 内村太郎, . 基于弹性波波速的降雨型滑坡预警系统[J]. 岩土力学, 2019, 40(9): 3373-3386.
Viewed
Full text


Abstract

Cited

  Shared   
  Discussed   
[1] 姚仰平,侯 伟. 土的基本力学特性及其弹塑性描述[J]. , 2009, 30(10): 2881 -2902 .
[2] 徐金明,羌培,张鹏飞. 粉质黏土图像的纹理特征分析[J]. , 2009, 30(10): 2903 -2907 .
[3] 向天兵,冯夏庭,陈炳瑞,江 权,张传庆. 三向应力状态下单结构面岩石试样破坏机制与真三轴试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2908 -2916 .
[4] 石玉玲,门玉明,彭建兵,黄强兵,刘洪佳. 地裂缝对不同结构形式桥梁桥面的破坏试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2917 -2922 .
[5] 夏栋舟,何益斌,刘建华. 土-结构动力相互作用体系阻尼及地震反应分析[J]. , 2009, 30(10): 2923 -2928 .
[6] 徐速超,冯夏庭,陈炳瑞. 矽卡岩单轴循环加卸载试验及声发射特性研究[J]. , 2009, 30(10): 2929 -2934 .
[7] 张力霆,齐清兰,魏静,霍倩,周国斌. 淤填黏土固结过程中孔隙比的变化规律[J]. , 2009, 30(10): 2935 -2939 .
[8] 张其一. 复合加载模式下地基失效机制研究[J]. , 2009, 30(10): 2940 -2944 .
[9] 易 俊,姜永东,鲜学福,罗 云,张 瑜. 声场促进煤层气渗流的应力-温度-渗流压力场的流固动态耦合模型[J]. , 2009, 30(10): 2945 -2949 .
[10] 陶干强,杨仕教,任凤玉. 崩落矿岩散粒体流动性能试验研究[J]. , 2009, 30(10): 2950 -2954 .