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隧道与地下工程灾害防治
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FRCM加固盾构隧道管片接头提升结构整体力学行为研究
马超1,乔法宇1,王国盛2,梁靖宇1,路德春2
(1.北京建筑大学土木与交通工程学院,北京 102616;2.北京工业大学建筑工程学院,北京 100124)
Improvement of the overall mechanical behavior of shield tunnel by FRCM strengthening the segment joints
MA Chao1, QIAO Fayu1, WANG Guosheng2, LIANG Jingyu1, LU Dechun2
(1.School of Civil and Transportation Engineering, Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 102616, China; 2.College of Architecture and Civil Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)
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摘要 采用内掺聚乙烯醇纤维(polyvinyl alcohol, PVA)的工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites, ECC)与玄武岩纤维增强复合材料(basalt fiber reinforced polymer, BFRP)网格组成的纤维增强水泥基复合材料(fiber reinforced cementitious matrix, FRCM)加固盾构隧道管片接头,探究FRCM对盾构隧道承载与变形性能的提升效果。结合盾构隧道承载能力足尺模型试验结果,从结构破坏模式与荷载-变形曲线的角度,验证盾构隧道结构三维有限元分析模型的合理性。在此基础上,基于发展的PVA-ECC材料三维弹塑性本构模型,首先分析FRCM对结构整体承载性能的提升效果,从隧道结构损伤破坏模式、结构整体变形与接头张开等角度,阐明加固位置、加固区域、纤维网层数和ECC材料厚度等敏感参数对隧道结构承载性能提升的影响规律;综合隧道损伤破坏程度、承载能力与经济性,确定FRCM加固盾构隧道管片的最优参数。研究结论对FRCM提升盾构隧道结构承载性能具有一定的工程指导价值。
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马超
乔法宇
王国盛
梁靖宇
路德春
关键词:  盾构隧道  管片接头  FRCM  损伤模式  敏感参数    
Abstract: The improvement effect of Fiber Reinforced Cementitious Matrix (FRCM) on the bearing and deformation performance of shield tunnels was investigated in this paper. The FRCM, which consisted of engineered cementitious composites (ECC) with internal polyvinyl alcohol (PVA) fibers and basalt fiber-reinforced polymer (BFRP) grids, was adopted to strengthen the segment joints of shield tunnels. Based on the test results of the full-scale bearing capacity model of shield tunnels, the rationality of the three-dimensional (3D) finite element analysis model for shield tunnels was verified from the perspectives of the failure modes and load-deformation curves. The improvement of FRCM on the overall bearing performance of the tunnel was first analyzed using the developed 3D elastoplastic constitutive model of PVA-ECC by the authors. The influence of sensitive parameters, including the strengthened location, strengthened area, number of fiber mesh layers, and thickness of the ECC, on the improvement of the load-carrying capacity was clarified from the perspectives of damage mode, overall structural deformation, and joint opening. Furthermore, the optimal parameters of FRCM for strengthening the shield tunnel segments were determined by comprehensively considering the tunnel damage, load-carrying capacity, and economic considerations. The findings from this study are of great significance for improving the load-carrying capacity of shield tunnels by using FRCM.
Key words:  shield tunnel    segment joint    FRCM    damage mode    sensitive parameters
收稿日期:  2025-10-13      修回日期:  2025-11-25      发布日期:  2026-02-26     
中图分类号:  U43  
  TU93  
基金资助: 国家自然科学基金资助项目(52278323,52378471,U25B20214)
通讯作者:  王国盛(1990—),男,内蒙古呼和浩特人,教授,博士生导师,博士,主要研究方向为岩土塑性力学与非连续计算。    E-mail:  wangguosheng@bjut.edu.cn
作者简介:  马超(1986—),男,山东滕州人,教授,博士生导师,博士,主要研究方向为城市地下结构韧性防灾。 E-mail: machao@bucea.edu.cn
引用本文:    
马超, 乔法宇, 王国盛, 梁靖宇, 路德春. FRCM加固盾构隧道管片接头提升结构整体力学行为研究[J]. 隧道与地下工程灾害防治, .
MA Chao, QIAO Fayu, WANG Guosheng, LIANG Jingyu, LU Dechun. Improvement of the overall mechanical behavior of shield tunnel by FRCM strengthening the segment joints. Hazard Control in Tunnelling and Underground Engineering, 0, (): 1-.
链接本文:  
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