【52監測網】第142期 新型裝配式波紋鋼結構在隧道及地下工程中的應用
 52監測網專家報告分享-第142期 《新型裝配式波紋鋼結構在隧道及地下工程中的應用》 張清照 土木工程學院地下建筑與工程系（同濟大學） 目錄 一、概述 二、研究內容及研究思路 三、波紋鋼支護結構力學特征及作用機理研究 四、波紋鋼支護結構設計計算方法研究 五、波紋鋼支護結構施工技術研究 六、波紋鋼支護結構監測技術應用研究 七、經濟效益分析 八、創新點及推廣應用 內容介紹 一、概述 ◇ 波紋鋼簡介 波紋鋼材料的特點 ? 性能出色：結構穩定性和耐久性出色，耐腐蝕、壽命長，經濟、施工方便。 ? 工藝簡便：波紋成型，制成柔性管。 ? 用途廣泛：主要用于各種土木工程排水管，廣泛用于產業園區、宅地開發、高爾夫球場、公寓、地下通道、道路工程現場及雨水存儲槽等。 波紋鋼適用性及優勢
◇ 公路隧道支護結構現狀
波紋鋼板：將一定尺寸的結構用鋼板壓制成波紋形狀的特定規格的結構用鋼板。 波紋鋼特點：波紋結構增大了抗彎慣性矩、較高承載能力和穩定性。 ◇ 依托工程概況 云南澄川高速棋盤山隧道
? 波紋鋼初期支護結構與隧道圍巖相互作用機理尚不明確，還不能實現隧道波紋鋼支護結構經濟和性能的統一。 ? 隧道波紋鋼初期支護結構快速拼裝施工中，關鍵部位和關鍵節點的認識和設計需要進一步優化。 ? 隧道波紋鋼初期支護的受力狀態更為復雜，如何實現全過程結構內力狀態的預測有待進一步研究。 ? 缺少隧道波紋鋼支護結構系統的設計、施工和質量檢驗相關的指導性文件，限制了波紋鋼的進一步應用。 二、研究內容及研究思路 研究內容 1.公路隧道波紋鋼裝配式快速初期支護結構力學特征及作用機理 2.公路隧道波紋鋼裝配式快速初期支護結構新型式設計方法 3.公路隧道波紋鋼裝配式快速初期支護結構施工工法 4.公路隧道波紋鋼裝配式快速初期支護結構監測技術 ? 波紋鋼裝配式初期支護結構新型式設計細則 ? 波紋鋼裝配式初期支護結構施工工法和技術指南
項目技術路線圖 三、波紋鋼支護結構力學特征及作用機理研究 TJ-GPJ1300試驗系統
足尺試驗及數值模擬--波紋鋼等效剛度系數
通用等效剛度系數表的計算
四、波紋鋼支護結構設計計算方法研究
五、波紋鋼支護結構施工技術研究 動態模擬及穩定性分析、動態開挖模擬、結構適用性研究（波紋鋼板）、波紋鋼初級支護結構模糊評價模型、設計圖集施工技術建議、施工工序、波紋鋼拼裝工序、超前支護、防排水措施、波紋鋼初支與鋼拱架初支對比、開挖施工過程、施工效果… 六、波紋鋼支護結構監測技術應用研究
七、經濟效益分析 直接經濟效益 項目在云南澄江至江川高速公路工程中采用隧道波紋鋼裝配式快速初期支護的施工工法，每延米節約造價3300元+1500元，為公司創造了較大的經濟效益。 間接經濟效益 （1）隧道穿過不良地質時，在軟弱圍巖大變形地段，采用工字鋼與波鋼搭接成的整體可以有效防止圍巖變形的局部坍塌，同時骨架鋼板的接頭采用了腰型孔配合螺栓固定，當隧道圍巖變形較大時，螺栓具有一定的活動余地，不會受損，保證了隧道施工質量，克服了傳統施工方法坍方不進尺難題，大大節約了施工時間，提高施工效率。按照普通坍方處理平均耽擱10天計算，平均每次節約大概50萬元。 （2）采用波鋼前，每一輪初支循壞包括：初噴——立工字鋼拱架——鋼筋網片——初期支護噴射混凝土——安裝防水板，循環時間為6～7個小時，采用波鋼后，由于采用了裝配式的拱鋼板結構，波紋鋼板波幅一般不超過14cm，相比v級圍巖采用I22以上的工字鋼，極大地減小了初期支護的厚度，并相應減少洞身開挖量和，因此初期支護的尺寸可以大大減小，安裝弧形拱封閉環操作簡化，施工效率得到提高，每一輪初支循環包括：立波鋼——波紋鋼拱背注漿——環向排水管安裝，每輪初支循環時間縮短為3～4小時。節約傳統初支的時間50%，較大提高了施工功效。 （3）同時波鋼骨架鋼板的截面采用弧形突起的筋條，可以大大增強弧形拱的力學強度，并且對隧道開挖后的圍巖形成一種柔性支護，整體結構提供了足夠的強度并且具有一定的變形協調性，可以適應一定的變形，同時對隧道出現的滲漏水現象可以起到良好的隔絕作用，提高了初期支護的效果。 八、創新點及推廣應用 ◎ 開展波紋鋼板足尺試驗，提出了波紋鋼板剛度的修正方法，即波紋鋼等效鋼剛度系數法、波紋鋼非線性街頭模型，規范了波紋鋼板的簡化計算方法，為波紋鋼初期支護結構設計計算及施工模擬提供了基礎理論。 ◎ 基于地層結構法，結合波紋鋼等效度系數法，從材料本構模型、結構模擬技術、隧道開挖模擬等方面，提出了公路隧道波紋鋼裝配式初期支護結構的計算方法，并提出了波紋鋼初期支護結構設計優化方法； ◎ 對不同型式波紋鋼裝配式初期支護結構關鍵部件的規格、支護效果以及優化技術提出量化指標，形成了公路隧道波紋鋼裝配式快速初期支護結構設計方法、設計準則，為相關設計人員提供技術支持； ◎ 基于波紋鋼初期支護結構施工全過程數值模擬及第三方現場監測數據，總結形成了公路隧道波紋鋼裝配式初期支護結構施工工法及監測技術，為波紋鋼初期支護結構的工程推廣應用提供支持。 本項目開展國內外新穎性查新，結論表明：除項目團隊發表的文獻外，尚未見到國內外有關公路隧道波紋鋼裝配初期支護結構力學特征、設計計算方法、施工工法及監測技術的文獻報道，國內外尚未見到與本項目綜合技術特點相同的研究報道，本項目在國內外研究中具有新穎性！ （2020年7月10日，項目研究單位委托中國公路學會組織對項目進行了第三方科技成果評價，評價結論為主要研究成果總體達到國際先進水平，其中山嶺隧道波紋鋼初期支護結構體系及設計方法達到國際領先水平）。
同濟-云南波紋鋼棚洞、云南他依大變形隧道波紋鋼支護 高強柔性不銹鋼在地下工程中應用未來展望
丁文其團隊初步探索：? 智能建造機器人；? 波紋鋼智能識別、定位、拼裝；
未來智能制造工廠化智能焊接
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2019-12-05
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