佛莞城际铁路狮子洋隧道设计综述

在建的佛莞城际铁路狮子洋隧道是第2条下穿珠江口狮子洋海域的盾构隧道,具有大直径(13.1 m)、高水压(最大水压0.78MPa)、地质条件复杂(全断面土岩复合地层、穿越3处破碎带和2处水下断层)、独头掘进距离长(长4.9 km)、行车速度高(时速200 km/h)等显著特点。本文以该隧道工程为背景,采用工程类比、资料调研、经验总结等方法,通过对工程总体设计及关键技术的阐述,解决了基岩地层水下盾构隧道合理埋深选择、管片环向错台控制、高水压管片接缝防水、循环荷载下基底软弱地层沉降控制、内部结构同步施工等技术问题,提出了铁路盾构隧道管片双掺钢纤维及聚丙烯纤维以提高耐火性的方法,同时对复合地层(尤其是破碎地层)盾构选型、高水压条件下开舱技术进行了探讨。     

考虑注浆填充率的大直径盾构管片上浮解析解与应用

大直径盾构隧道管片上浮问题是目前隧道建设难点。以大直径盾构隧道施工阶段管片上浮问题为背景,研究硬岩地层大直径盾构管片上浮影响因素,并考虑管片壁后同步注浆的填充效果,深入探究大直径管片上浮规律,为盾构施工速度和注浆效果的控制提供参考依据。根据硬岩地层大直径盾构注浆填充率不足的特点,从管片横向受力角度建立单环管片上浮计算公式。基于弹性地基梁理论建立隧道纵向上浮分析模型,通过梁的挠曲线微分方程并结合边界条件与变形协调方程,推导出考虑浆液填充率和时效性的管片上浮变形及内力的简易解析解,进而采用总量法获得了隧道纵向多环累计上浮量。结合工程实例进行了参数敏感性分析,研究结果表明：隧道管片上浮解析解的计算结果与实际工程监测数据吻合良好,能够有效揭示隧道上浮过程中的变形规律、管片弯矩和剪力变化特征;上浮规律表现为激增段、缓降段和平稳段;浆液填充率、时效性和地基基床系数对大直径盾构上浮比较敏感,盾体间隙的增大易导致填充率不足,同步注浆应严格控制注浆压力和注浆量;浆液初凝时间和掘进速度直接决定单次注浆影响范围和上浮力大小。研究结果可用于盾构隧道管片上浮及变形预测,在掘进过程中可根据影响因素与上浮关系进一步调整施工参数,对大直径盾构隧道设计与施工具有一定指导意义。     

超大直径泥水盾构常压换刀设计关键技术——以汕头海湾隧道及深圳春风隧道为例

统计国内外超大直径盾构工程应用案例,并分析超大直径盾构设计选型时需考虑的关键因素,重点以汕头海湾隧道和深圳春风隧道超大直径盾构项目为依托,阐述超大直径盾构研发制造和施工中遇到的难题,探索解决高水土压力下刀盘维护及换刀、破碎地层长距离掘进等一系列难题的关键技术。主要从刀盘设计、常压换刀、主驱动伸缩摆动及可靠密封系统、防滞排双破碎机布置等方面开展针对性设计,对超大直径盾构的研制和应用推广有较好的意义。     

大直径盾构掘进风险分析及对特大直径盾构挑战的思考

目前,基于建设规模和设计功能的需求,特大直径盾构已多次应用于铁路、公路、城市轨道交通、地下管廊等领域隧道工程建设。初步统计了国内外15.5 m以上的特大直径盾构隧道工程,总结了大直径盾构在掘进过程中的主要风险及常见问题,包括主轴承损坏失效、盾构管片拼装脱出盾尾后上浮、刀具磨损随盾构直径增大而加剧、刀盘前泥饼粘结、渣土滞排、刀盘升温等,并结合案例分析其原因。针对特大直径盾构带来的事故风险,从土压盾构与泥水盾构主轴承密封问题、管片盾尾脱出后上浮风险、常压刀盘与常规刀盘的选择、泥饼粘结和渣土滞排难题、预探前方复杂地质、海中基岩爆破及注浆固结辅助处理等方面提出思考和建议。     

盾构隧道下穿机场的结构设计与施工沉降控制研究

随着机场为核心的城市综合交通枢纽、机场捷运系统的发展,地下结构下穿机场的工程逐渐增多。现以某机场捷运工程盾构下穿运营飞机滑行道为背景,对盾构隧道下穿机场的重点问题进行研究。通过对飞机荷载的合理等效计算,确定盾构埋深与飞机荷载取值的关系。结合工程实例,对下穿滑行道盾构管片进行受力分析并提出构造措施。研究盾构埋深及地层损失率对机场道面沉降的影响,总结控制盾构沉降的相关措施。     

基于地基回弹因素的盾构隧道管片上浮预测

针对软弱地层盾构隧道管片脱出盾尾后出现的上浮问题,分析盾构施工过程中管片上浮的诱因,得出软弱地层中管片的上浮主要是地层应力重分布产生的地基回弹力引起的。在此基础上建立隧道开挖动态模型,分析隧道上浮量变化规律以及地层特性对管片上浮量的影响规律,得出地层弹性模量和管片上浮量呈一定的指数关系,且弹性模量对管片上浮量的影响远大于地层黏聚力和内摩擦角。通过力平衡理论计算盾构开挖引起的地层回弹力、管片上浮量以及隧道上浮影响的地层高度范围,并通过对珠江狮子洋工程管片上浮量的计算与实测对比,证明该公式的合理性,为盾构隧道工程中考虑地基抗力引起的管片上浮量预测提供一种新的方法。     

下穿大堤盾构隧道引起的沉降分析

下穿大堤盾构隧道将引起地层变形与地表沉降,以南京市纬三路过江隧道工程为背景,通过对比现场监测和理论计算结果,并采用数值模拟方法,研究了盾构下穿防洪堤引起的地层变形和地表沉降规律。结果表明,除管片安装完成初期考虑椭圆化地层变形得出的理论解外,实测地表沉降槽要深于两种理论结果。同时对比了实测和数值模拟计算得出的堤顶处的历时地表沉降曲线,分析结果验证了数值模拟方法在预测盾构掘进过程中地表沉降的可行性。     

四线叠交小间距盾构隧道下穿桥梁沉降控制案例分析

为解决四线叠交小间距隧道下穿老旧桥梁的沉降控制问题，依托南宁市轨道交通1、2号线区间叠交隧道下穿老旧朝阳溪桥工程，通过数值模拟对朝阳溪桥的变形沉降及管片内力变化规律进行研究，并通过监测数据验证数值模拟及加固措施的有效性。针对实际工程特点，提出钢板围堰导流、旋喷桩加固河床、袖阀管加固桩基、临时支撑系统以及盾构掘进参数控制的措施，确保四线叠交小间距盾构隧道安全下穿朝阳溪桥。研究结果表明： 1）未采取措施前，四线叠交隧道掘进将对桥梁的稳定性造成较大影响，桥梁基础严重倾斜，且会造成隧道管片压溃； 2）朝阳溪桥年代较久，受力结构体系复杂，对地层扰动敏感，应对朝阳溪桥基础进行包裹式注浆加固及旋喷桩+混凝土板护底的河床硬化，确保超浅埋四线盾构隧道安全通过朝阳溪桥，同时防止河流冲刷引起隧道上方覆土流失。     

合肥地区复合地层盾构掘进参数控制研究

为保证合肥地铁盾构隧道的施工安全,基于合肥地层情况,通过PLAXIS 3D 岩土有限元软件模拟穿越软土、硬岩及复合地层 3 种不同地层条件的盾构掘进过程,研究开挖面支护力N、盾构钢壳锥度引起的收缩率C 和壁后注浆压力p 对地表沉降和围岩变形 响应的影响规律。研究结果表明: 1)支护力N 和注浆压力p 对地表沉降的影响受地层和埋深的限制较大,收缩率C 则相对较小; 2)从地表沉降上看,盾构掘进参数(N、C、p)对软土层的影响最大,复合地层次之; 3)p 对管片上浮和管片内力的影响显著,不宜设 置过高,软土层对p 最为敏感,硬岩和软硬复合地层次之。最后,将这些影响规律应用于合肥地铁4 号线某区间的盾构掘进参数控 制中,结合现场数据分析,结果表明盾构掘进姿态正确,地表沉降稳定,掘进参数合理可靠。     

浅覆越河盾构隧道施工期管片上浮力学特性研究

盾构隧道穿越跨河段浅覆土地层时,在施工阶段管片上浮问题不容忽视。以土压平衡盾构穿越深圳地铁7号线大沙河段为工程依托,采用三维数值模拟与现场监测数据分析,对脱离盾构的管片衬砌结构在注浆压力作用下所发生的上浮现象进行计算研究。通过分析盾构掘进过程中管片上浮对地表沉降、管片变形量及受力的变化特征,获得管片上浮对地表及衬砌结构的影响规律;对现场监控量测数据进行分析,进一步证实了数值模拟的合理性。     

考虑浆液黏滞特性的大直径盾构隧道管片上浮机理分析

通过对大直径盾构隧道管片进行受力分析,研究了盾构隧道管片的上浮机理,认为浆液产生的浮力是管片上浮的主要原因。考虑到浆液的凝固特性,浆液浮力将随注入的时间而减小,管片上浮运动状态将产生变化。基于此,认为管片脱离盾尾后的上浮量主要包括3部分:①管片在浆液中上浮运动产生的上浮量;②管片上覆土压缩引起的上浮量;③管片自身的受力变形。之后,考虑了浆液的黏滞特性,通过运动学及弹性力学的方法推导了管片上浮量的计算公式,并对上海某新建大直径公路隧道施工阶段管片的上浮量进行了计算对比。最后,结合管片上浮参数分析提出了管片上浮的控制措施。     

春风隧道超大直径盾构浅覆土始发技术

为解决超大直径盾构隧道超浅覆土始发,洞门密封容易水土流失、掘进姿态和管片姿态难以控制的问题,结合春风隧道工程始发端地质情况和工程的实施条件,采取端头加固U型素地下连续墙包裹+三重管旋喷加固的方式加强止水效果,洞门分层分块破除降低施工风险;采取调整掘进坡度、固定负环管片保证其成型效果。同时,针对盾构在软土地层中超浅埋始发,易出现隆起冒浆等问题,采取反压盖板的方式,增大上部覆土压重,同时合理降低泥水舱压力,降低地表隆起的可能性,从而保证盾构始发的泥水正常循环,最终形成了一套超大直径盾构在超浅覆土始发施工技术方法。     

大直径盾构近穿及下穿对填土桩基础扰动效应分析

为研究大直径盾构隧道近穿及下穿对填土地基中桩基的扰动影响,依托某大直径盾构隧道工程,结合FLAC~(3D)数值软件,对大直径盾构隧道近穿及下穿对桩基础的位移特征及承载力特性进行模拟分析。分析结果表明:盾构近穿及下穿过程中,对桩基础的位移及沉降存在扰动影响,其中盾构到达前10 m和通过后12 m范围,对桩基沉降影响较大,盾构近穿桩基时,桩基沉降速率较大,盾构下穿桩基时,盾构靠近桩基前20 m,桩基沉降速率变大,通过桩基后,桩基沉降趋于平缓。随着盾构的掘进,桩基靠近隧道处侧摩擦阻力波动较大,且隧道正上方的桩侧负摩阻力增大,易导致建筑物沉降。     

盾构下穿既有地铁区间隧道沉降控制研究

为探究既有区间在新建隧道盾构下穿过程中施工沉降控制方法与既有结构沉降变化之间的关系,依托深圳地铁10 号线岗厦北站—莲花村站区间(以下简称岗莲区间)左线隧道盾构下穿既有2 号线工程开展既有结构变形监测,结合现场监测数据,建立模拟隧道施工的计算模型,分析得到既有结构在下穿过程中变形与下穿施工控制方法间的关系。研究表明: 1)同步注浆等施工控制方式对既有结构初期变形影响较大,二次注浆对变形稳定时间及大小影响较大; 2)下穿过程需重视盾构土舱压力的维持,并采取保压措施,在较高水平上维持土舱压力,保持刀盘前方水土; 3)管片脱出盾尾后及时二次注浆,充分充填壁后空隙,在既有结构沉降较大时应及时二次注浆进行补救。     

扬州瘦西湖盾构隧道工程施工关键技术

扬州下穿瘦西湖盾构段采用直径为14.93 m的泥水盾构施工,成功穿越1 275 m硬塑膨胀性黏土地层,有效解决盾构刀盘结泥饼、泥水舱及管道易堆积堵塞、刀盘扭矩大、盾构推进速度慢、泥水分离困难等一系列施工难题,是我国迄今为止在膨胀土地区进行的最大直径的泥水盾构施工工程。从扬州瘦西湖隧道的工程重难点出发,结合现场具体情况,系统总结隧道盾构施工中的全断面黏土地层高效环流及出渣技术、膨胀土地层盾构适应性改造技术、硬塑黏性土地层的盾构施工技术与开挖面稳定性控制技术,0.42 MPa高压气环境下动火焊接技术、小半径曲线精准接收技术和双层大直径隧道内部结构快速施工技术等,对我国膨胀性黏土地区大直径泥水盾构技术的发展具有重要的参考意义。     

西安地铁双线平行盾构隧道净距优化

为了探究双线平行盾构下穿古建筑时的合理净距取值,依托西安地铁4号线区间双线盾构下穿和平门城墙及护城河工程,通过建立三维弹塑性模型,对双线隧道在不同净距工况下地表沉降、围岩塑性应变及管片变形等规律进行分析。结果表明:双线盾构机械施工通过后,右线隧道轴线的地表沉降值大于左线隧道轴线地表沉降值;随着净距的增加,沉降槽宽度逐渐加宽,而地表沉降最大值有明显减小;管片位移整体受净距影响较小。研究成果可为黄土地区双线地铁隧道的净距优化提供理论参考。     

国际首例海底岩溶地层大盾构隧道——大连地铁5号线火梭区间贯通

正2021年1月10日,由中铁一局集团有限公司承建的国际首例岩溶地层大盾构隧道、我国最长距离硬岩掘进大盾构隧道、地铁领域最大直径海底隧道——大连地铁5号线火车站站—梭鱼湾南站(火梭区间)海底隧道实现安全贯通,这标志着我国圆满攻克大盾构下穿海域岩溶地质这一"世界性难题",为全球"穿江越海"隧道中海底岩溶地层、长距离硬岩大盾构施工积累了成功经验。     

高水压大直径盾构隧道刀盘配置与刀具更换关键技术

为系统总结大直径水下盾构刀盘配置与刀具更换先进技术，结合典型的水下大直径盾构隧道施工案例，分析不同地层刀具切削机制，阐述不同高水压复杂地层大直径盾构刀具配置技术。针对江底高水压、强透水、不稳定等特点，介绍常压刀盘刀具更换和带压开舱技术等。最后，提出在建及拟建的大直径盾构隧道工程中需要深入研究及探索的技术难题。     

武汉长江盾构隧道管片上浮控制技术

武汉长江隧道是国内第一条采用大直径泥水盾构施工的穿越长江的公路隧道。江底工程地质和水文地质条件复杂,施工风险很大,面临着许多工程新课题与难题,如何克服掘进过程中的管片上浮问题就是其中之一。作者根据自己的经验,就盾构施工中的管片上浮情况、影响管片上浮的主要原因及应对措施进行了总结,与同行交流。     

长沙—株洲—湘潭城际铁路湘江隧道开滨盾构区间富水基岩地层管片背后注浆技术研究

盾构施工管片背后注浆是保证隧道安全、质量及控制地表沉降的关键因素,更与施工成本息息相关。大直径土压平衡盾构在富水基岩中施工时,由于其管片背后填充空间大、富水基岩地下水冲蚀,同步注浆效果差,注浆质量对工程安全、质量及成本的影响显得尤为突出。通过对长沙—株洲—湘潭城际铁路湘江盾构隧道的施工过程研究分析,针对大直径土压平衡盾构富水基岩地层管片背后注浆普遍存在的问题,采用"同步注浆、补充注入砂浆、二次补强注浆及封闭环施工"的施工方法,经过施工过程的调整和优化,确保了管片背后注浆质量的安全可控,有效地降低了施工成本,取得了很好的效果。