南京纬三路过江通道液氮冻结盾尾刷更换技术及温度实测研究

文章结合南京纬三路过江通道长距离盾构掘进盾尾刷严重渗漏、涌砂冒水工程实例,给出了液氮冻结止水及盾尾刷更换方案,分析了高水压下液氮冻结止水总去及各分支回路中的温度变化规律,以及不同土层、不同深度的土体温度变化规律。结果表明:初期冻结管进出口处液氮温差大,6 d后基本稳定在35℃;卵石层降温速度最快,砾砂层次之,粉细砂层降温速度最慢,在距离冻结管600 mm范围内,卵石层、砾砂层、粉细砂层的冻土锋面平均推进速度分别为15.5 cm/d、12.5 cm/d、8.3 cm/d;因受隧道内空气对流换热影响,管片与土交界处温度高于土层内温度。液氮冻结13 d即已形成完整的冻结壁,开始进行盾尾刷更换,从开始冻结到完成更换总需时22 d。     

人工冻结法在圆砾地层地铁联络通道施工中的应用

南宁地铁3号线金琅区间联络通道所处地层主要为圆砾,其自稳能力差,易发生涌水冒砂、围岩扰动过大而使隧道变形的情况,设计采用人工冻结法施工。文章详细介绍了冻结过程中冻结孔布设、冻结参数选取以及土体在自然解冻后的融沉控制注浆参数优化等工艺。在积极冻结施工过程着重对盐水去回路温度、土体温度、泄压孔孔压进行分析,总结出土体温度变化、冻结壁形成的规律,准确判断通道开挖的时机,并针对联络通道冻结施工存在的问题提出了具体的对策措施。人工冻结法在该区间隧道富水圆砾层中的成功应用,可为其它类似工程提供参考。     

富水砂层联络通道冻结法施工温度及位移场实测分析

针对富水砂层联络通道冻结法施工冻结效果较难判断及易发生地层融沉的问题,依托南通地铁1号线07标联络通道工程案例,通过对冻结盐水温度、冻土温度、泄压孔压力及地表变形等方面的监控量测分析来研究联络通道冻结法的冻结效果及地面融沉,在此基础上提出了联络通道冻结施工冻融的控制措施。研究表明：（1）以去回路盐水温度、土体温度、泄压孔压力及地表变形为判定依据的综合判定方法,能够有效、准确地对联络通道冻结效果进行判断,确保施工安全。（2）通过采取快速冻结、在土体内预埋管、结构层后充填注浆等冻胀、融沉控制措施,地表受冻胀和融沉的影响最终累计沉降3.8mm,满足累计变形报警值要求。     

地铁区间盾构与联络通道冻结加固同步施工技术方案及应用分析

以北京地铁7号线东延工程为例，为确保线路开通运营工期节点，车站机电安装与装修、区间盾构掘进及冻结法联络通道施工需同步进行。基于此，现场施工综合考虑工期、场地条件（地面、车站内及区间隧道内）、冻结效果及成本，提出2个联络通道冻结共用1个冻结站，即将冻结站设在已贯通隧道的2个联络通道中间位置的施工技术方案，通过优化冻结站机组选型、冻结管路布置、管片预加固支架体系等技术措施，实现区间盾构及冻结加固同步施工。根据施工过程监测及数据分析，总结冻结壁发展规律及通道安全开挖条件，同时对现场冷却水温度、环境温度升高等问题提出应对措施。通过实践证明该施工方案及相关技术措施安全、有效、可行。     

隧道冷板冻结温度场数值模型构建及分析

冻结法施工中,在混凝土结构表面外敷冷板是提高隧道冻结效果的常用方法。文章以广州地铁广佛线某区间冻结封水工程施工为背景,在现有理论研究成果的基础上,采用Ansys软件建立了隧道冷板冻结温度场数值计算模型,分析了影响冻结温度场的各个因素,结果表明:1)冻结主面、界面上温度随深度的分布曲线为对数曲线形式,冻结初期主界面上温差很大,随冻结时间的延长,主界面温度相差不大;2)管片与土体交界面上的温度分布曲线在冷源附近为抛物线形,远处逐渐过渡为平缓曲线;3)在冷板间距较小的情况下,由于双冷板叠加作用,冻结10 d后界面上温度明显低于主面上温度,界面上冻结效果优于主面。冻结40 d后,降温速度明显变缓,冻结范围增长较小;4)在其它参数不变的情况下,存在一个最优冷板布置间距,使界面上冻土壁厚度达到最大。     

地铁工程联络通道涌水处理措施

为解决地铁区间联络通道开挖过程中出现的涌水问题,文章以南宁地铁某区间联络通道涌水为例,阐述了该联络通道涌水过程、发生原因及处理措施。实际应用效果表明,通过采用漏水引流、沙袋反压回填、降水、地面及隧道内注浆、管片支护等综合型加固处理措施,确保了该隧道及联络通道开挖面的安全。     

开、闭条件下冻结温度场的差异性研究

人工冻结法主要应用于地铁联络通道施工及盾构接收过程中。冻结帷幕的形成及性状受冷源、地质条件等诸多因素影响,冻结土层的工程性质及结构状态均可由温度的分布及演变来反映。文章搭建低温换热试验台,通过加设补水装置,对开放、闭合两种环境系统下土的冻结温度、湿度场变化特性进行试验,分析有无补水条件下两场的差异性。结果表明,计算冻结区域的平均温度需考虑沿管长度方向的积分值;补水条件下温度场的发展过程略快于无补水情况,冻结锋面随时间均呈指数变化,且有水补给时锋面移动速度较快。     

行星刀盘方顶管全断面切削混凝土试验研究

目前盾构隧道联络通道主要采用土体加固暗挖法进行施工,但在复杂工况环境下仍存在极大施工风险。文章通过采用专门研制的行星刀盘方顶管对不同强度等级的混凝土试块进行全断面切削试验,对顶管刀具选型及布置、行星刀盘顶管切削性能等进行了研究,可为今后采用顶管法直接切削混凝土复合管片的盾构隧道联络通道的施工提供相应的技术储备,避免移除管片暴露加固土体,以大大降低盾构隧道联络通道施工风险。     

综合管廊天然气舱内爆炸对邻近地铁隧道的影响研究

针对综合管廊与城市地铁共同建设的方案,文章运用AUTODYN软件对综合管廊天然气舱内爆炸对邻近地铁隧道的影响进行了数值模拟分析。分析结果表明:在综合管廊天然气舱室天然气浓度达到10%时,200 m防火分区内TNT当量为41.6 kg;爆炸冲击波对圆形地铁隧道的拱顶和拱腰影响较大,需采取必要的防护措施;当周围土体为砂土材料,综合管廊处于圆形地铁隧道正上方且前行方向一致时,管廊与地铁隧道之间的垂直间距越大,爆炸冲击波对地铁隧道的影响越小;当垂直间距为7.2 m时,最大动拉应力为1.86 MPa(包括隧道管片静态应力,约为1 MPa),略小于地铁隧道的抗拉强度设计值1.89 MPa,最大振动速度与最大位移均符合相关规范以及结构稳定性要求,因此建议管廊与地铁隧道的垂直间距不小于7.2 m。     

西安地铁九号线区间“先隧后井”合理开挖方案研究

风井横通道穿越既有盾构隧道管片施工是"先隧后井"法施工的难点,选择合适的开挖层数、台阶间距及管片的破除方式对开挖面的稳定、邻近盾构隧道管片的安全及地表沉降控制是极为重要的。文章以西安地铁9号线某区间为工程背景,构建"先隧后井"法施工的3D有限元模型,并根据地表沉降实测值,进行盾构隧道掘进过程的追踪模拟和地层参数反演分析。结果表明:采用分层分台阶留核心土方法来开挖横通道较为合理,其中开挖层数建议为4层,台阶间距建议为3 m,在横通道掘进穿过既有盾构隧道管片时,应先破除与横通道交界处两侧管片,再破除中间部位管片,且在破除管片前应放松影响区内管片之间的连接螺栓,减少对管片的纵向和环向破坏。     

近接桩基盾构隧道施工管片力学行为研究

盾构隧道衬砌管片在施工阶段处于复杂的受力状态,易出现局部破损现象。文章以深圳地铁5号线近接桩基时盾构隧道施工为研究背景,通过现场测试对衬砌所承受的轴力和弯矩进行了分析,以此来探究盾构隧道管片的力学特性。研究结果表明:上覆建筑物的全风化花岗岩层中,管片脱出盾尾后桩基荷载将传递给隧道上部土体,最后传递至衬砌管片,管片环受到较大的附加应力作用;管片刚拼装上时试验环内力较小;当管片脱出盾尾时其内力达到最大值;稳定后的管片内力一般相较刚脱出盾尾时稍小。由于岩层破碎且极度发育,透水性好,孔隙水压力变化速度较快,且能较快趋于稳定。     

盾构始发水泥土加固后水平冻结温度实测研究

依托于苏州地铁二号线火车站东风井2#洞门盾构始发水平冻结加固工程,通过实时监测杯型冻土壁温度场,分析了不同阶段的盐水温度规律,以及在不同深度、不同土质和不同冻结区域的土体温度发展特征;并计算了不同土质冻土壁厚度、交圈时间和发展速度.监测结果分析表明,在整个冻结期间,任意时间都是板块体加固区测温孔温度低于圆柱体加固区测温孔温度;同一测温孔中,冻结前期水平入土越深温度越高,冻结后期水平入土越深温度越低;在相同冻结能量和冻结时间内,水泥土加固粉砂土比粉质粘土温度要低;水泥土加固粉质粘土释放潜热的天数是水泥土加固粉砂土的2倍;在冻结效果方面,包括冻土壁交圈时间、冻结壁厚度、冻结壁平均发展速度、冻结壁平均温度,水泥土加固粉砂土比水泥土加固粉质粘土更好.     

具有无序排列管片环结构的地铁盾构隧道数字模型智能重建

运营地铁隧道的管理、健康监测及维护正逐渐趋向于数字化、智能化;但常因地铁盾构隧道管理和检测单位缺少隧道数字模型,限制了地铁隧道智能维护和管理系统的应用和发展.文章针对地铁盾构隧道中无序排列的管片环结构,提出了一种基于深度学习和机器视觉的地铁盾构隧道数字模型智能重建方法,利用检测车获取的隧道衬砌内表面高清图片,对管片特征...     

具有无序排列管片环结构的地铁盾构隧道数字模型智能重建北大核心CSCD

运营地铁隧道的管理、健康监测及维护正逐渐趋向于数字化、智能化;但常因地铁盾构隧道管理和检测单位缺少隧道数字模型,限制了地铁隧道智能维护和管理系统的应用和发展。文章针对地铁盾构隧道中无序排列的管片环结构,提出了一种基于深度学习和机器视觉的地铁盾构隧道数字模型智能重建方法,利用检测车获取的隧道衬砌内表面高清图片,对管片特征物(螺栓孔)进行智能识别与自动分类,再根据螺栓孔群的分布特点自动推断隧道管片环的排版规律,从而结合隧道实际线路实现隧道数字模型快速重建。某地铁隧道的实例应用结果表明,该方法适用于管片无规律性错缝拼装的情况,能以100%的准确率实现地铁盾构隧道数字模型的智能重建。     

武汉地区富含水地层联络通道冻结法施工数值计算分析

文章以武汉地区范虎站—汉口火车站区间联络通道为工程背景,重点研究了采用冻结法在武汉富含水地层中修建联络通道的关键施工技术。借助ANSYS通用有限元软件,通过建立三维模型,分析了承压水条件下联络通道冻结过程中冻胀对冻土体的影响,以及暗挖隧道和泵站开挖对冻土帷幕的影响。分析结果表明:本工程无论是在冻结施工过程还是开挖过程中,冻结帷幕的受力都处于安全状态。     

考虑流固耦合效应的盾构隧道开挖面稳定性研究

文章采用PLAXIS有限元软件,建立流固耦合条件下盾构隧道开挖面数值计算模型,研究隧道管片安装时间内,流固耦合效应对隧道开挖面稳定性的影响。通过控制变量法,分析流固耦合条件下开挖面不同支护压力比(开挖面支护压力与前方水土压力之比)和不同隧道覆径比(隧道埋深与直径的比值)对隧道开挖面变形及地表沉降的影响规律,并探讨了流固耦合效应下开挖面失稳破坏模式。研究结果表明:(1)在隧道管片安装时间内,开挖面前方土体将在渗流作用下形成土拱效应,从而使开挖面支护压力比小于1。而未考虑流固耦合效应时,需要较大极限支护压力值才能保持隧道开挖面前方土体的稳定;(2)当考虑流固耦合效应时,隧道覆径比对开挖面稳定性影响有限,但对地表沉降有较大影响,且覆径比越大,地表沉降变大且影响范围较广;(3)在隧道管片安装时间内,开挖面前方虽在渗流影响下具有土拱效应,但随着支护压力减少及开挖面上部渗流场的共同作用,使得开挖面前方土拱效应减弱,继而使隧道开挖面上方与前方土体连通形成楔形土体滑动区。相比未考虑流固耦合的情况,其楔形体趋向于开口较大的漏斗状破坏形式。故在隧道施工过程中,应考虑流固耦合效应对开挖面变形及地表沉降的影响。     

运营盾构隧道不同椭圆度变形情况下受力性能分析北大核心CSCD

地下结构施工不当会对邻近既有地铁盾构隧道结构产生巨大影响。文章以广州市某地铁线路下穿施工导致既有运营地铁盾构隧道产生较大变形的工程实例为背景,分析了既有隧道结构因地层损失产生不同椭圆度变形情况下管片结构的受力情况。基于工程实测数据,运用三维有限元分析软件,考虑了管片接头处的螺栓孔等细部构造,研究了管片椭圆度与结构应力状态之间的量化关系,并分析了结构的塑性变形情况及其发展趋势。结果表明:随着盾构隧道管片椭圆度的增大,结构最大主应力值与最大剪应力值均增大,且盾构隧道结构最大剪应力与椭圆度呈线性相关关系;盾构隧道结构最大主应力随椭圆度变化更加明显,与椭圆度呈非线性相关关系。     

人工冻结法单管冻结引起周围土体温度场变化的研究

为了研究人工冻结法单管冻结引起周围土体温度场的瞬态变化,文章根据冻结峰面将土体分为冻结区及降温区,并构建了相应的人工冻结相变温度场模型;采用变量代换的方法求解了单管冻结相变热传导控制方程,得出了用指数积分函数表示的冻结管周围土体温度瞬态变化的解析表达式;将指数积分函数级数展开式取有限项,计算得出了冻结管周围土体冻结区及降温区温度场分布的解析表达式;结合一工程算例探讨了土体冻结温差、冻结管吸热系数、单位体积土体的结冰潜热等因素变化对人工冻结温度场的影响。研究结果表明:土体冻结温差越大,冻结峰面半径发展速度越慢;冻结管吸热系数越大,土体冻结锋面半径的发展速度越快;土体的结冰潜热越小,其冻结峰面半径发展速度越快。并且,这三个影响因素与冻结峰面半径的发展近似呈线性关系。     

基于不同固结度下地铁运营引起的地基土动力响应分析

地铁运营时,地基土会在列车荷载-轨道系统相互作用下产生扰动。基于此,文章建立了列车荷载竖向振动模型,计算得到了地铁隧道仰拱处的荷载随时间的变化规律;并采用三维有限元法分析了受施工影响下杭州地铁1号线某区间列车运行引起的地基土振动响应。结果表明:随着地表土体与隧道中心线距离增大,地表振动出现滞后性,且强度逐渐减弱;隧道纵轴线上,位于隧道上、下方不同深度处地基土的振动规律具有一定的差异;初始固结度越小,地表的振动响应越大,而隧道下方的土体受施工扰动的影响则较小。考虑地铁施工的扰动影响对合理分析地铁运营期间的环境振动具有重要意义。     

盾构隧道衬砌背后空洞对结构影响规律数值分析

文章以西安地铁某区间隧道涌水导致衬砌背后空洞事故为依托,利用ANSYS有限元数值方法,分析了空洞位置和大小对盾构隧道的影响。结果表明:衬砌背后无空洞时,围岩应力集中系数等值线呈蝶形分布,隧道顶部和底部应力集中最大,两侧最小;衬砌背后空洞在两侧时,对围岩的应力集中、管片的内力和安全系数影响最大,随着空洞向顶部和底部移动,影响减小;随着与空洞之间距离的增加,围岩的应力集中、管片的内力和安全系数受到的影响减小;轴力受空洞大小的影响较小,而管片弯矩、围岩应力集中及安全系数受空洞大小影响较大;随着空洞面积的增加,空洞对周围土体的应力集中、管片的内力和安全系数影响增大。