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。     

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。     

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。     

盾构管片上浮量变化规律及简化算法研究

在大多数软弱土层盾构隧道施工中管片上浮问题十分突出,严重时往往会导致管片破损和接缝错台。为诠释该现象的发展过程,为其预防控提供合理化建议,从实际出发,利用现场试验对管片脱离盾尾后管片上浮全过程进行了跟踪监测,并记录了各上浮管片的隧道收敛变形量加以分析。分析发现,管片脱离盾尾后的上浮规律大致分为加速阶段、平缓阶段和稳定阶段,并且第一阶段管片上浮最快,其上浮变化量占总上浮量的80%左右。隧道管片脱离盾尾后随着同步注浆浆液初凝时间的延迟,其上浮量逐渐增大,当浆液初凝后上浮量增幅变缓。伴随着盾尾管片的上浮,隧道收敛变形也随之线性增加,管片的竖向压缩量与水平拉伸量的比值大体介于0.6~0.9之间,呈现“横鸭蛋”形态。此外,提出了一种简化的盾构隧道管片上浮计算方法,该方法同时考虑了注浆浆液黏度时效性、静态上浮力、地层卸载回弹力、注浆压力、管片自重及环缝处管片摩擦阻力的影响。     

基于云模型与D-S证据理论的盾构施工隧道管片上浮风险评价

为定量评价分析盾构隧道管片的上浮风险并进行针对性的风险管控,以武汉地铁8号线黄浦路站-徐家棚站盾构区间段为 背景,构建隧道管片上浮风险评价指标体系和评价标准,建立基于云模型与D-S证据理论的盾构施工隧道管片上浮风险评价模型。 依据工程施工实测数据,对监测区段的上浮风险等级隶属度进行计算,经归一化形成证据并进行D-S证据融合; 基于条件化线性 组合规则,将历史证据与当前时刻证据进行证据更新,得出当前时刻该监测区间上浮风险的安全风险等级为较安全状态,最后针对 安全等级不高的材料因素给出相应的处理措施,为施工阶段隧道管片上浮风险评价与管理提供一种新的思路和方法。     

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。     

盾构隧道施工对管片受力性能影响及管片防破损对策研究

盾构隧道广泛应用于交通基础建设领域。由于施工环境影响及隧道结构受力复杂综合原因,造成管片破损开裂的现象在盾构隧道施工阶段频繁发生,这直接影响到盾构隧道的耐久性,盾构管片在施工过程中的受力过程和受力特性的分析研究显得尤为重要。笔者经过长期的工程实践,以多个盾构隧道工程项目为依托统计分析施工阶段管片开裂致因,并基于有限元数值计算软件ANSYS建立盾构隧道二维-三维模型对盾构衬砌管片的受力性能进行了详细分析,并针对导致管片破损主要原因的典型施工工况提出了预防管片破损的指导原则和控制措施,以期做到事先预防、事中控制以及事后养护的全过程控制的目的。     

软土大直径泥水盾构隧道施工期上浮的控制措施

大直径盾构公路隧道在近工作井区段覆土较浅,施工期易产生上浮现象。借助以往软土地区泥水盾构隧道的设计经验,通过分析影响隧道上浮的物理环境和工艺操作,得到可能产生隧道上浮力的主要因素为地下水、同步注浆浆液、盾构姿态调整、地基回弹、泥浆后窜;间接影响隧道上浮趋势的主要因素有覆土厚度、地下水位、结构尺寸和材料重度、上覆土压缩特性、掘进速度和管片接头刚度。隧道抗浮的主要措施有增加上覆土临时压重、优化盾构施工参数与姿态控制、打设门式抗浮结构、改善注浆工艺及浆液性能、二次注浆、加强管片纵向连接等。     

复合式衬砌置换缺陷盾构隧道管片技术在实际工程中的应用

为解决由于施工原因导致的区间右线盾构隧道严重上浮事故,文章依托长沙地铁4号线长沙火车南站-光达站区间工程,根据事故隧道所处环境及地质条件,提出在软岩地层中利用复合式衬砌置换缺陷盾构隧道管片的处理方法,主要内容： 1）根据实测数据对线路进行拟合,确定缺陷盾构隧道的长度约为40 m,需处理管片为223～247环,共计25环管片; 2）采用模糊综合评价法对缺陷盾构隧道处置方案进行比选,结果表明在软岩地层中采用复合式衬砌全断面置换缺陷盾构隧道管片方案为最优方案; 3）采用有限元法分别研究单次拆除1环、2环、3环、4环管片时地层及管片的位移及应力变化,结果显示随着一次拆除管片环数的增加,围岩拱顶竖向位移逐渐增大并出现连通的塑性区,邻近第1环管片向隧道内竖向位移及向隧道外水平位移逐渐增大,管片逐渐被压扁,其弯矩、轴力值也逐渐增加,围岩及拆除区域附近管片结构体系越来越不安全,因此施工时需控制一次拆除管片的数量; 4）为确保管片置换时原盾构隧道结构体系的稳定,确保安全,做到快速施工,开发了一种新型台车及其施工方法,将其应用于实际工程。     

超大直径泥水平衡盾构隧道上浮施工影响因素的研究

超大直径泥水平衡盾构在浅覆土施工过程中,刚脱出盾尾的隧道管片易产生"上浮"现象。如在施工中不采取相应的措施,隧道管片的上浮不仅直接关系到工程本身的质量和安全,而且会对隧道周边环境保护造成巨大的影响。结合工程实例,对造成隧道上浮的施工因素进行详细分析,为制定抗浮措施提供了初步的依据,综合考虑外部因素和内部因素,提出具体建议,可供同类工程借鉴。     

基坑开挖施工对超近距离下卧既有盾构隧道的保护技术研究

为确保超近距离下卧既有盾构隧道的安全,以实际工程为背景,采用结构分析、理论计算和监控量测等方法,针对基坑开挖施工对下卧既有盾构隧道的保护技术进行了研究,主要包括:1)结合上部基坑开挖施工工况,利用计算软件分析不采取措施时下卧隧道的内力转换及变形,发现随着基坑开挖施工,管片结构内力虽先增大后减小,但增大的幅度有限,对安全不起控制作用,下卧隧道的安全主要受变形控制;2)为有效抑制基坑开挖施工引起的超近距离下卧既有盾构隧道的变形,分别研究隧道内设置抗浮锚杆、隧道侧设置隔离桩、隧道内增设临时支撑及配重等技术措施对抑制隧道变形的作用,发现隔离桩+临时支撑+配重措施效果最好,隔离桩措施次之,抗浮锚杆措施效果最差;3)根据研究成果,提出下卧隧道保护设计方案,并应用于工程实际,以期能为类似工程提供参考。     

软土盾构近距离下穿地铁双圆隧道变形实测分析

为研究盾构下穿对地铁双圆隧道变形的影响，以上海地铁14号线盾构下穿地铁6号线双圆隧道为工程背景，对双圆隧道在前后2次盾构下穿过程中的变形进行实测分析。结果发现： 1）盾构穿越导致双圆隧道发生竖向隆起变形和双线差异变形产生的断面扭转变形，断面扭转变形引起的轨道变形难于控制； 2）双圆隧道竖向变形为隆起变形，其变形分布形态随切口位置变化而变化，穿越后交叉点附近呈现特有的“驼峰状”隆起分布； 3）2次穿越扰动与叠加效应显著，表现为隧道隆起变形时间延长，累计量增大，2次穿越引起的最大变形位置发生改变； 4）双圆隧道的扭转变形随切口位置呈波浪形动态变化，出现多个拐弯点，对其环缝受力与变形十分不利，第2次穿越时的扭转变形较第1次穿越有所减小； 5）双圆隧道断面最不利扭转出现时刻不同于隧道最大变形出现时刻，且扭转最不利位置与最大隆沉发生位置产生了错位； 6）盾尾注浆对双圆隧道变形的控制效果明显，但将导致双圆隧道的扭转变形增大。     

黄土隧道马蹄形盾构工法选择及应用

目前铁路隧道施工以矿山法为主,但在黄土等软弱围岩隧道施工时风险大、进度慢;而盾构法已在地铁、水下隧道等软弱地层中得到了广泛应用。针对蒙华铁路砂质新黄土隧道:1)通过矿山法与盾构法比较确定采用盾构法施工。2)从开挖内轮廓、刀盘开挖特点、管片拼装方式、管片受力及配筋4个方面对马蹄形盾构隧道和圆形盾构隧道进行对比分析,得出马蹄形盾构隧道的断面利用率更高,马蹄形管片与圆形管片受力有所差别而马蹄形管片配筋量更低。3)介绍马蹄形盾构设备概况,并对马蹄形管片设计进行研究。4)例举马蹄形盾构掘进过程中遇到的防寒防冻、管片底部开裂和遇到含姜石的老黄土掘进困难等问题以及相应的处理措施。经过1年多的施工实践证明,在黄土隧道马蹄形盾构施工风险低,质量高,安全可靠。     

盾构隧道同步注浆新型双液注浆材料的研究与应用

盾构隧道的上浮易导致隧道管片错台、破损、渗漏和隧道超限等问题,进而影响到地铁隧道的验收与运营。通过分析管片上浮的主要原因,提出改进同步注浆设备,并在盾尾处采用常规同步浆液与聚丙烯酰胺水溶液(双液浆)相混合注入管片与开挖面之间的空隙。通过实验分析得出,注入空隙处的双液浆短时间内增稠,浆液成为塑性体,使管片的浮力降低许多,抗水分散性明显提高。通过实际应用,此种新型双液浆有效地填充了管片与开挖面之间的间隙,使隧道上浮量明显降低,提高了成型隧道的质量,解决了盾构隧道上浮的难题。     

盾构切桩后桩基对管片作用力确定及控制措施

为获得盾构切除桥梁桩基后残桩对管片的竖向荷载及残桩的承载力，评估切桩后桥梁和盾构隧道结构安全，开展残桩对管片作用力的计算分析。首先，分析盾构切桩后残桩对管片作用力的影响因素，包括桩长减短、施工扰动及桥桩竖向刚度变化等。然后，在考虑这些因素影响的基础上建立残桩承载能力和所受竖向荷载计算公式，并以具体工程为例进行计算对比，结果表明： 本工程残桩承载力无法满足所受竖向荷载，需进行残桩周围地基加固；通过对地基注浆加固计算，残桩承载力可满足竖向荷载，能够保证管片和上部桥梁结构安全。最后，根据理论和实例分析，提出减小残桩对管片受力影响的施工控制措施，包括减小施工扰动、提高桩侧摩阻力及加强管片配筋和螺栓强度等。     

基于CATIA软件的楔形盾构隧道管片参数化建模与排版

为提高楔形盾构隧道管片拼装拟合设计效率，基于达索CATIA V6软件平台，分析管片几何结构模型建模与隧道设计曲线拟合原理。通过盾构管片参数换算，建立楔形盾构隧道管片环参数化建模标准库，设计函数运算关系并编辑脚本，然后以局部坐标系转换的方式实现隧道曲线参数化拟合，编写排版拟合程序，并应用排版程序分析不同楔形量对通用楔形盾构管片隧道曲线拟合精度的影响。最后，依托杭州市艮山快速路下沙段提升改造工程，对工程初设中直径为14 m的盾构管片进行建模排版模拟，结果表明排版程序计算结果满足工程需求，能为实际工程提供一定依据。     

初始损伤条件下地铁管片力学特性试验研究

为了解初始损伤对盾构隧道衬砌管片力学特性的影响,基于6组具有初始损伤的盾构隧道衬砌管片进行足尺试验研究。在考虑初始损伤位置以及初始损伤位置处钢筋有效面积减小等因素的情况下,对试件破坏过程、破坏模式、极限承载力、变形规律以及初始裂缝扩展机制进行了研究和分析。试验结果表明:初始损伤的存在对盾构隧道衬砌管片的极限承载能力影响不大,但对其正常使用功能影响很大;初始损伤位置处钢筋有效面积减小不仅影响盾构隧道衬砌管片的正常使用功能,更大大降低了其极限承载能力;增加轴力会削弱初始损伤对盾构隧道衬砌管片的不利影响;初始损伤在加载点比在跨中对盾构隧道衬砌管片更不利;初始裂缝基本沿径向或偏向跨中方向直线扩展。相关研究结果可为建立服役期间盾构隧道衬砌结构健康评估与预知理论、以及进一步开展损伤缺陷盾构隧道数值模拟和极限承载力分析提供借鉴和参考。     

盾构隧道管线捷装技术的应用和发展

盾构隧道内传统管线安装技术存在诸多质量和安全隐患,严重影响地下盾构隧道的施工建设和安全使用,为了解决以上难题,提出可在盾构隧道的机电设备和管线安装中采用管线捷装技术。管线捷装技术是指将带齿槽道安装在盾构管片上,形成一个稳定可靠的安装平台,机电设备和管线可以通过配套的支吊架安装在这个平台上。其中,预埋槽道技术指带齿槽道可先期预制进盾构管片中,外置槽道技术指可后期安装到盾构管片上。管线捷装技术利用了标准化齿槽便于调节的灵活性和牢固的齿间啮合作用,是对盾构隧道技术深入认知和探索后的技术创新和突破;此外,管线捷装技术还具备安全环保、经济快捷等优势。管线捷装技术将是未来盾构隧道内设备及管线安装的发展方向。