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。     

马蹄形盾构负环管片拼装技术

盾构负环管片拼装是盾构始发中的一个重要环节,其拼装工法将直接影响工程工期、盾构的顺利始发及后续管环的拼装质量(倾角、滚转角等)。以应用世界首台马蹄形盾构施工的蒙华铁路MHTJ-01标白城隧道为例,介绍盾构始发时负环管片的拼装步骤,研究负环管片拼装过程中管片的定位与固定方式,并针对性地设计马蹄形管片在管片推出时的支护方式与支护工装。最终形成一套科学、安全、高效并具有指导意义的异形盾构管片施工方法。     

我国异形掘进机技术发展、应用及展望

20多年来,我国异形掘进机技术得到长足发展。首先,以异形掘进机领域的阶段性科研项目为主线,回顾我国异形掘进机技术从模仿跟随到同步突破再到创新引领的发展历程及所取得的成就,从异形掘进机全断面开挖技术、异形管片拼装技术、测控技术和施工技术等方面介绍我国异形掘进机技术的发展现状; 然后,通过大量案例分析,分别介绍矩形顶管机、矩形盾构、马蹄形盾构及其特殊施工技术在我国隧道建设中的应用情况; 最后,从地质适应性、施工效率、隧道截面形式等方面指出当前异形掘进机发展的局限性,并提出进一步的研究方向,同时对未来异形掘进机在新领域的应用提出几点思考。     

隧道管片拼装常见问题分析

管片拼装是盾构施工中的一个关键环节.由于管片拼装与隧道开挖同时进行,隧道设计轴线、盾构轴线、管片轴线三者在施工中存在不同的位置关系,压浆的作用荷载和土压力荷载,在盾构后方的衬砌环中引起变形,管片环面的平整度、千斤顶与管片的接触角度等因素都会造成管片拼装的工程问题.结合工程实际,总结了管片拼装中易出现的6类工程问题,对每一类工程问题从现象人手认识问题,剖析产生的原因,在此基础上提出预防的方法和治理措施,进而确保隧道管片的拼装质量,提高隧道使用的安全性与耐久性.     

标准环+转弯环的双面楔形盾构管片排版技术研究

为提高盾构隧道掘进的施工效率、降低盾构管片排版错误的风险,针对管片类型为标准环+转弯环（为双面楔形）组合的盾构隧道,提出一种错缝拼装形式的管片预排版方法,并采用几何迭代法求出与目标线路偏差最小的一种盾构管片拼装姿势,可有效解决盾构隧道掘进过程中管片类型选择和拼装点位选取的施工难题。最后以南京地铁3号线某区间为例验证所采取方法的正确性,对盾构隧道掘进的施工组织和施工误差控制具有重要的指导意义。     

日本开发新型管片快速接头 可取代传统螺栓连接方式

正日本户田建设和HUME联合开发出一种管片快速接头——HGA接头,目前已在一项盾构隧道工程(内径2 800 mm)中投入应用。该接头能够取代以往的螺栓连接方式,实现管片分块间的快速拼接,从而提高施工效率,并且利用接头的高紧固力提升盾构隧道质量。通过此次工程应用,验证了该快速接头的施工性能和优势。开发背景传统盾构隧道管片拼装通常采用螺栓接头,需要进行封堵螺栓手孔等作业,存在后续工序施工时间较长等问题。对此,日本开发了多种仅需轴向滑动即可完成拼装的管片快速接头,具有缩短拼装时间、省略后续工序等优点,从而提升了施工效率。基于免二次衬砌和施工快速化、自动化理念,今后这类快速接头在管片拼装中的应用将会进一步增多。     

盾构隧道通缝拼装管片错台的理论分析

随着盾构法隧道施工技术的发展和众多问题的解决，管片错台引起的管片开裂、拼装困难和防水隐患等问题对施工和运营的影响日益凸显，对工程质量有直接的影响。盾构隧道管片的错台主要归因于隧道管片间的差异性位移。分析以上海轨道交通二号线西延段盾构隧道工程为背景，在对隧道的不同类型的管片详细的受力分析的基础上，运用达朗贝尔原理对管片的位移进行了理论分析。最后，分析得出了不同类型管片的位移计算公式，并推导得出了管片之间的错台公式。该公式描述了管片错台与管片受力、弹性密封垫性质等因素的一个定量关系，为消除盾构隧道管片在推进过程中的错台，确保施工精度，提高工程质量提供了理论依据。     

软土地层中大断面矩形盾构关键施工技术研究

与圆形断面的盾构隧道相比,矩形盾构隧道在空间使用效率、潜覆土环境穿越方面存在明显优势,但断面形状和机械配置的差异使盾构掘进施工技术也有所变化。以国内首台土压平衡式矩形盾构机在上海虹桥商务区的工程实践为背景,依据现场环境监测、盾构姿态测量和管片形状监控,对矩形盾构隧道轴线控制、管片横竖内径控制和环境变形控制等关键施工技术开展探索和研究,经验和结论可用于指导类似工程实施。     

水下圆砾地层盾构隧道施工期力学响应实测研究

为研究水下圆砾石地层盾构隧道施工过程中管片结构的力学响应，以常德沅江隧道为背景，选取沅江东线隧道江中埋深最大断面，采用连续测量方式对施工过程中管片的内力变化特征及管片外水压力进行测试，并将实测数据与数值模拟结果进行对比分析。主要结论如下： 1）水下圆砾地层中盾构隧道管片结构外部水压受施工过程的影响显著，距开挖面1~10环呈波动变化，沿横断面不同位置出现最大值的时间不同，但在10环之后趋于稳定； 2）管片结构轴力受到脱环和注浆的影响明显，其中前3次注浆的影响最为显著，影响范围为1~9环，弯矩变化与轴力类似，但受注浆影响较轴力延迟1环左右； 3）稳定后管片轴力和弯矩量值均大于数值计算值，说明稳定后管片受盾构顶推、浆液固结、错缝拼装效应影响较大。     

白城隧道工程大断面马蹄形盾构始发与接收技术

为解决大断面马蹄形盾构始发与接收难点，以蒙华铁路白城隧道工程为依托，对大断面马蹄形盾构始发和接收施工关键技术进行总结。其关键技术包括： 1) 始发阶段采用加强明洞代替传统盾构反力架，可降低反力架的制作、拆除费用和减少始发负环管片用量，有效缩短主体施工时间，节约项目成本； 2）始发基座的底部均匀铺设豆砾石，可减少盾构进入原状土后始发导洞与管片背部间隙回填时间； 3）始发阶段创新地采用套拱钢架代替传统始发端墙结构，减少始发附属设施的工程量，缩短始发准备时间； 4）接收阶段基座与端墙相结合，降低盾构在软弱地层接收安全风险； 5）优化盾构始发和接收位置，使盾构施工和明洞主体作业面充分利用、互不干扰，实现较好的经济效益和安全效益。     

小曲率半径盾构隧道施工中辅助油缸千斤顶推力计算模型研究

在小曲率半径隧道盾构掘进施工时,千斤顶推力的作用会导致管片发生偏移和错台,从而引发安全事故的产生。为有效解决小曲率半径盾构隧道施工过程中由于千斤顶推力而对管片造成的不利影响,通过分析双模盾构机的掘进模式,建立了盾构隧道在掘进开挖过程中的辅推油缸千斤顶推力的计算模型,并将其应用于工程实践,对千斤顶推力进行计算分析,提出了减少或避免千斤顶推力对管片造成的不利影响的相关措施。研究结果表明：（1）双模盾构施工过程中,不同施工区间的辅推油缸千斤顶推力的取值有所不同,应根据工程实际情况确定该推力值。（2）单模盾构施工过程中,辅推油缸千斤顶推力随着贯入度的增大而增大,且增大速率呈逐渐减小的趋势。（3）提出依次从施工纠偏、管片拼装控制、掘进参数合理选取、盾构机姿态控制、盾构机推力控制、隧道纵向刚度的设置和管片质量等来控制和减小千斤顶推力对管片造成的不利影响,保证盾构施工的安全性,为类似工程的建设提供理论指导和参考。     

盾构被困实例分析及脱困措施

在隧道盾构施工过程中,盾构被困的现象时有发生,对工程施工进度、安全和周围环境等造成不利影响。通过工程实例分析刀盘、盾体和盾尾被困的常见原因,总结相应的脱困措施,得出盾构被困的分类判断依据:1)刀盘开口处被地层中异常渣土填充束缚的判断依据;2)边刀(边滚刀或边刮刀)磨损造成掌子面开挖轮廓不足的判断依据;3)刀盘前方存在硬质障碍物的判断依据。     

复杂地层盾构掘进速率和刀盘扭矩预测模型及其地层适应性研究

以复杂地层地质分段为基础,统计不同地质分段的盾构掘进参数,开展针对盾构掘进速率与刀盘扭矩的多元回归分析,得到适用于复杂地层的掘进参数回归模型,并分析回归模型系数与全断面等效岩体基本质量指标间的相关性。研究表明： 全断面等效岩体基本质量指标考虑了复杂地层中不同区段掌子面内各地层面积占比差异,可作为地质分段标准; 掘进速率与刀盘扭矩的回归预测值与实测值间相对误差较小,回归模型对均质地层及复合地层均有较好的拟合精度; 围岩等级提高时,掘进速率、刀盘扭矩回归模型系数具有明显的分段变化特征。其量化结论可用于定量预测不同地层盾构掘进参数,以提高盾构施工效率。     

大直径泥水盾构常压刀盘温度在线监测系统设计与应用———以杭州望江路过江隧道工程为例

在盾构施工过程中,刀盘温度的异常升高会导致刀盘磨损加剧,甚至造成刀盘变形,严重影响盾构施工及安全。为了实时监 测盾构刀盘温度,避免刀盘温度过高所带来的危害,以杭州市望江路过江隧道工程为依托,建立一套大直径泥水盾构常压刀盘温度 在线监测系统,结合无线传输技术,利用安装在刀盘背面的传感器收集刀盘温度数据,并对数据进行整理和分析。结果表明: 1)该 系统能避免信号屏蔽和泥水盾构掘进的干扰,长时间稳定监测刀盘温度; 2)盾构单环掘进时,刀盘温度呈周期性变化,与盾构工作 流程相匹配; 3)盾构连续掘进时,掘进产生的热量会在刀盘上稳定积累,使得刀盘温度曲线的峰值持续升高; 4)在刀盘温度异常升 高时,通过向刀盘注入分散剂,并观察刀盘温度变化,可以对刀盘形成泥饼和前方地质突变2 种情况进行区分。本文设计的刀盘温 度在线监测系统可以用于分析刀盘情况、判断地质变化和调节掘进参数。     

盾构近距离上跨既有运营隧道施工控制技术

为确保始发阶段盾构近距离安全上跨既有运营隧道,在分析工程重难点的基础上,首先,对盾构上跨施工控制措施进行介绍 并结合施工参数控制情况对上跨措施的效果进行分析,然后,对既有运营隧道的变形规律进行分析。 研究结果表明: 1)通过调整 始发基座与盾构隧道轴线坡度一致,并在洞门钢环处焊接导轨,确保了盾构按照设计坡度上坡始发; 2)向盾壳四周注入克泥效,能 够润滑盾壳,减小推力,从而减轻对既有隧道的扰动; 3)盾构刀盘进入上跨段前,既有隧道产生向上和向盾构掘进方向2个方向的 位移,随着盾构重心通过既有隧道,竖向变形逐渐回弹,并在盾尾脱出后逐渐趋于稳定; 盾构掘进方向变形在刀盘位于隧道正上方 时开始迅速增加,在盾尾脱出后迅速趋于稳定。     

马蹄形隧道掘进机刀盘设计探讨

概括性论述了多圆软土刀盘、矩形刀盘、马蹄形刀盘等异形刀盘的设计特点,重点分析了马蹄形隧道掘进机组合刀盘的关键技术:1)掌子面流场仿真分析;2)刀盘静力学仿真分析;3)盲区处理研究;4)刀具破岩机制分析。通过对以上关键技术的研究,为软土马蹄形掘进机组合刀盘的设计提供了优化方法,并创造性提出刮削破岩和挤压破岩相结合的马蹄形硬岩刀盘设计方法,对马蹄形隧道掘进机刀盘设计有一定的指导意义,也为异形隧道掘进机的刀盘设计提供了设计参考。