软土地区管幕暗挖施工之钢管顶进工法解析

暗挖法作为一种有效降低环境影响的技术,在我国部分城市的岩石及复合地层中得到了应用,在软黏土地区做科研试验项目实施软土地区管幕暗挖施工。以某管幕结构段土建工程为例,对钢管顶进施工进行工法解析。钢管顶进施工工法是管幕暗挖施工的第一步,通过带锁扣的钢管间连接形成一个闭合帷幕,将内外水土体隔离,然后在管幕的围护下进行暗挖,最终形成大断面地下空间,为后续开挖与结构施工提供条件。     

饱和软土地层管幕暗挖法施工风险及对策研究

传统暗挖施工方法难以在含水量高、承载力低的饱和软土地层适用，管幕暗挖法可为软土地层暗挖施工提供新的途径。目前管幕暗挖法设计和施工经验不成熟，工程实施难度大，施工过程风险控制尤为重要。为此，结合上海市轨道交通14号线桂桥路站管幕段工程实例，从风险管控角度论述管幕暗挖法施工过程中管幕顶进精度、MJS加固地内压力控制、内衬墙倾覆、融沉注浆、开挖过程中坍塌和涌水等风险因素，并提出相应对策。研究结果表明： 1）在软土地层进行管幕暗挖法施工大断面地下空间是可行的，施工风险总体可控； 2）管幕顶管顶进工序是管幕暗挖法实施的基础，开挖支撑是该工法施工风险控制的关键工序，同时也是造成地面沉降的主要工序。     

地下工程支护-结构一体管幕预筑法技术及发展

地下工程支护-结构一体管幕预筑法,是一种全新的暗挖施工方法,其核心思想不同于传统地下工程暗挖法,即首先施作地铁车站永久结构,然后在永久结构保护下进行全断面土方开挖。支护-结构一体管幕预注法的施工关键技术包括大直径钢管长距离顶进施工技术、管幕空间切割焊接成形技术及狭小空间钢筋混凝土结构施工技术。通过实践证明,该技术将加固、支护、主体结构合为一体并一次建造成形,可大大减少开挖支护步序,降低临时支撑用量,有效控制地层变形,保证地下良好的作业环境。     

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道攻克世界难题

<正>随着顶管机缓缓移出,由36根钢管组成的管幕,以曲线形式成功下穿我国第一大陆路口岸——珠海拱北口岸,这标志着港珠澳大桥珠海连接线突破重要节点,同时也宣告了世界最大断面的公路隧道管幕工程全面完工。拱北隧道采用曲线管幕施工技术,沿隧道的开挖轮廓线,在336 m2的断面上,布置36根直径1.62 m、长255 m的钢管,组成环形支护体系,防止周围土层坍塌、地表沉降。这是目前世界上施工难度最大、顶进长度最长、精度要求最高的曲线管幕工程。     

管幕洞桩法地铁车站设计施工关键技术研究

当暗挖地铁车站受限于环境条件采用平顶直墙的结构型式时,为保证车站结构安全实施,可采用管幕洞桩法进行施工,即利用车站上层先行导洞沿车站顶板结构上方打设横向大直径密排管幕,形成一个能够抵御结构上部土体荷载的强支护结构,继而在管幕保护下进行洞桩法后续施工。以北京地铁19 号线工程右安门外站为工程背景,阐述管幕洞桩法地铁车站的施工工序及工艺特点,对复杂环境条件下管幕打设、导洞开挖、打桩、扣拱等关键技术环节进行分析,明确其设计施工中的技术要点,并对车站施工监测数据进行分析。结果表明: 1)管幕打设和导洞开挖是管幕洞桩法引起地层沉降的关键工序; 2)管幕洞桩法施工对周边环境和地表沉降影响较小,适合修建超浅埋、大断面、复杂地质条件下的暗挖地铁车站。     

软土地层管幕-箱涵顶进施工新技术

上海市中环线北虹路下立交工程是我国第一次采用管幕-箱涵顶进施工技术,也是世界上在软土地层中施工的断面尺寸最大的管幕法工程。结合工程实际,该文提出了创新的管幕结合箱涵顶进的施工工法——RBJ工法(roof-box jacking method)。文章详细介绍了该工程钢管幕顶进高精度姿态控制,网格工具头设计,箱涵推进的顶力控制,箱涵推进中地表变形控制及箱涵姿态控制等关键技术,为相关工程的设计、施工提供参考。     

软土地层中管幕加箱涵顶进施工关键技术

上海市中环线在北虹路一虹许路地道工程中首次引用了管幕加箱涵顶进工法,获得成功,对今后管幕法的推广应用具有极大意义。该文以工程为背景,对软土地层中管幕加箱涵顶进施工的关键技术,如钢管幕顶进的纠偏、管幕与箱涵的建筑间隙、箱涵的顶力计算、机头网格与开挖面稳定关系、工程对地表变形的影响和控制作了客观的综合分析。     

管幕冻结法浅埋大断面隧道开挖方案对衬砌性态及地层位移的影响

经验表明,在软土、浅埋大断面隧道开挖方案中,加固方式对衬砌结构受力、隧道收敛变形和地层位移影响显著。港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道具有隧道埋深浅、结构断面尺寸大、地质条件差、地理位置政治敏感性强等特点。以该隧道为背景,利用数值模拟方法,分析大直径钢管管幕冻结法施工和隧道开挖方案对衬砌结构受力和地层变形的影响。经分析发现:不同开挖方案对衬砌受力、变形和地层位移的影响显著;在分台阶开挖过程中,台阶越小,引起的衬砌受力、隧道收敛变形和地层位移越小;管幕冻结对改善衬砌受力和地层位移效果显著,根据管幕冻土受力特性对其关键受力部位提出建议。     

某矩形大断面地下通道超浅埋暗挖工程设计与施工

文章以通过下穿繁忙道路下的2个矩形大断面超浅埋暗挖工程为例,介绍采用锁扣管棚预加固、全断面注浆、型钢拱架支护、分大断面为小断面错位开挖等一系列超浅埋暗挖法设计与施工技术。表明在城市不宜明挖的条件下,采用超浅埋暗挖矩形大断面地下通道有较大的技术优势,并提出： 1）采用锁扣管棚是本工程成功的关键,设计时应充分考虑各种工况,设计计算可采用弹性支点法,在入口1H（H为洞高）范围内,管棚内力及支反力变化较大,应仔细考虑,而其后为一般开挖段,内力及支反力均趋于稳定; 2）施工前对地下管线进行详细探查尤为重要; 3）长距离锁扣管棚施工难度较大,钻进工艺由原来钢管全程双线约束,改为一线一点约束,管棚施工可以顺利进行。     

束合管幕结构结合缝压弯性能足尺试验研究

为克服管幕法钢管节之间无法协同工作、支护效率差等缺点,进一步拓展管幕法在浅埋大跨地下结构施工中的优势,提出一种依托横向预应力的新型地下结构形式——U-BIT束合管幕工法。但该工法的施工工艺以及结构性能的研究还处于初期阶段,其结构力学性能和受力薄弱点均不清晰,亟需开展系列试验及模型研究。在工程需求和前期文献调研的基础上,针对该束合管幕结构开展压弯性能足尺试验研究,探究束合管幕结构在压弯作用下的受力特性与承载能力。结果表明： 1）结构挠度、结合缝张开可划分为6个发展阶段; 2）结合缝脱开、混凝土局部破坏、CT型锁扣紧贴以及CT型锁扣脱开是结构的重要性能点; 3）结构破坏形式表现为上部CT型锁扣脱开,无法继续承担外荷载; 4）结合缝开裂荷载及结构承载力极限荷载的试验结果均与理论值相近。     

拱北隧道曲线管幕工程关键施工技术分析

拱北隧道管幕工程所处地层地质条件复杂,周边环境敏感,管幕由缓和曲线与圆曲线组成,要求精准顶进,形成管幕,施工难度大。经过分析,采用泥水平衡顶管施工、顶管轨迹控制及纠偏等关键技术用于拱北隧道曲线管幕工程的顶管施工,取得了良好的效果。     

基于锁扣管幕超前支护的连拱隧道近距下穿地铁U型槽变形特征分析

为了研究锁扣管幕超前支护在连拱隧道近距离下穿地铁U型槽中的应用,基于某下穿通道工程,采用三维数值模拟方法建立U型槽-土体-新建隧道三维空间模型,对暗挖下穿U型槽进行动态模拟,得到有无锁扣管幕超前支护时U型槽的变形特征曲线,并结合现场实测数据,对比分析下穿过程中U型槽的变化规律。研究结果表明：U型槽垂向变形以隧道中线为中心呈不均匀V形分布,与未采用锁扣管幕超前支护工况相比,采用锁扣管幕超前支护时最大垂向变形和横向变形分别减小了61.4%和45.9%;U型槽水平高差在左线开挖完成后达到最大值,最大值为0.2 mm,当右线开挖完成后,水平高差有一定的减小趋势;而横向位移差随着开挖的进行呈现增大-减小-增大-减小-增大-减小的波浪式变化,最大值为0.5 mm;当采用锁扣管幕超前支护时最大水平高差和横向位移差分别为0.042 mm和0.28 mm。     

拱北隧道管幕工程顶管间距计算分析

为使管幕相邻顶管之间能够形成稳定土拱，防止管幕周围土体发生局部坍塌，需要合理控制管幕顶管间距。针对全断面支护管幕工程，结合管幕支护机制，运用土拱效应理论，对管幕顶部、中部、底部3个特殊位置形成的管间土拱进行分析，建立相应的管间土拱模型，分析土拱的受力情况； 运用土体的极限平衡条件对拱顶和拱脚进行稳定性验算，得出顶管间距的控制式。针对港珠澳大桥拱北隧道管幕工程，结合管幕所在地层的土体参数，对隧道顶管间距进行计算分析，得出拱北隧道顶管间距为0.47 m。与工程顶管间距实际取值（0.35 m）相比，计算值略微偏大，符合工程实际情况，说明建立的管间土拱模型是合理的。     

港珠澳大桥隧道管幕工程成功穿越珠海拱北口岸 港珠澳大桥主航道6.7km海底隧道2016年底难建成

<正>2015年2月22日,港珠澳大桥珠海拱北隧道管幕工程成功下穿拱北口岸,我国首次在沿海地区采用"长距离、大直径、曲线管幕"施工技术建设的高速公路隧道获得成功。拱北隧道全长2.7 km,两端采用明挖施工,中间部分的255 m由于要下穿拱北口岸,采用了管幕冻结的暗挖技术,在口岸下方打通一条宽18.8 m、高21 m(相当于8层楼高)的隧道。施工中要克服地下软弱土层、饱和含水、高压缩性、高渗透性和低承载力等多种复杂地质条件,难度更大的是隧道与拱北口岸     

拱北隧道管幕冷冻施工中的冻胀控制技术研究

以港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道为工程实例,研究管幕冷冻法工艺中地层的冻胀控制原理和技术。基于热力耦合原理,采用有限元预测人工冷冻过程中的土体温度变化及地表冻胀位移,比较和分析管幕周围土体预注浆和采用限位管模式对地表冻胀的控制效果。结果表明： 管幕周围土体的预注浆降低了土体的渗透系数及冻胀率,抑制了土中水分迁移,是冻胀控制技术的主体;限位管有效地降低了冻土的发展速率,加强了冻胀控制效果,是冻胀控制技术的有效补充。通过对现场地表冻胀实测数据与有限元模拟结果的比较分析,从地层温度和地表位移分布规律说明了冻胀控制技术的工作原理。研究结果为拱北隧道的顺利实施提供了技术保障,提高了我国复杂条件下超大断面隧道建造的总体技术,还可为类似人工冷冻法隧道施工提供技术参考。     

软土基坑开挖深度与空间效应实测研究

为了给软土基坑工程开挖的支护设计与施工提供参考,针对软土基坑开挖中普遍存在的开挖深度以及空间效应,考虑分区开挖与挡墙加固等有利因素的影响,以上海市五坊园基坑工程为背景,进行开挖过程中基坑及周围环境动态响应的追踪研究。采用现场设点实测的方法对施工过程中围护结构位移、支撑轴力、立柱隆沉及邻近管线位移的变化规律进行监测,并将实测数据与类似条件的软土基坑开挖工程进行对比,分析施工过程中软土基坑自身结构及周边管线的变形特性,探究开挖深度与空间效应对不同位置基坑结构的影响。研究结果表明：基坑施工对围护墙体及周边环境的影响具有明显的空间效应和深度效应;浅层土体开挖时（2 m深度范围内）,基坑侧移空间分布主要受开挖顺序、土层性质和基坑阳角等因素影响;深层开挖时,基坑侧移体现出明显的空间效应;第1道支撑主要受土层流变影响,轴力在第2道支撑拆除阶段达到最大;由于底板硬化作用,第2道支撑轴力在底板浇筑阶段先增大后减小;基坑开挖卸荷会导致围护墙和立柱桩产生向上的位移,由于更加靠近基坑中心,立柱隆起值大于围护墙隆起值;基坑开挖深度越深,附近地下管线的沉降速率越大。     

复合地层条件下超大断面浅埋暗挖隧道曲线顶管施工参数研究

为研究复合地层条件下超大断面浅埋暗挖隧道曲线顶管施工参数分布规律,以港珠澳大桥珠海连接线关键控制性工程——拱北隧道为依托,基于拱北隧道暗挖段管幕工程施工现场实测数据,采用统计分析、线性拟合等方法,总结了现场曲线管幕工程主要施工参数分布规律,建立了不同计算方法的线性拟合函数,在此基础上,提出了适用于估算珠海地区海陆相富水复杂地层顶管施工迎面阻力计算公式。     

饱和软土地层中管幕法隧道施工方案研究

上海市中环线虹许路-北虹路下立交工程是我国大陆第一次采用管幕法隧道施工，也是世界上在饱和软土地层中施工的断面尺寸最大和最长的管幕法工程；结合工程实际，提出了管幕结合箱涵顶进的施工工法；本文对该方案进行了详细论述，从而为国内相关工程的设计、施工提供了经验。     

滨海软弱地层大断面隧道施工中的数值模拟研究

基于港珠澳北岸工程珠海连接线中特大断面隧道——拱北隧道,对临海软弱地层隧道施工措施进行研究。针对上下双层隧道、管幕支护和特殊的工程地质条件等特点,采用数值计算软件FLAC3D,建立管幕支护条件下隧道施工动态有限元模拟分析模型和程序,模拟双层隧道采用五台阶开挖的施工过程,从施工工序和施工力学的角度,通过分析管幕变形、地表沉降、围岩应力和稳定性等方面,验证其结构的可靠性及安全性。     

箱涵顶进对下方管幕的力学作用分析

采用管幕-箱涵法施工的超浅埋连接通道跨越运营地铁时，施工前对场地的土堆清理及基坑开挖工作已使地铁隧道产生较大变形，为确保地铁的安全运营，对后续管幕、箱涵的施工进行严格控制。利用解析计算的方法，根据箱涵相对原状土等效重力大小的不同，建立2种力学模型，分别按照弹性地基梁和普通梁2种模型对管幕的受力进行研究； 推导出2种计算模型下的力学公式，分析在箱涵顶进的过程中，箱涵下方管幕受力和变形的变化规律，为进一步研究管幕下方地铁隧道的受力情况提供参考。