大直径盾构空推通过矿山法隧道段的施工技术研究

针对东南沿海地区某城际轨道交通大直径(8.8 m)盾构空推通过矿山法隧道段的施工项目,对盾构进洞前、空推及出洞期间的施工控制措施及变形控制技术进行了研究.结果 表明:施工完成后整个空推通过的矿山法隧道段的管片拼装在左线水平和高程的最大偏差分别为11mm、9.6mm;在右线水平和高程的最大偏差分别为12mm、10 mm;左、右线隧道拱顶位置的最大沉降值分别为2.42 mm、4.61 mm.管片拼装偏差及隧道的变形均满足现有规范的控制要求.此施工工艺保证了大直径盾构机快速、安全和高质量地通过矿山法施工的硬岩区段,既节省了工期,又保证了质量和施工安全.     

盾构隧道管片计算模型参数的敏感性分析

目前国内盾构隧道设计没有统一的国家规范,因而各设计单位主要参考国际隧道协会推荐的设计方法及日本等国规范、并结合设计者自己的工程经验进行设计。由于大和超大直径盾构隧道管片结构试验很少,管片设计参数取值只能参考日本规范和国内通过试验获取的有限资料。这些资料提供的参数取值范围较大,因而管片设计参数的取值具有一定的随意性。结合国内常用的管片结构计算方法——惯用计算法和梁-弹簧模型法参数取值进行分析,提出设计中应重点关注的参数取值建议。结论为:管片结构的抗弯刚度及纵向接头的抗剪刚度对管片内力影响显著而复杂,匀质圆环模型中的刚度折减系数及错缝拼装中的弯矩提高系数对计算管片变形和内力的准确性影响很大。     

西安地铁盾构隧道管片选型、拼装浅析

盾构隧道管片拼装质量问题直接关系工程质量及后续运营,以西安一号线后围寨—三桥区间的管片拼装质量为研究对象,介绍了管片型号的选型原则,从管片的拼装点位等方面阐述了盾构隧道施工中的管片拼装技术。通过现场试验段的实践,认真分析了管片错台、破裂等拼装质量问题,总结了管片选型拼装过程中需要综合考虑的一些参数,使成型隧道满足设计施工要求。     

盾构隧道通用管片结构力学行为与控制拼装方式研究

采用梁-弹簧模型模拟管片结构、荷载-结构模型计算作用在管片结构上的荷载,并借助有限元法对不同拼装方式下地铁区间盾构隧道通用管片结构进行力学行为分析。结果表明:通用管片结构在不同拼装方式下的力学行为是不相同的,与拼装类型、分析目标环的环向和纵向接头的位置、封顶块的位置有关;错缝拼装控制通用管片结构正负弯矩、剪力、纵向螺栓剪力设计值;通缝拼装控制变形量和地层抗力设计值。对于内力较大的拼装方式,在施工中应采用回避的方式解决,所以配筋设计中可只按一般的内力值进行计算,以便减少管片结构的配筋量和减小螺栓直径,从而降低工程造价。     

富水地层盾构隧道变形的成因和防治

通过对北京地铁工程某盾构隧道管片环变形现象的描述,分析产生变形的原因,即盾尾同步注浆浆量分配不均匀、封顶块位置选择不当等,提出减少衬砌的变位、控制盾构机姿态和规范管片拼装的防治措施。     

装配式圆形衬砌环结构变形特性试验研究

盾构隧道一般采用预制管片拼装的方式施做衬砌结构。荷载作用下衬砌结构的径向位移及管片间接缝内外侧的张合位移是衡量这类装配式结构变形状态的基本指标。通过圆形拼装衬砌环结构的极限承载试验,获得了衬砌环结构径向位移和接缝张合位移随荷载发展的曲线,分析给出了其关键性能点的荷载、整体变形、径向位移、直径变化率以及接缝张合位移。     

地表大范围开挖卸载引起下卧盾构隧道管片碎裂机理研究

针对地表大范围开挖卸载引起下卧盾构隧道管片出现大量裂缝与碎裂掉块现象,以成都地铁某盾构隧道为例,从地层条件、土方开挖与施工顺序、管片拼装质量以及管片开裂掉块情况出发,运用有限元仿真方法,对地表大范围开挖卸载过程中下卧隧道的位移和内力的变化规律进行分析。结果表明:下卧盾构隧道的整体隆起变形呈现水平向直径变小、竖向直径增大的规律;隧道拱顶和拱底的弯矩减小、轴力基本不变,拱顶处局部区域由内侧受拉转变成外侧受拉,拱顶接缝由内侧张开转变为外侧张开、内侧挤压;隧道安全的威胁主要来自隧道拱顶处内侧挤压、隧道竖向椭圆度增加以及接缝两侧管片不平整接触(错台),而非结构内力变化。由此提出采用改性环氧树脂灌注、环氧砂浆填充和粘贴碳纤维对隧道管片的裂缝和破碎处进行修补的方案,修补后管片的承载能力完全满足地铁运营的要求。     

错缝拼装盾构管片的收敛变形研究

地铁隧道的收敛变形是影响地铁正常运营的重要因素,地铁保护区内工程施工造成的堆载、卸载、基坑降水等工况会导致地铁隧道收敛变形发生极大变化。为分析错缝拼装盾构管片的收敛变形规律,首先,设计和实施了三环足尺试验,发现管片在试验工况下呈"横鸭蛋"式变形,中环横向收敛变形存在进入塑性阶段的关键点,原因是纵缝螺栓屈服;然后,利用通用有限元软件ABAQUS建立三维有限元模型,经试验数据对比验证后,用该模型探究拼装方式对管片收敛变形的影响规律,发现在试验前后环拼装方式下,封顶块位于底部时横向收敛变形较小;环间错缝效应越强,收敛变形越小。     

高速铁路水下盾构隧道管片内力分布规律研究

以在建的广深港高速铁路狮子洋隧道为背景,采用自行开发的"多功能盾构隧道结构体试验系统"装置,对大断面宽幅管片衬砌结构在通缝及错缝拼装方式下环向内力的分布规律进行原型试验实测与分析,并对正弯区和负弯区目标管片表面应力的分布进行测试,同时采用数值计算进行对比分析。研究结果表明:通缝拼装管片结构内力沿幅宽的变化很小,而错缝拼装管片结构在不同荷载条件下,内力沿幅宽的分布有所差异,水压越大其差异越小;管片手孔密集区往往会出现应力集中,同等条件下正弯区表面应力状态比负弯区更为不利;管片厚度方向表面应力分布呈显著的非线性变化,高水压使其非线性变化加剧。     

盾构管片预埋槽道受力性能分析

盾构管片预埋槽道技术近年来逐渐在轨道交通工程中得到应用,但对于区间内管线及设备如接触网、疏散平台等具体安装方式及槽道螺栓的受力性能鲜有报道,尤其随着大直径管片(直径6 m及以上)应用的增多,高净空下接触网的安装方式一直是争论的焦点。提出预埋槽道T形螺栓固定点的最大单点工作荷载为8 kN,对接触网、疏散平台等盾构区间内管线与设备的安装方式及受力特点逐一进行探讨,重点研究高净空下接触网的安装难题;然后在现场拼装完成的管片上对槽道及T形螺栓进行拉拔、剪切试验。经分析,接触网螺栓受力最大,但满足工作荷载限值要求;通过试验验证了在接触网专业要求的3倍工作荷载条件下,槽道不变形、管片不开裂,在实践层面上进一步证明T形螺栓工作荷载及管线与设备的安装方式的合理性。     

基于三维点云的盾构管片拼装质量偏差评价方法

盾构机在掘进过程中,由于盾构姿态控制不当等因素,管片拼装时常发生错台值、椭圆度失准等工程质量问题,这些施工质量问题往往会对隧道的稳定性及安全性造成影响,为保证盾构隧道的安全施工与健康服役,在施工过程中对盾构管片拼装质量进行动态评估尤为重要。针对传统盾构管片拼装检测效率低,精度有限及检测数据全面性差等问题,应用三维激光扫描技术采集盾构管片拼装成型后的点云数据,通过长短轴法和改进的按斜率分割法分别对盾构管片的椭圆度和错台值进行测算;同时提出环段数据拟合提取隧道中轴线及中心点的方法,实现盾构管片拼装质量高精度、高效率、自动化检测。结合实际盾构隧道工程案例分析,验证基于三维点云的盾构管片拼装质量偏差检测方法的可行性。     

武汉地铁4号线盾构始发端设计与施工技术

盾构始发是盾构隧道施工中的关键风险点。结合武汉地铁4号线区间竖井处的盾构始发工程,研究了其加固范围、加固技术参数、洞门破除和密封的方法以及负环管片拼装的技术要点等。研究表明：对于类似武汉地铁4号线软土加粉土、粉砂的地层,土体的横向加固尺寸只要能够满足工艺构造要求即可,较适宜采用三轴深层搅拌桩＋高压旋喷桩的加固方式,洞门密封的时机以及负环管片的稳定对盾构的安全始发都极其重要。     

Research on the law and controlled limit value of transverse deformation for shield tunnel in soft clayEI北大核心

Research purposes: The transverse deformation of shield tunnel may deeply threaten the safety of tunnel structure. Excessive deformation may lead segment joints to open and leak and segments to craze. The deformation may even cause insufficient cross-section limit and the missing of structural-load-carrying capacity of the tunnel. On the other hand, it costs a lot to repair and reinforce the shield tunnel. In order to determine the proper moment to repair segments and ensure the safety of tunnel structure as well as economical efficiency, it is necessary to study the deformation law and limit value of the transverse section of the tunnel. Research conclusions: Based on the analysis of the influencing factors to causing the transverse deformation, the following conclusions was proposed: (1) The root of transverst deformation is increase of vertical and horizontal load ratio. (2)The shield tunnel properties of Nanjing Metro Line 2 was adapted to analyze the relationship between the variation of tunnel horizontal diameter andmaximum rate of joint opening, tress rate of both bolt and concrete using numerical simulation, furthermore the controlled limit value of transverse deformationwas got, the bolt tress achieve maximal strength when the variation of tunnel horizontal diameter reach 123 mm for sequential segment seams, and 127 mm for staggeredsegment seams, which means severely threaten to the safety of shield tunnel. Finally the precontrol and governance methodswere delivered to different influencing factors. (3)The research results can provide references to determine the controlling methods and restoration moment of the transverse deformation.     

南京长江隧道泥浆处理技术分析

介绍了南京长江隧道泥水平衡盾构施工中泥浆处理的工艺流程,系统阐述了泥浆处理的数量、粘度、密度和含砂率等技术要求,泥浆处理的预筛分、一级分离、二级分离的多级分离原理,泥浆处理设备的泥浆处理数量、筛分能力、泥浆循环的流速、渣料的含水量及制新浆的能力,分析了泥浆处理设备的各种性能指标,全面列举了加强值班巡视、配备设备时考虑了一定的富余系数、不同地层时的分级分离设备的选用、补充新浆能力、液位自动平衡装置、泥浆防溢装置等保证泥浆处理正常运转的保障措施,进而总结出泥浆正常处理对保证盾构施工进度、成本及提高经济效益的作用。     

圆形盾构管片拼装质量激光扫描自动检测研究

管片拼装是盾构施工过程中的关键一环。由于盾构姿态控制不当及其他因素,管片拼装错台、椭圆度失准等工程质量问题时有发生,而传统的人工抽检方法效率较低且检测范围有限,使得这些质量问题往往成为隧道结构体投入使用后的安全隐患。针对圆形盾构管片的拼装质量,采用三维激光扫描的方法,自主开发一系列包括坐标变换、非关键点剔除、边线提取、环中心拟合、径向错台计算、环向错台计算、椭圆度计算等的圆形管片点云处理算法,实现拼装管片错台和椭圆度的自动、即时、全面、精确检测。结合实际工程案例进行分析,验证圆形盾构管片拼装质量激光扫描自动检测方法的可行性。     

盾构始发负环管片和反力架拆除时机的影响因素分析

采用FLAC3D软件,分别对北京地铁大兴线01标盾构始发工程和一般地铁盾构始发工程进行模拟,分析负环管片水平位移与拼装管片环数之间的关系,研究负环管片和反力架的拆除时机及其影响因素.结果表明:随着拼装管片环数的增加,负环管片水平位移的增加经历了初始增长、快速增长、缓慢增长和稳定4个阶段.在负环管片水平位移进入第4阶段时,负环管片和反力架不再承担盾构推力,此时是拆除负环管片和反力架的最佳时机;摩擦系数、隧道埋深和管片外径3个因素对负环管片水平位移的影响显著;随着摩擦系数、隧道埋深的增加,水平位移均逐渐减小,且影响程度逐渐减弱;随着管片外径的增加,水平位移逐渐减少,但影响程度逐渐增强.     

地铁区间新型人防设备设计要点

经济合理地实现城市轨道交通设计中的人防功能是地铁设计的一个重要问题。为解决地铁区间刚性接触网不断开条件下的人防设防问题,设计出新型区间单扇防护密闭隔断门。新型设备同时有效地解决了线路曲线段、大坡段及大盾构区间施工段的人防设防问题。详细介绍了新型设备的机构设计原理、工作性能及既有难题的解决方案,对其与既有设备的改进处进行对比,得出了新型设备的优越性与应用范围。     

粉质黏土层大直径泥水盾构掘进地层扰动分析

针对盾构机在粉质黏土层中推进引起的地层扰动进行分析尤为重要。以新建京张高铁JZSG-1标段清华园隧道2号～1号盾构区间为例,采用现场实测与数值模拟相结合的方法,研究大直径泥水平衡盾构隧道穿越粉质黏土层引起的地层扰动,得到土体横向水平位移及地表沉降的变化规律。需对横向1.5D范围内地表及建(构)筑物进行地层加固、加强监控量测;在盾构掘进过程中,应根据沉降数据实时调整盾构掘进参数及加固方案,以期更好地控制地表沉降。针对掌子面释放系数和注浆层软化模量进行参数分析数值计算,提出地表沉降的有效控制方法,在条件允许情况下适当提早管片的拼装及适当加快注浆层的硬化速度,可有效控制地表沉降。     

盾构钢弹簧浮置板轨道结构高度不足的影响分析

受盾构结构空间狭小限制及施工误差影响,盾构中浮置板轨道结构高度不足问题在施工过程中普遍出现。为了研究此问题对浮置板受力和隔振效果的影响,本文针对目前此问题的常用处理措施,利用有限元软件建模分析这些措施对浮置板受力和隔振效果的影响。最终得出降低道床板厚度、减小隔振器纵向间距会增大浮置板1阶固有频率、降低浮置板的低频隔振效率,尤其道床板厚度的降低对浮置板隔振效果影响较大;隔振器纵横向间距减小会减小道床板内的拉、压应力,隔振器刚度增大会增大道床板内的应力。除此之外,目前的常用处理措施也会影响道床基底排水、浮置板施工及后期养护维修。     

土压平衡盾构到达钢套筒辅助施工接收技术

针对南京地铁3号线TA08标浮大区间土压平衡盾构法隧道施工遇到的特殊工程地质条件,采用土压平衡盾构到达钢套筒辅助工艺解决了施工难题。该技术不仅有效避免盾构到达接收过程中涌水、涌砂等风险,确保出洞安全,而且,钢套筒盾构接收方法的成功使用,提高了盾构到达接收洞门的密封质量及管片的拼装质量。