衬砌刚度对盾构隧道抗震性能的影响分析

研究目的:提高盾构隧道的抗震性能是保证隧道安全运营、保证人民生命及财产安全的必然要求。盾构隧道抗震减震措施主要有改变衬砌一定范围内围岩的性能和改变结构本身的性能。改变衬砌结构本身性能方面有多种方式,如增加衬砌厚度,改变管片环向或纵向接头方式、改变衬砌刚度等。本文通过数值分析比较不同的衬砌刚度对盾构隧道抗震减震性能的影响,为盾构隧道抗震设计提供参考。研究结论:根据不同衬砌刚度盾构隧道的受力分析,得出单纯提高管片的刚度并不能提高盾构隧道的抗震性能,反而增加衬砌管片的受力。随着隧道衬砌刚度的增加,衬砌结构的位移减少量不足2 mm,因此增加衬砌刚度对约束盾构隧道在地震作用下的变形并不明显。     

隧道衬砌结构地震响应的三维数值分析

运用Ansys软件对盾构隧道在不同地质条件下的水平、竖向耦合地震的响应进行三维数值模拟，分析隧道衬砌结构的不同部位上应力和位移的分布状况，探明了盾构隧道在地震作用下衬砌结构的动力响应规律，找出了衬砌衬砌结构的受力最薄弱部位，研究可对盾构隧道的抗震设计提供理论参考。     

隧道施工中的挤压混凝土衬砌法

系统介绍挤压混凝土衬砌法即ECL工法的原理特点以及它的基本施工方法,分析该工法的核心技术--衬砌技术的要点;并对ECL工法和一般的管片盾构工法在工作原理、衬砌技术设计、盾构机械以及技术经济等方面作了详尽的比较,认为ECL工法具有一般管片法盾构所无法比拟的优点,具有较高的推广价值.     

盾构隧道中使用的拼装式砌块衬砌

1 隧道盾构施工应用的砌块衬砌 混凝土砌块是盾构施工的圆形隧道最常用的衬砌形式，其制造简便、易于运输和拼装。混凝土砌块衬砌（图1）内径从1．52m到10m，衬砌内表面光滑。     

弱抗力地层盾构隧道失稳破坏的模型试验研究

以外径10.8m的大断面盾构隧道为研究对象,针对标准贯入度N≤5的软弱黏土地层条件,进行盾构隧道管片衬砌结构的失稳破坏模型试验,分析拼装方式、接头抗弯刚度、管片刚度、地层空洞及地层改良对盾构隧道稳定性的影响,探明盾构隧道的失稳破坏形态。结果表明,与增强管片结构刚度措施相比,地层改良更能显著提高盾构隧道的稳定承载力;地层空洞的存在加剧了管片衬砌的失稳,空洞位置越靠近隧道拱腰水平位置,盾构隧道的稳定性越差;从提高盾构隧道的稳定性方面考虑,建议采用错缝拼装方式、刚性管片接头,并避免管片缺陷的产生。盾构隧道失稳是管片衬砌结构强度破坏与整体刚度降低耦合发展的结果。在无管片缺陷、无地层空洞情况下,盾构隧道失稳时的管片衬砌最大单点位移80~140mm,椭圆扁平率2%~5%,可为外径10m级盾构隧道失稳判定提供参考。     

二衬厚度对盾构隧道双层衬砌纵向力学性能的影响

盾构隧道作为一种复杂的三维线性地下结构,容易受围岩特性不均等因素影响产生不均匀变形,引发结构局部破坏等病害。为研究双层衬砌盾构隧道在运营过程中的纵向力学行为,结合武汉地铁8号线越江隧道工程,建立纵向三维壳-弹簧力学分析模型,结合工程实际探讨二次衬砌厚度对盾构隧道双层衬砌力学性能的影响,以期获取合理的二次衬砌厚度取值。研究结果表明:(1)盾构隧道双层衬砌结构的纵向等效弯曲刚度随二次衬砌厚度增加呈线性增加;(2)施作二次衬砌可降低隧道纵向不均匀沉降量及管片间的错台量,二者随二次衬砌厚度增加而减小,但幅度不大;(3)在隧道纵向出现极端不均匀变形条件下,施作二次衬砌会导致位移突变点附近部位的管片局部内力及环缝张开量增大;(4)综合分析盾构隧道管片衬砌变形及受力,同时考虑工程造价和二衬是否设置配筋等因素,对于直径12 m级盾构隧道,其二次衬砌厚度建议取20~35 cm。     

越江盾构隧道的防渗止水设计研究

分析越江盾构隧道管片衬砌的渗漏水机理,总结国内外盾构隧道管片衬砌防水的技术方法,包括管片接缝防水、管片自防水、管片二次衬砌防水。重点介绍管片接缝止水的功能要求、材料种类及断面形式设计方法。并结合杭州庆春路越江隧道工程提出了防渗止水的具体措施。     

岩溶区段复杂地层盾构施工衬砌变形机理研究

研究目的:地铁盾构施工过程中衬砌变形受到诸多因素影响,有必要基于数值模拟计算与施工监测数据进行机理分析。本文基于某典型地铁区段工程,对岩溶地质、复杂地层条件下的衬砌变形机理进行研究。研究结论:(1)本文对某岩溶地质复杂地层盾构施工的衬砌结构变形机理进行了分析,累计变形幅值拱底相对拱顶较大,二者整体分布在(-2.5,2.0]mm的幅值区间,皆小于变形累计变形警戒值3.0 mm,本工程类似的岩溶地层中盾构施工衬砌变形较小;(2)岩溶地层盾构施工衬砌日变形幅值拱顶一般小于拱底,拱顶日变形大于0.7 mm的概率为3.9%,拱底日变形大于1.0 mm的概率为5.8%,二者的日变形警戒值建议取1.0 mm、2.0 mm;(3)地铁盾构施工衬砌6 m以外的周边已有构筑物,对衬砌结构的变形影响不显著;周边薄弱地层对衬砌结构变形影响显著;(4)本研究成果可为岩溶区间复杂地层地铁盾构施工衬砌结构的变形机理研究提供一定的理论参考及工程依据。     

地铁列车振动荷载对下叠并行新建城际铁路盾构隧道的动力响应分析

以新建佛莞城际铁路盾构隧道与广州地铁3号线明挖段矩形隧道交叠并行工程为依托,研究地铁列车通过明挖隧道时产生的振动荷载对下部新建盾构隧道衬砌结构的动力响应,并对不同列车振动荷载下新建盾构隧道衬砌结构的动应力进行了分析.使用激振力函数法模拟地铁列车振动荷载,选取下部新建盾构隧道典型监测断面的监测点来研究在地铁列车振动荷载作用下衬砌结构的振动加速度、应力和竖向位移响应特性.结果 表明:轨道结构质量越差,列车运行速度越快,车体质量越大,列车振动荷载的幅值也相应增大;在地铁列车振动荷载作用下新建盾构隧道衬砌结构存在着明显的动力影响区;新建盾构隧道衬砌管片竖向位移曲线呈"W"形,且拱顶处的竖向位移幅值最大;随着地铁列车运行速度加快,新建盾构隧道的竖向沉降亦随之增大,地铁列车运行速度每增加30 km/h,隧道衬砌结构的竖向沉降平均增加2.66％.     

单线铁路大直径盾构隧道内衬同步施工技术

针对大直径盾构隧道掘衬同步施工技术所涉及的新型衬砌台车结构设计难度大、性能要求高以及区域施工组织、水平运输和安全管理要求高等问题，通过：（1）创新发明仰拱超长衬砌台车及配套浮放道岔，解决了盾构隧道二衬仰拱施工和水平运输相互干扰的难题；（2）通过借鉴敞开式TBM法隧道掘衬同步施工工法，创新提出了盾构隧道掘进与二衬结构同步施工工艺和工法。盾构隧道掘衬同步施工节约工期、成本，可为同类复合衬砌隧道修建提供参考。     

南京地铁盾构掘进施工的三维有限元仿真分析

论文依托南京地铁区间盾构隧道工程,建立了模拟盾构机(包括刚度、自重、推力)前行掘进隧道的三维有限元力学模型,在此基础上,研究了随盾构顶进引起的地表沉隆变形以及隧道围岩、管片变形,研究结果为南京地铁区间盾构隧道工程的施工及监控量测提供了参考。     

盾构切割素混凝土过暗挖隧道下穿既有线施工技术

通过工程实践介绍了成都地铁4号线土压平衡盾构机切割二衬素混凝土过暗挖隧道下穿既有运营线的施工技术,明确了该技术的适用范围,详细介绍了过暗挖隧道的开挖及二衬施工、端头加固、盾构掘进、注浆的施工技术,保证了既有运营线路的安全,对今后盾构过暗挖隧道穿越既有线施工具有很好的参考和应用价值。暗挖隧道的结构形式不同于以往的盾构空推过暗挖隧道的结构形式,值得借鉴。     

复合地层盾构姿态纠偏与隧道成型质量控制

盾构法施工时盾构机的姿态控制是确保盾构法隧道成型质量的关键。盾构机在均一地层地质中掘进时盾构掘进控制较为容易,但在上软下硬的复合地层中掘进时容易出现刀具偏磨、地面沉降不易控制、盾构姿态纠偏困难等问题。本文依托盾构机在典型的上软下硬复合地层中遇到姿态出现向下纠偏困难的情况为背景,通过对地层地质、盾体姿态、盾构掘进参数及隧道管片成型姿态等数据进行综合分析,采取多种纠偏措施以及质量控制措施,使得盾构机姿态得以顺利完成纠偏且隧道质量得到良好控制的效果。此案例可为类似地下工程施工提供借鉴经验。     

滨海孤石地层盾构掘进的稳定性数值分析

孤石是风化岩残留体硬度高强度大,地层存在孤石是阻碍盾构施工的危害之一。依托厦门城轨交通4号线彭厝北站~蔡厝站区间,针对滨海孤石地层盾构掘进的稳定性进行离散元数值分析,分别研究孤石与隧道距离、隧道埋深、孤石位置及盾尾空隙对地层稳定性的影响。研究结果表明:随着孤石与隧道距离增大,地层扰动范围、拱顶衬砌压力变化及地表沉降都有减小的趋势;随着隧道埋深的增大,地层扰动范围及地表沉降都呈减小趋势,衬砌土压力整体上呈现增大趋势;随着孤石位置逐步远离隧道顶部,地层扰动范围及地表沉降都呈减小趋势,孤石位于拱肩、拱脚、仰拱底时衬砌压力产生突变;随着盾尾空隙增大地层扰动程度及地表沉降也增大,衬砌拱顶土压力呈增大趋势。     

北京铁路直径线盾构选型

盾构选型是盾构法施工的关键环节。选择盾构机应在深入研究分析工程地质、施工和环境条件的基础上,参考国内外已有的类似工程经验,特别是同一地区或类似盾构工程的经验,并通过与多个国外盾构机设计制造专业厂家的深入交流和反复论证,遵循安全、可靠、适用、经济、先进、环保的原则来选型。以北京铁路地下直径线为例,通过工程地质分析、地层对盾构的选型影响分析以及不同类型盾构的风险评估等方面进行盾构选型分析,可供类似工程作参考。     

盾构施工监测预警系统研究与实践

盾构工法已经成为我国城市地铁隧道和部分铁路隧道的主要施工方法,GIS+BIM技术的应用使得盾构机的工作过程以及施工隧道现场状态更加形象直观。目前,盾构机远程监控管理系统正在向着管理信息数字化、机器参数图像化、决策系统智能化的方向飞速发展,已经成为保障盾构施工顺利进行的有效工具之一。盾构施工监测预警系统是一种基于物联网和互联网远程数据传输功能的数字化系统,可实时监控盾构机掘进状态。此外,可利用3D GIS+BIM技术模拟盾构施工的地层条件和现场环境,同时与施工过程中的盾构机全站仪系统数据相链接,形成一套动态的4D施工可视化信息管理系统。该系统可实现盾构虚拟隧道及场景的漫游,沿线建构筑物位置信息提醒,盾构机位置偏差预警、报警及盾构推进状态的可追溯功能,可以为地铁隧道施工项目提供科学、有效的管理手段。盾构掘进参数的总结与分析对后续工点及线路施工的安全风险管控具有较高的参考价值。     

富水砂卵石地层双层衬砌类圆形断面矿山法地铁隧道适应性研究

针对富水砂卵石地层条件下矿山法隧道下穿既有地铁盾构隧道,首先从工期要求与既有工程经验方面进行总体方案设计,明确矿山法隧道近距离下穿既有隧道的优势;随后基于规范要求与富水砂卵石地层特性,提出施工变形控制标准;最后对初期支护+双层衬砌结构型式下的沉降变形、结构内力等进行深入分析,并与常规初期支护+二衬结构型式进行对比分析,明确双层衬砌结构型式的优势。研究结果表明:类圆形断面在减小隧道开挖轮廓与改善结构受力性能等方面具有明显优势,同时本工程双层衬砌构造型式,围岩荷载主要由二次衬砌承担,永久结构(三次衬砌)承担的荷载较小,永久结构在承载力与稳定性,尤其是安全储备方面具有明显的优势。     

南昌轨道交通1号线过江隧道盾构施工方案比选

盾构的性能及其与地质条件、工程条件的适应性是盾构隧道施工成败的关键,因此采用盾构法施工就必须选择最佳的盾构施工参数和最适宜的盾构。结合工程特点,对2种盾构机的优劣和适应性进行了综合分析和比较,并提出推荐建议。     

苏州轨道交通1号线隧道设计施工方案的分析研究

介绍了苏州1号线的沿线地质情况和盾构隧道设计施工方案.对苏州盾构隧道设计、地质参数选用、盾构机选型、建筑物和管线施工保护措施、防水设计和施工组织等作了简要介绍并提出了一些看法和建议,可供类似工程设计施工时参考.     

泥水盾构超长距离掘进的盾尾选型技术

以广深港客运专线狮子洋隧道为例，从盾尾结构和油脂选择，详细论述了盾尾选型技术，为同类工程提供了可借鉴之依据。