新型装配式衬砌在矿山法施工铁路隧道中的应用研究

为解决矿山法施工铁路隧道二次衬砌拱顶易出现的空洞、厚度不足、裂缝、掉块等病害，以重庆铁路枢纽东环线胡家沟隧道为依托，采用拱部预制衬砌替换现浇衬砌的方法，研究拱部衬砌预制工艺、高精度悬臂侧墙施工工艺、拱部预制衬砌运输及拼装施工工艺和拼装配套设备，并阐述装配式衬砌在施工中需重点解决的技术难题及对策，如采用高精度衬砌模板台车解决接头直线度的问题、采用全环通长定位筋解决悬臂侧墙钢筋骨架稳固的问题等，形成一套完整的新型装配式衬砌拼装技术。经现场应用表明： 1）采用“拱部预制衬砌+侧墙现浇”的装配式衬砌施工技术是可行的，可以有效解决矿山法施工隧道拱部质量缺陷问题，提高拱部衬砌质量； 2）新型装配式衬砌采用“L”型榫接头及大球形接头，大球形接头较“L”型榫接头更易控制施工质量，更易于拼装； 3）通过采用拱部预制衬砌高精度定制钢模、高精度悬臂模板台车、悬臂侧墙在混凝土浇筑过程中进行二次精调等关键技术，保证了接头施工精度，满足了拼装要求； 4）通过分析衬砌结构受力变形监测数据，得出隧道衬砌结构内力的受力变形规律； 5）新型装配式衬砌施工技术机械化程度高，施工过程中结构稳定可靠，安全性较高。     

暗挖隧道装配式管片拼装技术研究

为解决目前暗挖隧道二次衬砌工序繁杂、施工进度慢、成形质量差等问题,结合盾构矿山法施工工艺及土压平衡盾构管片拼装原理,阐述暗挖隧道装配式管片拼装在施工中需重点解决的关键技术,并介绍配套的拼装设备结构组成及功能特点。     

矿山法隧道拱部装配式衬砌结构设计研究

为解决矿山法铁路隧道施工拱部常出现的衬砌背后脱空、二次衬砌厚度及强度不足等质量缺陷问题，提出矿山法隧道拱部采用装配式预制管片结构的新思路，并基于时速350 km双线铁路隧道，采用数值计算分析研究拱部装配式衬砌结构的系列设计参数。主要研究结论有： 1）提出拱部装配式衬砌环向不分块的整体预制形式，综合考虑理论计算结果、行车安全分析、机械设备运输及拼装能力、拱部衬砌承载能力等，确定拱部管片环向弦长8.6 m、纵向幅宽2 m、衬砌厚度50 cm的结构尺寸及配筋设计参数； 2）提出拱部预制管片之间环缝采用螺栓连接、拱部预制管片与现浇边墙采用“L”型榫接头的接头形式及其设计参数； 3）为保证拱部管片的顺利安装，“L”型榫接头应考虑一定的施工误差，同时拱部预制管片与初期支护间应预留安装空间，后期通过管片背后纵向注浆填充密实。隧道拱部装配式衬砌技术成功应用于重庆胡家沟隧道，总体实施效果较好。     

隧道二次衬砌拱部预制管片顶升机构设计与应用

为满足隧道二次衬砌拱部预制管片的安装要求，将预制管片安全便捷地转移至管片拼装小车，基于现场边界条件及施工方案，结合优化设计理念，设计一种专用顶升机构。对顶升机构的结构方案、升降油缸选型进行详细阐述，并分析验证顶升机构升降油缸的稳定性。借助力学方法分析确定顶升机构的最佳安装位置，同时采用有限元方法对边墙衬砌台车门架系统进行强度校核。目前，该顶升机构已在重庆铁路枢纽东环线胡家沟隧道工程得到施工应用，共计辅助完成11组预制管片的拼装作业。理论分析及现场应用表明： 1）该顶升机构设计合理，强度及稳定性满足现场施工要求； 2）顶升机构投入使用期间，未出现故障，保障了拱部预制管片拼装作业的顺利进行。     

地铁矿山法隧道装配式二次衬砌配套拼装需求条件研究

为解决矿山法隧道内预制二次衬砌拼装面临的空间有限、运输不便、定位困难、隧道自身结构、现浇与拼装接口组合、下井转运、工艺技术等问题,通过采用数值分析、盾构工程类比等方法,结合拼装机工法工艺流程,根据地铁矿山法隧道装配式衬砌环结构条件,研究撑靴式和机械手式拼装机2套设备及其技术需求条件,实现隧道初期支护轮廓内的衬砌片机械化拼装。主要结论如下:1)撑靴式拼装机能够提供衬砌片的持续压紧,而设备撑靴需要作用于初期支护结构上,要求初期支护结构承载力不得低于150k Pa;2)机械手式拼装机需要借助衬砌环间螺栓实现衬砌片的纵向压紧,对于300mm厚的衬砌片,在螺栓轴力达到25k N时,衬砌片环间可达到防水要求;3)独立设置的拼装机吊装竖井净空尺寸一般可取4.6m×6.7m;4)对于地铁暗挖区间的非标准断面,需采用现浇方法先行施作,以保证拼装与现浇结构衔接,同时保证拼装机可顺利通过;5)可借助提前施作定位导台的方式,实现拼装环的精准定位。     

地铁区间盾构隧道管片衬砌设计分块的探讨

针对目前我国地铁区间盾构单线隧道（外径为6.0m左右,采用钢筋混凝土平板型管片衬砌）,就一环管片的分块数进行了研究。设计了三种不同分块形式的管片衬砌,采用梁-弹簧模型对不同拼装方式下的管片衬砌结构进行了力学分析,得出了综合考虑设计、施工和造价等各因素时,宜将一环管片衬砌分成6块,这一成果将对工程设计提供有价值的参考。     

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。     

我国轨道采用“新型地铁盾构隧道管片拼装连接”技术

<正>2019年8月6日,上海轨道交通18号线沈梅路站至工作井区间入场线贯通,标志着我国轨道交通建设领域正式采用"新型地铁盾构隧道管片拼装连接"技术。在城市轨道交通建设中,隧道管片拼装环节对工程质量及后续运营影响重大。目前,我国轨道交通盾构隧道施工普遍采用螺栓拼装方式,密闭性、牢固性均有待提高。为提升工程质量,上海申通地铁集团2017年携手中铁一局、上海市隧道工程轨道交通设计院、同济大学等,共同研发"新型地铁盾构隧道管片拼装连接"技术     

地铁盾构隧道穿越桩基综合处理技术

为研究地铁隧道采用矿山法开挖初期支护+盾构空推拼装管片施工遇桥桩侵入隧道的综合处理技术,以深圳地铁9号线一区间隧道为研究实例,采用理论计算与工程类比相结合方式进行设计,在施工过程中加强施工现场监控量测,并指导施工。先确立处理原则、处理思路和处理范围,再制定洞外支顶、洞内托换的处理方案,最终实施洞外钢管撑支顶、洞内拱顶预注浆加固、初期支护加强、截桩、二次衬砌永久支撑桩基、三次衬砌拼装加强管片补强相结合的综合处理技术。实践证明,采用该综合技术,顺利穿越了桩基,保证了隧道及桥梁结构的安全,对洞内洞外周边的环境影响很小。     

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。     

模架一体化新型衬砌台车设计及应用技术研究

为解决传统的混凝土衬砌施工时边墙振捣安全性及其他工序车辆通行受阻等问题,以丽江至香格里拉铁路站前工程LXZQ-2标中义隧道工程为依托,通过对隧道混凝土衬砌施工工艺和台车结构进行系统分析和研究,确定单线铁路隧道模架一体化新型衬砌台车的设计方案和参数。该台车具有模架一体化技术以及新型便捷式振捣技术,并在中义隧道进行现场应用。结果表明： 1）该台车内部净空增大,装载机以及出碴车能够轻松通过台车底部,杜绝了磕碰等隐患; 2）关、拆模较旧台车提前2 h左右; 3）采用质量轻、42 V低电压新型振捣棒,安全性更高,同时借助于弹力卷筒、导向装置的作用可以大大降低工人振捣时的劳动强度。     

南宁半成岩地层明暗挖地铁车站关键技术及数值分析

为解决半成岩地层明暗挖地铁车站施工中存在的问题,结合南宁地铁3 号线青秀山站,采用数值模拟分析与现场监测相结合的方法,对半成岩地层明暗挖结合地铁车站修建过程中遇到的关键问题进行分析,并提出解决问题的具体方法。研究结果表明:1)在富水半成岩地层中修建隧道可采用群井降水的方法对地层进行加固,降水后围岩黏聚力大幅度增大,有利于隧道开挖; 2)站台层隧道群开挖时应合理安排施工工序,横通道在距离正线隧道开挖面大于1 倍隧道洞径后方可开挖,斜扶梯通道宜在横通道二次衬砌完成后开挖; 3)群洞隧道三岔口部位应根据工程条件予以加强设计,尤其是在隧道纵向上; 4)在一定条件下,明挖站厅层在站台层暗挖隧道群之前施工是可行的。     

深圳地铁并行叠落隧道施工相互影响的数值模拟分析

以深圳地铁9号线银湖站西端五线叠落隧道为例,采用有限元数值模拟分析了不同情况下6号线与9号线叠落施工的相互影响,研究表明:施作二次衬砌后的矿山法隧道在9号线施工影响下拱顶及底板的变形小于未施作二次衬砌的情况;在二次衬砌强度达到60%后即可进行上跨隧道的施工;在6号线与9号线隧道施工符合要求的情况下,由于相互影响而产生的变形在允许范围内,证明盾构法、矿山法叠落隧道施工的可行性。总结了叠落隧道施工的关键技术,指出同期完成深圳地铁9号线与6号线的叠落隧道建设大大减少了后期6号线建设的施工风险。     

漫谈矿山法隧道技术第五讲——衬砌（一）

从使用性、应对未来不确定因素和特殊围岩时补充支护的力学功能等方面分析二次衬砌的功能,说明二次衬砌是确保隧道使用性、耐久性、降低不确定因素影响及具有力学功能的不可或缺的构件。分析衬砌的耐久性： 目前各国对衬砌的计划使用期限的规定一般是100年;调查显示,混凝土衬砌经过修补或采用“预防维护”体制,可以满足100年的耐久性要求,但运营隧道的衬砌有随时间逐渐劣化的趋势。隧道结构劣化的原因除了施工质量未达到设计要求外,主要是围岩劣化和衬砌本身劣化。结合日本的试验分析认为： 在耐久性设计中,可以不考虑围岩劣化的问题。混凝土衬砌的耐久性,多数情况下取决于混凝土的施工工艺。调查发现目前衬砌存在的主要问题有： 1）衬砌混凝土不密实; 2）衬砌背后留有空洞; 3）衬砌厚度不均匀,拱顶厚度偏薄且留有空隙; 4）衬砌混凝土存在潜在的裂缝。总结各国在提高隧道二次衬砌耐久性方面的主要措施： 1）尽可能不采用钢筋混凝土衬砌; 2）采用钢筋混凝土时,保护层厚度应不小于50 mm; 3）采用喷混凝土作为二次衬砌时,除计算厚度外,应增加50 mm的保护层厚度; 4）二次衬砌应设置仰拱; 5）仰拱和拱墙须“闭合成环”; 6）改善混凝土施工工艺; 7）减少混凝土衬砌的初始缺陷。认为在现有技术的基础上做好6）、7）两点,衬砌的耐久性将得到极大的改善。针对6）、7）两点,介绍日本在衬砌施工关键工艺--浇筑、捣固和养生方面的做法： 拱顶部水平压入浇筑工法、隧道衬砌拱顶捣固系统、喷雾养生和采用塑料模板,以期为我国同仁提供借鉴。     

矿山法扩挖盾构隧道修建大断面隧道施工技术

郑州市地铁2号线左线隧道与1、2号线联络线隧道交叉段合建,为解决其周边环境复杂及施工工期紧张的问题,在部分合建段采用矿山法扩挖盾构隧道修建大断面区间隧道的技术,即小直径盾构先通过扩挖段,并使用全环特殊钢管片拼装隧道,然后结合矿山法,采用中立柱+临时仰拱的台阶法施工工序,反向扩挖盾构隧道,最终形成大断面区间隧道。工程实践表明,采用该技术节约3个月工期,并将地面沉降控制在25.1 mm以内,取得了较好的应用效果,可为类似工程提供参考。     

漫谈矿山法隧道技术第十三讲——隧道施工精细化管理

为确保隧道安全,高质量、快速地施工,必须提高现行的施工管理水平,进行精细化的管理。精细化管理包括隧道设计、施工、运营全过程的管理,但重点是施工管理。隧道施工管理的内容基本上可归纳为安全（风险）管理、技术（作业、质量）管理及环境管理3类。本讲着重分析目前我国精细化隧道施工管理中安全（风险）、技术（作业、质量）管理存在的问题,并提出解决途径。1）指出安全管理实质是风险管理,我国在风险管理方面,制定和颁布了有关风险管理的指南、规定等,但在执行和落实中还存在一些问题。风险管理的目的是要把不可接受的风险变成可接受的风险,认为能否实现这一点,决定于精细化管理和技术水平。指出风险预测是风险管理的前提,强调风险管理的主要手段是进行掌子面前方地质预测、掌子面观察和洞内外变形量测,收集可靠情报,有效管理。2）指出技术管理的重点是对开挖、支护、衬砌的技术管理。目前我国的隧道施工技术管理普遍不到位,管理粗放。其中开挖管理重点应放在对掌子面前方、掌子面、掌子面后方拱脚部位等围岩的管理;支护管理的最终目的是把可能发生的位移值控制在容许范围内;衬砌施工管理的重点是衬砌及仰拱的连接,衬砌的施作时机,潜在的初期缺陷的控制。3)以混凝土衬砌初期缺陷控制为例,列出日本管理的细目表以及衬砌施工核查卡,说明只要管理到位,技术才能到位,质量也才会得到保证。4）最后强调“精细化管理”的目的就是要求“技术精细到位”。不管技术多么好,做不到位,一切免谈。对隧道这样的隐蔽工程,这一点尤为重要。在这方面管理层要下大力气,不可等闲视之。     

硬岩中塔柱式车站合理埋深及结构净距研究

我国地铁在北京、上海以及广州等地以砂土松散地层为主,地铁车站暗挖施工主要采用复合式衬砌结构型式。对于在中-微风化硬岩中修建地铁车站,如何充分利用围岩本身条件,因地制宜十分必要。在不同围岩条件下,对不同埋深、结构净距车站选择合适的支护结构（如锚喷支护）型式,不仅可节约成本,还可节省工期。结合青岛地铁3号线硬岩特点,采用有限差分数值软件,研究在不同埋深以及不同结构净距条件下,地铁车站开挖过程中围岩状态以及塑性区分布规律,结合三维数值模型进行节点检验,提出硬岩中地铁塔柱式车站采用不同支护结构型式的合理埋深和结构净距建议值。     

新型智能衬砌台车施工自动控制系统研究与应用

为减少隧道二次衬砌空洞、裂缝、掉块等病害，解决普通衬砌台车在隧道衬砌施工中存在的搭接部位易损坏、浇筑量状况不能有效监控、拱顶不能有效振捣等问题，结合新型智能衬砌台车功能设计方案和传统施工工艺，基于引进信息化、智能化设计理念，研发出一套集成台车浇筑状况、台车布料系统、振捣系统、顶部压力监测、搭接监测系统、液压系统、侧部压力监测、行走控制系统、衬砌数据报表等功能的新型智能台车施工自动控制系统，并应用在张吉怀铁路1标吉首隧道。结果表明： 该系统可实现衬砌施工自动化、信息化和智能化，极大提高衬砌施工自动化水平，降低工人劳动强度，有效减少衬砌背后空洞，提高衬砌施工质量。