新技术新工艺

<正>港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道管幕工程顺利完成5月28日,随着最后一根顶管缓缓顶出,由36根钢管组成的曲线顶管管幕成功下穿我国第一大口岸──拱北口岸,标志着港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道,暗挖段曲线顶管管幕核心技术取得了重大突破,该项施工技术填补了我国建筑领域的空白。拱北隧道是港珠澳大桥珠海连接线的关键控制性工程,是目前国内外公认的极具挑战性的隧道工程之一。为有效解决拱北隧道暗挖段施工技术难题,交通运输部设立科研项目"港珠     

大直径曲线管幕顶进过程中地层变形控制及监测

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道暗挖段下穿珠海拱北口岸,采用"曲线管幕+冻结"作为开挖预支护。由于隧道地理位置敏感、地质条件复杂、施工方法特殊,对曲线管幕施工引起的地层变形控制要求极高。文章通过对管幕施工引起地层变形影响因素的分析,提出地层变形的控制措施,包括:选择合适的顶管机械和配套设备、动态控制顶进参数、洞口止水控制、始发接收止水控制、钢管挠度要求、泥浆置换等。根据现场监测数据,从地表变形、地表沉降槽和地表沉降累积效应三方面分析了大直径曲线管幕顶管引起的地层变形规律,为工程建设的安全和合理性提供实测依据,并为今后类似工程项目提供参考和借鉴。     

拱北隧道暗挖段管幕组合方案优化研究

拱北隧道口岸暗挖段管幕工程初步设计阶段推荐采用两种直径钢管的组合管幕。在施工设计阶段,结合施工单位的施工水平、现场试验管研究成果及施工经验,对管幕设计进行了优化,统一了管幕钢管直径,调整了断面布置形式,优化了管幕顶进和接收等施工组织方案。考虑流固耦合作用,文章利用有限差分方法对两种方案进行了数值模拟,分析结果表明:统一管幕钢管直径的方案在衬砌变形、内力和地表沉降等方面均优于原方案;开挖引起的孔隙水压力降低会产生土体的固结沉降,冻结区解冻后沉降更加显著。通过综合考虑,统一管幕钢管直径的方案可在不降低管幕稳定性和结构安全度的基础上,降低工程投资,减少设备投入,施工技术方面更加可行,有效降低了施工风险。     

拱北隧道明挖段变形缝防水构造优化研究

通过对现行设计规范和明挖隧道工程案例的调研,文章总结了变形缝防水做法和设置依据;在变形缝防水以"堵排结合"为原则的基础上,对于临海隧道和水下隧道,采用可排式变形缝止水带,可以增强防水效果。结合拱北隧道明挖段工程地质条件和防水要求,将可排式止水带结构运用于变形缝防水中,并在隧道内侧设计排水管道连接,以作为渗漏水的排水路径,该优化设计对工程实践有一定的指导意义。     

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道方案论证

文章介绍了港珠澳大桥珠海连接线工程中控制性工程——拱北隧道下穿口岸段隧道结构形式及施工方案论证的比选过程。根据实际工程调研及设计经验,提出了封闭管幕保护下的浅埋暗挖方案;并研究和分析了管幕工法的设计施工要点和难点,以及应采取的对策和措施。     

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道贯通

正4月10日,施工建设历时近5年的港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道工程,在先后完成超大断面曲线管幕顶管施工、超长距离水平环向冻结后,克服7大世界性难题,顺利实现隧道全线贯通。珠海连接线是港珠澳大桥的重要组成部分,其中,拱北隧道是项目的关键控制性工程,拱北隧道全长2741 m,由海中隧道和城市地下隧道组成。按照"先分离并行,再上下重叠,最后又分离并行"的形式设置。     

超长沉管隧道大型模型试验设计与应用

文章结合港珠澳大桥沉管隧道工程实例,采用局部相似装配式剪力键方案,对超长海底沉管隧道在不均匀沉降及不均匀荷载作用下的节段接头作用机理进行了研究。经材料配比与模型制作,进行了1:4.69的大型沉管节段模型试验;沉降模型试验平台经技术改造,能够满足试验过程中的模型搬运、对接、加载、复位等功能;控制试验平台底部千斤顶的差异沉降,可以模拟沉管节段接头纵向与横向的不均匀变位;采用钢筋计及压力盒对沉管结构钢筋应力、沉管结构与土体的接触压力进行测试,采用电阻应变花和光纤光栅应变花对剪力键表面及内部的应变进行测试。通过对所得试验数据的初步分析,得到了节段接头剪力键剪应力随差异沉降及剪应力沿沉管横截面的分布规律。     

世界最长跨海大桥港珠澳大桥拱北隧道破世界难题

<正>9月5日,在改革开放最前沿、毗邻澳门的国内第一大陆路口岸——珠海拱北口岸下,世界最长跨海大桥港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道暗挖段,中国铁建十八局集团应用国际领先、国内首创的大直径、长距离"曲线管幕+冻结法"施工技术,两台顶管机并驾齐驱顶进,精度偏差仅5毫米,标志着该技术又取得重大突破。     

深圳富水复合地层地铁隧道暗挖施工引起地表沉降规律的研究

城市地铁设计必须了解所处地区地铁隧道施工引起地表沉降的规律。文章依托深圳地铁5号线工程实例,在对其18个暗挖区间隧道庞大的地表沉降监测数据合理选取的基础上,采用数理统计方法对选取的超过22 000个数据进行了整理和分析,得到了各个暗挖区间地表沉降沿隧道纵向和横向的总体分布和变化规律。研究结果表明:在各暗挖区间中地表最大累计沉降的分布规律是不均匀的,最大的达到了688.7 mm,最小的仅有7.8 mm,平均为82.3 mm;而隧道横向地表沉降的范围也各不相同,最大为140.47 m,最小为28.63 m,平均为46.78 m;实测数据与现有规范允许的最大地表沉降控制标准差别较大,建议采用适于深圳富水复合地层地铁隧道暗挖施工地表沉降新的三级控制基准。     

管棚超前支护在平顶直墙隧道中的优化设计

管棚法作为浅埋暗挖隧道的一种辅助工法在防止隧道塌方、控制地层位移方面发挥着重要作用.管棚设计需要确定两个基本参数--间距、截面尺寸.而管棚的设计理论还不够成熟.文章引入土拱原理可以计算管棚的最大间距;而对于截面尺寸.提出在弹性地基梁法的基础上,考虑隧道开挖影响并结合增量法进行计算较为合理.同时认为,两个基本参数的相互影响必须综合考虑,假定管棚直径进行间距设计,应根据管棚受力分析进行校核,通过多次循环假定、计算、校核以得到较为合理的管棚设计参数.     

暗挖交叠隧道地表沉降实测分析

北京地铁6号线北海北—南锣鼓巷区间隧道工程为北京地区首例暗挖交错重叠隧道工程,区间隧道从上下平行逐级过渡为左右平行,隧道开挖方式为先开挖右线隧道(下行隧道),再开挖左线隧道(上行隧道)。文章通过对该工程18个地表沉降监测断面实测数据进行分析,得出暗挖交错重叠隧道施工引起的地表变形规律。研究结果表明:(1)随着双线隧道角度的增加、距离的减少,地层沉降重叠效应显著增加,后建的左线隧道开挖对地表沉降影响也逐渐增加;(2)左线隧道施工改变了地表沉降槽的形式,使双线隧道地表最大沉降值的位置偏离右线隧道,沉降槽宽度增加;(3)既有结构的存在阻挡了地层变形的传递,减小了地表的变形,双线隧道的减小程度比单线隧道大;(4)采用深孔注浆的方式可以有效控制地表沉降,减少施工对周边环境的影响。研究成果可为同类工程地表变形控制提供参考。     

CFG桩复合地基处理桥头跳车问题研究

为研究CFG桩复合地基处理桥头跳车问题,文章基于某城市高速公路的桥梁与软土路基过渡段的地基处理实际工程,通过ABAQUS建立数值模型进行计算,分析CFG桩桩径、桩间距、桩长和桩身弹性模量对路基加固效果的影响。结果表明:(1)当路桥过渡段为未设置CFG桩的普通软土路基时,随着荷载作用次数的增加,路基的累计沉降在不断增大,产生明显的桥头跳车现象,导致车辆行驶的平顺性较差,因此对路桥过渡段的软土路基进行地基处理,以减小其累计沉降量是非常必要的;(2)随着桩径、桩长、桩身弹性模量的不断增大,路基的累计沉降不断减小,随着桩间距的不断增大,路基的累计沉降不断增大。     

海底沉管隧道施工引起的沉降实测与计算分析

文章以浙江某海底沉管隧道施工期间的沉降监测为例,根据实测数据分析了沉降的发展规律,对单个管节沉降和多个管节不均匀沉降进行了研究;从土体压缩的角度探讨了海底沉管隧道施工期间的沉降机理,提出施工时间差异和单管节累积沉降差异是不均匀沉降发生的主要原因;同时,从施工外因的角度对注浆、回填的影响做了分析,发现注浆的差异是后续不均匀沉降发生的内因,而回填造成的基础层和土层的压缩是造成施工期间沉降的外因;采用分层总和法,反分析得到基础层的压缩模量为1.89MPa,表明基础层压缩特性较差,这是由基础层大量回淤导致的。     

四孔小间距重叠暗挖隧道施工顺序研究

多孔小间距重叠隧道施工顺序的选择及优化是影响其施工安全与进度的关键。文章基于重庆轨道交通四号线一期工程与九号线工程形成的四孔小间距重叠暗挖隧道,设定了4种不同的施工顺序,通过有限元数值模拟,研究了施工顺序对地表沉降、隧道结构内力及变形的影响。结果表明,重叠暗挖隧道的施工会导致地表发生沉降,且隧道间距越小,造成的地表沉降越大;从控制地表沉降、隧道拱顶沉降和衬砌应力的角度看,"先下后上"施工顺序要优于"先上后下"施工顺序,而后行隧道的施工顺序相对而言影响不大;本工程采用"先下后上,后行隧道先左后右"的施工顺序,地表沉降与隧道拱顶沉降值均未超过10 mm,满足规范要求,沉降数据的变化规律与有限元分析的结果是一致的。     

隧道管幕支护施工地表沉降预测方法研究

管幕顶管施工将对地层产生扰动,引起地层变形和地表沉降。目前常通过单管沉降叠加的方式进行群管施工地表沉降计算,未考虑管幕群管间相互作用。文章结合文林山隧道出口段采用螺旋出土套管顶进工艺进行管幕施工实例,基于随机介质理论和Mindlin解建立考虑地层损失和施工应力的单管顶进施工地表沉降计算方法,并引入群管施工地表沉降修正函数建立管幕群管施工地表沉降计算方法;采用提出的计算方法分析单管顶进施工和群管施工引起的地表沉降变化及分布规律,并通过FLAC3D数值模拟进行验证。结果表明:(1)管幕钢管顶进过程中地表先隆起后沉降,前方地表发生隆起,后方地表发生沉降;(2)管幕钢管顶进引起的地表变形由隧道中线向两侧逐渐衰减,影响基本在左右两侧12 m范围内;(3)后续顶进钢管引起的地表隆起小于第1根钢管,地表沉降大于第1根钢管。     

沉管隧道节段接头剪力空间分布规律研究

为研究沉管隧道节段接头剪力键剪力沿纵向与横向的空间分布规律,文章以地基差异沉降作为试验控制变量,在沉降试验平台上进行了1∶4.69的大比尺沉管节段接头模型试验。同时,在考虑剪力键橡胶垫双线性材料特性及与沉管节段之间、节段与土体之间接触效应的情况下,开展了沉管隧道节段的足尺三维数值模拟。通过模型试验结果与数值模拟结果的对比分析,表明:节段接头剪力键横向剪力分布存在不均衡性,单纯按剪力键榫与剪力键槽接触面积或平均分配接头剪力的设计方法存在一定缺陷;沉管隧道节段接头剪力沿纵向均呈开口向上的二次曲线左半部分的形态进行传递,但随着差异沉降的增大,剪力的衰减速率也在增大;纵向差异沉降时,节段接头剪力影响范围为3个节段;横向差异沉降时,节段接头剪力影响范围为4个节段。相关研究方法与成果可以为沉管隧道接头研究及剪力键设计提供参考与依据。     

复杂条件下超浅埋双层叠合大断面隧道下穿敏感建筑设计

文章结合目前国内世界级工程港珠澳大桥的拱北隧道,从设计的角度介绍了一种饱和富水软土地层超浅埋大断面双层叠合六车道隧道下穿敏感建筑的新方法——管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法。该法将作为超前支护的管幕与作为支护结构的初期支护进行合理组合连接,形成大刚度的环向及纵向整体受力体系,可有效控制隧道开挖过程及运营阶段的地表变形,大幅度降低施工风险。该法通过对管幕间的土体进行冻结的方式形成隔水帷幕,避免了由于地下水流失导致的地面变形及隧道暗挖施工期间产生涌水、突泥现象,隧道能够在水密性的地下空间进行施工。该法运用了顶管、冷冻两种在隧道建设领域运用较少的新工艺,经过与支护结构的合理组合,成功地解决了复杂地质条件及复杂环境条件下的超浅埋大断面隧道下穿敏感建筑遇到的技术难题,拓展了隧道建设新思路,建立了隧道建设新方法。     

盾构法道路隧道工程中出入口匝道的设置

用盾构暗挖法建设地下道路的工程越来越多,但其出入口匝道、尤以分合流车道拓宽段的设置却成了难题。介绍了国外已有的全暗挖施工方法,如在主线和匝道隧道间以横向弧形管幕+冻结法和沿隧道纵向的管幕法,构筑新的横向椭圆形结构来建造两者间分合流拓宽段。作者还结合工程,对局部明挖法的方案设计作了尝试——结合沿线工作井,在井内以明挖法完成不同隧道主线、匝道间的分合流拓宽段建设。通过不同工法的比较,希望能以此有助于拓宽设计思路,为盾构法道路隧道工程建设提供参考与借鉴。     

富水区隧道环向盲管间距优化分析北大核心CSCD

富水区隧道涌水遵循“以堵为主、防排结合”的处置原则,其中排水体系构建的合理性是隧道安全施工与良好运营的关键因素。首先分析隧道排水体系,揭示其工作原理,然后利用FLAC 3D有限差分软件,对鸿图特长隧道富水断层区设置的不同环向盲管间距进行三维流固耦合模拟,通过分析渗水压力、锚杆受力及涌水量,揭示塑性区体积及分布区域特征。研究结果表明:沿隧道轴向,支护结构孔隙水压力大致呈周期性分布,其周期近似等于环向盲管纵向间距;加密环向盲管,在降低支护结构受力并减小塑性区体积的同时,会增加隧道排水量;随环向盲管间距的增大,注浆加固圈塑性区首先出现在围岩好的区域,断层区出现塑性区最晚;断层区锚杆加固效果较差,可通过减小钢拱架环向间距以提高结构刚度,使注浆加固圈沿轴向受力更合理。综合考虑各种因素,建议在建工程断层区环向盲管间距设置为3 m,断层附近区间距为4 m。     

沉管隧道节段接头剪力键受力阶段与沉降控制标准研究

当沉管隧道节段下部的地基由于荷载或地层因素产生差异沉降时,剪力键是抵制节段接头张开与扭转的主要受力构件,也是接头防水的重要结构保证。文章在1∶4.69大比尺模型试验和有限元三维数值模拟中,将差异沉降作为可变荷载,对地基差异沉降下的沉管隧道节段接头剪力键受力规律进行了研究。试验及分析结果表明:在纵向与横向差异沉降下,沉管隧道节段接头剪力键的受力过程可以分为三个阶段。第一阶段为剪力键榫与剪力键槽间的缝隙及橡胶垫初步压缩阶段,应力增长速率较低;第二阶段为剪力键充分受力阶段,应力增长速率较高,当差异沉降达到一定量值后,节段接头会通过局部挤压或摩擦的方式帮助剪力键受力;第三阶段,剪力键进入屈服状态,此时剪力键仍能够继续受力,但已有微裂纹产生。根据剪力键在正常使用极限状态下的剪力值,所确定的沉管隧道节段允许纵向与横向差异沉降值分别为11.5 mm和11.1 mm。建议在沉管隧道沉放完成后,保留部分顶、底板位置的拉索,以提高节段接头剪力键的结构安全。