盾构隧道管片上浮与对策综述

根据国内外盾构隧道施工中管片上浮现象,建立施工过程中的管片受力模型,分析管片上浮的实质原因：包括盾构姿态、隧道纵向刚度、同步注浆浆液未凝固段的长度、地层性质等,并提出控制管片上浮的主要措施。以期能对盾构隧道控制施工精度起到借鉴作用。     

基于MLP-ARX模型盾构自动掘进技术研究与应用

为减少盾构施工过程中的人工干预，提高施工效率，解决人员误判或经验不足等情况导致的施工质量差、效率低，遇复杂地质难以及时调整，甚至引起施工事故等问题，结合盾构施工工艺、工程地质等因素，基于大数据与人工智能技术，研发一套基于MLP-ARX(多层感知机自回归)模型的盾构自动掘进控制系统，开发推进过程动态模型以及模型在线更新、参数优化的方法，在施工过程中能够及时、准确地自动调节盾构推进速度、分区压力和螺旋机速度等参数，并应用在深圳地铁14号线管线工程隧道。结果表明： 该系统可实现推进过程的自动控制，推动盾构施工自动化、信息化和智能化，极大地缓解盾构司机的操作压力，降低对施工情况误判的发生概率，提高施工质量和效率。     

基于自动深度学习盾构掘进姿态预测与控制

提出了基于自动深度学习（AutoDL）算法和多目标优化算法的结合可实现数据驱动的姿态偏差控制指导,用于盾构掘进姿态的预测与控制,以解决现有盾构掘进姿态预测中所面临的执行难度高、成本高、效率低等问题,可用于自动精准地预测盾构掘进姿态随着工程进展的动态变化趋势,并针对盾构机施工状态执行多目标优化算法,快速自动搜寻最优策略,实时调整合适的盾构操作参数,减少对于现场操作人员经验和主观判断的依赖。以上海市天然气主干管网崇明岛-长兴岛-浦东新区五号沟LNG站管道工程隧道A线工程为例,展示该算法框架的优越性。研究结果有助于降低深度学习进入盾构智能控制领域的门槛,推动智能盾构发展。     

上软下硬复合地层盾构隧道设计施工难点及对策研究

基于国内上软下硬地层盾构隧道典型工程案例,对上软下硬地层盾构工程案例区域分布特点及发展趋势、施工主要问题及其产生的原因进行分析。在此基础上,分别从隧道设计、盾构设计及工程实施的角度提出相应的对策措施,并结合相应的工程实例进行阐述。 研究得到上软下硬地层盾构实施主要问题,包括刀盘刀具磨损、刀盘结泥饼、刀盘卡死、排土器喷涌、盾构掘进姿态不良、衬砌损坏、地表沉降过大等方面。针对这些问题,采取如下措施： 1）隧道设计上可采取线型避让、特殊地层预处理、隧道结构特殊构造设计进行应对; 2）盾构制造上应充分考虑刀盘刀具、盾构机驱动、防冲刷及泡沫注入口的优化和超前地质探测装置的增设; 3）在施工上应优化施工参数,加强巡视和监测,做好应急预案。     

软土地层中大断面矩形盾构关键施工技术研究

与圆形断面的盾构隧道相比,矩形盾构隧道在空间使用效率、潜覆土环境穿越方面存在明显优势,但断面形状和机械配置的差异使盾构掘进施工技术也有所变化。以国内首台土压平衡式矩形盾构机在上海虹桥商务区的工程实践为背景,依据现场环境监测、盾构姿态测量和管片形状监控,对矩形盾构隧道轴线控制、管片横竖内径控制和环境变形控制等关键施工技术开展探索和研究,经验和结论可用于指导类似工程实施。     

盾构隧道施工灾害风险评估系统研究

盾构隧道施工中存在诸多不可预见风险因素,盾构隧道灾害风险的分析与评估研究是灾害预防和紧急治理的有效手段之一。本文在分析盾构隧道施工期常见的15种典型灾害的特点基础上,引入基于风险值的风险分析模型和基于风险指标的风险评价模型,对盾构隧道施工期的灾害潜在损失进行了定量评价,得到了盾构隧道灾害风险的规律。然后运用得到的规律对盾构隧道的灾害风险进行了综合评价,并在此基础上开发了盾构隧道施工灾害风险评估系统。旨在为盾构隧道施工灾害风险控制提供参考。     

盾构水平姿态的理论分析模型

为解决盾构施工水平姿态控制难题，针对隧道掘进姿态调整主要依赖于经验关系和人为控制，而相关的理论分析较为欠缺的现状，基于二维盾体结构提出一种力学与水平姿态理论分析模型。在综合考虑地层参数、油缸推进力、地层反力、现场施工措施的基础上，将盾构姿态引入盾构水平受力平衡分析中，建立关于盾构水平姿态的理论模型。理论分析结果表明： 1）盾构姿态控制与分区压力密切相关，同时受土体刚度和总推力的影响； 2）通过与现场实测数据的对比分析，验证了理论模型的适用性； 3）该理论模型参数简单，易于验算，可实现较准确的姿态预测，为盾构姿态控制问题提供了有效的理论支撑和现实依据。     

基于参数智能化采集的盾构管片自动选型算法研究

为解决人工管片选型给盾构姿态和成型管片质量带来的隐患，将成熟的人工管片选型经验逻辑和合理简化计算模型根植于管片自动选型决策算法的内核，以影响管片选型的施工参数为研究对象，提出综合考虑盾尾间隙、推进油缸行程差和盾构趋势的管片选型计算方法和决策算法，预先考虑各影响因素实际施工中所有可能出现的取值范围以及不同施工工况下的权重变化。该软件首次针对大直径盾构特点开发8组盾尾间隙和6组油缸行程的算法，借助盾尾间隙智能化测量和监控屏幕参数图像识别技术，实现通用型管片选型参数智能化采集。在盾构隧道施工中配套使用，经多个项目现场验证和应用，管片选型算法合理，契合现场施工要求，起到规范或代替人工管片选型施工、保障成型隧道质量和盾构掘进姿态的作用。     

盾构重叠隧道近接地表建筑物安全控制技术研究

深圳地铁三号线老晒区间隧道重叠段,房屋密集(多为6～8层筏板基础、扩大基础),两区间隧道最小净距仅1.6m,房屋基底与隧道最小净距仅4m.为保证地表房屋的使用安全性,建立了老晒区间盾构重叠隧道近接地表建筑物沉降控制标准,并根据计算结果优化了盾构隧道施工参数,制定了加固方案.通过应用,有效地控制了盾构重叠隧道施工对近接地...     

软硬不均地层盾构近接下穿施工掘进参数优化分析

盾构法修建城市地铁时,盾构掘进参数对于控制地表沉降、保证施工安全等具有重要影响。以深圳地铁7号线盾构隧道下穿既有2号线为工程背景,针对在软硬不均地层情况下盾构隧道下穿既有隧道及过街通道,运用ABAQUS建立三维计算模型,对盾构施工进行全过程模拟及掘进参数优化分析。研究结果表明:①土仓压力及注浆压力对过街通道沉降相对于地表影响较大,施工过程中应当注意对过街通道底部进行监测;②对于软硬不均地层盾构下穿既有隧道及过街通道采用0.30~0.40 MPa土仓压力以及采用0.25~0.30 MPa注浆压力施工较为合理     

高水压泥水平衡盾构掘进模型试验平台的研制与应用

为了实现可在2.0 MPa高水压环境下开展盾构试验研究的基础试验条件,结合拟建的琼州海峡隧道工程背景,充分调研了国内外盾构模型机研究成果,并根据试验研究的需求,研发了高水压多功能泥水平衡盾构模型试验平台。试验平台研制过程中攻克了在缩尺盾构模型机中实现泥水循环功能的问题,解决了高水压(2.0 MPa)下盾构机以及土箱整体强度和密封问题,实现了盾构姿态改变、变覆土高度等功能。按照一定的试验先期准备步序,在不同水压条件下,对泥水平衡盾构开挖过程中盾构姿态动态变化规律进行了模型试验研究。试验平台包括模型土箱、盾构模型机、液压泵站、电控柜、控制台、泥水循环系统等部分,可在200 m水头的高水压条件下进行泥水盾构施工的模型试验。研究结果表明:自主研发的泥水平衡掘进模型试验平台可在高水压条件下正常进行工作,并可进行与泥水盾构施工相关的模型试验;盾构姿态角改变量与盾构掘进距离的线性拟合结果表明,二者的拟合精度较高;随着试验水压的升高,在水平方向以及竖直方向上盾构姿态调整的难度逐渐增大;通过有土环境与无土环境的对比可知,高水压与地层反力的双重约束对盾构姿态控制提出了更高的要求。     

土压平衡盾构开挖面压力取值及对地表沉降的影响

土压平衡盾构广泛应用于地铁隧道施工中,其施工过程产生的地表沉降及相关问题直接影响隧道施工安全。以成都地铁3号线某区间盾构隧道工程为例,应用理论方法计算盾构开挖面压力取值范围。结合工程地质条件、施工参数、不同开挖面压力和地层损失率,利用嵌入了土应力路径本构模型的ABAQUS软件进行盾构开挖三维模拟,得到了卵石地层盾构施工引起的地表沉降规律,并通过与现场地表沉降监测结果对比,验证了此模型的合理性,确定了合理的开挖面压力取值范围。最后,进一步分析了实际盾构施工开挖面压力值与地表沉降值之间的规律,评价施工时设定的开挖面压力值的优劣。     

高瓦斯盾构隧道施工控制关键技术分析

目前国内地铁工程采用盾构法在瓦斯地层中施工经验较少,且无相关规范参考。在论述高瓦斯隧道施工控制原理及工艺流程的基础上,从前期准备、瓦斯压力段分区及涌出量计算、关键系统设计等方面展开分析与论述。为了适应高瓦斯隧道工程施工需求,进行瓦斯监控系统、通风系统及盾构局部改造与设计;同时,从隧道内渣土运输、渣土改良、盾尾密封及盾构掘进参数控制等方面,对高瓦斯隧道掘进过程关键控制技术进行全面研究。工程实践证明,通过应用瓦斯监控系统及其施工控制关键技术,实现了对土压盾构掘进过程中隧道内瓦斯量的有效控制,达到了预期目标。     

盾构隧道下穿川陕立交施工技术研究

基于成都地铁3号线一期工程土建5标熊猫大道站-动物园站区间隧道穿越川陕立交桥工程为研究对象,针对盾构隧道纵断面为泥岩地层,且地面立交桥对沉降要求高,主要采取以下措施： 1)在施工过程中使用特殊化学改良剂来控制掘进参数; 2)对沉降要求高的区段,首先于盾构经过前在地面进行预加固,盾构经过后在隧道内再加固的双加固方法。施工证明： 在泥岩地层中通过在盾构掘进过程中采用化学改良和地面、隧道双加固措施,可以有效控制地面沉降,保证隧道施工顺利进行和地面立交桥功能的正常发挥,为其他盾构工程在泥岩层,尤其是黏土地层中下穿既有桥梁施工提供了参考和借鉴。     

石家庄市轨道交通1号线小半径曲线隧道盾构施工技术

以石家庄市轨道交通1号线火炬广场站-石家庄东站盾构区间为实例,从盾构选型、管片选型、掘进参数、同步注浆、二次补浆、管片螺栓复紧等方面采取针对性的控制措施,成形隧道轴线控制在-50～+50 mm,管片错台控制在10 mm以内,地表沉降控制在-20～10 mm,成功解决小半径曲线隧道盾构施工轴线难以控制、管片容易产生错台、地表沉降较大等问题,对今后小半径曲线隧道盾构施工有一定的参考价值。     

煤矿斜井连续带式出渣机软起动方式优化研究

长距离斜井隧道施工所用连续带式出渣机,因其负载重且有一定的斜坡,在起动过程中驱动功率大、输送带张力大且变形量大。为优化其主要设计参数,以神华新街煤矿斜井长大隧道盾构施工所用连续带式出渣机为例,应用动态分析方法,通过建立连续带式出渣机离散动力学模型和动力学方程研究其最优起动方式。采用CST软起动系统并按照输入的加速度曲线起动,除正弦、抛物线、三角形和梯形4种常用起动加速度曲线外提出正弦组合曲线,运用Wilson-θ法进行方程求解,并使用Matlab进行动态仿真。结果表明,在5种不同的起动曲线仿真下,其设计参数都得到了优化,且采用正弦组合曲线起动得到的设计参数最优。该优化方法可降低连续带式出渣机的投资成本,可为类似项目设计提供参考。     

多孔叠交隧道盾构施工关键技术研究

为确保多孔叠交隧道能安全快速地施工,以南宁轨道交通1号线和2号线叠交段为例,分析了叠交隧道"先下后上"施工的优势。结合现场施工情况,对叠交隧道施工的二次固结、注浆加固、下部隧道支撑加固和掘进参数控制等关键技术进行分析,给出叠交段的加固范围,分析钻注一体和台车+风钻2种施工方法以及穿行式同步移动支撑台车和可拆卸环形钢支架2种支撑方法的适用条件。对于叠交隧道盾构掘进参数控制技术,从掘进参数、盾构姿态和同步注浆3方面提出了建议。     

软土大直径泥水盾构隧道施工期上浮的控制措施

大直径盾构公路隧道在近工作井区段覆土较浅,施工期易产生上浮现象。借助以往软土地区泥水盾构隧道的设计经验,通过分析影响隧道上浮的物理环境和工艺操作,得到可能产生隧道上浮力的主要因素为地下水、同步注浆浆液、盾构姿态调整、地基回弹、泥浆后窜;间接影响隧道上浮趋势的主要因素有覆土厚度、地下水位、结构尺寸和材料重度、上覆土压缩特性、掘进速度和管片接头刚度。隧道抗浮的主要措施有增加上覆土临时压重、优化盾构施工参数与姿态控制、打设门式抗浮结构、改善注浆工艺及浆液性能、二次注浆、加强管片纵向连接等。     

几种土压平衡盾构在功能配置及使用上的区别

结合用于广州地铁施工的德国海瑞克盾构与日本的小松、三菱盾构的实际设备功能配置及使用情况,从设计理念、功能配置、参数选择等方面进行论述,旨在为盾构隧道的盾构选型及盾构掘进提供参考。     

盾构隧道结构纵向优化设计方法研究

目前的纵向设计方法均假定盾构隧道结构纵向刚度不变。在此基础上进行的盾构隧道纵向结构设计,无法达到结构纵向的变形受力协调,也无法实现结构纵向优化设计。在传统的纵向等效连续化模型的基础上,提出纵向刚度非均匀等效连续模型。模型最大的优点是可以实现盾构隧道纵向刚度分配的非均匀性,从而为纵向设计优化以及隧道结构纵向变形和受力协调的实现打下基础。在该等效纵向模型的基础上,建立2种优化设计模型,其一是以变形为目标、受力为约束的优化模型,其二是以受力为目标、变形为约束的优化模型。利用2种模型对盾构隧道穿过软弱夹层等工况进行分析,验证了模型的正确性。另外,利用优化的结果可以得到较为合理的隧道结构纵向刚度分布方式,以及纵向受力和变形协调的刚度取值范围,从而最终实现变形和受力协调。