适用于120~160 km/h的地铁工程盾构隧道限界分析

随着地铁运营速度的提高,乘客舒适度要求提高,目前国内传统地铁盾构隧道断面不再适合。通过对国内既有工程盾构隧道尺寸的调研,结合北京新机场线的最新研究成果,通过速度对设备限界的影响、隧道阻塞比对盾构隧道断面尺寸的影响以及供电制式对盾构隧道断面尺寸的影响等分析,提出了制定盾构隧道断面限界的方式,并在相关工程中进行应用。     

长沙磁浮东延线接入 T3 航站楼工程限界研究

长沙磁浮东延线接入 T3 航站楼工程是国内首个磁浮盾构隧道工程,也是目前世界最长磁浮隧道工程。为 科学、合理制定隧道工程断面尺寸,保障磁浮列车安全平稳运行,对长沙磁浮东延线接入 T3 航站楼工程限界进 行了深入研究。参照《地铁限界标准》,结合磁浮车辆结构特点,对车辆限界、设备限界以及盾构区间建筑限界、 明挖区间建筑限界、地下车站建筑限界等几种典型建筑限界进行了研究,并给出详尽的典型地段建筑限界图。研 究表明：采用盾构内径为 6.1 m 的隧道能够满足隧道阻塞比及磁浮列车安全平稳运行要求,并具有一定的经济性。 长沙磁浮东延线接入 T3 航站楼工程已开工建设,建筑限界设计安全、经济、合理,可为后续磁浮隧道工程建设 提供参考。     

光电测量方法在盾构隧道收敛监测中的可行性研究

针对盾构隧道收敛监测常见的3种光电测量方法开展可行性研究,并进行对比分析。三维激光扫描技术采用静态架站式数据采集,针对获取的圆形盾构隧道点云数据利用激光雷达隧道测量检测软件进行隧道轴线输入、迭代式断面中心拟合与噪点过滤、断面提取、椭圆拟合、生成断面测点图和椭圆拟合曲线图等处理来获取隧道收敛值;TS60全站仪利用免棱镜测距功能获取收敛值,徕卡D2手持测距仪利用直接测量获取收敛值;通过对3种光电测量方法获取的盾构隧道管环横径值进行数据分析。研究表明：3种测量方法均可以满足地铁隧道收敛变形监测指标要求;针对测量误差在±3 mm内,三维激光扫描和测距仪直接测量的横径值差异较小,且分布区间较为集中;三维激光扫描与全站仪免棱镜测量的横径值差异较为分散;全站仪免棱镜与测距仪测量的横径值差异较小,分布区间较为集中。综合可知,针对隧道横径值测量,三维激光扫描和测距仪测量的效率与效果优于全站仪免棱镜测量;三维激光扫描和手持测距仪两种隧道横径测量方法在技术与精度上是完全可行并且可靠的。     

A型车车辆限界和设备限界的确定

结合地铁限界国家行业标准的编制,介绍了标准中隧道内直线段受电弓受流方式A型车车辆轮廓线的确定以及车辆限界、设备限界和建筑限界的计算方法,开发了基于Fortran PowerStation的车辆限界计算程序,降低了限界计算工作强度,提高了工作效率.对不同车辆和隧道结构断面形式,有必要开发参数化和人机交互相结合的限界计算系统.     

天津地铁新建线路盾构隧道断面尺寸研究

通过调研国内地铁盾构断面尺寸和盾构隧道发生病害情况,对天津地铁隧道穿越地质特点、地面沉降情况和A型车限界问题进行分析,提出天津地铁新建线路盾构隧道可采用内径为5.9 m、外径为6.6 m的大直径盾构。     

市域(郊)铁路盾构隧道断面优化设计建议

为规范市域(郊)铁路盾构隧道断面设计理念及原则，结合国内市域(郊)铁路盾构设计相关案例，分别从轨道设计优化及不同国铁上线条件两方面展开讨论，得出轨道超高形式选择及不同国铁上线条件下的盾构断面建筑限界要求。主要结论如下：(1)考虑到排水沟渗漏对道床造成的腐蚀等影响，轨道下排水沟均建议采用更加安全的U形排水沟；(2)地下线隧道内径紧凑的情况下建议考虑采用外轨抬高超高值一半，内轨降低超高值一半的方法设置半超高，在隧道内径较大的地下线和高架及地面线采用全超高设置方式；(3)针对预留160 km及200 km两种国铁上线时速充分考虑了互联互通条件，得出了不同盾构断面建筑限界，避免了盾构断面过大或过小造成的工程浪费和使用风险。     

地铁盾构断面椭圆度检测及数据分析研究

在地铁隧道竣工检测和运营监测中,盾构断面椭圆度是隧道变形和维修整治的关键指标,对其高效准确地测量是一项重要的工作。随着与日俱增的交通需求和施工技术的快速发展,地铁竣工验收、运维监护对断面测量的精度、效率以及信息全面性等方面的要求越来越高。介绍盾构管片椭圆度的多种测量方法和数据处理原理,并对其优劣性进行对比分析。针对盾构管片断面变形规律的复杂性,利用大量实例数据,统计分析管片椭圆的旋转角、横向收敛、椭圆度等参数的关联和分布情况,发现横向收敛与椭圆度有很强的相关性,且椭圆旋转角超过一定数值对常规水平收敛测量也有影响,即横向与水平直径的偏差不容忽视。因此,横向收敛作为管片结构安全评估的重要参数,将椭圆长轴作为收敛基线更能客观反映实际变形情况,该结果可为类似工程提供一定的参考价值。     

轨道交通明挖矩形隧道曲线地段建筑限界的计算

在总结目前国内轨道交通限界计算方法研究的基础上,说明了建筑限界计算方法研究的必要性和重要性。提出了明挖矩形隧道直线段、平曲线地段建筑限界计算方法, 给出了缓和曲线地段建筑限界计算的方法和公式的推导,并结合算例进行了探讨。     

铁路隧道建筑限界快速检测技术研究与应用

铁路隧道建筑限界检测是确保运输安全的一个重要环节。本文基于三维激光扫描技术,提出了一种快速铁路隧道建筑限界检测技术。首先利用三维激光扫描仪等设备进行数据采集,然后经数据分析提取隧道断面轮廓线,进而判别侵限点是否存在,最终得到隧道限界断面图、隧道综合最小建筑限界尺寸表等成果。在既有线铁路隧道中的应用经验表明,与传统隧道建筑限界检测技术相比,该检测技术应用更便捷,检测结果更准确。     

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。     

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。     

测量机器人在黄土地区地铁结构安全保护中的应用

以西安地铁2号线安全保护区内施工的南门广场改造提升项目及南门隧道工程为依托,对永宁门车站及钟楼站—永宁门区间隧道进行测量机器人自动化监测。通过对监测数据的分析,证明自动化监测具有较高的可靠性,可代替传统测量手段应用于地铁结构的安全监测。研究显示,受上覆土体开挖的影响,盾构隧道会出现隆起及竖椭圆受力变形。     

大直径盾构隧道下穿南水北调中线总干渠设计研究

以新郑机场至郑州南站城际铁路盾构隧道下穿南水北调中线总干渠为例,研究下穿段盾构隧道结构、沉降、防水、加强措施、监测方案等设计关键问题,以指导盾构下穿施工。通过模拟不同工况下盾构隧道结构受力,计算确定盾构管片的配筋方案;通过三维数值模拟分析盾构下穿施工对南水北调中线总干渠的影响。考虑南水北调工程的重要性,设计中采取一系列确保总干渠安全的措施。盾构隧道安全、顺利穿越南水北调中线总干渠,各项监测数据及指标满足预期,表明本文提出设计措施有效地控制了盾构下穿施工对总干渠的影响,确保了盾构施工安全和南水北调中线总干渠安全。     

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。     

杭州地铁越江盾构隧道冲刷线下覆土厚度的确定

杭州地铁1号线滨江站—富春路站区间盾构施工隧道穿越钱塘江,介绍该区间的纵断面设计在多个设计阶段进行调整的过程,阐述冲刷线下盾构隧道的覆土厚度确定的多种因素,除了要满足抗浮的要求,还需要满足纵向计算中接头张开量的要求,同时还需要注意避开导致较大工程风险的卵石层、下部岩层等较硬土层。介绍越江盾构隧道的冲刷线下覆土厚度情况,以及如何确定越江盾构隧道的冲刷线下的覆土厚度。说明越江盾构隧道的冲刷线下覆土厚度的确定是隧道设计的关键技术,需要综合考虑多个条件,确定合理的纵断面。     

盾构法和浅埋暗挖法结合建造地铁车站模型试验的方案设计

以北京地铁通用乙级车站为例,为了对盾构法和浅埋暗挖法结合建造塔柱式地铁车站施工过程进行模型试验,设计模型试验方案。方案为:采用的几何比为1∶10,材料容重比为1∶1;模拟对象为由每侧3个塔柱和2个横通道组成的隧道,模型尺寸为6.5 m×1.8 m×2.88 m,采用清华大学三维地质力学模型试验台架;模型介质材料分别模拟地表杂填土层,粉质黏土、粉土、粉细砂互层和车站隧道底部的卵石圆砾层;在模型内部适当位置布设量测仪器,进行车站隧道周围土体位移、盾构管片收敛变形和切向应变、立柱支撑和预应力钢筋上的应变等的量测;模型采用容重控制法制作,总重约60 t;开挖过程和支护系统按照实际施工过程进行详细模拟。采用设计的模型试验方案进行施工,能够保证车站洞室在整个施工过程中的安全和稳定。     

盾构隧道施工引起的地基土超孔压特性模拟与分析

考虑盾构机盾壳与自重、开挖面正面推力、盾尾空隙、千斤顶推力和同步注浆等因素,利用有限元软件模拟研究了盾构施工过程引起的周边土体超孔压,并与实测值进行对比分析,以此验证了模拟方法的可靠性。基于单层软土、中等埋深条件下的盾构施工有限元模拟,分析了超孔压随施工过程的分布特性。研究表明,施工过程中周边土体的超孔压变化明显,随着盾构机的推进先不断增大,盾构机头到达或盾尾脱出时达到最大,盾构机离开后又逐渐减小。软土层中125 d后隧道四周超孔压的衰减率约为92%。     

南昌地铁3号线上软下硬地层盾构机选型

随着我国隧道建设的不断推进,盾构法越来越多地应用于隧道施工,而盾构选型合适与否则是盾构施工成败的关键因素之一。针对南昌市轨道交通3号线工程土建施工07合同段国威路站~青山湖西站盾构区间的盾构隧道参数和工程水文地质条件,结合工程重难点对盾构机的设计要求,分析了盾构机刀盘、刀具对上软下硬地层的适应性,并对盾构机渣土改良系统、同步注浆系统和螺旋输送机提出了优化建议和意见,总结了上软下硬地层的盾构机选型方案,对今后遇到同类工程盾构施工具有借鉴和指导作用。     

盾构隧道管片结构设计几个问题的探讨

由于国内盾构隧道结构现有计算方法考虑因素不全面、部分计算方法不合理,造成盾构管片配筋量偏大,对管片预制及工程造价都带来很大影响。为提高现有盾构隧道结构设计方法的准确性和可靠性以及优化管片配筋,通过大量的盾构隧道结构计算和工程经验,对多个设计问题进行分析,结果表明:深埋等复杂地质条件下长大盾构隧道结构计算需要考虑管片的环、纵向接头作用;极限状态法没有区分施工和运营工况受力特点等。通过研究提出以下解决方案:(1)采用改进管片接头单元的梁-弹簧模型,结合接头试验对抗弯刚度等取值进行优化;(2)考虑盾构隧道施工阶段为短暂设计工况,运营阶段为持久设计工况进行安全校核;(3)提出纤维梁单元模型,对管片配筋进行校核;(4)提出多种管片配筋优化设计方法,减少钢筋用量。