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。     

矩形盾构隧道准通用环管片排版技术研究

为解决矩形盾构隧道管片排版拟合任意空间设计曲线这一问题，提出了一种矩形盾构隧道准通用环管片排版技术，采用2种管片形成4种不同姿态拟合平竖设计曲线。利用Visual Lisp语言编制矩形盾构隧道准通用环管片排版程序，在一个500 m小转弯半径工程案例中进行管片预排版并验证其可行性。结果表明： 1）2种管片类型的数量大致相等； 2）拟合后的隧道平曲线与理论平曲线最大偏差为16.6 mm，竖曲线最大偏差为13.2 mm，满足相关规范要求。     

地铁盾构隧道弯矩和变形控制值研究

为评估紧邻基坑施工对地铁盾构隧道结构安全和运营安全的影响,需确定盾构隧道结构的弯矩和变形控制值。以广州地铁一号线黄沙车站地铁上盖基坑工程为背景,首先,根据盾构管片尺寸、配筋和接头螺栓情况,计算盾构隧道管片的弯矩控制值,评估依托工程盾构隧道结构的应力水平;其次,通过等效轴向刚度模型理论和简易接缝张开量计算方法,分析盾构隧道纵向变形曲率与管片环缝接头张开量的关系;然后,结合地铁盾构隧道保护经验和管片环模型试验结果,提出盾构隧道变形的控制值;最后,通过依托工程地铁盾构隧道结构的三维变形实测数据分析,评估目前盾构隧道结构的安全现状,并对隧道变形的监测工作提出建议。研究成果可为今后类似工程地铁盾构隧道的安全保护提供指导。     

基于CATIA软件的楔形盾构隧道管片参数化建模与排版

为提高楔形盾构隧道管片拼装拟合设计效率,基于达索CATIA V6软件平台,分析管片几何结构模型建模与隧道设计曲线拟合原理。通过盾构管片参数换算,建立楔形盾构隧道管片环参数化建模标准库,设计函数运算关系并编辑脚本,然后以局部坐标系转换的方式实现隧道曲线参数化拟合,编写排版拟合程序,并应用排版程序分析不同楔形量对通用楔形盾构管片隧道曲线拟合精度的影响。最后,依托杭州市艮山快速路下沙段提升改造工程,对工程初设中直径为14 m的盾构管片进行建模排版模拟,结果表明排版程序计算结果满足工程需求,能为实际工程提供一定依据。     

马蹄形盾构负环管片拼装技术

盾构负环管片拼装是盾构始发中的一个重要环节,其拼装工法将直接影响工程工期、盾构的顺利始发及后续管环的拼装质量(倾角、滚转角等)。以应用世界首台马蹄形盾构施工的蒙华铁路MHTJ-01标白城隧道为例,介绍盾构始发时负环管片的拼装步骤,研究负环管片拼装过程中管片的定位与固定方式,并针对性地设计马蹄形管片在管片推出时的支护方式与支护工装。最终形成一套科学、安全、高效并具有指导意义的异形盾构管片施工方法。     

白城隧道工程大断面马蹄形盾构始发与接收技术

为解决大断面马蹄形盾构始发与接收难点，以蒙华铁路白城隧道工程为依托，对大断面马蹄形盾构始发和接收施工关键技术进行总结。其关键技术包括： 1) 始发阶段采用加强明洞代替传统盾构反力架，可降低反力架的制作、拆除费用和减少始发负环管片用量，有效缩短主体施工时间，节约项目成本； 2）始发基座的底部均匀铺设豆砾石，可减少盾构进入原状土后始发导洞与管片背部间隙回填时间； 3）始发阶段创新地采用套拱钢架代替传统始发端墙结构，减少始发附属设施的工程量，缩短始发准备时间； 4）接收阶段基座与端墙相结合，降低盾构在软弱地层接收安全风险； 5）优化盾构始发和接收位置，使盾构施工和明洞主体作业面充分利用、互不干扰，实现较好的经济效益和安全效益。     

地铁盾构通用环管片楔形量计算方法研究

通用环管片通过有序旋转拼装形成地铁盾构隧道,而管片楔形量的变化将影响通用环管片线路拟合及施工纠偏的能力。为明确地铁盾构通用环管片楔形量的计算方法,对计算管片楔形量的类似通缝、紧邻交错、非对称间隔交错和对称间隔交错4种计算方法进行详细介绍与比较,然后结合天津市滨海新区轨道交通Z2线工程,系统分析几种楔形量计算方法的线路高程拟合情况和不同楔形量通用管片对整个典型区间的拟合情况,最后提出地铁盾构通用环管片楔形量的多层次控制设计流程。研究结果表明： 对称间隔交错计算方法更适用于初步计算通用环管片楔形量,并且将最小曲线半径折减50~100 m能够更快地确定初步设计的楔形量,同时有必要对管片进行设计排版来验证计算得到的管片楔形量是否满足控制要求,并且在验算时线路高程拟合偏差是一项重要的控制因素。     

盾构施工壁后同步注浆对隧道管片的影响分析

以厦门市轨道交通一号线集美中心站-诚毅广场站区间隧道为依托工程，利用数值模拟的方法，设置了9个工况研究不同注浆参数对盾构隧道管片受力的影响。结果表明:管片所受到的最大压应力值远小于混凝土的极限抗压强度，但随着注浆浆液重度或注浆层厚度的增加，管片所受到的最大拉应力值可能达到或超过混凝土的极限抗拉强度，从而导致管片发生破坏。     

水下圆砾地层盾构隧道施工荷载实测及其力学响应研究

为研究水下盾构隧道穿越圆砾地层时管片结构施工期间受力的影响因素,以常德沅江越江隧道为依托,选取东线隧道水头最高位置对应的管片环,采用连续动态测量,提取管片从拼装完成至盾构远离过程中管片结构内力和地层水压力,并提取盾构施工中同步注浆压力和盾构顶推力,与管片内力数据进行对比分析,得出施工过程中影响内力变化的因素。主要结论有:1)同步注浆对管片内力的影响较为显著,且主要通过对地层水压力的影响来实现,其中,脱环后前3次注浆对管片内力影响最为显著; 2)顶推力对管片内力产生一定的影响,且主要通过对管片纵向受力的影响来实现,顶推力对内力产生负向影响; 3)管片受力稳定后,环向轴力稳定在3 700～5 000 k N,弯矩稳定在-200～200 k N·m,纵向轴力稳定在0～2 500 k N,整体呈现出轴力大、弯矩小的状态,管片健康程度较好。     

基于光频域反射技术的破碎带盾构隧道管片监测研究

为探究盾构施工过程中不同地质条件与注浆作用对盾构隧道管片变形的影响规律,依托地质条件复杂的珠江三角洲某盾构隧道工程,采用在空间分辨率及传感精度方面具有显著优势的光频域反射（OFDR）分布式光纤传感技术,进行不同空间位置与不同地质条件下隧道管片的监测研究。其中,监测环选取位于破碎带外的1 529环、1 538环及破碎带内的1 551环,传感光纤沿隧道管片钢筋笼纵筋布设。研究表明： 1) 注浆对隧道管片的变形影响十分显著,同步注浆后管片发生的变形是二次注浆后管片变形的3倍。2) 不同地质条件下管片变形差异性明显,破碎带内管片相对于破碎带外管片的变形较大且不稳定; 当隧道管片进入到完整的岩层内部,管片变形相对稳定。3) 破碎带内的管片变形是破碎带外的管片变形的2.6倍。     

神东补连塔煤矿#2盾构斜井管片受力的预测分析

以鄂尔多斯市的神东补连塔煤矿#2盾构斜井为工程依托，研究了煤矿斜井结构受力的分析方法和监测手段。基于特征曲线法、普氏理论以及其他方法对该工程的土压力进行预测分析，并将各计算结果进行了比较，同时还介绍了补连塔煤矿#2盾构斜井测试断面的布置和管片的预埋传感器情况，并选取埋深270 m的试验环实测数据作分析，发现在盾构机继续推进2环后土压力值明显增加，至距盾尾8环后趋于稳定。将实测结果与各方法预估的结果对比，发现采用特征曲线法和普氏理论更适合该工程的管片受力预测分析。     

基于螺栓-凹凸榫连接的地铁盾构隧道管片环缝接头刚度分析及应用

为研究盾构隧道纵向计算模型中螺栓-凹凸榫型式环缝接头刚度的非线性力学特性,分别建立管片环缝张开与错台模式下的环缝接头计算模型,通过分析不同环缝变形状态下接头连接构件力学特征,得到环缝抗拉和抗剪刚度的非线性规律;环缝接头采用非线性抗拉、抗剪弹簧模拟,构建基于三维实体-非线性弹簧单元的盾构隧道纵向沉降计算模型,并将其用于评价地面堆载对厦门地铁2号线滨海区段管片结构安全的影响。结果表明,对于外径6. 7 m、内径6 m、环宽1. 5 m、环缝由M30螺栓连接的盾构隧道:1)环缝张开超过1. 78 mm时,接头抗拉刚度降低为设计值的1%;张开超过10. 2 mm时,可认为抗拉失效。2)环缝错台小于6 mm时,抗剪刚度基本不变;错台超过9. 7 mm后,抗剪刚度降低至约为设计值的25%;错台超过30 mm时,可认为抗剪失效。3)隧道轴线方向的地表超载范围为d,管片纵向变形受影响范围为±3d,轴线50环管片差异沉降小于23 mm时,可满足曲率半径不小于《城市轨道交通结构安全保护技术规范》控制值15 000 m。     

小直径盾构隧道管片抗弯承载试验研究

220 k V犀牛站118 m转弯半径电缆隧道在国内首次采用外径4.1 m、内径3.6 m、宽0.8 m的小直径钢筋混凝土盾构管片。为研究该管片的抗弯性能以及盾构手孔对刚度的影响,对其进行试验研究,量测试验构件的挠度与裂缝宽度;采用ABAQUS有限元软件建立三维模型模拟管片加载全过程;同时采用《混凝土结构设计规范》(2002版与2010版)计算管片在不同荷载工况下的裂缝宽度,并与实测值进行比较。研究结果表明:小直径盾构管片发生典型的弯曲破坏,构件延性良好;裂缝宽度实则值与2010版《混凝土结构设计规范》计算结果吻合良好;盾构手孔对管片的刚度影响较小。     

意大利Sparvo隧道超大断面盾构施工关键技术

意大利Sparvo隧道采用直径为1555 m、开挖断面达到15615 m的土压平衡盾构进行掘进施工,是当时世界上最大直径的盾构法隧道工程之一,其施工风险高、技术难度大为业界所公认。扼要介绍意大利Sparvo隧道工程所采用的一些关键技术： 1）盾构装备的选型; 2）衬砌管片的设计与生产,包括混凝土配合比设计、配筋设计与调整、管片接头、管片止水带以及管片预制厂情况; 3）超大断面盾构隧道掘进施工关键技术,包括土体改良、易燃易爆混合气体的对策和盾构原地掉头。这些技术较好地解决了该隧道施工中出现的诸多难题,可为今后同类工程提供借鉴与参考。     

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     

小直径盾构施工中管片纵向应力监测研究

为了探索小直径盾构法隧道在施工过程中管片纵向应力的变化规律,对北京槐房再生水厂污水隧道管片纵向应力进行了现场监测:将第976环、第1 054环管片分别设为第1和第2监测断面,2监测断面各预埋5个纵向应力计,各监测断面从本监测断面管片安装后即开始监测,当盾构掘进至第1 129环时停止监测。研究表明:1)在管片离开盾尾50环后,其纵向应力波动值小于管片拼装期间应力值的5%。2)在盾构掘进期间,管片距离盾构越远,其纵向压应力值越小。3)在管片拼装期间,管片距离盾构越远,其纵向压应力经历了先增大后减小的过程。4)管片距离盾构108环后,该管片纵向压应力趋近于0.2~0.3 MPa。5)随着盾构推进,管片纵向应力经历了4个阶段的变化过程,即周期性剧烈波动阶段—动态稳定阶段—逐渐衰减阶段—趋于稳定阶段。     

标准环+转弯环的双面楔形盾构管片排版技术研究

为提高盾构隧道掘进的施工效率、降低盾构管片排版错误的风险,针对管片类型为标准环+转弯环（为双面楔形）组合的盾构隧道,提出一种错缝拼装形式的管片预排版方法,并采用几何迭代法求出与目标线路偏差最小的一种盾构管片拼装姿势,可有效解决盾构隧道掘进过程中管片类型选择和拼装点位选取的施工难题。最后以南京地铁3号线某区间为例验证所采取方法的正确性,对盾构隧道掘进的施工组织和施工误差控制具有重要的指导意义。     

盾构隧道-工作井节点振动台试验设计与分析

为研究盾构隧道-工作井节点地震响应特征,进行振动台模型试验。该试验几何相似比为1∶60,盾构隧道模型材料为聚乙烯,工作井模型采用尼龙材质进行3D打印技术制作;模型土采用砂与锯末按1∶2.5质量比混合配置;模型箱尺寸为10.0m×4.5m×1.5m的刚性箱。盾构隧道模型由衬砌环模型拼装而成,衬砌环模型纵向切槽模拟纵缝对管片横向刚度的弱化;通过环间卡扣式连接键模拟纵向螺栓,通过旋转模型拼装角度模拟管片错缝拼装。首先进行自由场模型试验,考虑不同地震动输入,得到模型土加速度响应;其次开展盾构隧道-工作井节点振动台模型试验,考虑不同地震动输入方向、不同地震动类型,得到隧道模型环缝张开量、加速度响应、环向应变等数据。研究结果表明:模型箱结构设计合理,边界条件满足要求,试验数据可靠;工作井模型和盾构隧道模型加速度响应频率成分相同,均受模型土控制,两者差异主要为加速度响应幅值不同;盾构隧道-工作井节点在地震作用下环缝张开量明显大于远离该节点的常规区段,前者为后者的1.6~4.5倍;地震动输入方向会导致区间段隧道模型环缝张开量明显变化,但对盾构隧道-工作井节点环缝张开量无显著影响;地震作用下盾构隧道-工作井节点会使工作井模型产生较大环向应变,但不会造成节点处盾构隧道模型环向变形增大。     

盾构地铁隧道近接施工及旁穿全装配高层壁板居民楼施工技术

介绍了北京地铁10号线麦子店—三元桥站—亮马河站区间(左右线净距离仅为1.7～3m,平行穿越长度为235m）及旁穿12层全装配壁板居民楼(与其基础水平净距离3.7～5m左右,垂直距离为11.7m)的施工总体思路和具体做法。其中首次提出了综合松散系数K的理论计算公式并给出了K的实测方法。在合理使用铰接装置和超挖刀、控制盾构推力、及时复拧管片螺栓等常规措施的基础上提出了盾构曲线段施工的两个新措施：一是考虑到盾构机的惯性,曲线段提前3～5m开始转弯,并提前3～5m结束转弯;二是考虑到曲线段盾构在管片脱出盾尾后产生扭转而非平移,对盾构进行预偏转。     

浅埋超大直径盾构隧道千斤顶推力对衬砌管片受力变形的影响研究

为研究浅埋超大直径盾构隧道在不同千斤顶推力及偏移作用下的衬砌结构受力及变形规律，运用有限元软件ABAQUS建立考虑水土压力、盾尾刷反力、千斤顶推力的盾构隧道衬砌管片三维模型，并分析衬砌管片在盾构直行、上行、下行以及左行条件下发生偏角时的衬砌内力及变形情况。结果表明： 1）千斤顶推力对衬砌管片的影响范围主要为前8环，明显反应在前3环，且环内最大错台位置主要集中在封顶块位置附近； 2）盾构掘进方向主要影响该方向的管环位移，对垂直方向的管环位移基本无影响； 3）拱顶/拱底主要受俯仰偏角影响，不受横摆偏角作用，拱腰则对横摆偏角更为敏感，受俯仰偏角影响较小； 4）当千斤顶发生俯仰偏角时，向下偏角极易引起前几环管片的应力激增； 5）当千斤顶发生横摆偏角时，同侧偏角更易引起该侧管片的位移及应力激增。