小半径曲线地铁隧道盾构施工技术

针对上海市轨道交通9号线一期工程R413东西出入线的小半径盾构隧道施工的综合难题,采用数值模拟分析、文献调研等方法,对盾构机选择、管片选择、管片壁后注浆加固、临时纵向加强肋、加强螺栓复紧、盾构推进轴线预偏、盾构测量与姿态控制、盾构施工参数选择、土体损失及二次注浆、盾构纠偏量及盾尾与管片间的间隙控制等问题进行研究,并提出详细的施工和设计措施;进而对盾构进入缓和曲线后,盾构卡壳、盾尾管片外弧面碎裂、盾尾衬砌管片角部碎裂等施工难题给出解决措施,保障了小半径盾构隧道施工的顺利进行,对今后类似工程施工有一定的借鉴作用。     

盾构隧道壁后注浆试验的研究现状与发展

针对盾构隧道壁后注浆室内试验装置设计及相关测试的问题,总结了目前国内外已开展的壁后注浆室内试验装置的主要特征以及所进行的相关测试。根据室内试验的研究对象将其分为整体模型试验、局部模型试验。整体模型试验以实际工程为原型,通过模拟盾构施工过程,分析壁后注浆对管片和地层的受力、变形的影响以及浆液的扩散特征。局部模型试验以隧道周边局部地层为原型,通过建立盾尾间隙、注浆体、地层土体三元素的浆液扩散试验装置,研究注浆体压力消散、固结的机理。通过总结壁后注浆室内模型试验,为其今后研究工作的开展提供参考。     

富水盾构隧道地表固结沉降及控制措施研究

依托某城市富水盾构隧道,通过数值模拟,研究地表沉降控制措施,结果表明：富水地层中地表固结沉降占比较高,计算需考虑渗流。考虑渗流下,结构受力变形有不同程度提高;隧道四周剪切塑性区增大。围岩孔压在拱腰聚集,开挖后地下水指向内空,管片注浆后,地下水沿衬砌背后向下渗流;盾尾注浆会改善盾壳受力及不均匀性。考虑渗流,管片变形及弯矩由拱顶、拱底向拱底（变形）和拱顶（弯矩）转移;增大注浆圈为较实用措施。     

注浆圈对高水位山岭隧道衬砌的结构影响分析

为了探究高水位山岭隧道建设中地下水渗流对隧道衬砌的结构影响,运用有限元计算软件MIDAS GTS NX对某隧道工程进行建模计算,分析了不同注浆圈厚度(0m,3m,6m,9m)和注浆圈渗透系数(2.5×10-8 m/s,2.5×10-7 m/s,2.5×10-6 m/s,2.5×10-5 m/s)对衬砌结构竖向位移、大主应力和隧道涌水量的影响规律.结果 表明:注浆圈厚度的增加,可以减小衬砌结构的大主应力、竖向位移和隧道涌水量,不过减小幅度在厚度大于3m之后有明显的降低;随着注浆圈渗透系数的降低,衬砌结构的竖向位移和隧道涌水量都呈现出先急后缓的减小趋势,衬砌结构的大主应力与注浆圈渗透系数大致呈正相关关系.     

盾构隧道出土量及壁后注浆实时量测技术及应用

盾构隧道掘进过程中常存在超欠挖情况,在实际施工中一般通过经验预估,并结合同步注浆进行孔隙填充,以满足周边环境控制等需求。但盾构施工过程中伴随着土体应力释放,地层损失及同步注浆量估算困难,需结合出土量及注浆量进行经验控制。本文针对过往渣土测量过程中存在的精度与实时性的矛盾,通过渣土车改良采用称重传感器实时测量从渣斗中落入的渣土重量,再通过工程验证满足工程需求。同时,开发壁后注浆实时检测设备,安装于盾构车架上对盾尾壁后注浆进行实时扫描并通过施工参数调整,提高注浆质量。通过集成上述两项技术,可实现对出渣量及壁后注浆的双控,提高地层损失率控制水平。     

高压富水区山岭隧道施工注浆堵水技术研究

为了保障高压富水区山岭隧道施工安全,现场经常采用注浆堵水措施,而目前隧道注浆堵水时地下水渗水量和支护结构外水压力变化特性尚有待于进一步研究。依托南大梁高速公路华蓥山隧道工程,基于复合式衬砌山岭隧道"堵水限排"的防排水理念,采用理论分析和数值模拟方法,分析了高压富水区复合式衬砌山岭隧道围岩注浆堵水时地下水渗流场特征,推导了高压富水区山岭隧道采取注浆堵水时隧道渗水量和支护结构外水压力的计算公式,得到了隧道渗水量及支护结构外水压力与注浆圈厚度、围岩和注浆圈渗透系数之比及围岩和初期支护渗透系数之比间的关系。研究结果表明:高压富水区山岭隧道注浆堵水时,隧道渗水量和支护结构外水压力的主要控制因素为:注浆圈厚度、注浆圈及初期支护的渗透系数;隧道渗水量和支护结构外水压力随着注浆圈厚度的增加及其渗透系数的减小而降低,综合考虑注浆堵水效果及施工成本,建议注浆圈厚度为6～8 m、围岩与注浆圈渗透系数之比为100～200时较优;高压富水区山岭隧道防排水系统设计,需要考虑注浆圈和初期支护堵水作用以及横纵向排水管排水效果,即综合防排水设计才可以减小排水量,有效降低支护结构外水压力。研究所得隧道注浆堵水的相关参数成功应用于实际工程,为高压富水区隧道工程注浆堵水设计与施工提供了一定的参考。     

矩形盾构隧道管片衬砌施工期结构性能的现场试验研究： 结合上海虹桥临空11-3地块地下连接通道工程

本文以国内首条矩形盾构隧道工程为背景,对矩形盾构衬砌结构在整个施工期的荷载及结构响应进行现场追踪测试,探索衬砌结构在施工期的主要受力阶段、结构外荷载及其响应随时间的变化规律,以全面掌握矩形盾构隧道衬砌结构在施工期的受力行为。研究结果表明： 1）衬砌结构在施工期的受力可划分为自重阶段、脱出盾尾阶段、同步注浆阶段和稳定荷载阶段; 2）脱出盾尾阶段和同步注浆阶段的结构外荷载分别为稳定荷载阶段的1.5~3.0倍和1.5~2.5倍,为衬砌结构在施工期的2个不利受力阶段; 3）稳定荷载阶段的结构外荷载及其分布与理论计算较为吻合; 4）衬砌结构在施工期的内力基本满足左右对称,内力分布特征与运营阶段基本一致。     

盾构隧道壁后注浆试验与浆液扩散机理研究进展

盾构隧道壁后注浆具有控制地层变形、确保管片受力均匀等作用,但壁后注浆施工中也常出现隧道上浮、管片破损、螺栓剪断等现象,壁后注浆效果与注浆施工参数的控制密切相关。为达到预期注浆效果,深入研究壁后注浆过程中浆液的扩散机理,提出合理的壁后注浆施工控制策略具有重要现实意义。基于目前国内外学者在盾构隧道壁后注浆浆液扩散机理方面所开展的工作,从现场实测、模型试验、理论分析3个方面进行梳理总结,分析现有研究的进展和不足。在现场实测方面,目前常用的监测手段是探地雷达无损检测法和埋设仪器法;室内模型试验包括整体模型试验和局部模型试验,整体模型试验主要用于模拟盾构掘进过程中的同步注浆施工,局部模型试验主要用于分析浆液固结变形以及压力消散过程;在理论分析方面,当前主要从盾尾间隙特征、浆液流体特性以及浆液-土体相互作用机理研究浆液扩散过程,浆液扩散过程可概括为充填、渗透、压密和劈裂4个阶段,充填注浆浆液的扩散模型主要是环形充填扩散和扇形充填扩散,渗透注浆浆液的扩散模型有球面渗透扩散和柱面渗透扩散,压密注浆浆液的扩散模型有球形压密扩散和柱形压密扩散,劈裂注浆过程很少考虑;在数值计算方面主要侧重于研究盾构壁后注浆对管片受力和地表沉降的影响。最后,分别从盾构隧道断面形式、理论模型的地层适应性、统一扩散理论模型、浆液扩散微观机理等方面展望了盾构隧道壁后注浆浆液扩散机理研究的发展趋势。     

双线盾构隧道施工过程相互影响的数值研究

文本首先针对双线盾构隧道施工特点,建立了考虑切口水压、土体扰动、盾尾释放位移、盾尾注浆体的硬化效应,能够进行动态模拟的三维弹塑性有限元模型。然后采用该模型进行双线盾构隧道施工过程的数值模拟分析,计算结果与现场监控量测数据做了对比分析,验证了本文所建立的双线盾构隧道施工过程数值模型的适用性,并总结得出近间距隧道施工中,后建隧道对先建隧道的影响规律,以及后建隧道自身相对与单条隧道时的变化规律。通过对平行隧道盾构法施工不同参数的对比研究表明,隧道间距是控制两隧道相互影响的最主要因素,地层损失率次之,其下是土体弹性模量。而隧道埋深、切口水压、盾尾注浆压力对两隧道相互影响的作用较小。通过对重叠隧道盾构法施工不同参数的对比研究,分别得出了两种开挖类型的重叠隧道相互影响的规律。从减小隧道间相互影响出发,证明了下伏隧道先行开挖优于上覆隧道先行开挖。     

考虑盾壳与土体摩擦力的盾构下穿既有地铁隧道施工控制研究

摩擦力是盾构下穿对既有结构施工力学行为影响的重要因素。为明确盾构下穿过程中土舱压力、注浆压力、摩擦力对既有隧道变形的影响规律,给出合理的施工技术参数,考虑盾构自重及土压力分布特征,推导了摩擦力计算公式,分析了摩擦力分布特征,将此计算结果通过Fish语言写入FLAC3D有限差分软件,结合实体工程,对盾构下穿既有地铁隧道施工技术参数进行了系统研究,并通过实测数据验证了研究成果的可靠性。研究结果表明:1)盾壳与土体之间的摩擦力沿盾壳四周不均匀分布,量值随土体内摩擦角、重度及隧道埋深的增大而增加;2)盾构下穿过程中,既有结构竖向位移表现为先隆起、后沉降,其中土舱压力、摩擦力是造成既有结构隆起的主要原因,隆起量随土舱压力、摩擦力的增大而增大;3)盾尾脱离后既有结构沉降主要受注浆压力、摩擦力的影响,沉降量则随注浆压力的增大、摩擦力的减小而减小;4)与不考虑摩擦力的数值计算模型相比,考虑摩擦力的模型计算结果与工程实测数据吻合更好,且既有2号线运营地铁隧道结构变形满足规范所要求的控制标准,验证了研究成果的合理性与适应性。     

限量排放下的隧道地下水渗流分析

以广东某在建高速公路隧道工程为例,通过地下水渗流计算分析,确定隧道富水段注浆后岩体渗透系数,最终实现地下水的限量排放。渗流计算采用连续介质模型,主要考虑泄水孔间距、隧道承压水头以及渗透系数的变化,分析孔隙水压力分布、地下水渗流路径,以及渗透系数与渗流量之间的关系,隧道富水段围岩注浆后,其渗透系数理论上不应超过2x10-5m／s控制指标的结论,可为隧道工程的安全施工提供较好的理论指导。     

浅谈全断面富水砂卵石层盾构施工技术

全断面富水砂卵石地层基本结构松散、胶结程度差,当采用土压平衡盾构施工时,土舱内很难形成流塑性较好的土体,给盾构施工带来诸多困难.结合西安地铁二号线南延段盾构隧道工程,总结了在全断面富水砂卵石地层中盾构施工的关键技术,提出了采用膨润土在该地层中进行土体改良的技术措施.盾构在富水地层施工时防水是重点,盾尾间隙控制和油脂注入量控制是关键.     

软土地层盾尾注浆压力引起的地面隆起分析

目前已有盾尾注浆压力引起地面隆起的研究均假定盾尾注浆压力均匀分布,这与实际工程中盾尾注浆压力上小下大的形式不符。为更准确预测盾尾注浆压力引起的地面变形,在现有均匀注浆压力引起地面隆起分析的基础上,考虑软土地层盾构隧道施工中盾尾注浆压力上小下大的分布形式,将盾尾注浆对地层的压力效应视为半无限土体中柱形孔的扩张过程,利用镜像法和Mindlin解,推导出软土地层盾尾注浆压力引起的地面隆起计算公式,并通过工程实例,将本文解答、叶飞解答、林存刚经验公式解答、Vesic解答与数值解进行对比分析。结果表明:盾尾注浆压力引起的地面隆起横向曲线总体上呈高斯分布。在预测软土地层地面沉降时,忽视盾尾注浆压力引起的地面隆起是不合理的;用推导出的公式计算上小下大分布形式下盾尾注浆压力引起的地面沉降是可行的,Vesic公式和林存刚经验公式在应用时需要根据具体工程进行相应修正。     

软土地层土压平衡式盾构盾尾有限元分析及优化对策

盾构在施工时,盾尾往往要承受大量的水土压力和自重载荷,这些载荷作用在盾尾产生一定的形变量。当形变量超过设计要求时,会造成一定的工程事故。针对软土地层中盾构的工况进行分析,确定盾构掘进过程中盾尾所受载荷。建立三维有限元模型,然后进行计算分析。根据分析结果对盾尾结构进行改进:盾尾采用6点注浆法代替传统的4点注浆法,并对有限元软件进行分析计算,对比6点注浆法和4点注浆法盾尾的分析结果。结果表明,6点注浆法能很好地减少盾尾的形变量,提高了盾构施工质量。     

盾构下穿既有地铁区间隧道沉降控制研究

为探究既有区间在新建隧道盾构下穿过程中施工沉降控制方法与既有结构沉降变化之间的关系,依托深圳地铁10 号线岗厦北站—莲花村站区间(以下简称岗莲区间)左线隧道盾构下穿既有2 号线工程开展既有结构变形监测,结合现场监测数据,建立模拟隧道施工的计算模型,分析得到既有结构在下穿过程中变形与下穿施工控制方法间的关系。研究表明: 1)同步注浆等施工控制方式对既有结构初期变形影响较大,二次注浆对变形稳定时间及大小影响较大; 2)下穿过程需重视盾构土舱压力的维持,并采取保压措施,在较高水平上维持土舱压力,保持刀盘前方水土; 3)管片脱出盾尾后及时二次注浆,充分充填壁后空隙,在既有结构沉降较大时应及时二次注浆进行补救。     

富水砂层盾尾密封修复技术

南昌轨道交通1号线秋水广场站-中山西路站区间隧道为首条穿越赣江的隧道,其始发与接收段均处于富水砂质地层中。在盾构始发过程中,出现盾尾漏浆。为解决盾构推出洞门端头加固体后盾尾漏浆问题,采取泥水舱及盾壳上注入优质膨润土泥浆封闭、盾尾注入水泥砂浆封堵周边水系等措施,根据管片长度与盾尾密封的位置,选择合理的推进长度进行管片拆除,用塞焊的方法对3道盾尾刷处的注浆管、注脂管与盾尾之间的间隙进行焊接封堵,顺利解决了盾尾漏浆问题,完成了盾尾密封的修复工作,可为类似工程的盾尾密封修复提供借鉴与参考。     

盾构下穿北京地铁13号线望京西站站房基础变形及数值分析

随着盾构下穿既有构筑物的情形越来越多,盾构施工难免会对既有工程的安全使用和安全性造成一定影响。以北京地铁15号线关庄站—望京西站区间盾构隧道下穿13号线望京西站站房基础施工工程为实例,通过ANSYS有限元数值分析软件对土体注浆和未注浆工况下盾构下穿13号线望京西站站房基础的过程进行模拟,得出土体在注浆情况下既有结构的变形明显减小。将ANSYS有限元分析软件计算结果与现场监测结果进行比较,两者相差不大,验证了有限元分析软件的正确性,从而为今后盾构隧道穿越既有车站结构施工提供借鉴和参考。     

超大直径盾构隧道同步双液注浆原位试验研究

为探明水泥-水玻璃双液浆在超大直径盾构隧道工程中的浆液特性、扩散形态及注浆填充效果，在北京东六环京哈高速—潞苑北大街区段盾构隧道工程负环段进行同步双液注浆原位试验，通过在负环管片上安装钢套筒的方式形成盾尾注浆间隙，并采用土压力和孔隙水压力传感器检测同步双液注浆过程中盾尾间隙内压力的分布及变化情况，探明双液浆的胶凝特性及初步扩散形态。注浆完成后，通过现场取样和三维激光扫描的方式揭示双液浆的物理力学性能和注浆填充效果。研究结果表明： 1）在同步双液注浆过程中，双液浆浆液压力整体呈“单峰”式曲线变化，即注浆开始后传感器量值随浆液注入快速增加，在注浆停止后传感器量值迅速下降，然后缓慢下降，最后稳定至一定量值； 2）由于原位试验过程中室外温度变化大、湿度低，并且存在混合不均及双液浆产物不稳定的问题，现场取样测得的抗压强度略低于室内试验所测得的抗压强度； 3）由三维激光扫描结果可知，适当调整注浆参数后双液浆能够很好地填充盾尾间隙，注浆圈无明显缺陷。     

大直径盾构隧道穿黄河关键技术研究

针对黄河下游“地上悬河”的特点,对市区穿黄河大直径盾构隧道的安全覆土厚度,盾构隧道掘进对黄河两岸堤防工程的影响、管片结构及接缝防水3个关键技术进行研究。主要研究结论如下： 1）确定了过河段河床最大冲刷深度,并基于此研究了隧道过河段控制埋深及纵坡设计; 2）基于隧道控制埋深,验算了隧道对黄河两岸堤防的影响,映证了控制埋深的正确性; 3）进行盾构管片、接缝设计及弹性密封垫设计,并验算管片接缝防水性能。     

水下盾构隧道的合理覆土厚度数值模拟分析

针对水下隧道长期赋存于富水环境中,围岩的力学性质较差,地层的成拱能力降低的特点,研究水下盾构隧道的合理覆土厚度,为设计与施工提供参考。在国内外学者研究成果的基础上,依托具体的工程实例,鉴于实际施工中盾尾管片壁后注浆对盾构隧道的动态上浮作用和对地层沉降的影响,进而确定对盾构隧道最小覆土厚度的影响,同时基于水下隧道突水风险研究,综合考虑水、土、注浆浆液的动态影响,通过对颗粒流数值模拟结果进行分析,给出水下盾构隧道合理覆土厚度和最小覆土厚度临界值的判定依据和条件,采取必要的信息化施工和响应联动措施,控制水下盾构隧道浅覆土穿越水体地层变位,保证工程和环境的安全。研究结果表明:双洞隧道的地表沉降曲线基本符合Peck沉降槽理论,随着埋深的增加,地表沉降将由2个独立的沉降槽逐渐发展叠加为1个新的沉降槽;对于依托工程而言,隧道覆土厚度的临界值为1.3D;围岩的竖向位移随距隧道中心线距离的增大而减小,当距离增大到0.5D后位移变化不再显著;隧道开挖后,由于隧道顶部土体拱效应的发挥,不同埋深情况下作用在管片上的土压力将明显小于初始土压力,且压力值与埋深成正比。