水下盾构隧道结构健康监测系统运营现状及展望

在我国大力倡导“互联网+ ”背景下,越来越多的水下隧道搭建起以传感技术为基础的结构健康监测系统,该系统实现了运营期隧道结构安全的损伤识别和量化分析,给隧道养护管理带来了便利。然而,部分水下隧道结构健康监测系统在使用过程中出现了数据无法读取、评估决策机制失效等问题,给管理者带来不便。研究项目以南京某隧道、扬州某隧道结构健康监测系统为研究对象,采用历史资料查阅、现场检查、仪器测试等手段,详细分析了隧道结构健康监测系统的运营现状,并探讨了水下盾构隧道结构健康监测系统实施的注意事项及发展趋势。     

大型水下盾构隧道结构研究现状与展望

随着我国大型水下盾构隧道的日益兴建,一系列结构问题愈发凸显,对结构的安全性提出了挑战,大型水下盾构隧道结构已逐渐成为国内外研究的热点.针对大型水下盾构隧道在设计阶段、施工阶段及长期运营阶段可能存在的结构问题,综述了国内外相关的重要研究,主要包括:隧道横向结构的力学特征与分析方法,纵向结构变形与稳定性,隧道结构及附属结构物的地震响应及抗震与减震措施.总结了近期的研究成果与新进展,包括:整环管片衬砌结构力学特征与分析方法,接头力学性能,隧道结构纵向稳定性,施工期流固耦合效应及上浮机理,施工荷载的影响,火灾的影响与评估,水环境作用下管片衬砌结构的长期耐久性及结构性能评价等.最后,讨论了尚存的问题以及相关结构问题的研究趋势.     

大直径盾构隧道下穿高层建筑风险分析及沉降变形研究

大直径盾构隧道下穿高层建筑物是城市市政工程中经常遇到的施工状况,在盾构掘进过程中隧道周边土层会发生一定的变形,从而威胁到建筑物的结构安全稳定,对此类工程施工过程进行风险分析和结构变形计算是十分必要的。以此类工程施工为研究背景,采用数值模拟和原位监测的手段,发现大直径盾构掘进过程和掘进后对高层建筑沉降影响较大,并且盾构下穿过程对地下室底板和独立式桩基变形也有显著影响;采用洞内同步注浆有利于减少建筑物沉降。大直径盾构隧道下穿过程中应明确施工风险,严格控制掘进参数,制定有效沉降控制措施是降低施工风险的有效手段。     

吊出井区段盾构隧道结构病害及成因分析

对砂性地层盾构吊出井所在区段地铁隧道进行隧道渗漏水、混凝土管片损伤、错台量、接缝张开量的调查和检测,并结合隧道收敛变形监测数据进行了吊出井段开挖回填的施工数值模拟。分析结果表明,吊出井段隧道病害主要是由于回填土在隧道该部位产生的侧向应力值太低,在上覆荷载作用下隧道产生较大收敛变形,引起拱顶管片内壁拉伸外壁受压,从而导致了隧道顶部纵向开裂和接缝张开等病害。     

管片厚度对大直径盾构隧道受力及变形的影响

针对大直径盾构隧道分块数多、厚度与外径比值偏小的设计特点,采用相似模型试验研究了管片厚度对大直径盾构隧道结构受力及变形的影响。结果表明:增大管片厚度能够有效减小超载工况下管片的收敛变形,但随着管片厚度的增大,增加相同的管片厚度对减小收敛变形的作用逐渐减弱;管片厚度增大,可减轻拱顶和拱底部位的混凝土开裂问题,但隧道截面受力状态会由小偏心向大偏心转变,过大的管片厚度并不利于隧道结构受力;管片厚度的增加,对隧道两侧拱腰位置的内力影响最显著,拱顶和拱底次之,对其它部位内力影响并不明显。     

盾构隧道管片衬砌内力及变形的影响因素分析

盾构隧道管片衬砌的内力及变形受多种因素的影响。用弹性地基梁方法对一具体实例，从土层与衬砌两方面综合分析了影响衬砌内力及变形的各个因素，分析了管片的内力及变形随各参数变化的一些规律，得出了对衬砌内力及变形影响较大的参数。     

大直径盾构隧道结构纵向设计参数影响分析

为了更加合理的确定盾构隧道纵向计算模型的参数,对盾构隧道进行合理的纵向受力分析。通过无量钢化的参数敏感性分析,结合大直径盾构隧道自身的特点,分析了纵向刚度有效率、地层物理力学参数中的弹性模量、泊松比三个因素对纵向计算模型计算结果的影响,为纵向计算模型的改进以及纵向结构计算参数的选取提供参考和依据。     

长大水下盾构隧道渗漏水监测预警及处治技术研究

渗漏水是长大水下盾构隧道运营期常见且难处治的病害之一,具有监测实施难度较大和长久性处治效果不佳的关键性技术难点,研发设计出水浸监测+视频监控联动的渗漏水监测预警技术、接缝注浆+嵌缝封堵的管片接缝渗漏水处治技术、接缝注浆+防水密封罩的螺栓孔渗漏水处治技术,不仅实现对渗漏水实时在线监测预警,而且解决了水下盾构隧道常见的管片接缝和螺栓孔渗漏水长久性综合处治的难题,该渗漏水监测预警及处治技术成功应用于工程实践,可有效降低长大水下盾构隧道运营期的人工巡检强度,并降低养护成本,从而为类似养护工程的渗漏水病害综合治理提供参考。     

地铁盾构隧道穿越既有铁路隧道的数值模拟

以无锡地铁某盾构隧道区间穿越既有铁路隧道为工程实例,基于Ansys数值软件建立3维力学模型,从盾构隧道施工过程中的盾构推力、注浆压力、施工工况、相邻隧道间距4个方面对盾构隧道施工引起的既有铁路隧道的结构变形和受力规律进行了数值模拟,并分析了既有隧道变形的机理和影响因素。     

南京河西地区地铁运营盾构隧道收敛变形的治理措施

南京河西地区紧临长江下游,属长江漫滩区,地质条件差,地下水丰富,地铁运营盾构隧道周边深大基坑施工极易造成较大的管片收敛变形,产生的隧道结构病害严重影响地铁运营安全。结合地铁保护的实际需要,提出了隧道结构收敛变形的三种治理措施,并得到了成功运用。     

考虑流固耦合效应的水下盾构隧道受力特性

为探讨水下盾构隧道施工期流固耦合效应对管片衬砌结构受力的影响,以广-深-港(广州-深圳-香港)铁路客运专线狮子洋越江盾构隧道为依托,建立了该盾构隧道数值分析模型,计算作用在管片结构上的水压,并对隧道施工和运营期间管片结构所受外荷载、内力进行了原位测试;将计算水压力施加到梁-弹簧模型上,得到考虑施工期流固耦合效应的盾构隧道结构受力.研究结果表明:受注浆压力影响,目标环管片刚脱环3~5环时,所受水压力波动较大;脱环10环后,随注浆压力的逐渐消散和流固耦合效应的消失,管片所受水压力接近于该处的静水压力.      

南湖路湘江隧道盾构施工影响因素及工程措施

盾构是穿越江河水下隧道的主要工程方法之一．针对南湖路湘江隧道盾构段围岩中岩溶具有成岩差、易软化、崩解以及石英质和砾石含量高特性的红层软岩、上软下硬的浅覆土等特征,分析了复杂地质条件下盾构施工的风险,提出了应对措施,其结果可为南湖路湘江隧道的设计和施工提供指导性建议．     

基于精细化模型的盾构隧道纵向变形研究

为探究盾构隧道下沉或上浮时管片的受力情况,利用有限元软件ABAQUS建立三维精细化非线性有限元模型,分析在管片转动、错台等影响下连接螺栓、管片的应力发展规律。结果表明：在相同管片张开角条件下,连接螺栓的应力与变形曲率半径呈负相关。当变形曲率半径为3 000 m、张开角为0.002 0°时,首次出现螺栓屈服现象;当变形曲率半径为∞m、张开角为0.040 0°时,首次发生螺栓破坏;当变形曲率半径≤1 000 m时,不论张开角多大,所有螺栓均屈服。从环面方向对连接螺栓进行分析,可以看出环面上各螺栓的应力发展有3个阶段。当张开角增大或变形曲率半径减小时,管片部分区域的拉应力开始减小,相应阶段逐渐发展为塑性抗拉阶段。在小变形曲率半径(300～2 000 m)范围内,管片的最大主压应力水平更多取决于变形曲率半径的大小,而随转动角的增大其变化较小。     

激光扫描盾构隧道断面变形快速检测

针对人工检测效率低、变形检测车定位不准、噪点剔除困难、数据处理滞后等技术难题,基于盾构隧道管片环缝灰度图像数学形态特征,通过图像滑窗方式,利用直方图均衡化、缩放、阈值判定等方法快速自动识别环缝,并依据环缝已知位置反向修正隧道里程; 基于距离最小二乘法椭圆曲线拟合,建立了盾构隧道激光扫描噪点三次迭代自动剔除方法; 通过对管片环上各单环激光扫描数据拟合椭圆进行均值处理,并与隧道设计参数或上次检测结果比对,确定了隧道断面变形; 以轨检小车为载体,集成断面三维激光扫描仪、倾角仪、编码器、测距轮和计算机等设备,研制了盾构隧道断面变形快速检测车,开发了配套的数据采集和处理软件,并进行了工程试验和实际应用。研究结果表明：检测时速为5 km·h^-1时,检测车系统隧道内水平和垂直方向直径复测差值绝对值小于2 mm的占比分别为98.41%和96.21%,小于1 mm的占比分别为82.36%和71.92%,系统复测精度为2 mm,多数可达到1 mm,说明环缝识别、噪点剔除、整环收敛变形算法和检测系统具有较高的稳定性和重现性; 检测车可自动采集和处理数据,检测作业后24 h可输出检测分析报告,结果准确可靠,可为盾构隧道结构健康评定和养护提供参考。     

越江盾构隧道纵缝张开及收敛变形响应规律研究

隧道收敛变形能够直观地反映出隧道结构的安全状况, 是影响地铁正常运营的重要因素。 依托南京扬子江大断面盾构隧道, 建立了单环管片精细化数值模型, 以现场接缝张开度的健康监测数据验证数值模型的准确性与可行性, 研究了纵缝张开与收敛变形的关系以及螺栓预紧力和管片拼装角度对收敛变形的影响。 研究结果表明： (1) 纵缝张开是隧道环向发生收敛变形的关键因素, 管片绕接缝处转动是收敛变形的主要形态; (2) 对于大变形情况 (＞8‰D), 提高螺栓预紧力不建议成为控制收敛的主要手段; (3) 得到的 “纵缝张开-收敛变形” 拟合公式, 可用于近似估算圆砾及卵石全透水地层中不同拱腰收敛变形下的拱顶纵缝张开量。     

营口市辽河水下隧道建设工法比选

在充分借鉴国内外水下隧道工程的基础上,结合营口市辽河水下隧道工程的建设条件,对水下隧道建设工法进行了综合比选,推荐采用沉管隧道方案下穿辽河。     

盾构隧道易液化地基的抗液化措施研究

针对饮和粉细沙层中看构隧道的地基液化问题,通过室内实验及理论计算得到如下结论：改变隧道埋深、对洞周土压密或对洞周土注入７％～１０％的４２５＃普通硅酸盐水泥等,即可达到消除隧道底部、减小隧道顶部液化区的目的。     

公路隧道养护与管理工作存在问题与对策

介绍了公路隧道养护管理的作用,分析了东北地区公路隧道运营期间常见病害原因,探讨了养护管理存在的一些问题.特别从技术和管理的角度阐述了养护的原则和内容,以及提高公路隧道养护管理水平的具体对策和措施.并结合大连地区公路隧道养护情况,提出了一些做法.对于隧道工程的维护和管理,这不仅能够保证工程设施安全使用,正常发挥设计功能,而且能够提高公路隧道的质量,进而达到可以延长隧道的使用寿命和降低其运营成本的效果.     

超大直径盾构隧道巷道式通风技术

在南京长江隧道施工中,创造性地利用中间箱涵作为通风巷道,采用轴流风机压入进行洞内空气置换,代替在隧道内架设专用通风管的通风方式,大大节约施工成本,减少工序干扰,提高了施工工效。