地铁盾构隧道管片衬砌结构受力特征研究

以我国城市地铁区间盾构隧道为对象,采用几何比1/12,同时考虑盾构隧道管片接头效应和管片与土体相互作用效应的三维土-盾构隧道相似模型试验,对盾构隧道管片结构在不同拼装方式下的力学行为进行了研究,并通过现场原位试验进行印证和补充,最后将研究成果与梁-弹簧模型的理论分析结果进行了比较,得出的结论可为盾构隧道的设计提供参考.     

粘性地层地铁盾构隧道管片结构力学特征研究

以南京地铁一号线为工程背景,采用现场试验的研究手段对穿越粘性地层的盾构隧道管片结构在施工全过程和稳定期的力学行为进行了系统研究,同时采用考虑结构与地层相互作用的梁-弹簧模型对其进行了有限元数值模拟分析,并将结果进行比较和综合,提出了粘性地层条件下地铁盾构隧道管片结构的设计原则与方法。     

盾构隧道结构健康监测系统设计及若干关键问题的探讨

盾构隧道运营期一般长达50~100a,随着越来越多的跨江、大埋深、大直径、长距离盾构隧道的建成与投入运营,盾构隧道结构健康监测系统已得到高度的重视。文章在对隧道结构健康监测系统调研的基础上,结合盾构隧道的特点,给出了盾构隧道结构健康监测系统的定义,即以盾构隧道结构长期监测为基础,以数据分析和力学分析为主要手段,以验证关键设计参数与指标、结构服役性能评价与预警、合理配置养护资源为主要目标的数据采集、管理与分析综合系统;提出了盾构隧道结构健康监测系统组成,包括:数据采集、传输与存储子系统,数据集成、可视化与预警子系统,数据分析与评价子系统;详细介绍了各个子系统的内容与设计方法;讨论了监测内容与位置的选取、传感器选型、数据综合集成、健康监测可视化、结构健康评价方法以及与维护养护的关系等关键问题及其在上海长江隧道等实际工程中的处理方式;最后对盾构隧道结构健康监测系统的设计与实施提出了一些具体的建议。     

盾构隧道穿越对既有管线影响的研究与展望

城市盾构隧道施工穿越既有管线时会对其产生影响,从理论方程、模拟计算、模型试验和现场实测四个方面,对盾构隧道施工穿越既有管线影响的研究现状进行了阐述。理论研究方面是在土体变形的基础上,着重对三种管线模型进行比较分析,详述了关键参数的选取方法;仿真模拟和模型试验在探究管线与土体相互作用的参数研究方面具有直观的优势,研究的内容也从单一变量到多变量耦合,但结果的合理性对本构模型和试验设备的选取有较大的依赖性;管线变形实测方面,对两种穿越方式的异同点进行了阶段性分析。此外,还介绍了邻近既有地下构筑物的“遮拦效应”、管线接头对预测结果的影响等,并从柔性管和刚性管的角度出发,对控制指标和防范措施进行总结,其中被动保护法中注浆加固使用最为广泛。     

钱江通道及接线工程钱江隧道设计综述

在建的钱江隧道是高速公路项目钱江通道及接线工程下穿钱塘江的控制性工程,隧址位于钱塘江人海口,工程地质条件及河段水文条件复杂.隧道过江段采用盾构法施工,隧道直径为15.0 m,是目前世界上最大的盾构法隧道.文章详细介绍了钱江隧道工程的建设环境、建设标准,以及隧道平面、纵断面及横断面布置等总体设计方案,并对超大直径盾构隧道结构及防水、盾构浅埋下穿河流、软土地层深基坑、盾构段立体化平行作业及综合防灾系统等关键技术进行了阐述.     

盾构隧道预应力管片的两维有限元数值模拟与分析

针对预应力混凝土管片这一新型的盾构隧道衬砌结构进行了模型试验研究,介绍了利用有限元方法进行模拟计算的过程,采用不同的接头力学模型对其整环试验进行了两维模拟,在与试验结果分析比较的基础上,得出合适的模型参数,为预应力管片用于设计和施工奠定了基础。     

邻近既有深基坑的盾构法隧道施工地层变位分析

文章针对盾构隧道邻近深基坑推进的工况,进行室内缩尺模型试验,并建立了对应工况下的盾构隧道-土体-基坑围护结构三部分共同作用的三维有限元计算模型。通过对比同一工况下的室内模型试验和数值计算结果,验证了三维数值分析的可行性和可靠性;得到了邻近既有深基坑的盾构法隧道施工引起周边地表沉降的分布特点及其变化规律;分析了盾构隧道开挖引起的横断面不同深度处地层位移的特点;分析了隧道上方的地表沉降分布受邻近既有基坑的影响及沉降值随盾构隧道推进进度的变化规律,得到了盾构隧道对基坑围护结构的位移影响情况;并提出了盾构隧道施工过程中对周边地表沉降、地层变位及基坑围护结构位移与变形进行实时监测的建议。     

穿越长江轨交区间隧道设计难点的分析和研究

长距离越江区间隧道在工程建设中面临众多的技术难点。结合南京轨交10号线穿越长江工程,对隧道结构、防水设计、防灾系统、盾构长距离掘进施工、盾构始发接收方案等重难点进行了分析和研究,并在工程实践中成功应用,取得了较好的效果。这对类似工程的设计、施工具有借鉴意义。     

上海市道路隧道结构设计标准综述

通过调研和总结上海已建15座盾构隧道的设计资料,对现有隧道存在的病害进行了归类分析,提出了隧道病害的预防与治理措施;对明挖段的围护设计选型、结构工程规模和盾构隧道几何设计参数进行了统计分析,提出了明挖接线段围护结构选型及插入比的建议,明确了明挖结构的计算模型和计算参数;对已建盾构隧道的埋深、最小曲线半径、最小线间距、最大坡度等几何参数进行了详细分析,总结出了工作井平面尺寸的确定方法和盾构进出洞的关键技术。     

拼装方式对盾构隧道衬砌结构变形和内力的影响分析

文章结合广州地铁区间盾构隧道管片衬砌结构设计,采用梁-弹簧模型计算法对不同拼装方式下的盾构隧道衬砌环变形和弯矩、轴力、剪力等内力分布以及衬砌环变形量和内力随隧道埋深的变化规律进行了探讨和分析.通过对盾构隧道装配式衬砌结构变形和内力分布规律及影响因素的系统研究,深入探讨了拼装方式对盾构隧道管片衬砌结构设计的影响.     

基于韧性理论的盾构隧道智能建造北大核心CSCD

以盾构隧道为主的城市轨道交通在"十三五"期间已取得了跨越式的进步,盾构掘进设备在智能化方面取得了飞速发展,但隧道结构设计、结构制造和现场管片拼装的智能化方面,仍需要大的创新与突破。面对建设韧性智慧城市的战略目标,盾构隧道还存在系列问题亟需解决,如对于新材料的物性认识浅、理论少;传感的布置缺乏针对性,监测感知差;隧道管片拼装大量依靠人工,误差大。解决这些问题的关键在于构建一个基于韧性理论的智能化盾构隧道建造系统,通过利用材料和结构的韧性特点,结合计算机等信息技术,采用韧性设计、智能感知、智能制造、智能拼装等一系列措施,使得隧道结构中的材料可智能感知、结构可精准监测、数据可实时孪生、信息可高效管理、制造可自动操控、过程可全域感知、模型可动态调节、管片可智能拼装,最终实现韧性城市的盾构隧道智能化建设。     

珠江口海底隧道盾构法施工方案可行性分析

盾构法已经在国内外的地下工程中被广泛运用,特别是国外一些著名的海底盾构隧道,如英吉利海峡隧道、日本东京湾海底公路隧道、荷兰W esterschelde隧道;国内盾构技术也发展迅速,先后建成上海大连路、复兴东路过江盾构隧道,还有在建的上海翔殷路越江公路隧道、上中路隧道和已经开工建设的武汉、南京、上海长江桥隧工程等。这些海底、江底隧道的修建为盾构隧道的发展积累了丰富的经验。文章首先论述了国内外大直径、高水压、长距离推进等盾构施工关键技术,并结合珠江口海底隧道的建设条件与国内外的施工成功实例,对海底隧道盾构法施工方案的可行性进行了初步研究。     

复杂环境超小间距隧道盾构掘进施工技术北大核心CSCD

针对浅埋超小间距隧道盾构施工,文章以特拉维夫红线轻轨工程西标段双线盾构施工为工程背景,从隧道加固施工、盾构掘进控制、监测控制与应急管理等方面进行系统研究。结果表明,加固施工在小间距盾构隧道施工中至关重要,可有效降低隧道施工风险;对未加固的小间距盾构隧道施工,应保持土压平稳,加强土压精细化控制;严格控制出渣量,做好渣土改良,控制土体损失率低于0.3%;在盾壳外部注入膨润土或克泥效,可有效地减少邻近隧道的位移量;应结合实时监测数据,控制回填注浆量及注浆质量;隧道施工过程应加强对邻近既有建筑物的监测。     

Analysis on Ground Surface Deformation and Influence of Construction Parameters Caused by Two Different Shield Machines in Double-tube Tunnelling北大核心CSCD

Based on a shield-driven running tunnel project of Hangzhou Metro Line 2, this paper carries out field measuring of the ground surface deformation caused by two different shield machines in double-tube tunnelling in soft soil areas, obtains the laws of the surface deformation caused by shield-driven double-tube tunnelling and verifies the applicability of the modified Peck formula to double-tube tunnelling. The results show that in soft soil areas the impacts on ground surface deformation caused by different shield construction parameters in the previously and subsequently excavated tunnels are different, while the surface deformation changes sharply before and after the shield machine passing through the cutting face, and a rebound phenomenon occurs when the shield tail passes through the cutting face due to the influence of the grouting; The cutterhead torque of the shield machine in soft soil areas can be composed of five calculation factors, and the calculation results are in good agreement with the measured values. The larger the opening rate of the shield cutterhead is, the larger the average torque value will be, the higher the percentage of large ground loss rate will be, and the larger the maximum ground surface settlement will be; The ratio of cutterhead torque T to mucking volume per ring Q is used as the control parameter for analyzing the ground surface settlement, and a certain positive correlation between the ratio and the surface settlement value is determined, the smaller the cutterhead opening rate is, the more accurate the fitting results will be. © 2022, Editorial Office of "Modern Tunnelling Technology". All right reserved.     

超大直径泥水盾构隧道抗浮关键技术综述

介绍了盾构法隧道上浮原因、影响因素、横向与纵向相互影响的上浮分析模型,以及隧道在单液浆中上浮力确定与隧道抵抗上浮能力。以上海长江隧道为例,分析了其抗浮分析结果,提出了超大直径盾构法隧道上浮控制措施,为类似工程设计提供借鉴。     

Mechanical Behaviors and Design Parameters of Segmental Tunnel Linings with New Type of Joints北大核心CSCD

Segmental linings in shield tunnelling are composed of segments and joints. Mechanical behaviors of the joints govern overall behaviors of tunnel linings. Two new types of joints are adopted in Shanghai Metro Line 18, including the fast-insertion joints for adjacent rings, and the fast-slide joints for adjacent segments. In order to explore the overall behavior of segmental linings with these new types of joints, the full-scale tests are carried out for new lining structure with aligned and staggered longitudinal joints. The mechanical behaviors of the tunnel linings under different loading conditions are obtained. Furthermore, the calculation models of the tunnel linings are discussed, and regarding the modified routine method, the structural design parameters under different loading conditions are calculated, which provides a reference for the design and the comparison of the assembly method of the tunnel linings with new types of joints. © 2018, Editorial Office of "Modern Tunnelling Technology". All right reserved.     

大断面跨海盾构隧道结构设计与参数分析

为获得精细、合理化的大断面盾构隧道结构设计方法,文章依托某大断面跨海隧道工程,对其结构选型和结构参数进行了分析。从管片拼装方式与分块、管片连接方式、管片材料等方面,分析了管片结构的选型方法;从计算模型的选取、计算工况与荷载的确定、参数的选取、计算结果等方面,分析讨论了管片横断面和隧道纵向结构的数值模拟计算方法及其适用性。结果表明:采用梁-弹簧模型、均质圆环模型计算管片横断面时所得的内力分布并不相同,在实际设计中应以前者计算结果为主,后者进行复核;在地基变化剧烈处,盾构隧道易出现较大的纵向弯矩和管片环间剪力,可通过采用设置变形缝、硬岩破碎等方式予以处理。     

基于岩体指标和掘进参数的TBM净掘进速率预测模型

净掘进速率是TBM施工速度的主要评价指标,与围岩物理力学性质、TBM掘进参数之间存在一定相关性。文章以兰州水源地建设工程输水隧洞双护盾TBM施工为背景,基于现场实测数据,选择岩石单轴抗压强度、抗拉强度、变形模量、泊松比、岩石耐磨性CAI值等岩体指标,以及刀盘推力和刀盘转速等掘进参数,进行TBM净掘进速率与有关影响参数之间的单因素相关性分析,得到相应拟合公式;基于TBM净掘进速率与岩体指标、掘进参数之间的相关性,利用多元非线性回归方法建立了TBM净掘进速率预测模型。通过将兰州水源地建设工程输水隧洞实测TBM净掘进速率和预测结果进行对比,验证了TBM净掘进速率预测模型的合理性。研究结果表明:(1)在复杂的多种地质条件下,TBM净掘进速率与岩石单轴抗压强度、抗拉强度、变形模量、岩石耐磨性CAI值、刀盘推力以及刀盘转速呈负相关关系,与泊松比呈正相关关系;(2)干湿状态对岩石耐磨性CAI值有一定影响,饱和状态下岩石耐磨性CAI值与TBM净掘进速率之间的相关性更显著;(3)建立的多元非线性回归预测模型,预测精度较高,可为相似地质条件下TBM净掘进速率估算提供参考。     

Technical Challenges of Super-Long Mountainous Tunnels at Great Depth北大核心CSCD

There are various technical challenges faced by the super-long mountainous tunnelling at great depth,and new requirements are arising in terms of the geological investigation, construction period, special geological condi-tions (high ground stress, high geothermal temperature and high-pressure groundwater), disaster prevention & evacua-tion, and social development. Based on an analysis of above mentioned technical challenges, this paper presents tech-nical views on solutions to those challenges and specifies the objectives of related technical development in the fu-ture. To improve the validity and accuracy of the geophysical prospecting, it is necessary to not only increase the accu-racy of ground geophysical exploration at great depth, but also carry out research on the application of such tech-niques to tunnel investigation as airborne geophysical prospecting and HDD combined with borehole geophysical ex-ploration. To maximize the benefits of tunnel projects, it is of importance that more attention should be paid to thoseissues relating to the tunnel design concept, such as the multiple functions of tunnel projects, energy saving andemission reduction, and environmental protection. As for tunnel support theories, in addition to optimizing the currenttheories, some unconventionally new lining theories need to be studied to make the tunnel structure more durable andeconomical. It is also suggested that, in terms of construction, sustained efforts should be put into the development ofinnovative tunnelling techniques for a better, faster and more economical tunnelling, as well as the realization of intel-ligent mechanized tunnelling. When it comes to operation, it is obvious that there will be a trend towards intelligent maintenance in the future. © 2018, Editorial Office of "Modern Tunnelling Technology". All right reserved.     

在建盾构隧道突发管片破损病害成因分析及治理措施研究北大核心CSCD

盾构法广泛应用于我国城市轨道交通隧道的建设中,盾构管片的病害问题也越发受到重视。文章针对某地铁在建盾构隧道突发管片破损病害,绘制了管片破损病害展布图,分析了相关资料和检测数据,明确了病害的成因机理,制定并实施了相应治理措施。研究结果表明:管片背后大范围空洞导致围岩对隧道的约束不足,引起已成型隧道在盾构机反推力和扭矩、同步注浆浆液浮力、刀盘水土压力和扭矩等作用下发生类压杆弯扭失稳是导致该病害的主要原因;隧道变形监测数据表明"背后注浆填充+破损部位修复"两阶段治理措施取得了良好的治理效果;盾构隧道施工过程中,应严格管控同步注浆质量,防止隧道轴线偏移引起盾构管片发生开裂破损等病害。