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。     

盾构管片接缝防水研究

为探讨盾构隧道管片接缝长期防水性能,分析了橡胶密封垫的防水失效机理,并提出长期防水性能折减系数公式。从结果看：橡胶密封垫老化后加剧了材料的硬化以及接触面状况的恶化,导致接缝间形成渗漏通道,防水性能不断降低。通过所提出防水性能预测公式预测了某盾构隧道管片橡胶密封垫的耐久性能,结果显示预测数据比仅考虑力学性能时减小约12%,说明所提公式在预测隧道渗漏现象及使用寿命时更合理可靠。     

盾构隧道接缝密封垫设计及试验研究

针对浙江某地铁盾构隧道直径较大、管片厚度较厚的设计特点,考虑弹性橡胶密封垫与复合型橡胶密封垫的不同断面形式,设计单排孔型、多排孔型及复合型3种密封垫,采用有限元分析、"一"字缝耐水压试验与压缩试验的方法,研究得到适用的最优防水方案。研究表明:①数值模拟结果显示,单排孔密封垫的接触面最大接触应力与平均接触应力均最大,说明其防水能力较好;②"一"字缝耐水压力试验结果说明,密封垫防水能力随着接缝张开量增加而减小,单排孔密封垫的防水能力最优;③压缩试验结果揭示,密封垫压缩力呈现先缓慢上升后迅速增大的规律,其中单排孔及复合型密封垫的拼装难度较小;④综合数值模拟与试验结果,选取单排孔型弹性橡胶密封垫作为接缝防水方案。     

聚硫密封胶盾构手孔封堵施工技术

传统盾构区间手孔封堵采用硫铝酸盐超早强(微膨胀)水泥拌和的C20细石混凝土填充,该施工方法在长期受外力作用的情况下,容易引起手孔封堵材料脱落,对地铁运营行车安全造成影响。文章结合宁波轨道交通1号线盾构工程对195°以上的手孔采用一种新型材料聚硫密封胶进行封堵,以有效减少因地铁运营振动或盾构隧道长期沉降变形引起的封堵材料掉落危险。     

盾构管片橡胶密封垫断面形式设计及耐久性研究

由于密封垫的使用寿命对今后隧道工程有着重要的工程意义;因此,对比不同密封垫材料的优缺点,根据规范对尺寸的规定,选取合适的盾构管片橡胶密封垫材料(EPDM)和3种尺寸分别进行防水试验。得出的结论是:当橡胶密封垫的接触应力与设计水压力之比K≥1.15时能满足防水要求。针对目前盾构隧道管片接缝弹性密封垫以经验为主的设计思路,提出利用数值模拟手段,将第3种试验产品的耐久性实验所得的数据利用"阿累尼乌斯方程"的"P-T-t三元模型"进行橡胶密封垫使用寿命预测。所得出的结论是:橡胶密封垫在使用100年后其应力保持率为83.3%。第3次试验所用橡胶密封垫的短期防水压力最高达到1.8 MPa,通过计算可知使用100年后该断面尺寸橡胶密封垫的防水压力为:1.8×83.3%=1.5 MPa,满足0.4 MPa的长期防水指标。研究结果表明"阿累尼乌斯方程"的"P-T-t三元模型"能够很好地解决密封垫的使用寿命问题,具有较好的推广应用前景。     

地震作用下盾构隧道环缝单向振动防水性能试验

为研究盾构隧道管片接缝弹性密封垫在地震作用下的防水性能,以在高烈度地震区修建的大断面海底盾构隧道——苏埃通道工程为依托,根据隧道环缝防水指标,研制了可模拟地震作用下的管片环缝单向振动防水试验装置,通过不同环缝张开量下单向振动防水试验,与未考虑地震作用时对应的张开与错动工况下静态防水试验结果进行对比,得出了张开量增大对密封垫防水性能的影响,并提出了弹性密封垫振动防水与静态防水的对应指标.结果表明:单向振动作用下弹性密封垫发生渗漏时,水呈喷射状而非缓慢流出,张开量的增大较错动量增大更易使弹性密封垫防水性能显著降低;随着环缝张开量的变化,单向振动耐水压值为0.2～1.4 MPa,静态耐水压值为0.1～1.1 MPa;单向振动作用下环缝弹性密封垫的防水性能约为静态时防水性能的45%～78%.     

大直径高水压下越江盾构隧道防水施工技术

跨越江河湖海的地下工程,往往地质条件复杂、水压力大,防水施工技术尤为重要。详细介绍了南京长江盾构隧道的防水设计及施工,主要包括管片接缝的设置及材料,管片及其拼缝、嵌缝、螺栓孔和洞门等的防水施工控制,隧道防水效果良好,对同类工程具有借鉴意义。     

撞击荷载作用下盾构隧道接头螺栓失效及参数分析

为了研究高速列车脱轨撞击盾构隧道时接头螺栓参数对螺栓失效和管片的影响. 基于ABAQUS有限元软件,建立了盾构隧道管片衬砌分块拼装式模型,利用时速200 km/h列车12.5° 斜向撞击荷载曲线,通过设置接触面单元和具有抗拉、抗剪、抗弯3种刚度组合的连接单元,近似模拟了盾构隧道接缝混凝土接触效应和螺栓连接效应,开展了不同螺栓直径和不同螺栓强度级别下管片接头螺栓的失效研究. 研究结果表明:在列车撞击荷载作用下,接头螺栓主要发生拉伸失效和剪切失效两种失效状态,失效后螺栓拉力和剪力降低为0,并且螺栓失效一般是相对列车行进方向相继出现的;拉伸失效通常出现在被撞块后端纵向螺栓,而被撞块环向螺栓和前端纵向螺栓一般发生剪切失效;各螺栓发生失效的时间随着接头螺栓强度级别的提高或螺栓直径的增大有所延后;不同螺栓参数下被撞块管片位移极大值均在6 cm左右,提高接头螺栓的强度级别和增大螺栓直径,将减小被撞块管片最终位移较大值区域面积以及最终位移极大值的数值,但管片最终位移极大值数值的减幅在10%以内,说明改变螺栓参数无法明显减小管片最终位移.      

盾构千斤顶不良顶推作用下地铁管片衬砌开裂特性

为指导地铁区间隧道施工盾构掘进控制和管片衬砌防裂设计,建立考虑接头-管片的盾构隧道装配式衬砌结构数值模型,基于混凝土弥散开裂本构模型,研究直线段管片衬砌在千斤顶轴向倾斜以及千斤顶端面侧移两种不良顶推作用下管片衬砌的开裂特性.研究结果表明：在上述2种不良顶推力下,顶推导致的管片衬砌裂缝主要分为封顶块螺栓孔裂缝、手孔纵向裂缝和管片环面纵向裂缝3类;当千斤顶出现轴向倾斜致裂时,拱顶封顶块环向螺栓孔处的裂缝宽度最大,且当轴向倾斜角度达到3°时,3类裂缝宽度均已超过施工的允许值;当千斤顶端面侧移致裂时,衬砌环面及封顶块环向螺栓孔位置处的宽度最大,其中端面整体向下侧移是最为不利的情况;管片衬砌开裂将导致裂缝位置处钢筋应力增大,相同开裂位置处的钢筋应力-裂缝宽度关系基本不受顶推力倾斜角度变化的影响,裂缝的宽度与钢筋的应力呈正相关关系.盾构施工时,应严格控制盾构掘进不良顶推作用,对容易产生裂缝的位置建议加强配筋以控制裂缝的发生.     

高承压水圆砾地层中洞内更换盾尾刷技术

因盾尾刷渗漏造成风险事故时有发生,尤其是在高承压水地层中,盾尾刷更容易损坏.结合工程实例介绍盾尾刷密封原理、分析盾尾渗漏原因.在实践中通过对高承压水圆砾地层制作水泥+水玻璃双液浆止水环封堵后方来水,并采用聚氨酯加强封堵;创造条件后拆除盾尾内的最后一环管片,再进行盾尾刷刨除和更换重新焊接,随后进行盾尾油脂抹塞和管片二次拼...     

流水机组法管片混凝土振捣噪声控制技术

附着式振动器振捣是流水机组法管片生产常用方式,虽然振捣作业在振动室内进行,但由于隔振措施不到位且封堵不严等原因,隔声控制效果差.为降低管片混凝土振捣工序操作人员的噪声暴露,使接触噪声符合职业健康要求,以北京东六环改造工程盾构隧道管片施工噪声控制为研究对象,考虑同类声源的频谱特性和噪声强度,结合吸声、消声、隔声以及阻尼减...     

水泥混凝土路面接缝嵌缝料的性能

应用两弹簧一粘壶模型模拟了硅酮、聚氨酯、橡胶沥青、PVC改性沥青和聚氯乙烯胶泥嵌缝料的粘弹性性能, 给出了其粘弹性参数的回归公式, 提出了嵌缝料结构温度下降产生的拉伸应力和车辆驶过接缝引起的剪切应力计算方法, 建立了控制嵌缝料与混凝土槽壁剥落脱离的结构极限状态方程, 对所选用嵌缝料的路用性能进行了分析和评价。研究结果表明嵌缝料与混凝土槽壁的剥落脱离破坏主要由车辆驶过接缝产生的剪切应力引起的, 决定性因素是嵌缝料低温与高速剪切状态下嵌缝料的劲度, 而温度下降产生的拉伸应力的影响是次要的。     

复合材料带孔板孔形与铺层优化设计

为提高复合材料带孔板的承载能力,对其孔形和铺层进行优化; 基于损伤力学模型建立了复合材料带孔板的仿真分析模型,并验证了其仿真精度; 选用圆孔、三角孔、方孔3种孔形的复合材料板,分别进行了仅孔形优化、仅铺层优化、先孔形优化后铺层优化、先铺层优化后孔形优化4种优化方案,对不同方案优化后的复合材料带孔板进行失效分析。分析结果表明：仅铺层优化对不同孔形复合材料板的失效载荷提升效果(7.6%~13.4%)明显大于仅孔形优化(2.0%~2.9%),仅孔形优化对三角孔带孔板失效载荷提升幅度最大,仅铺层优化对圆孔带孔板失效载荷提升幅度最大; 同时采用孔形优化和铺层优化对失效载荷的提升效果明显优于单一优化方法,其中先孔形优化后铺层优化方法对不同孔形复合材料板的失效载荷提升幅度最大(11.6%~15.6%); 铺层优化和孔形优化的先后顺序对圆孔带孔板影响最大(相差3.5%),对三角孔和方孔带孔板影响相对较小; 3种孔形的带孔板中,圆孔带孔板优化后失效载荷提升幅度最大(15.6%),在实际应用中圆孔带孔板的性能相对较好,且稳定。     

冲孔施工对邻近盾构隧道的影响分析

以深圳地铁某隧道工程为依托,研究了冲孔施工影响下盾构隧道的损伤变形规律。首先,对冲孔施工的振动特性进行分析,并深入探讨了冲击荷载对盾构隧道的影响作用机理;然后,根据非线性动力有限元分析原理,研究得到了冲孔条件下盾构隧道力学响应分析方法与实现步骤,并应用于实例分析。结果显示:冲孔产生的挤土效应创造了盾构管片损伤的客观条件;管片最大拉应力与管体周边超孔隙水压力之间存在一定关联性,孔隙水压力场的剧烈变化是导致管片损伤的重要原因;实例分析结果与管片实际开裂情况较为符合,本文分析方法具有一定可行性和正确性。     

强富水砂砾地层盾尾刷更换施工技术

盾构机在富水砂砾地层中连续长距离掘进时,一旦出现因尾刷失效导致盾尾漏浆漏水,将严重影响连续掘进进度和管片拼装成型质量及盾构施工安全,此时必须在隧道内更换盾尾刷.为保证隧道内更换盾尾刷的可行性、安全性、经济性,提出了采用管片壁后注浆快速固结土体技术应对强富水砂砾地层自稳性差、水压力大等问题的解决思路.尾刷更换前对盾尾15...     

盾构隧道橡胶密封垫压缩蠕变试验研究

对断面A、B两种盾构隧道橡胶密封垫进行了长期恒压作用下的压缩蠕变试验,发现橡胶密封垫压缩的蠕变形变与蠕变时间的对数近似呈线性关系,以此提出预测公式,并根据第一次试验数据拟合得到的预测公式中的参数来预测第二次试验数据,验证预测公式的合理性。通过比较本预测公式、Kelvin模型以及三参数模型,发现本预测公式能很好地反映橡胶密封垫在恒压下的压缩蠕变行为,是三种模型中反映橡胶密封垫蠕变行为最好的。试验发现,橡胶密封垫压缩蠕变行为受温度影响不明显,蠕变试验较应力松弛试验能更好地反映密封垫的耐久性能。本试验研究结果对研究和预测橡胶材料的长时间力学行为和使用寿命具有较重要的学术意义和实用价值。     

岩溶地层超长钻孔桩护筒跟进成孔施工技术

岩溶地区桩基施工面临成孔难、易漏浆、常塌孔等技术难题,结合贵广铁路大塘口双线特大桥岩溶区超长钻孔桩基的施工,介绍了采用多层钢套筒跟进．抛投片石、黏土、水泥封堵小洞和混凝土封堵大洞等方法,成功解决各项技术难题,保证了桩基的成孔质量,为类似地区桩基施工提供了可借鉴经验。     

行标《水泥混凝土路面嵌缝密封材料》的研究与制定

行标《水泥混凝土路面嵌缝密封材料》的制定，为采用统一的标准来检验水泥混凝土路面嵌缝密封材料的产品性能和生产质量，提高路桥建设的质量提供了可靠的保障。     

外圆内椭管片结构内力计算模型

为了使地铁隧道适应地层荷载的不均匀性,参考异形管片结构形式,同时兼顾制作与施工等因素,提出外圆内椭管片结构,以保证管片结构最不利位置的刚度满足安全要求,并适当降低管片其他位置的刚度,充分利用材料特性;采用刚度阶梯折算法求解外圆内椭管片的柔度系数与自由项,建立外圆内椭管片的计算模型;参照实际工程地质条件,研究外圆内椭管片的内力分布特点;利用《铁路隧道设计规范》(TB 1003—2016)对外圆内椭管片的安全性进行评价。计算结果表明：相比于等刚度管片,在相同的荷载条件下,外圆内椭管片减小了管片结构拱顶与拱底的弯矩,将最大弯矩与最大轴力转移至拱腰,在验算时重点分析管片结构拱腰处的内力能否满足安全条件即可,简化了安全验算内容;在稳定性方面,等刚度管片在拱顶、拱肩与拱腰处的安全系数分别为3.07、18.05和2.45,外圆内椭管片在拱顶、拱肩与拱腰处的安全系数分别为2.79、14.86和2.21,虽然较之等刚度管片略有降低,但仍然大于安全验算要求规定的最小值2.0,可充分发挥混凝土的材料特性;在内部空间方面,外圆内椭管片在外径与等刚度管片一致的情况下,等刚度管片的内部空间面积为22.9m²,而外圆内椭管片的内部空间面积为23.76 m²,明显大于等刚度管片面积,因此,可在不扩大外径的条件下,增加了内部空间面积,提高了内部空间利用率。     

煤矿斜井管片衬砌与可压缩层联合支护的效果

为研究盾构斜井管片衬砌与可压缩层联合支护体系中可压缩层参数对管片衬砌力学性能的影响,以神华新街台格庙矿区主斜井工程为依托,建立考虑管片衬砌与可压缩层之间接触效应和管片整环刚度折减效应的数值计算模型,分析有无可压缩层、不同可压缩层刚度及厚度等因素下管片衬砌内力和变形的分布规律和变化情况;采用相似模型试验对上述问题进行了进一步研究,并对有无可压缩层时管片的极限承载力和破坏形式进行了探讨.研究结果表明:可压缩层刚度越大,管片所受围岩压力越大且分布越不均匀,同时使得管片弯矩减小,轴力增大,当可压缩层模量与围岩模量之比在0.1~0.5之间变化时更为明显;随着可压缩层厚度的增大,管片所受围岩压力依次按不均匀、均匀、不均匀的趋势变化,当可压缩层厚度与管片厚度之比为1.7时围岩压力最小,管片轴力则随可压缩层厚度的增大而减小;可压缩层存在与否对管片变形影响甚微,通过自身的挤密吸收围岩压力且促使应力重分布,从而减小并均匀化传递至管片上的荷载,使得管片内力随外荷载的增长更平缓,量值更小且分布更均匀,并使管片的极限承载力提高了40%;有无可压缩层时管片破坏均经历椭变、椭变加剧、裂缝出现和扩展、失稳破坏的过程,且有可压缩层时管片的破坏更严重.