港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道复杂曲线管幕顶管施工轨迹控制技术

管幕工程是港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道的重要组成部分,曲线顶管是本工程核心技术之一,其成功与否将直接关系到项目的成败。管幕下穿拱北口岸,埋深4~5 m,平均长度257.92 m,位于半径890 m圆曲线和缓和曲线组成的组合曲线上,精度要求±50 mm,地表沉降要求小于30 mm,管幕所处地层地质条件复杂,周边环境敏感,人流、车流众多,管节轨迹控制难度大,轨迹精度控制是管幕工程难点之一。从顶管机设备选型、管节长度、F形接头设计、测量控制、动态纠偏、始发接收控制、管节轨迹实际偏差等几个方面介绍管幕轨迹控制技术。     

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道曲线管幕顶管测量和轨迹控制技术

管幕工程是港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道暗挖段难度最大的项目之一,工程下穿拱北口岸限定区域,埋深4~5 m,管幕平均长度257.92 m,由36根直径1 620 mm的钢管组成。线路位于缓和曲线和圆曲线组成的复合曲线上,其特点是群管顶进、互为接收始发、间距小、曲线半径小、精度控制高、地表沉降小、周边环境敏感。本文对从导线测量、一井定向、顶管测量、轨迹控制到精度估算的技术要点做了详细介绍,可为类似工程提供借鉴。     

泥水平衡顶管机在拱北隧道曲线管幕工程中的应用

依托港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道曲线管幕工程,介绍在复杂地质条件下长距离曲线管幕顶管设备选型,以及选用德国海瑞克AVN1200TC泥水平衡顶管机的顶进、UNS导向、操作控制、泥水处理等四大系统,通过曲线顶管工艺试验和已完成的隧道中板处4根顶管的成功实践,从顶进精度控制、顶管施工对周边环境的影响和顶进工效等方面,对设备应用情况进行分析和评价,能够满足拱北隧道管幕工程施工需要。     

曲线顶管顶进管节应力特征试验研究

拱北隧道暗挖段综合考虑周围建筑和地质条件等因素,采用曲线顶管管幕施工工法施工。由于曲线顶进方式,管节应力特征较之于普通直线顶管有所不同。加之暗挖段工程顶管管节接头构造特殊,更加大管节应力分布的复杂性。依托中国地质大学(武汉)非开挖工程实验室所研发钢顶管管节应力试验系统,模拟拱北隧道管幕曲线顶管顶进实验,研究管节应力与顶力大小的规律。结果表明:管节应力与顶力正相关的现象,应力在监测断面内水平位置两侧出现应力集中,管道轴线方向应力集中存在接头附近。     

基于变形控制的密排管幕顶管施工顺序优化分析

管幕可以为隧道施工提供强度较大的超前支护。为择优选择管幕施工顺序,减少管幕施工对地表沉降影响,以合肥大连路隧道工程为例,采用三维数值分析方法,考虑“先下排后上排连续顶入/先上排后下排连续顶入、先上排后下排间隔顶入”3种顶入顺序,研究不同管幕施工顺序对地表沉降的影响规律。研究结果表明：(1)上排顶管形成的土拱效应对下排起到保护作用,故最佳施工顺序为：先施工管幕上排顶管,再施工两侧及下排顶管;(2)由于顶管端头的高压旋喷加固和端部结构约束,管幕顶进引起的地表变形呈现端部小,中间大的特征;(3)侧排顶管不影响沉降叠加区最大沉降值,横向地表沉降曲线类似于S形,地表沉降最大值为12.7 mm,最终影响范围为24 m。     

港珠澳大桥拱北隧道曲线管幕管节现场制作技术

结合港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道曲线管幕工程实例,详细介绍曲线管幕管节制作与连接关键技术,包括管材切割下料、管身卷制、承插口F形接头制作、管节焊接组装技术,管节质量检测方法和验收标准等。顶管施工实践证明,管节制作精度、刚度和稳定性、防水密封性能等均达到预期效果,管节现场工厂化制作技术和产品质量是可靠的。     

超浅埋大直径管幕下穿特级火车站微扰动施工关键技术研究

太原市迎泽大街下穿火车站通道工程采用新管幕法施工,为国内首例大直径管幕下穿运营火车站的工程。工程地质及周边环境复杂,为减小对周边土体及站内轨道、雨棚、站台等周边环境的影响,保证车站正常运营,管幕施工时必须采用微扰动施工技术。以该工程为背景,采取数值模拟计算管幕施工对周边土体及重要建筑的影响,预估施工风险。对管幕施工中顶管掘进机选型、管节结构与密封、顶管精度控制、顶进参数控制、膨润土触变泥浆、障碍物处理、触变泥浆置换等关键技术进行了研究及应用,经实践证明管幕施工对地层及周边环境的扰动较小,满足车站正常运营要求,也进一步加快了新管幕法的推广应用。     

拱北隧道多台阶分部 暗挖方案研究

拱北隧道暗挖段开挖断面约337m2,在管幕-冻结复合帷幕作为超前支护下,进行多台阶分部开挖。原设计采用5台阶15部开挖工法,结合科研成果和现场可操作性,通过方案比选,对暗挖方案进行了优化,推荐采用5台阶14部竖撑方案,并采用台阶法进行开挖。本文利用数值分析软件对五台阶15分区方案,五台阶14分区斜撑方案,五台阶14部竖撑方案进行了对比,研究了各工况下隧道结构受力规律及安全性。分析结果表明：1）采用三种开挖方案均能满足结构安全要求,但五台阶14分区斜撑和竖撑方案更有利于机械化开挖施工;2）斜撑方案相对竖撑方案受力较大,且拼装难度大,精度要求高,施工安全性低;3）采用台阶法相对于侧壁导坑法,边脚部的初期支护变形更小,有利于冻土与管幕的协同变形,提高复合帷幕的封水安全。     

管幕-结构法下穿站场股道与站台沉降特征模拟分析

管幕-结构法下穿太原火车站站场地下通道工程,具有断面大、埋深浅、地表沉降控制严格等特点。为揭示管幕-结构法施工特点,采用数值计算对群管顶进、钢管切割及混凝土浇筑、土方大开挖等主要工序下,股道、站台沉降变化规律进行研究;并依据管幕结构施工地表沉降曲线特征,制定股道允许沉降控制标准。结果表明:(1)采用先下后上的钢管顶进次序,利于减小地表沉降;(2)管幕-结构法施工中,群管顶进、钢管切割与混凝土浇筑以及土方开挖引发的地表沉降比例分别为50%、36%和14%;(3)管幕-结构法施工地表横向槽主要出现在W+2Htan41°范围内;(4)股道允许沉降值为21 mm。     

管幕冻结法冻结过程温度场数值模拟

对港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道管幕冻结过程进行了有限元数值模拟,分析了冻结管布置圈整体温度场及冻结帷幕厚度随时间的变化规律。结果表明:冻结过程中形成了以冻结管布置圈为中心的环形温度场,冻结管布置圈内的土体温度下降速度快于布置圈外,其最终温度也要低于布置圈外;在冻结30 d左右相邻冻结管的冻结范围开始重叠,形成了0℃以下的冻结圈;冻结48 d左右基本形成了连续的、具有一定厚度的冻结帷幕;冻土壁厚度达到顶管间止水要求的1.45 m的时间点在冻结72~84 d之间。     

京沪高速铁路调节器尖轨刨切曲线线型研究

根据高速铁路调节器的结构特点和使用要求,提出尖轨轨头非工作边刨切曲线的选择原则。建议尖轨轨头非工作边的刨切曲线采用缓和曲线和圆曲线的组合线型,在尖轨理论尖端至圆曲线之间,为一曲率渐变的缓和曲线,在尖轨尖端附近矢度变化较慢,而在距尖轨一定范围时,矢度变化较快。推导出组合曲线的计算公式。该组合曲线尖轨理论尖端位置的曲线半径为1000 m,尖轨实际尖端位置的曲线半径为538.2497 m,圆曲线区段的曲线半径为365.9 m,尖轨实际刨切长度为6.8 m。采用所选线型时,若尖轨向前或向后纵向移动20 mm,尖轨实际尖端位置轨距减小或增加0.06 mm,尖轨刨切起点位置轨距减小或增加0.78 mm。选用的线型具有各点曲率连续变化、尖轨尖端附近曲线变化较缓、轨头宽度大于50 mm以后位置的轨头宽度增大较快等特点,能满足高速铁路调节器的使用要求。     

小半径曲线大跨度正交异性桥面系双线简支钢桁梁设计研究

京沪高速铁路工程天津枢纽-城际联络线南仓特大桥位于R=700 m的小半径圆曲线上,该桥跨越京山Ⅰ线、京山Ⅱ线、南仓至京山Ⅰ线联络线和京山津浦上联铁路处采用了直线跨度为125 m的直梁外包正交异性桥面系简支钢桁梁。介绍其主桁结构形式、主桁杆件计算、桥面板计算、结构变形、动力计算分析及主要焊接工艺等。计算分析表明,由纵肋、横梁和盖板三者之间焊接组成的正交异性钢桥面大跨简支钢桁梁因其跨越能力大、刚度大、上建高度低、安装架设方便,对于解决施工场地异常困难、线路位于小半径等困难条件下跨越铁路问题是较好的解决方案。     

基于工程技术条件要求的高速磁浮线路设计参数研究

对高速常导磁浮系统轨道梁结构型式及功能区各功能面的精度要求进行了分析,同时考虑到我国机加工能力和经济状况,对曲线地段定子面、导向面和滑行面分别采取了直线拟合和曲线拟合方法进行设计,研究工程技术条件对高速磁浮线路设计参数选取的影响,确定不同长度功能件和不同定子排列方式下平、竖圆曲线半径的合理取值范围,用不同曲率的导向面拟合平面圆曲线的允许半径范围和优势半径范围,以及满足扭转率要求的缓和曲线最小长度值。研究结果表明:分别采用6,3,2 m长的功能件和直线及半径为1550和790m的导向面,能够拟合的最小平面圆曲线半径分别为700,650和600 m,能够拟合的最小竖圆曲线半径分别为8250,4150和2750 m;缓和曲线最小长度可以达到40 m。     

多因素影响下顶管施工引起土体变形计算研究

为解决圆形顶管施工穿越特殊地层(如下穿切割塑料排水板)时引起地层变形的影响分析等问题,考虑刀盘挤土效应产生的正面附加压力、顶管与土体之间非均匀分布的侧向摩擦力,因塑料排水管的切削而不能忽略的顶管机刀盘的正面摩擦力引起的地层变形,基于Mindlin解得到在顶管施工阶段地表竖向位移计算公式;最后结合顶管工程项目实例验证计算方法的合理性,并与实测结果对比。分析结果表明:考虑多因素共同影响的地表沉降曲线与现场实测值较为吻合,能够反映顶管顶进过程中纵向地表沉降规律,总体表现为先隆起后沉降。沉降最大值位于开挖面后方8 m左右处;隆起最大值位于开挖面前方5 m左右处。在本文所考虑的影响因素中,影响程度最大的是顶管刀盘的正面附加推力,在沉降变形最大值中占比约为80%,在隆起变形最大值中占比约为56%。选取不同断面分析对比不同深度处土体沉降情况,沉降突变及差异主要表现在顶管轴线两侧12 m范围内。沉降槽曲线近似服从正态分布,不同土层深度的土体沉降最大值均位于顶管轴线正下方。在土体深层沉降中,随着与顶管轴线距离的增加,曲线不再满足随着深度的增加沉降值增大,反而在距离轴线4~6 m远处出现反转,直至随着深度的增加沉降值反而减小。     

港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道曲线管幕9号管脱困方案研究

港珠澳大桥拱北隧道曲线管幕施工阶段,由于始发端深基坑突发涌水、涌砂,造成顶管施工区域地层严重失水和管周润滑泥浆流失,9号管顶进被困。根据顶管施工区域工程环境、地质条件和地层变形情况,以及9号管被困位置和施工装备条件因素,按照"不危及施工安全和避免发生次生灾害,可操作性强,处置费用低"的原则,提出了增加后背顶力、中继套管顶推、逆向开挖拉拔、顶部开窗等4种递进脱困方案。经比选,首先采用了增加后背顶力方案未果,后采用中继套管推进方案,取得了成功。9号管成功脱困为本工程后续顶管施工积累了经验,也为类似工程施工提供了借鉴。     

地铁停车线段大断面顶管工法的论证与实践

地铁停车线通常与车站一起采用明挖工法施工,而随着城市基础设施不断开发和完善,明挖方案因施工占地大等问题,对周边环境影响越来越大。针对此问题,以福州地铁某区间为例,结合地铁停车配线选型优化和施工工法比选论证,提出单停车线段区间采用矩形单洞双线顶管方案;并结合地铁各相关专业需求和受力分析,确定外宽高为10.8 m×7.5 m的类矩形超大断面顶管。该方案已通过工程实践：顶管总长约190 m,覆土埋深约10 m,平均月掘进长度约54 m;顶管顶进施工过程最大顶力约4 890 t;与理论最大顶力基本一致;隧道纵向地表累计变形为–17～2 mm。上述论证与实践以期为超大断面顶管隧道的工程设计和施工提供参考。     

复杂工程条件下浅埋矩形大断面顶管关键技术与应用研究

南京地铁3号线新庄站3号出入口通道采用大断面矩形顶管施工技术,在复杂地质及环境条件下施工难度大。顶管施工区段主要处于淤泥质黏土、粉土及冲积-洪积粉细砂地层,地下水丰富且承压水头高,在掘进中易产生排土不畅或造成砂层固结以及顶管进出洞施工风险较高等问题,对周边建(构)筑物及管线保护要求高,交通疏解难度大且管线迁改工期长。通过周密的现场调查研究,在顶管机选型、顶进参数与姿态控制、渣土改良、环境监测等方面采取一系列科学有效的关键技术措施,逐一攻克各个工程技术难点,确保工程的如期贯通。     

软弱地层超大矩形顶管盾构隧道开挖面稳定性研究

为保证超大矩形顶管盾构隧道开挖面稳定,本文以某超大矩形顶管盾构隧道工程为背景,建立了软弱地层超大矩形顶管盾构隧道模型,研究了不同内摩擦角因子、黏聚力因子、埋深因子时开挖面位移和支护应力差率曲线,结果表明：（1）埋深因子越大,相同支护应力差率m下矩形顶管盾构隧道开挖面位移越大,开挖面主动破坏时m越小,被动破坏时m越大;（2）黏聚力因子越大,相同m下矩形顶管盾构开挖面位移越小,开挖面主动破坏时m越小,被动破坏时m越大;（3）内摩擦因子越大,相同m下矩形顶管盾构开挖面位移越小,开挖面主动破坏时差率m越小,被动破坏时m越大。研究结论可为类似工程提供参考。     

干海子特大桥主梁架设拖拉施工技术

干海子特大桥为交通部西部山区科技示范项目依托工程,是一种新型的钢管混凝土桁架连续梁桥。该桥主梁采用钢管混凝土桁架梁,结构新颖,但由于该桥所处地理环境条件恶劣,地形复杂,桥型由多个曲线组成,最小曲线半径仅为356m,纵坡大,施工难度大,为高难险工程。结合本工程实际特点,在上部曲线型桁架梁的架设施工技术方面深入研究和应用,对主梁架设采用的拖拉施工技术进行了总结。     

一座钢-混凝土连续结合弯梁桥的施工监测

一座钢混凝土结合梁铁路弯桥,位于半径为300m的圆曲线上,采用(45 82 45)m的跨径组合,结构体系复杂,施工技术难度大,施工监测是该桥安全施工的重要保证措施。施工过程监测成果检验了桥梁的设计和施工方法的合理性,也为今后同类工程的设计与施工提供了借鉴参考。