地铁盾构通用环管片楔形量计算方法研究

通用环管片通过有序旋转拼装形成地铁盾构隧道,而管片楔形量的变化将影响通用环管片线路拟合及施工纠偏的能力。为明确地铁盾构通用环管片楔形量的计算方法,对计算管片楔形量的类似通缝、紧邻交错、非对称间隔交错和对称间隔交错4种计算方法进行详细介绍与比较,然后结合天津市滨海新区轨道交通Z2线工程,系统分析几种楔形量计算方法的线路高程拟合情况和不同楔形量通用管片对整个典型区间的拟合情况,最后提出地铁盾构通用环管片楔形量的多层次控制设计流程。研究结果表明： 对称间隔交错计算方法更适用于初步计算通用环管片楔形量,并且将最小曲线半径折减50~100 m能够更快地确定初步设计的楔形量,同时有必要对管片进行设计排版来验证计算得到的管片楔形量是否满足控制要求,并且在验算时线路高程拟合偏差是一项重要的控制因素。     

基于CATIA软件的楔形盾构隧道管片参数化建模与排版

为提高楔形盾构隧道管片拼装拟合设计效率,基于达索CATIA V6软件平台,分析管片几何结构模型建模与隧道设计曲线拟合原理。通过盾构管片参数换算,建立楔形盾构隧道管片环参数化建模标准库,设计函数运算关系并编辑脚本,然后以局部坐标系转换的方式实现隧道曲线参数化拟合,编写排版拟合程序,并应用排版程序分析不同楔形量对通用楔形盾构管片隧道曲线拟合精度的影响。最后,依托杭州市艮山快速路下沙段提升改造工程,对工程初设中直径为14 m的盾构管片进行建模排版模拟,结果表明排版程序计算结果满足工程需求,能为实际工程提供一定依据。     

标准环+转弯环的双面楔形盾构管片排版技术研究

为提高盾构隧道掘进的施工效率、降低盾构管片排版错误的风险,针对管片类型为标准环+转弯环（为双面楔形）组合的盾构隧道,提出一种错缝拼装形式的管片预排版方法,并采用几何迭代法求出与目标线路偏差最小的一种盾构管片拼装姿势,可有效解决盾构隧道掘进过程中管片类型选择和拼装点位选取的施工难题。最后以南京地铁3号线某区间为例验证所采取方法的正确性,对盾构隧道掘进的施工组织和施工误差控制具有重要的指导意义。     

基于隧道轴线控制的通用型管片主要构造参数设定研究

为适应复杂条件下盾构隧道管片构造设计要求,首先介绍一种通用环管片错缝拼装的预排版计算方法,然后详细分析管片构造的主要几何参数与隧道最小拼装曲线半径的关系,提出满足线路曲线半径拼装要求的管片主要几何参数组合,并基于某地铁区间的设计线路,比较不同管片楔形量对拼装误差的影响,得出管片楔形量过大会导致直线段或者较缓的曲线段拼装误差过大的结果,继而算出基于线路的最大、最小楔形量,提出管片楔形量建议值计算方法,并与3条地铁线路的管片选型进行对比验证。研究成果可为实际工程的管片选型及构造设计提供合理建议。     

类矩形盾构隧道结构整体安全性试验与分析

为研究类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的整体安全性,针对2环纵向接缝构造相同,管片配筋不同的衬砌结构进行整环足尺加载试验。试验通过30点集中荷载模拟类矩形盾构衬砌结构在意外堆载工况下的实际受力,利用位移计和电阻应变片等传感器得到类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的破坏过程、结构变形、接缝变形及螺栓应变等试验结果,对其进行分析得到了类矩形盾构隧道结构在意外堆载工况下的破坏机理;并对比分析了2环试验结构试验结果,探究了不同管片配筋量对结构受力性能的影响。最后,从结构鲁棒性角度出发,分析了意外堆载工况下类矩形盾构隧道结构的鲁棒性指标,对类矩形盾构隧道结构整体安全性进行评价,并通过对比分析2环试验结构的鲁棒性指标,为提高类矩形盾构隧道结构整体安全性提出管片优化设计的建议。研究结果表明:类矩形盾构隧道衬砌结构的薄弱环节为管片间的纵向接缝及T块与中柱连接处;纵向接缝构造形式相同前提下,管片配筋量增加对纵向接缝受力影响不明显,不能使类矩形盾构隧道结构的鲁棒性明显提升;管片截面抗剪不足导致结构局部破坏而失去承载力不利于结构的鲁棒性,可通过优化管片本体截面的抗剪承载力提高类矩形盾构隧道结构的整体安全性。     

地铁盾构管片在平、竖曲线上的排版探讨

以沈阳地铁一号线为例,主要通过楔形环的设计,确定城市地铁盾构隧道在曲线上掘进时楔形环与标准环的配比,从而实现在各种曲线上管片环手动排版,可供施工人员参考.     

武汉地铁通用管片楔形量研究

盾构隧道通用管片简化了模板设计,施工中能够较好地控制隧道掘进轴线和管片成环质量,通用性强.武汉地铁4号线一期工程为了便于统一供应管片,盾构区间设计采用通用管片,根据线路平面和纵断面设计条件,研究了采用不同楔形量通用管片对应的线路拟合误差分布情况,并根据分析结果优选出该线通用管片楔形量的合理取值.     

复合式衬砌置换缺陷盾构隧道管片技术在实际工程中的应用

为解决由于施工原因导致的区间右线盾构隧道严重上浮事故,文章依托长沙地铁4号线长沙火车南站-光达站区间工程,根据事故隧道所处环境及地质条件,提出在软岩地层中利用复合式衬砌置换缺陷盾构隧道管片的处理方法,主要内容： 1）根据实测数据对线路进行拟合,确定缺陷盾构隧道的长度约为40 m,需处理管片为223～247环,共计25环管片; 2）采用模糊综合评价法对缺陷盾构隧道处置方案进行比选,结果表明在软岩地层中采用复合式衬砌全断面置换缺陷盾构隧道管片方案为最优方案; 3）采用有限元法分别研究单次拆除1环、2环、3环、4环管片时地层及管片的位移及应力变化,结果显示随着一次拆除管片环数的增加,围岩拱顶竖向位移逐渐增大并出现连通的塑性区,邻近第1环管片向隧道内竖向位移及向隧道外水平位移逐渐增大,管片逐渐被压扁,其弯矩、轴力值也逐渐增加,围岩及拆除区域附近管片结构体系越来越不安全,因此施工时需控制一次拆除管片的数量; 4）为确保管片置换时原盾构隧道结构体系的稳定,确保安全,做到快速施工,开发了一种新型台车及其施工方法,将其应用于实际工程。     

地铁隧道常用管片特点与选型计算

盾构作为地铁隧道施工的主要设备与作为地铁隧道永久衬砌的管片应用均非常广泛,因此管片选型的好坏直接影响到地铁隧道的精度和质量。根据常用管片的特点,着重介绍现今应用比较普遍的等腰梯形转弯环管片的楔形量计算、管片排版计算及盾构管片选型依据,并计算出常用管片的最大转弯半径,对管片造型与组织管片生产具有一定的指导作用。     

考虑特殊环的盾构法隧道通用楔形管片排版及纠偏算法研究

盾构法隧道通用楔形管片是通过前后两环的相对旋转来拟合线路中的直线和曲线要素,简化了模板设计,通用性强、质量容易保证.为了满足逃生、疏散的要求,需要在区间隧道中设置人行联络通道,往往将联络通道位置的若干环管片设计成特殊环.另外,盾构机掘进过程中因不可预见因素造成的实际隧道轴线偏差在所难免,需要调整前后管片环的相对转角,使...     

石家庄市轨道交通1号线小半径曲线隧道盾构施工技术

以石家庄市轨道交通1号线火炬广场站-石家庄东站盾构区间为实例,从盾构选型、管片选型、掘进参数、同步注浆、二次补浆、管片螺栓复紧等方面采取针对性的控制措施,成形隧道轴线控制在-50～+50 mm,管片错台控制在10 mm以内,地表沉降控制在-20～10 mm,成功解决小半径曲线隧道盾构施工轴线难以控制、管片容易产生错台、地表沉降较大等问题,对今后小半径曲线隧道盾构施工有一定的参考价值。     

浅覆土强透水砂卵石地层大直径泥水盾构干接收施工技术

为解决浅覆土强透水砂卵石地层大直径泥水盾构的接收难题,以常德沅江大直径泥水盾构隧道为依托,提出干接收施工技术,采用端头加固区RJP超高压旋喷加固、端头垂直冻结、塑性混凝土连续墙施作的联合加固手段,提高端头加固区整体结构的稳定性,为盾构接收创造条件。在盾构干接收过程中,通过控制各项施工参数、精确掌握施工时机要点,保证盾构顺利穿越既有管线及加固区,管线和地表最大沉降分别控制在6 mm和5 mm以内,确保盾构精确出洞。在洞门钢环内安装洞门刷防止盾构出洞时土体流失,同时增加盾构出洞过程中同步注浆量,并对管片进行槽钢连接固定,保证盾构出洞过程盾尾及支护安全。     

类矩形盾构隧道下穿引起既有隧道竖向位移计算方法研究

为探究类矩形盾构隧道施工对既有隧道造成的影响,得到既有隧道竖向变形规律,基于随机介质理论并结合累积概率曲线计算土体损失造成的土体竖向位移,再通过转动错台协同变形模型计算既有隧道竖向位移;针对新建类矩形盾构隧道下穿既有隧道,以土体损失作为造成既有隧道沉降的唯一因素开展室内模型试验,并对拱顶位移进行施工全过程测量,将实测值与理论计算结果进行对比验证。研究结果表明： 1）理论计算结果与实测值较为吻合,证明了理论计算方法的可靠性; 2）类矩形盾构隧道下穿既有隧道造成既有隧道沉降的规律与圆形隧道一致; 3）由于土体损失,新建隧道下穿会导致既有隧道发生沉降,在新旧隧道投影交汇处的既有隧道拱顶变形最大; 4）既有隧道拱顶沉降变形随着开挖面的掘进逐渐增大,且存在一个快速变形的阶段。     

浅埋超大直径盾构隧道千斤顶推力对衬砌管片受力变形的影响研究

为研究浅埋超大直径盾构隧道在不同千斤顶推力及偏移作用下的衬砌结构受力及变形规律，运用有限元软件ABAQUS建立考虑水土压力、盾尾刷反力、千斤顶推力的盾构隧道衬砌管片三维模型，并分析衬砌管片在盾构直行、上行、下行以及左行条件下发生偏角时的衬砌内力及变形情况。结果表明： 1）千斤顶推力对衬砌管片的影响范围主要为前8环，明显反应在前3环，且环内最大错台位置主要集中在封顶块位置附近； 2）盾构掘进方向主要影响该方向的管环位移，对垂直方向的管环位移基本无影响； 3）拱顶/拱底主要受俯仰偏角影响，不受横摆偏角作用，拱腰则对横摆偏角更为敏感，受俯仰偏角影响较小； 4）当千斤顶发生俯仰偏角时，向下偏角极易引起前几环管片的应力激增； 5）当千斤顶发生横摆偏角时，同侧偏角更易引起该侧管片的位移及应力激增。     

盾构法双管隧道施工引起的地表沉降预测及特征分析

盾构法双管隧道施工产生的地表沉降预测方法按照不同的分析原理,可归纳为半经验分析法、理论分析法和数值分析法。分析了各种方法的优缺点,搜集国内外41条双管盾构隧道工程的地表沉降实测曲线,通过对曲线分布形态及其成因的分析以及地表最大沉降值数据的归纳整理,总结了双管隧道施工地表沉降分布的3大特点,即:1)地表沉降曲线主要呈现"单峰"和"双峰"2种形态,双管隧道间距及埋深是决定曲线形态的重要因素;2)影响地表沉降曲线形态的因素主要为地质和环境因素以及施工因素;3)地表最大沉降值与隧道埋深、双管隧道的间距、地层条件以及采用的盾构方法等均有密切的联系。     

考虑收敛变形的通缝拼装盾构隧道纵向等效抗弯刚度计算分析

为了研究运营地铁通缝拼装盾构隧道长期沉降过程中衬砌结构横向变形对其纵向变形和受力的影响,基于上海轨道交通8号线西藏北路站—中兴路站运营盾构隧道现场试验监测数据,对等效连续化模型进行修正,考虑隧道收敛变形对结构纵向变形的影响,并将该计算方法与现有计算方法进行对比分析。结果表明:1)弯曲状态下,环缝位置不考虑剪切作用时,随着隧道收敛变形的增加,拱底环缝张开量最大值、管片拉压应力和螺栓拉应力均略有减小。2)结构纵向变形曲率半径越小,隧道收敛变形对其影响越显著。3)在大曲率半径隧道结构纵向变形状态下,隧道收敛变形对结构纵向变形的影响可以忽略;不考虑轴向拉伸导致结构纵向变形条件下,结构弯曲导致的拱底环缝张开量较小。     

隧道进出口线形协调性研究

分析平曲线、竖曲线、平纵曲线组合及横断面对隧道安全的影响,对隧道进出口线形协调性进行研究,并提出：隧道进出口应尽量设在直线段上或圆曲线段上,避免设在缓和曲线上;对于洞口处的纵坡,除应采用较大的竖曲线半径外,隧道洞口的变坡点应距洞门有一定的距离;隧道洞口段的平纵面线形组合须避免在进、出洞口的洞外段、洞内段设置较长、较大的下坡,且在洞口处均需设置小半径的平曲线进、出洞;隧道洞内外的路面宽度应逐渐过渡,且长大隧道内应设置紧急停车带。     

大直径泥水盾构始发钢套筒的防扭施工技术——以孟加拉卡纳普里河水下隧道为例

为更好地控制超大直径泥水平衡盾构始发阶段的施工风险，依托“一带一路”孟中印缅经济走廊大型基础设施项目孟加拉卡纳普里河水下隧道，采用开挖直径12.16 m超大型气垫式泥水加压平衡盾构密闭始发钢套筒进行始发。为解决当地吊装资源和远洋航运的限制，钢套筒采用分片设计。盾构在套筒内破除洞门围护结构前，须严格控制盾构掘进转矩，避免盾体及钢套筒整体扭转。对钢套筒始发整体扭转进行分析，并运用有限元仿真技术分析始发施工中的盾构钢套筒抗扭性能。研究结果表明： 钢套筒可以满足始发前后所需的抵抗转矩，最大应力为16.6 MPa，最大位移为0.52 mm，最大水平位移为0.02 mm，最大竖向位移为0.51 mm，满足盾构始发钢套筒的受力和变形验算条件。基于仿真计算结果，制定对应的超大直径盾构始发钢套筒的抗扭措施。