矿山法隧道拱部装配式衬砌结构设计研究

为解决矿山法铁路隧道施工拱部常出现的衬砌背后脱空、二次衬砌厚度及强度不足等质量缺陷问题，提出矿山法隧道拱部采用装配式预制管片结构的新思路，并基于时速350 km双线铁路隧道，采用数值计算分析研究拱部装配式衬砌结构的系列设计参数。主要研究结论有： 1）提出拱部装配式衬砌环向不分块的整体预制形式，综合考虑理论计算结果、行车安全分析、机械设备运输及拼装能力、拱部衬砌承载能力等，确定拱部管片环向弦长8.6 m、纵向幅宽2 m、衬砌厚度50 cm的结构尺寸及配筋设计参数； 2）提出拱部预制管片之间环缝采用螺栓连接、拱部预制管片与现浇边墙采用“L”型榫接头的接头形式及其设计参数； 3）为保证拱部管片的顺利安装，“L”型榫接头应考虑一定的施工误差，同时拱部预制管片与初期支护间应预留安装空间，后期通过管片背后纵向注浆填充密实。隧道拱部装配式衬砌技术成功应用于重庆胡家沟隧道，总体实施效果较好。     

新型装配式衬砌在矿山法施工铁路隧道中的应用研究

为解决矿山法施工铁路隧道二次衬砌拱顶易出现的空洞、厚度不足、裂缝、掉块等病害，以重庆铁路枢纽东环线胡家沟隧道为依托，采用拱部预制衬砌替换现浇衬砌的方法，研究拱部衬砌预制工艺、高精度悬臂侧墙施工工艺、拱部预制衬砌运输及拼装施工工艺和拼装配套设备，并阐述装配式衬砌在施工中需重点解决的技术难题及对策，如采用高精度衬砌模板台车解决接头直线度的问题、采用全环通长定位筋解决悬臂侧墙钢筋骨架稳固的问题等，形成一套完整的新型装配式衬砌拼装技术。经现场应用表明： 1）采用“拱部预制衬砌+侧墙现浇”的装配式衬砌施工技术是可行的，可以有效解决矿山法施工隧道拱部质量缺陷问题，提高拱部衬砌质量； 2）新型装配式衬砌采用“L”型榫接头及大球形接头，大球形接头较“L”型榫接头更易控制施工质量，更易于拼装； 3）通过采用拱部预制衬砌高精度定制钢模、高精度悬臂模板台车、悬臂侧墙在混凝土浇筑过程中进行二次精调等关键技术，保证了接头施工精度，满足了拼装要求； 4）通过分析衬砌结构受力变形监测数据，得出隧道衬砌结构内力的受力变形规律； 5）新型装配式衬砌施工技术机械化程度高，施工过程中结构稳定可靠，安全性较高。     

铁路隧道高精度悬臂边墙施工关键技术研究

采用矿山法施工时，隧道二次衬砌模筑混凝土在施工过程中易出现脱空、厚度不足、掉块等质量缺陷，对此，提出采用“拱部预制衬砌+悬臂现浇边墙”的新型装配式衬砌结构，以保证悬臂现浇边墙满足拼装要求。以重庆铁路枢纽东环线胡家沟隧道为依托，采用数值仿真+现场试验的方法，研究了悬臂边墙混凝土浇筑、边墙接头精度控制等工艺，形成了一套完整的高精度悬臂边墙施工技术。研究结果表明：1)通过“荷载+结构法计算模型”计算分析，悬臂边墙具备结构自稳定性；2)通过采用刚度大强度高的悬臂模板台车对称分次浇筑、台车二次精调、全过程监测等措施，保证了悬臂边墙的高精度和施工稳定性、安全性。     

L型接头混凝土衬砌模板台车设计

为解决铁路隧道二次衬砌拱顶背后空洞、衬砌厚度不足、掉块等问题,提出混凝土预制技术与现浇技术有机结合,二次衬砌拱部使用预制管片,其余部位依然使用现浇混凝土的技术方案,为此研制L型接头混凝土衬砌模板台车。重点介绍该台车的结构组成和设计,确定设计方案和参数,简要说明在重庆铁路枢纽东环线胡家沟隧道的现场应用。该台车的使用能缩短施工工期,减少施工人员数量,解决拱顶掉块问题。     

隧道大口径内衬钢瓦片运调一体机优化设计

外界环境或者施工质量缺陷造成输水管线中预制混凝土管片裂纹或者坍塌,需运输大口径内衬钢瓦片进行加固。针对隧道内大口径内衬钢瓦片与隧道壁间隙小、长距离运输的钢瓦片为偏心结构和拼装对接精度要求高等施工技术难题,设计制造内衬钢瓦片运调一体机。针对钢瓦片的夹持机构、运输纠偏和拼装对接等关键功能进行结构优化设计和系统分析,并根据钢瓦片结构特征和施工环境确定钢瓦片的最佳夹持、运输和拼装对接方式,同时采用有限元分析方法对内衬钢瓦片运调一体机整体结构进行强度校核。实际工程应用表明： 1)内衬钢瓦片运调一体机结构设计合理,强度稳定性和设备功能满足现场施工要求,为大口径内衬钢瓦片在隧道内长距离运输和拼装对接施工提供了一种技术方案; 2）提高了内衬钢瓦片在隧道内的运输效率和拼装对接精度,并降低了施工难度和施工成本。     

地热利用型盾构法隧道施工探索——以清华园隧道能源管片设计、制作及安装为例

土建工程中的隧道结构兼作浅层地热换热构件时被称作能源隧道。盾构隧道中可先将热交换管安装在预制管片中形成能源管片，现场施工时将各管片连接形成回路，这种隧道称为能源盾构隧道。文章基于国外已有的2个能源盾构隧道管片施工和安装研究实例，结合京张铁路清华园隧道3环27个能源管片的设计、制作及安装工作，从管材的选用、管片的预制、管片的现场安装等方面对地热利用型盾构法隧道的施工方法进行总结梳理，根据施工中遇到的具体问题，从管片制作和现场施工的角度对能源管片规模化施工面临的问题提出可能的解决方法。     

斜井隧道双模式盾构推进油缸布局优化研究

盾构推进油缸的布局合理性关系到隧道管片拼装质量,在斜井隧道施工中则更为突出。以煤矿斜井双模式盾构为例,通过分析不同掘进模式和工况下推进油缸布局优化条件以及根据单个管片受力均匀、管片环整体受力平衡及各分区推力均方差最小的优化原则,完成推进油缸的位置及分区优化。推进油缸布局优化后,各管片受力均匀,衬砌环整体受力平衡,各分区推力相近,有利于避免管片被压溃,研究结果对盾构推进系统的选型和设计有指导作用。     

隧道二次衬砌质量控制新技术

为解决隧道二次衬砌背后脱空、混凝土不密实、厚度不够、强度不足、施工缝开裂掉块等施工质量问题,依托在建的张吉怀铁路某隧道工程,施工中采用三维激光隧道扫描测量系统确保初期支护断面不侵限;采用激光定位和磁焊机焊接提升防水板固定效果;研发并使用新型台车分层逐窗自动布料系统,实现隧道拱墙衬砌混凝土自动分层逐窗浇筑;设置刹尖孔、拱顶安装防空洞监测装置和液位器装置,有效防治拱顶空洞;优化拱部振捣方式和施工缝施工工艺;制订并落实隧道二次衬砌质量管理新办法的技术和管理措施。通过以上措施,实现二次衬砌厚度零欠厚,拱部脱空率下降至5%以内,二次衬砌混凝土强度满足设计要求,总体施工质量得到大幅提高,为隧道施工和运营安全提供保障。     

盾构机在特殊地段的管片拼装技术

深圳前湾燃机电厂过海管廊工程分为1088 m的盾构法施工段和370 m矿山法施工段,衬砌均采用6块钢筋混凝土预制管片拼装而成.隧道地质条件复杂,坡度要求高,在海下通过,需穿越预留排桩,给管片拼装造成了很大的困难.主要介绍了在该工程施工中的两个特殊地段盾构机穿越预留排桩地段和盾构机过矿山段,如何采用正常拼装、纠偏拼装、曲线段拼装三种管片拼装技术顺利地通过,且保证管片拼装质量.     

适用于隧道机械化施工的折叠式钢拱架及立拱关键技术研究

为提高隧道立拱质量和效率，解决人工立拱在隧道施工中存在的搭接部位不牢靠、错位以及劳动强度大等问题，基于新型多功能作业台车，结合装配式隧道及地下工程建造技术理念，设计一种适用于机械化装配的折叠式钢拱架。依托新乌鞘岭隧道进口段机械化装配施工，对折叠式钢拱架的装配性能进行现场试验并对其承载特性进行数值分析，结果表明： 1）折叠式钢拱架的装配性能可以满足隧道机械化装配的要求； 2）承载性能可以满足设计要求，且试验段隧道拱顶沉降为706 mm； 3）提高了钢拱架安装质量和效率，降低了工人的劳动强度。最后，总结折叠式钢拱架立拱关键技术要点。     

盾构管片拼装模式下推进油缸的自动控制

在拼装管片时,需要在拼装模式下伸缩推进油缸。当采用无线控制推进油缸时,一种是在无线遥控器上设置推进油缸选择开关,这就使无线遥控器上有限的空间变得相对狭小,给操作带来不便;另一种是在无线遥控器上设置管片选择旋钮,而且为了施工安全,推进油缸只能伸缩一次,这就给调整管片的位置带来了不便。根据拼装管片时推进油缸选择的特点,在不增加推进油缸选择开关及不增加管片选择旋钮的情况下,实现了推进油缸的自动控制,而且在一块管片没有安装完之前,可以任意使用推进油缸调整管片的位置,一旦该块管片安装完成,相应的推进油缸不会再有伸缩的动作,这样既节省了拼装手安装管片的时间,同时也简化了操作的繁琐程度,又保证了施工安全。     

超大断面装配式明挖隧道结构及其施工方法研究

为提高隧道工程建设质量，针对国内明挖隧道装配式结构发展不成熟问题，以新森大道隧道为依托对超大断面明挖隧道装配式结构体系及施工方法展开研究，同时建立适用于公路、市政超大断面隧道装配式明挖结构体系，即“全预制”“仰拱现浇+上部预制”，并提出结构构造厚度建议值及多道防水构造方案。通过分析总结和数值模拟得出： 1）“仰拱现浇+上部预制”4分割方案在回填工序下的结构力学响应动态分析结果表明，该分割方案在施工过程中，结构应力、位移以及连接部位接头的张开角等均满足规范要求，且具备一定安全储备； 2）结合依托工程，提出一种适应于超大断面明挖隧道装配式结构的“边墙安装—仰拱现浇—拱顶拼装—细部作业—覆土回填”的施工方法及步骤。     

新型装配式衬砌技术在地铁隧道的应用研究

为研究新型装配式衬砌技术及其配套施工设备的应用,基于北京地铁6号线西延07标工程,对装配式管片拼装设备的组成、功能进行简述,介绍新型装配式衬砌技术在项目的应用情况,对新型装配式衬砌施工技术及其配套设备的特点进行总结。研究结果表明： 1）采用装配式管片拼装设备,可保证隧道施工质量; 2）采用装配式管片拼装设备,在大幅度提高施工进度的同时,施工人员可减少2/3以上; 3）装配式管片拼装设备可实现小竖井始发,显著提高隧道施工的机械化及自动化水平; 4）新型装配式衬砌技术有待进一步提高并推广应用。     

裂缝数量对盾构隧道管片结构力学性能的影响

盾构隧道管片在制作、养护、运输及拼装过程中,常会出现裂缝,裂缝的存在在一定程度上会影响管片衬砌结构的整体受力。以中国某地铁越江盾构隧道为工程背景,采用相似模型试验的方法,基于盾构隧道管片的位移、内力及声发射数据,系统分析裂缝数量对管片衬砌结构力学特性的影响规律,并通过管片破坏过程示意图分析管片结构的破坏模式。研究结果表明：管片衬砌结构承载阶段可划分为弹性承载、塑性承载和破坏失稳3个阶段;裂缝的存在降低了管片衬砌结构的整体刚度,随裂缝数量增加,管片衬砌结构的弹性承载范围增加,塑性承载阶段范围减小,损伤破坏的空间影响范围呈增大趋势,结构的失稳破坏趋于突发性破坏,相同荷载下的变形增大,结构的极限承载力降低;裂缝的存在使得管片在预制裂缝位置产生纵向贯通裂缝,随裂缝数量增加,纵向贯通裂缝数量增加,破坏区域由某一位置发展为条带状分布,当拱腰预制裂缝数量达到3条时,裂缝之间管片的相互挤压导致网状裂缝产生,结构局部出现压溃区。     

地铁区间盾构隧道管片衬砌设计分块的探讨

针对目前我国地铁区间盾构单线隧道（外径为6.0m左右,采用钢筋混凝土平板型管片衬砌）,就一环管片的分块数进行了研究。设计了三种不同分块形式的管片衬砌,采用梁-弹簧模型对不同拼装方式下的管片衬砌结构进行了力学分析,得出了综合考虑设计、施工和造价等各因素时,宜将一环管片衬砌分成6块,这一成果将对工程设计提供有价值的参考。     

云屯堡隧道围岩变形特性与预防控制措施研究

当隧道穿越围岩时,由于其围岩变形,极易在隧道拱部发生离层、掉块、滑塌等工程事故。文中针对云屯堡隧道围岩变形导致的支护、衬砌破坏,分析围岩变形机理,比较现场施工与设计之间的区别,提出围岩变形控制的具体对策;而后针对不同等级围岩变形开展专项设计,通过试验验证确定支护及衬砌方案,施工监测结果表明,专项设计能够有效地控制围岩变形。     

隧道管片拼装常见问题分析

管片拼装是盾构施工中的一个关键环节.由于管片拼装与隧道开挖同时进行,隧道设计轴线、盾构轴线、管片轴线三者在施工中存在不同的位置关系,压浆的作用荷载和土压力荷载,在盾构后方的衬砌环中引起变形,管片环面的平整度、千斤顶与管片的接触角度等因素都会造成管片拼装的工程问题.结合工程实际,总结了管片拼装中易出现的6类工程问题,对每一类工程问题从现象人手认识问题,剖析产生的原因,在此基础上提出预防的方法和治理措施,进而确保隧道管片的拼装质量,提高隧道使用的安全性与耐久性.     

大型通用楔形管片拼装施工技术

通用楔形管片作为一种较先进的隧道衬砌形式,在盾构法施工中能够较好地控制隧道掘进轴线和管片成环质量。以上海市上中路隧道工程大型通用楔形管片的应用为例,介绍了通用楔形管片的设计理念和特点,全圆周错缝拼装的施工方法以及施工中控制管片质量的方法。     

地铁盾构隧道穿越桩基综合处理技术

为研究地铁隧道采用矿山法开挖初期支护+盾构空推拼装管片施工遇桥桩侵入隧道的综合处理技术,以深圳地铁9号线一区间隧道为研究实例,采用理论计算与工程类比相结合方式进行设计,在施工过程中加强施工现场监控量测,并指导施工。先确立处理原则、处理思路和处理范围,再制定洞外支顶、洞内托换的处理方案,最终实施洞外钢管撑支顶、洞内拱顶预注浆加固、初期支护加强、截桩、二次衬砌永久支撑桩基、三次衬砌拼装加强管片补强相结合的综合处理技术。实践证明,采用该综合技术,顺利穿越了桩基,保证了隧道及桥梁结构的安全,对洞内洞外周边的环境影响很小。     

暗挖隧道装配式管片拼装技术研究

为解决目前暗挖隧道二次衬砌工序繁杂、施工进度慢、成形质量差等问题,结合盾构矿山法施工工艺及土压平衡盾构管片拼装原理,阐述暗挖隧道装配式管片拼装在施工中需重点解决的关键技术,并介绍配套的拼装设备结构组成及功能特点。