TBM隧道施工SPS（持续、均衡、快速）作业法研究及应用

TBM法隧道施工技术在我国已经得以大力推广,同时施工的TBM数量已达40余台（套）,有TBM施工业绩的企业近20家。TBM法隧道施工规模的扩大,并未能带动整体施工水平的全面提升,TBM掘进施工速度差异巨大且不均衡已经成为较为显著的问题,导致工期延迟、成本增加,造成巨大的经济和社会效益损失。结合近20年的TBM施工实践,探索并实施SPS作业法,即TBM持续、均衡、快速施工技术,提出“3个基础”“10项措施”实现适宜地质条件下TBM持续、均衡、快速施工;而在恶劣地质条件下,通过完善设备功能与性能、改进施工工艺,提升TBM工程适应性; 从而促进TBM工法科学、可持续发展。     

特大型溶洞隧道综合处治方案及施工技术

为解决岩溶地区公路隧道修建过程中特大型溶洞难跨越的问题,采用理论与现场相结合的方法,综合考虑特大型溶洞的特点与处治难点,提出采用"承载桩基-纵横框架梁板-钢筋混凝土挡墙"组合处治结构与洞渣回填综合处治的方案,在此基础上建立一套以回填为基础、自下而上交叉施工处治结构的施工方法,并提出洞渣回填、承载桩基、纵横框架梁板结构及钢筋混凝土挡墙结构施工等关键技术。现场施工实践证明,该溶洞处治效果良好,能保证隧道施工安全与结构安全。     

海洋环境下混凝土中钢筋加速锈蚀研究

为研究海洋环境下氯离子渗透导致混凝土中钢筋电化学腐蚀行为、锈胀裂缝发展及锈斑分布情况,同时为青岛地铁高性能混凝土配合比的优化及耐久性能提供试验依据,设计了上置腐蚀溶液槽的钢筋混凝土试件,并针对C40、C50、C50S和C55 4类钢筋混凝土试件开展恒电位加速试验。试验结果表明： 采用本试验方法加速钢筋混凝土锈蚀,靠近混凝土保护层一侧的钢筋锈蚀严重,钢筋出现点蚀现象,与自然环境下钢筋锈蚀情况一致; 依据交流阻抗谱图拟合的钢筋电荷转移电阻随腐蚀时间增加而下降,依据计算的腐蚀电流密度,测试的钢筋电流演变拐点可确定C40、C50、C50S和C55混凝土中钢筋脱钝时间分别为60～70、80～90、90～100、100～110 h,钢筋混凝土锈胀开裂时间分别为120、136、176、264 h; 采用图像处理软件依据灰度值不同可实现锈斑分布的定量计算,混凝土护筋能力排序为C55>C50S>C50>C40。     

隧道爆破信号主分量特征提取与毫秒延期识别研究

为了准确揭示隧道爆破振动信号所包含的反映爆破特征参数的重要信息,通过EMD分解与交叉小波变换组合分析方法对实测爆破信号进行分析,得到各分量与原信号的相关性系数,从而准确判别出信号的主分量。再依据相关性系数对包含主分量在内的相关分量重组并进行Hilbert变换取模值,精确识别出隧道采用的各段别雷管的毫秒延期时间。结果表明： 组合方法确定的主分量及相关分量重组信号能够突出爆破信号的主要特征,对隧道爆破信号的分析效果好。     

金门特长公路隧道通风方案比选研究

为解决目前特长公路隧道通风方案比选时局限于送排式通风的问题,从方案设计角度分析几种不同纵向通风模式的功能特点、适用条件,结合送排式通风与互补式通风的特点,提出单通道互补式通风的组合通风模式,并以金门特长公路隧道为例,从全寿命周期角度,对“通风井送排式”“单通道互补式”“双通道互补式”“吸尘式”4种通风方案进行比选研究。结果表明： 1）送排式通风受通风井位置影响较大,从运营通风角度,宜设置在上坡隧道中部偏下风方向; 2）互补式、吸尘式通风能够突破通风井选址的限制,但对于超过5 km的隧道,需要设置专用排烟井; 3）单通道互补式通风省去送风井,保留了送排式通风的排烟功能,具备比选价值。     

基于发光反光高性能涂料的隧道照明安全与节能技术应用研究

为解决公路隧道照明节能压力和品质提升之间的矛盾问题,采用新型发光反光高性能涂料用于隧道涂装。通过模拟分析不同涂装方案对路面亮度、亮度均匀度及目标物亮度的增益作用得到适用于工程的应用方案。依托工程应用效果表明,采用发光反光高性能涂料涂装后,隧道行车安全性和舒适性程度更高,所用方案可降低隧道照明年运营能耗在20%以上。本技术对提升隧道照明安全和节能水平、推动隧道提质升级具有促进作用。     

地下叠合墙接触面形式的设计研究

为解决地下工程中叠合结构接触面采用常规凿毛等方式进行预处理时存在的施工难度大、剪力槽设置参差不齐等难题,提出一种便于施工的预制叠合结构形式,然后运用ANSYS有限元软件对波浪形、三角形以及梯形波纹结构面进行受力对比分析,结果表明梯形结构面在结构应力、接触面压力以及接触面滑移方面更有优势,并确定梯形结构面作为静力荷载试验方案。通过静力荷载试验对比分析整体现浇梁和梯形结构面叠合梁在各级荷载作用下的挠度、水平位移以及裂缝开展形态,结合实测数据表明： 在受到相同荷载作用下,叠合梁的挠度增量小于整体现浇梁,同时叠合梁在裂缝开展阶段存在停滞现象,能够减缓裂缝穿过叠合面,从而提高结构的整体承载力。     

砂质黄土地下车站分幅施工变形规律研究

目前尚无地下车站主体结构分幅施工的先例,也没有此种情况下明确的不均匀沉降控制标准。兰州中川机场地下车站采取主体结构分幅施工,通过调研相关规范与文献,制定该地下车站不均匀沉降控制标准。采用FLAC3D软件,分析不考虑结构顶部回填土和考虑结构顶部回填土2类共7种工况下的地基不均匀沉降变形潜势及车站结构受力情况。结果表明:兰州中川机场地下车站变形潜势可分为安全、单指标预警、双指标预警、临界(一指标达到即可)、超限(一指标达到即可)等5个级别;对不均匀沉降而言,设后浇带左右半幅施工在施工期和长期均有利。对结构受力而言,设后浇带左右半幅施工在施工期有利,但对长期受力不利,推荐采用不设后浇带左右半幅施工方案;砂质黄土条件下地下车站主体结构不同施工工况变形潜势差异明显,左右半幅2种工况分别出现双指标预警和单指标预警的变形潜势等级。     

基于磨损比耗指数的滚刀磨损定量预测方法

为定量预测盾构掘进复合地层时不同刀位的滚刀磨损量,以滚刀磨损的逐刀量测及相应的破岩体积的分层统计为基础,将位置各异的滚刀磨损比耗指数(SWI)——滚刀磨损增加量与破岩体积之比,按滚刀掘进地层进行分类统计,得到以掘进参数为自变量、适用于4种均质地层的SWI回归方程。将SWI回归方程与磨损量的分层求和法相结合,提出基于磨损比耗指数的复合地层滚刀磨损的定量预测方法。研究表明:1)磨损比耗指数同时考虑磨损量与滚刀安装位置、掘进距离的关系,物理意义明确;2)SWI回归方程预测精度较高,可为刀圈极限磨损预测提供掘进参数预警值。通过分析方程系数与岩性的相关性,提出在不同地层中有利于减缓滚刀磨损的掘进参数调整方法。实测结果表明,复合地层滚刀磨损定量预测方法在磨损量预测,尤其是滚刀寿命预测中具有较高的精度。     

盾构隧道开挖面涌水对地表沉降及管片内力的影响分析

土压平衡盾构在高水压砂层中掘进时,施工措施不当会使开挖面发生涌水涌砂险情,进而引起较大的地表沉降,土体下沉会使得管片严重变形,威胁施工人员的生命安全。以武汉地铁7号线小东门至武昌火车站盾构区间为研究背景,通过建立精细化数值模型,考虑水土流固耦合作用,研究土压平衡盾构在砂土层中掘进时开挖面涌水对地表沉降及管片和螺栓内力的影响。结果表明:开挖面涌水量与地表沉降呈线性关系,与管片螺栓内力呈非线性增长关系,较大的涌水量使隧道拱顶处发生严重的挤压变形,进而引起管片破损及螺栓屈服。因此,当开挖面发生涌水涌砂险情时,为防止地表严重下沉及管片破损,应尽快采取紧急措施减小涌水量。