人工冻土冻结过程分析及冻结管布置间距的计算

为确定在冻土冻结过程中冻结影响范围与冻结时间的关系,将人工冻土冻结过程拆分为土体表面的热散失和冻结管的冻结2个过程,并以热势能及热势能耗散过程中的平衡方程分析上述关系。为确定冻结管间距的合理取值,引入热势能理论并计算当量热阻,建立在多个冻结管影响下微元体的冻结时间方程,提出一种在多个冻结管作用下冻结影响范围与冻结时间的关系的计算方法及冻结管布置间距的确定方法。通过实例分析了人工冻土厚度的计算方法,以数值模拟方法比较了不同冻结管布置对冻结时间的影响。上述研究成果深化了人工冻土理论研究与实际应用之间的关系。     

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。     

高压富水隧洞硬岩地层径向注浆堵水施工技术及应用

引汉济渭工程岭南隧洞TBM施工穿越高压富水破碎带等不良地质段,施工过程中隧道断面高压突涌水严重。为解决高压富水破碎带的大量出水问题,本文提出"钻孔分流+表面嵌缝+浅层封堵+深层加固"的裂隙径向注浆堵水处理技术,配合新型注浆材料,实现了对高压富水裂隙出水的有效封堵。结合岭南隧洞工程隧道断面出水情况,给出裂缝宽度、注浆量、注浆压力等计算公式以及注浆过程控制标准。通过对工程现场8个出水段实施径向注浆堵水技术,洞内出水量由原来的46 000 m3/d降至7 800m3/d左右,实践证明该技术方法有效,可为同类高压富水破碎地层径向注浆提供参考。     

黄土隧道马蹄形盾构工法选择及应用

目前铁路隧道施工以矿山法为主,但在黄土等软弱围岩隧道施工时风险大、进度慢;而盾构法已在地铁、水下隧道等软弱地层中得到了广泛应用。针对蒙华铁路砂质新黄土隧道:1)通过矿山法与盾构法比较确定采用盾构法施工。2)从开挖内轮廓、刀盘开挖特点、管片拼装方式、管片受力及配筋4个方面对马蹄形盾构隧道和圆形盾构隧道进行对比分析,得出马蹄形盾构隧道的断面利用率更高,马蹄形管片与圆形管片受力有所差别而马蹄形管片配筋量更低。3)介绍马蹄形盾构设备概况,并对马蹄形管片设计进行研究。4)例举马蹄形盾构掘进过程中遇到的防寒防冻、管片底部开裂和遇到含姜石的老黄土掘进困难等问题以及相应的处理措施。经过1年多的施工实践证明,在黄土隧道马蹄形盾构施工风险低,质量高,安全可靠。     

Analysis of Adaptability of TBM in Trial Boring Stage of Super long Tunnel（超特长隧洞TBM集群试掘进阶段适应性分析）

The total length of the 2nd stage water transfer project in the northern area of Xinjiang of China is 540 km. The project consists of three tunnels, namely Xi Er (XE) Tunnel, Ka Shuang (KS) Tunnel and Shuang San (SS)〖HJ6.5mm〗 Tunnel, with lengths of 139.04 km, 283.27 km and 92.15 km respectively. All of these three tunnels have deep cover and are super long tunnels, and 95.6% of the total length of these three tunnels is constructed by TBMs. KS Tunnel is the longest water tunnel built or under construction in the world. In the paper, the trial TBM boring scheme and schedule of the water transfer project are introduced; the geological conditions revealed are statistically analyzed; and main project difficulties, i.e. durability of key equipment in long distance driving, passing through fault and fracture zones, water inrush, single head ventilation and transportation in long distance tunneling, anti slope drainage, and rock breaking efficiency and boring efficiency, are put forward. The adaptability of the TBMs used is analyzed from the aspects of adaptability to different surrounding rocks, adaptability to bad geological conditions and countermeasures, long distance ventilation and belt conveyor mucking and countermeasures, and TBM boring stability (such as equipment availability, boring time proportion, system malfunction and operation time). The following conclusions are obtained: (1) Accurate geological survey is the precondition of efficient tunneling. (2) The open type TBM can better adapt to Grade Ⅱ and Ⅲ of surrounding rocks, jointed and fractured zones and small faults; the adaptability of the TBMs used to the large scale fault fracture zones and water rich strata in this project is poor, and it needs to be improved in aspects of TBM equipment, supporting and construction technology. (3) The average availability of the TBM equipment in the trial boring stage is 89.9%, however, the malfunction rate of some ancillary equipment is high, particularly oil leakages occur to the main bearing seals; in order to achieve long distance tunneling, it is necessary to further improve the reliability and durability of the TBM equipment. (4) The average net boring efficiency in the trial boring stage is 296%, and TBM1 in Section Ⅱ of SS Tunnel achieves up to 45.2 % net boring efficiency; and highest monthly progress rate is 1 280 m, which created the highest record of the open type TBM boring in China. (5) TBM need to make great efforts to achieve 90% of the equipment system′s availability and over 40% of the tunneling efficiency.     

金家庄特长螺旋隧道施工通风方案优化分析

为加快长大隧道施工进度，多采用开挖斜井增加工作面，而多工作面同时施工时，通风成为影响掘进速度的重要因素。以金家庄螺旋隧道斜井工区工程为依托，针对左线现有压入式通风方案工作面风量较小、通风效果较差的问题，提出风仓式通风方案。采用三维数值模型对2种方案的“风机-风管-隧道”系统进行计算分析，并将数值计算所得测点风速与现测数据进行校验。计算结果表明： 1）现有压入式通风，风管供风量和洞内风速均不能满足隧道施工通风要求； 2）采用风仓式通风方案后，能较好地控制工作面风管出口风量，使各工作面风量满足要求； 3）风仓式通风具有灵活性，可随着隧道开挖进尺的增加，调节风仓内风机，控制工作面风量； 4）风仓式通风能减少风管长度和转角，从而减少漏风量和风压损失，较好地为工作面提供风量。本文研究成果可为类似工程提供参考，具有实际工程意义。     

桩基施工及承载阶段对运营盾构隧道的影响

针对合肥某立交桥上跨既有盾构隧道工程,通过有限元数值模拟方法对单桩邻近隧道施工进行参数敏感性分析,并进一步研究立交桥单桥墩桩基础与双桥墩桩基础在施工及承载阶段对盾构隧道管片变形与内力的影响;通过对比分析2种立交桥跨越既有盾构隧道方式下的地表沉降、盾构隧道管片及铁轨变形,探讨2种跨越方式在工程应用中的优劣。研究结果表明： 1）单桩对邻近隧道结构的影响,随着桩长、桩径的增加而增大;随着桩隧净间距的增大而近似呈指数函数形式降低。2）当桩长与隧道埋深比值大于1时,增加桩长是减小隧道结构变形的有效途径。3）单桥墩桩基础施工阶段对盾构隧道的影响效应小于承载阶段,管片位移以沉降为主。承载阶段随着荷载的增加,横向轴力与弯矩在靠桩一侧拱腰位置变化最大,纵向轴力与弯矩在拱顶位置变化最大。4）双桥墩桩基施工及承受上部荷载时,较单桥墩而言同一管片处的沉降增大0.3 mm,水平向位移减小0.56 mm。经比较,中间无桩的跨越隧道方式更优。     

既有运营地铁车站结构下换乘节点施工方案比选研究

为保证换乘节点施工安全,结合深圳地铁石厦站换乘节点实际情况,对可能出现的施工风险进行分析,提出应对风险的施工方案,并采用数值方法对不同施工方案进行分析比选。数值结果显示： 换乘节点开挖前注浆封闭止水,采用小导洞注浆+台阶法+临时仰拱分层、分块开挖等综合方案施作换乘节点是合理的。现场对既有结构的自动化监测数据显示,施工过程中3号线车站负2层中板最大竖向位移为5.6 mm,车站既有地下连续墙最大深层水平位移仅为0.6 mm,既有结构变形均远小于监测预警值。     

TBM拆卸洞及拆机起重系统优化设计研究

TBM洞内拆机一般是在隧道内修建大断面拆卸洞,安装桥式起重机拆机。大断面拆卸洞施工难度较大,施工工期长,成本投入大。为了缩短TBM拆卸洞施工及拆机时间,减小施工难度,以南疆铁路吐库二线中天山隧道TBM拆机为例,研究设计适应性更好的小车式电动葫芦+倒链起重系统。该系统采取在隧道拱顶布设锚杆来固定导轨和独立吊点。通过对拆卸洞结构原设计方案与优化设计方案进行比选,确定优化断面的结构形式和断面尺寸,优化后拆卸洞断面缩小1/3,施工难度降低,达到安全快速拆卸TBM的目的。     

天津地铁6号线双线平行盾构隧道施工间隔对地表土体变形影响研究

研究双线盾构隧道在不同施工间隔下施工时地表的变形规律,对控制地表整体变形及不均匀变形十分重要。依托天津地铁6号线双线盾构隧道下穿天津西站站场实际工程实例,以铁路线设施的关键变形控制指标为评判依据,研究盾构左右线不同施工间隔下的地表变形分布特性,对比分析间隔距离与地表沉降和不均匀沉降的关系,为双线盾构隧道工程选择合适的施工间隔提供依据,以保证工程安全及地表铁路设施的正常运行。结果表明,不同施工间隔的影响主要表现为掘进过程对地表土体变形的扰动程度及扰动范围的明显差异:对于地表沉降变形而言,施工间隔越小,掌子面处地表土体沉降越快,且左线完全先行时,地表土体的纵向变形范围约为20 m,相较两洞同时施工时变形范围减小约25 m;对于地表不均匀变形而言,左线完全先行施工条件下,地表轨向变形、水平变形、轨距变形最大分别约为1、0.6、0.2 mm,相较两洞同时施工时分别减小0.8、0.2、0.15 mm。因此,对于双线盾构隧道而言,两洞同时施工时最不利于地表变形的控制,而一条隧道完全先行掘进的方案最有利于地表变形的控制。