浅埋大跨径软土地层公路隧道下穿既有铁路车站路基施工技术

针对浅埋大跨径公路隧道近距离下穿既有铁路车站安全系数低的现状,文章以东孚隧道下穿既有厦深铁路站场区段工程实例为依托,通过理论分析、技术比选,提出了以"运用管幕法对隧道开挖方向围岩土体进行加固+挖孔桩上设承台作为临时支墩+挖孔桩结构选型与安全性检算+架设24 m D型便梁将既有铁路轨道托起+纵、横抬梁加固钢轨+弧形导洞预留核心土开挖+加固效果沉降监测与分析"相结合的施工技术总体方案。工程应用效果表明,加固效果显著,可快速、有效地限制隧道下穿区段地层沉降量,拱部管幕可以起到承载作用,D型便梁可减弱管幕体系所承受的外部荷载,大大提高了下穿隧道与既有铁路运营的安全系数,达到了预期效果。     

地下空间下穿建（构）筑物扰动机制与控制技术

为解决下穿运营线、建（构）筑物的工程安全风险控制问题，分析地下空间下穿工程的现状及面临的挑战，研究基于“动态平衡”的地下空间下穿机制，给出安全控制技术，并提出未来技术发展的方向建议。结论如下： 1）地下空间下穿是既有工程、地层、下穿工程扰动与平衡的动态过程； 2）扰动与控制过程分析是下穿机制研究的重点； 3）安全下穿以稳定性为目标，针对既有结构、地层介质、支护结构、动态管控等方面强化控制措施； 4）可从地质条件、覆跨比、周边环境及沉降控制要求等因素综合考虑下穿工程工法； 5）可通过加固及托换、地层改良固结、隔离和支护等技术，有效提高既有结构、地层及支护结构的安全控制能力。     

拱北隧道超大管幕顶进横向地面沉降及管间作用分析

为研究小间距圆周群管顶进时的地面沉降规律及顶管间的相互作用,结合港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道管幕工程,对群管顶进引起的地面沉降进行分析,确定小间距圆周群管顶进时地层损失率的取值,提出沉降槽宽度系数的经验公式,并通过数值模拟分析先顶管群对后顶管引起地层损失及最大沉降的影响。研究结果表明： 拱北隧道管幕工程群管顶进引起的地表沉降满足控制标准要求。随着顶管埋深的增加,单根顶管引起的沉降槽宽度系数随之增大,地表最大沉降量随之减小,顶管顶进时的初始地层损失率为1.5%。由于顶管顶进技术熟练程度的提高以及先顶管群对土体的加固作用,地表沉降得到有效控制,管幕所有37根顶管顶进结束后的平均地层损失率减小至0.8%。     

连拱隧道下穿既有高速公路管幕法施工技术研究

新建隧道下穿城市既有道路,当埋深较浅时上部道路很容易因沉降过大而导致路面结构开裂,甚至破坏等问题,因此研究隧道的施工技术是非常必要的。以西安市开元路至建元路下穿通道项目为依托,在连拱隧道施工过程中采用有限元软件模拟管幕法支护对隧道结构、围岩稳定性及上部道路路面沉降的影响。主要结论如下：（1）新建连拱隧道围岩竖向最大位移为7.4mm,满足规范要求,隧道结构安全可靠;（2）采用管幕法施工时,路面沉降最大值仅为4.39mm,说明管幕法开挖连拱隧道下穿既有城市道路是可行的;（3）采用管幕法施工隧道二衬最小安全系数为2.05,大于规范最小安全系数,衬砌结构安全可靠。综上可见,采用管幕法作为超前支护措施,连拱隧道下穿既有城市道路对上部路面影响较小,施工安全风险较低。     

管幕冻结法钢管-冻土接触面剪切试验研究

为研究“管幕冻结法”这一新型工法中 “钢管-冻土”复合结构接触面剪切强度的影响因素及规律,基于港珠澳大桥拱北隧道工程,通过变角剪切试验方法设计不同剪切角度的试验,对温度和粗糙度2个维度进行探究,试验结果拟合出-5、-10、-15、-20、-25 ℃ 5种温度条件以及R=0.0、0.3、0.5 mm 3种粗糙度条件下的剪切面剪切强度包络线。试验结果表明： 温度对钢管-冻土接触面内摩擦角影响不大; 对接触面黏聚力,在-15 ℃之前,黏聚力近似呈线性增长,在-15 ℃达到峰值,在-20 ℃达到波谷,继而随温度的降低而增加。钢管-冻土接触面粗糙度的增加对结构面剪切强度的提高具有正向促进作用,但粗糙度过大会对接触面处的冻土体结构（如冰颗粒和土颗粒间隙等）造成一定的内部损伤,导致剪切强度下降。试验给出最优剪切强度下的温度及粗糙度取值区间。     

拱北隧道5台阶14部开挖施工组织方案分析

港珠澳大桥拱北隧道口岸暗挖段采用255 m曲线管幕+冻结法施工,采用5台阶14部开挖方法穿越富水软弱地层及拱北口岸敏感区域。为解决该工法下大断面开挖及多工序交叉作业施工的施工组织及安全问题,从现场管理角度出发介绍5台阶14部开挖法的施工方案,通过现场施工验证方案的可行性,并分析施工中存在的部分台阶断面划分、导洞施工顺序安排、工作面设置等方面存在的问题。据此,提出开挖方案和施工组织优化思路以及增设斜坡道的比选方案,监测结果表明： 施工组织调整及优化是切实可行的,能够确保拱北隧道按期顺利贯通。     

管幕支护桥涵顶推施工中减阻措施的应用

在桥涵箱体顶进路基范围外四周采用管幕支护顶推施工工艺已经成为新的趋势。桥涵箱体底板下面以管幕钢管作为滑道,采用钢刃角吃土顶进时,底板下土体无扰动,且阻力较小,顶进过程中底板部分可不用采取触变泥浆注浆措施。但箱体边墙及顶板部分为三面吃土顶进,摩阻力较大,需采取在箱体边墙及顶板外侧固定无孔注浆钢管,边顶进边开钻注浆孔的施工工艺,可更好地提高触变泥浆注浆效果,避免传统触变泥浆注浆时附加的各类问题和条件,同时有效避免了顶进时可能带来的两侧土体随箱体一起前进,扰动路基土体,造成线路路基产生塌方,严重危及行车安全的风险。     

饱和软土地区束合管幕结构受力性能足尺试验研究

为降低地下工程建设对城市地面道路、管线、建（构）筑物的影响，改善管幕法修建的地下通道结构受力，提出一种依托横向预应力的新型地下结构形式——地下束合管幕结构。基于工程需求，针对该束合管幕结构开展1/4结构的足尺试验研究，以探究束合管幕结构在设计工况、超载工况下的变形响应。结果表明： 1）结构变形发展可以分为弹性受力阶段与非线性阶段2个阶段； 2）束合管幕结构的薄弱位置在结构顶部1/4跨的结合缝处，结合缝脱开是关键点，脱开应力为2.106 MPa； 3）束合管幕结构能够承受2倍的设计埋深对应荷载而不出现任何脱开，当结合缝脱开后结构刚度降低60%，同时，在4倍设计埋深对应荷载下，结构未破坏且仍具备承载能力； 4）在超载工况时，预应力应变增量与结构竖向挠度之间几乎呈线性比例关系。     

复杂条件下超浅埋双层叠合大断面隧道下穿敏感建筑设计

文章结合目前国内世界级工程港珠澳大桥的拱北隧道,从设计的角度介绍了一种饱和富水软土地层超浅埋大断面双层叠合六车道隧道下穿敏感建筑的新方法——管幕-支护结构组合体系浅埋暗挖法。该法将作为超前支护的管幕与作为支护结构的初期支护进行合理组合连接,形成大刚度的环向及纵向整体受力体系,可有效控制隧道开挖过程及运营阶段的地表变形,大幅度降低施工风险。该法通过对管幕间的土体进行冻结的方式形成隔水帷幕,避免了由于地下水流失导致的地面变形及隧道暗挖施工期间产生涌水、突泥现象,隧道能够在水密性的地下空间进行施工。该法运用了顶管、冷冻两种在隧道建设领域运用较少的新工艺,经过与支护结构的合理组合,成功地解决了复杂地质条件及复杂环境条件下的超浅埋大断面隧道下穿敏感建筑遇到的技术难题,拓展了隧道建设新思路,建立了隧道建设新方法。     

拱北隧道管幕-暗挖法工作井设计关键技术

港珠澳大桥拱北隧道需下穿拱北口岸,由于工程建设不能影响口岸正常通关,隧道口岸段采用了管幕-暗挖法,冻结管幕间土体进行止水的方案实施。隧道施工最大影响宽度22.24 m,高度23.84 m,与工法配套的类似规模工作井未有先例。从如何设计合适的工作井着手,研究工作井设计的关键技术问题。通过综合分析工程建设条件、隧道施工工艺、运营管理需求等,找出工作井设计的关键点。采用多因素交叉耦合法选址、改进群管工作井限界计算公式、明挖顶管工作井实施方案、全寿命周期结构设计等方法对问题逐一解决。工作井在投入使用后达到了预期效果,工程实践证明,此类工作井设计的关键点是工程选址、限界拟定、实施方案选择、结构设计。