我国隧道及地下工程近两年的发展与展望

总结我国隧道及地下工程近两年的发展情况。1)铁路、公路、地铁、水工等主要领域的隧道总数和总长度快速增长。2)重难点隧道及地下工程建设进展顺利:青藏铁路关角隧道、兰新高铁祁连山隧道、兰渝铁路木寨岭隧道、烟台地下水封LPG洞库、渝黔高铁天坪隧道等相继完工;港珠澳大桥沉管隧道、引松供水隧洞、引汉济渭输水隧洞、武汉三阳路长江隧道、大瑞铁路高黎贡山隧道、京张高铁八达岭地下车站、惠州地下水封油库、湛江地下水封油库、珠海横琴地下综合管廊等在如期建设中。3)特长山岭隧道建设技术、软岩隧道大变形控制技术、高瓦斯隧道建设技术、岩爆隧道建设技术、大断面矩形顶管及矩形盾构设计与应用技术、隧道机械化施工水平等方面取得了进一步的突破。我国隧道及地下工程修建技术整体处于国际先进水平。国家新型城镇化建设、新一轮西部大开发、"一带一路"、海绵城市、城市地下综合管廊、城市轨道交通、京津冀协同发展、长江经济带、珠三角经济区等战略规划,为我国隧道及地下工程领域技术发展带来了前所未有的契机。最后,基于隧道及地下工程发展方向,指出超长隧道技术,高地应力软岩大变形控制技术,高水压、大断面水下隧道建设技术,高地温、高地热隧道建设技术,高地震烈度与构造活跃带的隧道建设技术,隧道运营维护管理技术,新材料研发与应用的开发等是今后需要深入研究的关键课题。     

引松供水工程岩溶及软弱破碎地层敞开式TBM施工技术

引松供水工程四标段隧洞TBM法施工长度约17 km,其中7 332 m主要穿越灰岩(岩溶)、炭质板岩、断层等软弱破碎地层。为解决TBM在该类地层中掘进时TBM偏机、栽头、刀盘被糊、被卡、涌泥涌水、收敛变形引起设备被卡等难题,通过资料查阅、调研国内外现有TBM施工案例、专家咨询研讨等,对比研究多种方案;结合工程实践,提出TBM超前地质预报、钢拱架、钢筋排和喷射混凝土联合及时支护等一系列确保TBM连续施工的方案与措施。经工程验证,该方案与措施能够很好地保证TBM在岩溶及软弱破碎地层的连续掘进,为工程的顺利实施奠定了坚实的基础。本文研究得出了一系列理论及参数,可为类似工程提供借鉴和参考。     

复杂敏感环境下的深大基坑设计与实践

复杂敏感环境下的深大基坑开挖通常存在较大的风险,合理选择基坑设计方案是保证基坑安全的前提。以具有地质条件复杂、周边环境敏感和基坑深大特点的2个基坑为例,综合考虑地质、水文、周边环境、基坑形状和施工便利性等诸多因素,经过多组分析计算,采取具有针对性的基坑围护结构形式、支撑布置形式、地下水处理措施和地铁自动化监测措施等,实现了基坑安全和周边环境的安全,并对基坑和周边环境监测结果进行了分析总结。结果表明,对复杂敏感环境下的深大基坑设计时,要对周边环境有充足的认识,并进行详细的计算,对有偏差的计算结果进行重点分析,对重要的风险源及时采取针对性的处理措施。     

基于三维数值模拟的软岩超大断面隧道施工技术优化研究

为研究超大断面隧道在软岩地层中开挖施工引起的变形情况,基于铁路设计规范和围岩分级标准对王岗山隧道穿越岩层进行围岩亚分级,通过考虑开挖方向、复杂围岩条件及断层破碎带的影响,利用ABAQUS有限元软件开展三维施工过程模拟,获得三台阶法开挖后的隧道衬砌及围岩受力及变形特征。在此基础上,提出采用更适宜控制变形的双侧壁导坑开挖法,并对其控制效果进行验证。最后,分析影响隧道衬砌和围岩变形的相关因素,得到利于控制变形过大问题的最优进尺设置参数及初期/临时支护形式。数值计算结果表明:1)双侧壁导坑法能够有效降低隧道开挖引起的衬砌及围岩变形;2)锚杆在复杂地层中能够发挥重要作用;3)循环进尺和初期支护强度均对施工引起的变形存在影响,使用新型复合管片临时支护有利于控制隧道衬砌及围岩变形;4)断层破碎带是王岗山隧道施工必须重视的关键部位,除采用合理的开挖工法外,还应辅以其他降低围岩扰动进而控制开挖变形的有效措施。     

盾构钢套筒始发和接收关键技术研究

为实现无端头加固条件下盾构钢套筒的始发和接收问题,解决盾构始发和接收过程中存在的安全和经济问题,针对目前盾构钢套筒始发和接收过程中存在的问题,采用类比分析、仿真计算和工程试验等手段对钢套筒的刚度、密闭性、保压性和施工关键技术进行分析研究,并对钢套筒设备进行改进,将反力调节装置和三通管装置应用于盾构钢套筒中。工程实践表明:1)采用3个长弧形+3个半圆形组块对钢套筒进行改进设计后,施工更加便利、整体性更强;2)反力调节装置能有效减少钢套筒与洞门环板连接处以及钢套筒拼装缝处的变形和位移,提高钢套筒的密闭性能。     

某地铁工程盾构刀盘改造力学分析

为了适应富水中砂地层盾构掘进,需要对原有刀盘结构进行改造,并研究改造前后的刀盘力学特性。采用理论计算土压平衡和土压不平衡2种工况下的刀盘外载,并利用有限元法分析改造前后盾构刀盘的应力及变形情况。研究结果表明:1)土压不平衡工况下的最大等效应力和最大变形高于土压平衡工况。2)对于同一种工况,改造前后刀盘的最大等效应力变化不大,但最大变形量增加了10%左右;最大等效应力位于刀盘背板与牛腿的连接处,最大变形发生在刀盘左下侧及右上侧的边缘位置。改造后刀盘的强度和刚度均满足施工要求,实际掘进效果良好,掘进效率明显提升。     

城区繁忙交通道路下方残留桩基精确探测技术

在某城区顶管隧道始发井和接收井开挖施工过程中均发现基坑中存在未知的建筑残留桩基。因时间久远,施工区域内残留桩基的位置和范围均无法获知。为保证顶管隧道顺利施工,需在施工前调查清楚其影响范围内是否存在残留桩基。由于顶管隧道横穿繁忙交通道路,地表没有大范围钻孔勘查的条件,只能采用地球物理方法进行探测。经比选,采用探地雷达和磁法探测相结合的方法可满足探测要求。根据探测结果,在异常区域进行钻探验证,并采取针对性的处理措施,保证了顶管隧道的安全施工。     

机制砂在隧道喷射混凝土及二次衬砌中的应用

为解决机制砂混凝土应用中存在级配不良、性能指标波动幅度较大、回弹率高及强度低等缺陷,以贵广高速铁路隧道施工为依托,采用室内试验和现场试验对机制砂加工系统的设备选型与在喷射混凝土及二次衬砌中的应用进行研究。研究结果表明:1)粉煤灰掺量为40%、水胶质量比为0.37的大掺量粉煤灰机制砂喷射混凝土能够满足规范及设计要求;2)选择喷射混凝土配合比时,可加大粉煤灰掺入量,降低单位用水量和水胶质量比,提高混凝土的工作性;3)施工现场喷射工艺成熟时,还可适当降低坍落度值,以确保混凝土的喷射效果和实体质量;4)水洗机制砂石粉含量并非越低越好,在8%~12%时混凝土的物理性能、力学性能以及耐久性能达到最佳。     

北京地区PBA法施工暗挖地铁车站地表变形分析

暗挖法施工的地铁车站大多处在繁华的中心城区,周边环境对变形非常敏感,为了减小施工对周边环境的影响,需对施工引起的地表变形规律进行研究,以便采取针对性的控制变形措施。结合北京地铁6号线一期及7号线PBA法施工暗挖车站,针对北京地区各典型地层条件及PBA工法特点,通过对现场监测数据进行统计分析,得出： 1)PBA法施工暗挖地铁车站所引起的地表沉降主要发生在导洞施工及扣拱施工阶段,所发生的沉降约占总沉降量的90%; 2)不同的地层采用PBA法施工所引起的地表沉降相差较大,根据施工所引起地表沉降由大到小依次为粉细砂及中粗砂层,粉土、粉质黏土层,圆砾-卵石层。     

与地铁结合的地下盾构综合管廊设计方法研究

为解决在已建成的城市中心区采用大规模明挖工法建设地下综合管廊的可实施性差的问题,提出了与地铁结合,同步规划、同步设计和同步实施,采用盾构工法建设地下综合管廊的设计理念和实践案例。对盾构综合管廊的主要组成及各组成部分的功能,盾构综合管廊与地铁的结合形式,防火分区长度划分原则和出地面口部（逃生口和吊装口）间距要求,大型供水管线入廊的安装、运营维护和防爆管措施,隧道内部结构体系的型式,盾构综合管廊管线灵活出线的解决方式等关键技术问题,予以分析和阐述,并付诸实践,系统性地解决了中心城区地下综合管廊的应用问题。