大直径高水压下越江盾构隧道防水施工技术

跨越江河湖海的地下工程,往往地质条件复杂、水压力大,防水施工技术尤为重要。详细介绍了南京长江盾构隧道的防水设计及施工,主要包括管片接缝的设置及材料,管片及其拼缝、嵌缝、螺栓孔和洞门等的防水施工控制,隧道防水效果良好,对同类工程具有借鉴意义。     

考虑流固耦合效应的水下盾构隧道受力特性

为探讨水下盾构隧道施工期流固耦合效应对管片衬砌结构受力的影响,以广-深-港(广州-深圳-香港)铁路客运专线狮子洋越江盾构隧道为依托,建立了该盾构隧道数值分析模型,计算作用在管片结构上的水压,并对隧道施工和运营期间管片结构所受外荷载、内力进行了原位测试;将计算水压力施加到梁-弹簧模型上,得到考虑施工期流固耦合效应的盾构隧道结构受力.研究结果表明:受注浆压力影响,目标环管片刚脱环3~5环时,所受水压力波动较大;脱环10环后,随注浆压力的逐渐消散和流固耦合效应的消失,管片所受水压力接近于该处的静水压力.      

南京长江隧道原型管片结构破坏试验研究

为探明南京长江隧道管片衬砌结构的破坏特征,采用"多功能盾构隧道结构体试验系统",对其原型管片衬砌结构进行了试验研究.将结构承受的水压力与土压力分离加载,并对大型水下盾构隧道结构在通缝和错缝拼装方式下的不同破坏特征进行了探讨.研究结果表明:南京长江隧道管片衬砌的破坏主要以弯曲开裂为主;结构裂缝扩展往往伴随着结构变形和纵缝张开量的显著发展;不同拼装方式的结构变形、裂缝扩展与纵缝张开量存在较大差异,与通缝拼装管片结构相比,错缝拼装管片结构变形、纵缝张开量较小,而裂缝扩展较快.     

土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验设计与应用

为提高对盾构施工相关问题试验研究的针对性，提出了土压平衡盾构施工模块化分步缩尺模型试验方法，并设计了模型试验相关装置；为避免多个关键影响因素相互影响，将盾构隧道施工过程中开挖掘进、管片拼装、同步注浆等关键操作环节分开依次进行模拟；为降低刀盘开口率试验研究相关成本，研制了几何相似比为1∶10且刀盘开口率可调的模型盾构机；为确保模型盾构隧道的纵、横向刚度相似性，设计了几何相似比为1∶10且纵、横向刚度可分别按需设置的模型盾构隧道，其管片环采用修正匀质圆环模型，管片环之间采用垫有压缩弹簧的螺栓连接；为方便试验并节省成本，模型盾构隧道采用外部拼装后再放入钢套筒内，以避免在狭小空间内进行管片拼装，且不加工管片拼装机；为实现注浆压力与注浆量的精准控制，设计了适用于室内模型试验的恒压同步注浆装置；利用模型盾构机开展了掘进施工过程中渣土输出控制对地表沉降影响的试验研究。分析结果表明：单位掘进距离的渣土输出量直接关系到盾构掘进过程中的超挖控制，从而影响地表沉降，当出土率小于1时，出土率变化对地表沉降影响较小，当出土率大于1时，出土率增大将显著加大地表沉降。为了最大程度地发挥整个模型试验的科研价值，在盾构...     

盾构施工对盾尾浆液压力波动变化的影响

为探明盾构隧道同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的原因,通过对珠海马骝洲隧道工程进行现场测试及施工参数统计,获得了盾构掘进过程中管片外荷载的变化规律与注浆滞后时间;将盾尾视为充满高压液体的密闭容器,盾构推进视为改变容器的边界条件,推导了盾尾体积应变与浆液压力的关系式;并用钱江隧道及Sohpia隧道的监测结果对其适用性进行了验证. 研究结果表明:造成同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的因素主要包括浆液注入口压力的波动变化,管片脱离盾尾过程中浆液的扩散及施工过程中同步注浆相较于盾构行程的滞后效应;马骝洲隧道注浆相较于盾构推进的平均滞后时间为86 s,当盾尾间隙体积变量为1 × 10–4时浆液压力变化值达到了0.218 MPa,盾构机从静止到掘进的短时间内滞后效应会使管片壁后浆液压力急剧降低的现象得到了验证.      

大直径盾构管片拼装技术

雅万高铁是中国高铁全产业链走出海外的第一单,1号隧道是雅万高铁全线咽喉工程,也是全线唯一采用大直径盾构施工的隧道。1号隧道为单洞双线隧道,采用外径12.8 m、内径11.7 m、宽2 m的通用型管片。以雅万高铁1号隧道盾构管片拼装为例,对大直径盾构管片拼装方法、关键技术、控制拼装精度、拼装顺序等进行系统介绍,为同类工程施工提供借鉴。     

盾构管片中心检测装置的设计

随着社会和经济的发展,越来越多的地铁、铁路、公路工程等需要进行隧道工程建设,当采用盾构进行隧道施工时,需要以盾构机管片中心检测盾构形成隧道的质量来确定盾构机的工作姿态,从而提高隧道工程质量。介绍了盾构机管片中心检测装置的设计,以得出盾构机的工作姿态,从而能够使盾构机的工作更加稳定和完善,有效地提高隧道工程的质量。     

富水硬岩地层盾构管片上浮机理及控制对策

管片上浮引发的错台、开裂是盾构隧道施工过程中的典型问题。针对长沙地铁6 号线朝芙区间管片上浮严重的地段,分析了富水硬岩地层中管片上浮的机理,并采用数值模拟的方法探究了浆液凝固时间、浆液早期弹性模量及地下水位对管片上浮的影响,结合施工过程提出控制管片上浮的对策。研究结果表明:浆液的凝固时间对管片上浮影响最大,通过调整浆液的配比,让浆液在4~6h内凝固可有效控制管片上浮;浆液的早期弹性模量对于管片上浮也有很大影响,可根据实际情况选择性质较好的浆液,其中双液浆可在30s内速凝形成很高的弹性模量,可应用于上浮严重地段,抑制管片上浮;较低的地下水压力对抑制管片上浮较有利,在盾尾每10环施作止水环箍可有效形成止水隔离带,降低地下水的影响;控制同步注浆过程保证同步注浆的质量,其中注浆压力控制在设定范围内且不能超过设定值,将理论注浆量进行调整且增加管片上部注浆比例;控制盾构的掘进姿态从而减小管片受力不均引起的上浮,同时控制盾构掘进速度能够保证盾尾空隙被同步注浆浆液有效填充。     

盾构扩挖法建造地铁车站的桩-柱-预应力支撑体系参数研究

盾构扩挖法建造地铁车站的施工方案的一个技术关键是在拆除部分管片之前对隧道结构进行加固．综合国内外对于管片破除时的加固措施,提出一种新型的支撑体系：桩-柱-预应力支撑体系．通过有限元分析对支撑体系中钢索预应力施加的位置和大小进行了研究．结果表明：管片开口部位的上下位置均需要施加预应力;远离管片开口部位的对面管片腰部也需要施加预应力,大小约为开口部位的10％;隧道外侧施做排桩有利于控制管片的纵向变形;在不超过混凝土设计强度的情况下,预应力越大,对管片纵向的约束越强．     

管片厚度对大直径盾构隧道受力及变形的影响

针对大直径盾构隧道分块数多、厚度与外径比值偏小的设计特点,采用相似模型试验研究了管片厚度对大直径盾构隧道结构受力及变形的影响。结果表明:增大管片厚度能够有效减小超载工况下管片的收敛变形,但随着管片厚度的增大,增加相同的管片厚度对减小收敛变形的作用逐渐减弱;管片厚度增大,可减轻拱顶和拱底部位的混凝土开裂问题,但隧道截面受力状态会由小偏心向大偏心转变,过大的管片厚度并不利于隧道结构受力;管片厚度的增加,对隧道两侧拱腰位置的内力影响最显著,拱顶和拱底次之,对其它部位内力影响并不明显。     

盾构上跨复合岩土层既有隧道管片力学分析

目前,地铁隧道采用盾构法施工趋于常态化,但传统荷载体系在复合岩土层中盾构隧道上跨既有隧道管片的受力计算中还存在一定局限性。为解决该问题,本研究通过修正惯用法与梁-弹簧模型的优缺点,提出了关于盾构上跨复合岩土层既有隧道管片的荷载体系与计算方法,并依托长沙地铁4号线圭塘站区间隧道工程,采用有限元模型对比分析了梁-弹簧模型与本方法结果。研究结果表明:穿越盾构后,既有隧道竖向位移趋势明显,盾构隧道管片位移引起拱顶与拱底的地层被动抗力不可忽略。梁-弹簧模型夸大了盾构隧道拱底处的主动土压力,未考虑到下部岩层对盾构隧道管片切向变形抑制较弱,且其对切向弹簧的设置不合理。本方法更符合复合岩土层中盾构隧道上跨既有隧道管片的受力情况,该结论可为类似工程提供参考。     

沈阳地铁盾构隧道设计浅谈

在沈阳已建成的地铁一号线和正在建设的地铁二号线工程中,盾构法施工的隧道里程占总里程的60%以上,其高效性、安全性、经济性在沈阳地铁建设中得到了较好的体现。总结了沈阳地铁盾构隧道设计的成功经验,针对盾构法隧道管片设计、管片拼装、曲线段管片排版与线路拟合等关键问题提出了合理的设计方法与理念,对今后沈阳地铁的类似工程有一定指导意义。     

水下盾构隧道施工管片上浮控制

以天津地铁3号线13标段盾构穿越新开河为背景,研究了盾构穿越河底粘土层、粉质粘土层条件下的管片上浮控制问题.研究结果印证了粘土、粉质粘土地层条件下注浆扩散跨过渗透注浆阶段,直接进入压密注浆阶段的结论;同时表明：在河底土层为粘土、粉质粘土地层条件下,管片上浮以局部管片上浮为主,局部管片上浮控制的决定性因素为壁后注浆动态上浮力和连接螺栓抗剪力,控制局部管片上浮的根本性方法是控制壁厚同步注浆压力.笔者还提出,盾构穿越新开河河底时,控制管片上浮的注浆压力不超过0.25 MPa,实际注浆压力为0.15~0.20 MPa,并在实践中取得了良好效果.     

盾构施工参数对隧道收敛变形的影响研究

依托武汉地铁11号线光谷四路站到光谷五路站施工段,研究盾构施工参数的选取对盾构管 片力学行为的影响,并针对可能出现的问题提出相应的控制措施。采用Abaqus 有限元计算软件对该工程中的S形曲线典型段的施工过程进行精细化仿真模拟,结合施工过程中典型监测点的长期监测资料,总结施工参数对隧道整环管片变形的影响规律,为施工过程中的隧道整环管片变形 预测与控制提供理论支撑。结果表明,围岩地质条件、注浆质量、土仓压力对盾构管片力学行为的影响较大,盾尾间隙对盾构管片力学行为的影响较小。将监测值与模拟值对比分析,发现两者 规律基本一致,说明对隧道工程进行数值模拟预测和仿真分析具有合理性和适用性。     

地铁盾构隧道抗弯刚度有效率的模型试验研究

盾构管片拼装过程需要设置环向与纵向螺栓,螺栓接头会对管片整体刚度产生影响。以城市地铁单线单洞盾构隧道为研究对象,采用室内相似模型试验,开展2环管片横向、21环管片纵向加载试验,通过对比分析均质管片与错缝拼装管片,得到了盾构隧道横向和纵向刚度有效率。试验结果表明:隧道各位置的变形与荷载基本呈线性变化;横向抗弯刚度有效率为0.76,纵向抗弯刚度有效率为0.20～0.35。     

两种计算方法在盾构隧道管片设计中的比较研究

针对目前盾构隧道管片设计过程中的两种计算方法,以有限元为计算工具,对其计算结果进行了比较。结果表明:当选择了适当的折减系数时修正惯用设计法可以很好的描述接头的受力机理,能在一定程度上指导设计。但是这个折减系数的选择有相当的难度。而采用考虑接头刚度的精确计算法则适当地考虑了接头的位置、接头的刚度,能合理地指导隧道管片的设计。     

地铁盾构结构设计方法探讨

介绍了管片结构内力的理论,并采用相关有限元软件,通过北京某地铁盾构隧道的工程实例计算,给出了相应的轴力图和弯矩图,以此比较修正惯用法和梁-弹簧法在管片结构设计时的区别.而且,根据管片内力,分析两种最不利组合,验证了梁-弹簧法的合理性,指出梁-弹簧法更加适合于地铁盾构设计.最后,提出了地铁盾构隧道的设计建议以及管片裂缝控...     

盾构近距下穿既有地铁盾构隧道施工参数控制

为研究盾构下穿既有盾构隧道时施工参数的合理取值,以北京南水北调东干渠工程盾构隧道穿越既有地铁盾构隧道施工为依托,通过对既有隧道沉降的数值模拟和现场监测数据、盾构施工参数的分析,讨论了既有左右线隧道沉降存在差异的原因,总结了控制沉降的施工参数经验,阐述了既有隧道受穿越施工扰动的沉降规律,提出并验证了盾构隧道病害整治的方法.研究结果表明:受盾构施工参数的影响,既有左线隧道沉降23.9 mm,而右线仅沉降4.8 mm,沉降差异明显,但规律基本一致;盾构施工时,土仓压力调整级差不宜大于0.005 MPa,严格控制同步注浆压力在0.50 MPa,二次补浆压力在0.20~0.35 MPa,曲线段适当减缓掘进速度;已投入运营的地铁维修作业时间短,宜通过化学注浆治理管片接缝和螺栓孔处的渗漏水,压力注胶充填树脂治理道床裂缝.      

地铁盾构高性能同步注浆材料的应用研究

盾构法隧道施工是隧道建设中常见的施工方法。为防止盾构过程中出现地表沉降及管片偏移等结构稳定性问题,必须通过壁后同步注浆施工填充空隙,确保隧道周围的岩体及时获得支撑,以控制地表变形,保证管片的均匀受力与结构稳定性。盾构工程对同步注浆材料有不同的技术要求,而现行的注浆材料依然存在着各种适用性问题,主要对地铁盾构施工中高性能同步注浆材料的配合比进行研究。     

城市过江隧道结构抗震设计研究与工程实践

依托南京建宁西路过江隧道工程,对盾构段和明挖段典型断面在地震作用下的结构内力进行分析。研究结果表明:在100年超越概率10%的地震动作用下,隧道盾构段与明挖暗埋段静力荷载为控制工况,其所产生的内力大于地震工况,依据静力作用效果进行结构配筋可保证结构在地震作用下的安全。隧道结构抗震设计的重点为加强构造措施,包括设置变形缝、合理的钢筋保护层厚度、管片纵缝设置螺栓接头连接、管片环缝采用剪力销等。相关研究成果可为类似工程的抗震与减震设计提供参考。