全国工程勘察设计大师杨秀仁:创新助推城轨绿色建造

《城市轨道交通》:杨大师您好,欢迎做客城轨人物访谈栏目。大家都知道您擅长“搭积木”,您是做到了搭地铁车站之后还在继续搭了其他的东西,譬如说轨道。杨秀仁:装配式车站是我带领我的团队研发的一个作品,装配式轨道我们也花了非常多精力研发。我们采用全新的理念来解决轨道结构的装配问题,这里面所谈到的装配包含了两层意思:一方面是工厂化生产和装配,把轨道板在工厂生产完并在工厂把轨道板与减震隔离层装配在一起;另一方面是在施工现场的装配。

北京地铁盾构隧道设计施工要点

对北京地铁5号线首次采用盾构法修建地铁隧道的情况进行了介绍，针对北京特有的地质条件，通过盾构试验段工程对设计和施工进行了系统的研究。

浅埋暗挖洞桩(柱)逆作法设计关键技术分析

通过对浅埋暗挖洞桩(柱)逆作法的深入剖析,针对其特点,论述洞桩(柱)法结构关键受力构件的设计技术要点,包括边桩、钢管混凝土中间立柱、中间桩基础、条形基础等构件的承载力、变形及稳定性分析,给出提高土体开挖稳定性和地基承载力的措施,以及采用该工法建造地铁车站时合理埋深的确定原则等。

城市轨道交通一体化要点研究

结合对城市轨道交通的特点分析,阐述城市轨道交通一体化的主要内涵,研究一体化的要点,包括城市轨道交通与城市总体规划的一体化、与常规公交的一体化、与综合交通枢纽和城市综合体的一体化、与城市地下空间开发的一体化以及轨道交通网络的一体化等,对轨道交通一体化的前景进行展望。

从务实角度谈城市轨道交通工程建设安全风险管理

结合当前国内城市轨道交通建设及安全风险管理形势,讨论建设期间安全风险管理的思路和方法,从务实和方便操作的角度,提出轨道交通建设期间安全风险管理的建议。

从北京地铁5号线工程谈我国城市轨道交通技术创新思路和方法

以北京地铁5号线荣获全国优秀工程勘察设计金奖为契机,分析北京地铁5号线的整体定位、工程的重点和难点、工程技术创新点及取得的技术经济和社会效益,阐述我国城市轨道交通技术创新的思路和方法,以及当前形势下对创新重点的思考。

明挖预制装配式隧道结构拼装设计方法及关键技术

明挖施工条件下的预制装配式隧道结构,其拼装技术与装配整体式结构或盾构隧道均存在较大差别。在工程设计阶段,需要根据结构型式和装配模式,对拼装进行详细的规划和设计,以支撑高质量、高效率施工,并确保结构承载性能和稳定性,同时满足接头接缝防水性能要求。拼装关键技术包括拼装方法、基面精平技术、定位控制技术、张拉锁紧技术、支顶限位措施、精度控制标准等方面。明挖装配式隧道结构的拼装应以首环固定端为起点,沿纵向推进,遵循“先下后上”并逐块、逐层向上的拼装原则;基坑底部基面应进行精平处理,并根据地基条件和底板结构型式,采用精平条带法或基面统平法;隧道衬砌结构宜在接头拼接面设置一定数量的导向定位装置,在辅助构件精确定位的同时,有效控制结构表面错台量;明挖装配式隧道宜设置在直线上,当隧道位于曲线地段时,可采用“楔形构件+等宽缝”或“等宽构件+楔形缝”的方式拟合曲线;张拉锁紧措施主要有预应力钢棒张拉锁紧和螺栓锁紧方式,预应力张拉宜采用“形心跟踪法”,并应多点协同、同步张拉锁紧,保持接缝宽度的均匀性,有效控制目标接缝张开量,并对预制底板下空隙及时注浆填充,在侧墙和拱脚等关键部位及时支顶限位。

明挖预制装配式隧道结构拼装精度控制标准研究与制定

明挖装配式隧道结构建造技术的研究和应用在我国尚属起步阶段,拼装精度控制标准是装配式结构建造过程中衡量和控制工程质量的重要尺度,标准的合理制定,关系到工程建设的安全可靠性、经济合理性及实际可操作性。通过拼装精度影响因素分析,提出了理论指标,并结合工程实际应用情况和实测值正态分布曲线的分析和提炼,给出了明挖装配式隧道结构拼装精度主要控制要素的控制标准,包括轴线平面定位偏差、高程定位偏差、构件形位姿态偏差、接缝张开量、结构表面错台量、同一环构件纵向错位量、前后环纵缝平面错位量等允许值,并与明挖现浇隧道、盾构隧道及装配整体式等结构的相关标准进行了对比分析。研究和实际工程应用证明:控制标准总体合理,可作为后续工程建设和相关标准制定的参考。构件制作精度对拼装精度的影响较大,提高构件制作精度,对提高拼装精度具有重要意义;自重压紧方式对控制隧道纵缝张开量最为有利,而控制张拉荷载、提高构件制作精度、控制施工累计误差等,可有效控制隧道环缝张开量;接头设置定位销棒并严格控制定位精度和预留空隙量,对控制结构表面错台量起到关键性作用。

大断面黄土隧道变形特征分析

以兰渝铁路大断面黄土隧道为工程背景,采用三维数值模拟结合现场试验,对台阶法施工中围岩深部变形特征进行分析;研究围岩纵向变形规律并预测先期位移;研究预留核心土对围岩变形的控制效果。结果表明:围岩拱部竖向位移弱化较慢,而边墙水平位移弱化较快,水平收敛普遍小于拱顶沉降;隧道纵向先期位移约占总位移的31%～38%,预留核心土可有效控制围岩纵向变形;纵向位移与围岩弹性模量成反比,Hoek曲线与数值计算结果较接近,特别是掌子面前方较好吻合,数值计算先期位移占总位移的33%;预留核心土有效降低掌子面的临空范围,有利掌子面稳定;核心土适宜预留长度为2R/3(R为隧道换算半径);数值计算和实测的围岩变形规律基本一致。

大直径盾构隧道扩挖地铁车站的力学性能研究

日益复杂的地铁建设环境使得地铁线路布置困难、施工风险加大,同时对施工方法也提出了更为严格的要求。采用大直径盾构建造地铁单洞双线区间并在盾构隧道基础上小规模扩挖形成车站是解决复杂环境下地铁建设的一种新思路。以北京地铁14号线高家园站为背景,提出了在外径10m的大直径盾构隧道基础上采用CRD(CrossDiaphragm)法扩挖地铁车站的两种方案,利用"地层-结构"相互作用有限元法模拟了车站扩挖施工过程,研究了结构体系的受力转换规律。结果表明:在扩挖施工中,结构受力转换频繁;结构体系的最大轴向应力位置由管片环转移到初期支护,最大剪应力位置转移到封顶块管片;管片环由受压状态为主转向受剪状态为主,初期支护、中隔板、梁柱及临时支撑以受压状态为主;封顶块管片和顶梁上部翼缘处的应力较大,应对这些位置进行加强处理。

大直径盾构隧道分块型K管片接触面力学性能的试验研究

利用单圆大直径盾构隧道扩建地铁车站时,采用了预先分为3块的分块型K管片。为了研究分块型K管片接触面的力学性能,按照接触面保留原型、边界由弧形简化为矩形的原则制作试件,在实验室进行加载试验。试验结果表明:当组合荷载达到一定值时,分块间接触面达到滑移临界点,此时接触面间的摩擦由静摩擦变为滑动摩擦,接触面间产生相对位移,混凝土和螺栓的应变陡增,螺栓被卡住。结合试验建立试件的三维几何非线性接触数值模型,对接触面达到滑移临界点时的组合荷载进行模拟分析,得到分块型K管片不同材料接触面的临界轴力弯矩组合包络线,用以判断不同轴力弯矩组合对分块型K管片结构稳定性的影响,为扩挖车站结构的设计与施工提供理论指导和参考。

大直径盾构施工对地铁暗挖风道影响数值分析

在地铁建设中,盾构直接穿越车站暗挖风道施工越来越受到关注。以北京地铁14号线试验段工程的高家园站为背景,基于"土–结构"相互作用原理,采用三维有限元法,模拟了外径10 m的大直径土压平衡盾构穿越车站暗挖风道的施工过程,获得了风道的空间位移和应力,进而分析了大直径盾构施工对风道的变形和应力的影响。研究表明:大直径土压平衡盾构穿越暗挖风道的施工过程中,风道的变形主要集中在环梁上且最大变形发生在环梁的顶部,左、右环梁的变形主要是在盾构穿越风道前、后完成的;风道的最大应力也发生在环梁上,左、右环梁的应力在盾构穿越风道过程中发生急剧的变化;土仓压力的增大,对左环梁的变形和应力影响均较风道其他位置的大。在设计中,建议对暗挖风道的环梁部位进行加强处理;而在施工中,建议适时调整土仓压力,以保证风道的安全。

从北京地铁建设论我国深基础及地下工程技术的发展

从北京地铁建设开始应用的各种深基础及地下工程技术和设备,结合我国其它城市地铁建设,系统地介绍了基坑支护、基础工程、隧道开挖及相关的地下工程技术发展概况。总体上讲我国的深基础及地下工程技术和一些设备已达到国际先进水平。一些符合工程实际和环境保护要求的新技术、新设备、新工艺正在不断出现。

地基弹性参数对于长型大截面地下结构横向自由振动的影响

自由振动分析是地下结构地震动力响应分析的基础。本文利用笔者先前得到的长型地下结构的自由振动方程,研究了地基弹性参数对地下结构自由振动的影响。由分析可以看出,随着地基弹性参数值的增加,结构中波速值总的趋势是增加,但是温克尔地基参数对结构中波速的影响远大于第二地基参数的影响;地下结构振动频率总的趋势是随着温克尔地基参数k和第二地基参数gP值的增加而增加;与地基参数对地下结构中波的传播速度的影响不同,k和gP对地下结构振动频率的影响是同阶的,因此不能忽略gP对地下结构自由振动的影响。

北京地铁五号线盾构法隧道施工的三维有限元数值模拟

应用非线性弹塑模型,以北京地铁五号线为背景,结合盾构技术的实际应用,在全面分析评价工程段地质条件的基础上,对盾构施工段进行了三维动态有限元数值计算,计算并分析了隧道周围土体中的应力、应变、塑性区分布及地表沉降等情况;同时通过对现场实测数据进行整理,初步揭示盾构施工对地层的整个扰动形变过程、主控因素和机理。并将计算结果与实测结果进行了比较和分析,证实了有限元数值模拟已成为研究盾构法的一种快捷且有效手段。

序:地铁车站工业化建造模式的创新变革

为促进建筑产业的优化升级和可持续发展,近年来国家持续推动建筑工业化和装配式建造技术的发展,在装配式地面建筑技术应用不断增加的形势下,我国的装配式地铁车站建造技术从萌生到发展,实现了重大突破,取得了长足进步,国内首座装配式地铁车站在长春成功建成,起到了很好的示范和引领作用,后续多个城市陆续开展了具有地方特色的装配式车站研究和应用工作,工程案例达40余个,技术体系逐步形成并日趋成熟,研究和应用中所形成的关键技术弥足珍贵。在全国工程勘察设计大师杨秀仁及其研发团队的大力支持下,本刊邀请国内从事相关领域工作的专家学者撰稿,组织了装配式设计与建造技术专辑,助力行业预制装配技术的应用和发展。读者可通过扫描二维码,观看《装配式地铁车站建造技术》视频。今后还会陆续刊载适应不同环境的其他装配技术的论文,进一步繁荣地铁装配建造技术。

分块型K管片用于盾构扩挖地铁车站的风险控制

将既有的模型试验研究得到的分块型K管片接触面轴力与弯矩临界包络线,作为分块型K管片用于盾构扩挖车站时的风险控制标准,以埋置深度、施工工况和扩挖错距作为关键影响因素,分析分块型K管片应用于盾构扩挖车站的风险控制问题。结果表明:分块结构的接触面经历了一个由上部区域转移到下部区域,再转移回到上部区域的受压复杂变化过程;扣拱扩挖对接触面的内力影响最大;随着扩挖错距的增大,接触面的内力也逐渐增大,且扣拱错距扩挖对接触面的内力影响较大;对3个关键因素共同作用下的接触面内力进行筛分,得到满足分块型K管片正常使用要求的不同扩挖工况下的埋置深度与临界错距的关系曲线,为分块型K管片应用于盾构扩挖地铁车站的施工风险控制提供理论参考。

装配式地铁车站结构接缝防水关键技术研究与应用

装配式地铁车站结构的接缝防水性能一直备受行业的关注,针对装配式车站的结构构造、构件制作及施工工艺等特点,对与接缝防水性能高度相关的“接缝张开量”和“密封垫错位量”两个关键参数的主要影响因素和控制指标进行分析,结合密封垫防水性能试验研究及实际工程应用监测结果,充分论证接头接缝“两垫+一注+一嵌”多道防线的关键技术。双道密封垫以三元乙丙橡胶(EPDM)弹性密封垫作为主防水,复合遇水膨胀橡胶作为加强防水,形成复合式多孔多槽形密封垫,密封垫为接缝防水主要防线,注浆和嵌缝为辅助防线。研究和实际应用表明,装配式车站结构的接缝防水,不仅在防水构造措施方面与盾构隧道不同,而且在各项控制标准方面也存在较大差异,张开量10 mm、错位量5 mm是装配式车站结构接缝防水性能控制的合理指标;单道防水密封垫,在张开量10 mm、错位量5 mm的情况下,能抵抗水压力1.0 MPa,满足埋深30 m车站结构抵抗2~3倍水头压力的性能要求,并在使用100年后,仍存在约67%的残余应力值,具有长期耐水压性能;双道防水密封垫,较单道密封垫防水性能提高有限,提高率在20%~30%之间,但在衬砌外道密封垫出现局部漏水时,双道密封垫的优势显著;从接缝合理张拉锁紧荷载的角度考虑,三元乙丙橡胶密封垫的硬度需要较常规盾构隧道密封垫降低5 SHA,即采用60 SHA,其单位长度完全压缩荷载指标不大于40 kN/m。目前已建和在建车站工程,实测结构接缝最大张开量和表面最大错台量均满足接缝防水性能控制标准的要求,在未设置外包防水层的情况下,接缝无渗漏水现象发生。

注浆式榫槽接头关键构造参数影响研究

装配式地铁车站结构注浆式榫槽接头的不同几何构造影响接头的力学性能,进而制约整个结构的力学行为。针对注浆式榫槽接头关键构造参数——榫长、榫宽、接头高度、接头宽度、槽顶壁宽、槽底壁宽、榫头内缩长度,基于榫头占比率、槽壁榫宽比、榫头倾角、榫长榫宽比和内缩率5个指标进行接头构造设计要求研究。结合各个指标对接头承载性能、制作和施工便捷性的影响,提出一套接头构造设计步骤及要求,明确关键几何构造参数具体取值范围:榫宽w与截面高度H的比值宜大于0.28,各榫头之间的净距宜为0.5~1.5倍单个榫宽w,槽壁厚度t与榫宽w比值不宜小于0.4,榫头倾角α宜为75°~85°,长接头和短接头榫长l与榫宽w的比值宜分别为0.5~0.8和0.2~0.5,内缩率宜为20%~50%;研究成果可为同类装配式结构构件连接设计提供参考。