上海轨道交通提升盾构隧道结构本质安全的创新实践

[目的]盾构隧道是柔性结构,具有多缝特征。受施工初始质量缺陷、周围载荷变异、外部环境恶化以及管养不到位等因素影响,易出现结构变形超限、渗漏超标以及耐久性劣化等问题,仅依靠运营期加固和整治无法彻底解决。且随着线网规模的扩大,维修成本和夜间天窗时间资源的代价也会急剧增加,最终影响城市轨道交通全网的运维效率和质量。因此需研究提升盾构隧道结构本质安全的技术措施。[方法]分析了上海轨道交通盾构隧道的主要病害及影响盾构隧道结构安全的主要因素;介绍了上海轨道交通提升盾构隧道结构本质安全的技术措施以及确保盾构隧道结构本质安全的创新实践。[结果及结论]上海轨道交通采取的提升盾构隧道结构本质安全的技术措施包括优化扩大盾构隧道内径、采用错缝拼装方式、提升接缝密封防水设计,确保盾构隧道结构本质安全的创新实践包括采用预埋承插式管片新型盾构隧道结构、采用推拼同步智能盾构装备及隧道智能建造技术。从源头把握盾构隧道结构本质安全,通过优化隧道结构设计、创新拼装技术以及采用智能化装备,在建设阶段提升盾构隧道的成型质量、减少结构初始缺陷,能够降低运营期盾构隧道结构发生病害的可能性,可为隧道的长期运营安全奠定坚实基础。

束合管幕结构结合缝受剪性能足尺试验研究

为降低对城市地面道路、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——U-BIT束合管幕工法。该工法采用矩形钢管,通过沿环向施加预应力,使各个钢管之间协同受力,形成受力整体,进而达到减小构件尺寸、提高结构的整体刚度和承载能力的效果。然而,U-BIT束合管幕结构的施工工艺以及结构性能的研究还处于初期阶段,其结构力学性能和受力薄弱点均不清晰,为保障该结构的施工安全,探究该束合管幕结构的性能以及拓展该结构的适用性,亟需对束合管幕结构的受力性能进行研究。本文在工程需求和前期文献调研的基础上,针对该束合管幕结构开展受剪性能的足尺试验,探究束合管幕结构在剪切作用下的变形响应,结果表明:预应力可有效增大结构抗剪刚度;结合缝薄弱位置出现在混凝土与钢管节的黏结界面处,无预应力作用时,主要由界面黏结作用及锁扣承担剪力,而锁扣抗剪承载仅在极限状态下发挥作用,设计时不宜考虑,建议仅考虑黏结作用;在结合缝张开以后,混凝土与钢管节有效黏结面积会显著减小,抗剪刚度随之降低,并引起结合缝错台的大幅增加,进一步引起抗剪承载力降低。

城市轨道交通的高质量建设是高水平运营的基础保障

中国城市轨道交通五十余年的发展历程,特别是近二十年的高速发展历程证明:高质量建设是城市轨道交通高水平运营的基础和前提。必须从人民群众对美好生活的向往这一需求出发,坚持高起点、高水平,创新机制,突破束缚,构建规划起点高、标准合理适用、过程可靠受控、结果可核查可验证的城市轨道交通系统。

饱和软土地区束合管幕结构无黏结预应力筋线型影响分析

为克服管幕法钢管节之间无法协同工作、支护效率差等缺点,进一步拓展管幕在浅埋大跨地下结构中的优势,提出一种依托横向预应力的新型地下结构形式——U-BIT束合管幕结构。该工法采用矩形管幕作为支护结构,管幕通过锁扣以及填充混凝土进行连接,并通过张拉横向预应力,使各个钢管之间协同受力,形成受力整体。为进一步研究预应力筋布置线型对束合管幕结构力学机制的影响,结合压弯试验及剪切试验,针对预应力筋二次型及双直线型布置形式进行对比分析。结果表明:1)预应力筋线型布置不影响结合缝黏结界面的开裂荷载及结构破坏机制;2)压弯试验中结合缝张开后,张拉相同预应力时,二次型布置下的结合缝极限弯矩承载力是双直线型的1.4~1.6倍;3)剪切试验中,结合缝未出现张开及错动时,施加预应力可等视为外部施加水平力,而结合缝抗剪刚度基本随水平力线型增长,二次型布置会比相同水平力作用下双直线型结构中结合缝抗剪刚度大7%~9%;4)结构实际受力是处于压弯剪的复合受力状态,结合缝脱开会导致结构抗剪承载力大幅下降。

依托数字化转型推进上海地铁高质量发展

近十年来,上海地铁始终坚持高质量发展理念,不断优化上海地铁网络的功能,提升新线建设标准,网络规模在全国率先突破800km,日均客流超过1000万人次。上海地铁的发展始终依靠技术进步,特别是紧紧依托数字化转型的有利契机,不断提升地铁建设和运营维护的质量。

内张钢圈加固盾构隧道结构极限承载力的足尺试验研究

为提高既有盾构隧道结构的极限承载力,以通缝拼装盾构隧道结构为对象,设计了两种加固类型的足尺试验。对试件进行了模拟上部堆载作用下的静力加载试验,分析了结构整体的受力过程、破坏模式和极限承载力等,考察了内张钢圈加固方法对于提高结构受力性能的作用。研究表明:内张钢圈加固方法是一种合理有效的加固方法,能显著提高既有盾构隧道的整体刚度和承载能力;采用整环或半环方式加固后盾构隧道结构的受力性能相近,加固结构的破坏模式均是由于局部粘结失效所导致的结构破坏。

通缝拼装盾构隧道结构极限承载力的足尺试验研究

针对轨道交通通缝拼装的盾构隧道结构的承载性能,进行结构的足尺静载试验。具体介绍试验方案和加载方案的设计,提供结构变形、管片裂缝、接缝变形和连接螺栓受力的发展情况以及破坏过程等试验结果;对结构的承载性能和破坏机理进行分析。足尺试验研究表明:试验结构的破坏由不同部位接缝混凝土先后受压破坏形成,属梁铰机制;管片接缝是隧道极限承载力的关键断面;周边卸载工况下结构的承载力安全系数比顶部超载工况小,对盾构隧道结构的承载更为不利。

基于建筑信息模型(BIM)的城市轨道交通设施设备分类与编码研究

城市轨道交通涉及多专业的设施设备,建设项目从设计、施工到运营维护,各阶段的设施设备信息采用不同的分类编码体系,难以开展设施设备的统一化管理。调研上海轨道交通既有的设施设备分类编码体系,基于建筑信息模型(BIM)技术研究,建立城市轨道交通全生命周期的设施设备分类编码体系。该分类编码体系是以城市轨道交通资产管理的分类编码为基础进行编制的,划分了21类,具有唯一性、稳定性、可扩展性等特点,可兼容既有的设施设备分类编码体系,并能够满足城市轨道交通运营维护管理的需求。

盾构法地铁隧道管片新型连接件技术应用研究

盾构法隧道一般采用螺栓连接管片,具有管片生产简单、施工操作方便等特点,但存在接头连接精度较低、结构本体刚度较弱以及施工质量控制难等问题。新型连接件的应用能提升盾构隧道管片的连接精度,保证成型隧道质量,是隧道管片连接件技术发展的方向。介绍了地铁盾构隧道新型连接件的结构设计、结构力学性能试验、管片生产工艺、隧道施工工艺等方面的研究成果。上海轨道交通18号线示范工程实测数据表明:与传统螺栓连接的盾构隧道相比,新型连接件盾构隧道的各项施工质量控制指标均有明显改善,验证了采用新型连接件技术体系提高隧道成型质量的可行性。

列车振动荷载对邻近深基坑的既有站变形影响

通过模拟的轮轨激振荷载 ,分析新建的平行换乘车站深基坑开挖过程中 ,既有车站结构的动力响应 .分析认为 :在换乘站基坑开挖过程中 ,由列车动荷载引起的既有车站结构位移在允许值的 7%范围以内 ;车振荷载主要引起连续墙的竖向振动加速度 ,但基坑开挖后 ,竖向振动加速度变化不大 ,而水平振动加速度幅值有较大增长 .

束合管幕结构结合缝压弯性能足尺试验研究

为克服管幕法钢管节之间无法协同工作、支护效率差等缺点,进一步拓展管幕法在浅埋大跨地下结构施工中的优势,提出一种依托横向预应力的新型地下结构形式——U-BIT束合管幕工法。但该工法的施工工艺以及结构性能的研究还处于初期阶段,其结构力学性能和受力薄弱点均不清晰,亟需开展系列试验及模型研究。在工程需求和前期文献调研的基础上,针对该束合管幕结构开展压弯性能足尺试验研究,探究束合管幕结构在压弯作用下的受力特性与承载能力。结果表明:1)结构挠度、结合缝张开可划分为6个发展阶段;2)结合缝脱开、混凝土局部破坏、CT型锁扣紧贴以及CT型锁扣脱开是结构的重要性能点;3)结构破坏形式表现为上部CT型锁扣脱开,无法继续承担外荷载;4)结合缝开裂荷载及结构承载力极限荷载的试验结果均与理论值相近。

ATP失效模式下的城市轨道交通列车运行安全保障措施研究

研究城市轨道交通列车在ATP(列车自动防护)失效模式下的行车安全管理制度和技术措施。通过制定ATP失效模式下人工操作管理规范及小半径曲线上的列车限速,辅以对列车进行辅助定位的基于射频识别的自动记点系统和实时测量前后车距的列车辅助追踪预警系统,向司机提供预警信息,以提高列车非正常运行条件下的安全性。

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。

城市轨道交通工程建设施工的风险识别

从轨道交通工程建设施工的特点出发 ,结合上海市轨道交通建设总体规划以及正在建设和拟建的工程实践 ,解析当前轨道交通空前发展过程中的风险识别。分别介绍了建设行为风险识别和建设施工风险识别的内容 。

城轨交通基础设施全息化移动检测及主动维保系统

根据城市轨道交通网络化运营安全保障以及维护的集成化、自主化发展需求,提出面向运营车辆日常运行过程中密切相关的轨道、桥梁、隧道、接触网等关键基础设施的安全状态检测系统,并专门研制了适用于轨道、桥梁、隧道、接触网等的安全移动监测系统和装置;车载综合信息数据中心可将采集的实时监测数据和后台分析数据统一接入,并对数据进行预处理;开发了基于基础设施状态全息化检测及预警技术的主动维护保障平台,为城市轨道交通网的维护和检修提供技术支持。

从运营角度分析城市轨道交通建设阶段需重视的问题

分析了城市轨道交通网络化运营面临的主要问题,从运营角度提出了建设阶段必须关注的总体设计、标准化设计、国产化和信息化等问题。分析了忽视这些问题对网络化运营的安全性、可靠性和效率的影响,阐述了总体设计、标准化设计、国产化设计和信息化设计在建设阶段应关注的重点。

城市轨道交通网络化阶段推进标准化建设的探讨

介绍了城市轨道交通网络化的本质和内涵,分析了网络化运营管理中存在的若干技术和管理上的问题。提出了建设和运营管理的标准化是网络化发展的必然要求,并从运营需求标准化、建设标准化和运营管理标准化三个方面详细阐述了城市轨道交通标准化建设的建议和想法。

当前轨道交通发展中几个技术问题的思考

从可持续发展角度提出了当前我国城市轨道交通发展过程中面临的几个技术问题,提出规划线网规模、系统规模要预留发展空间,制式选择要与功能定位和环境相适宜、建设标准需要适当提高,同时提出了信息化、全自动驾驶以及BIM(建筑信息模型)等新技术的应用要紧密结合建设和运营需求,并要与我国经济社会发展阶段相适应。

城市轨道交通的规划建设理念应适度超前

我国城市轨道交通进入了网络化建设和运营的快速发展阶段,而随着城市化进程的不断推进,城市人口规模不断突破,对城市轨道交通规划和建设提出了更高的要求。因此,更应重视规划建设的前瞻性,以满足城市可持续发展和运营管理等各方面的需求。结合上海地铁的运营经验和教训,提出今后包括规划、系统规模、车辆选型和设计标准等四个方面的城市轨道交通规划建设理念应适度超前。