沉管隧道最终接头技术现状及研究分析

沉管隧道最终接头是沉管隧道工法的关键工序之一,对工程建设影响至关重要。综合分析了近年来国内外沉管隧道主要最终接头形式,结合统计分析及设计实践,对几种主要接头形式进行特点分析,并对各接头后续设计优化方向提出了思考建议。同时依托深中通道沉管隧道水中推出式最终接头设计实践,对关键技术进行了探讨分析,“钢空箱+钢壳混凝土”复合式沉管管节构造及“水力推出+千斤顶推出”双推出系统等关键技术研发,为端部块体式最终接头从陆域走向深海提供了重要技术支撑。研究成果对沉管隧道最终接头的设计与建设具有一定参考作用。

深中通道沉管隧道水下推出式最终接头构造研究

为应对复杂外海建设条件、保障工程建设安全、提高工程可靠性以及降低工程造价,在深中通道沉管隧道工程中首次采用整体预制水下推出式最终接头施工工艺。深中通道沉管隧道水下推出式最终接头由扩大段、推出段和后焊段3部分组成,推出段藏于扩大段内,推出对接后隧道内进行后焊段焊接。根据工艺特点和结构受力规律,研究确定采用水力+千斤顶推出系统控制推出段推出,采用纠偏千斤顶系统控制推出段的姿态,通过高精度自润滑滑道系统减少推出段底部摩擦力,采用充气止水带+M止水带双重施工临时止水系统,管节对接后通过锚拉系统进行临时锁定,提出双向受力端封门、临时压载水箱以及水平钢剪力键等新型构造,形成完整的水下推出式最终接头创新构造形式,并根据构造形式研究确定施工工序。

深中通道大型海域地下互通设计关键技术

基于我国首个大型海域地下互通——深中通道机场互通立交工程设计实践,针对该工程互通枢纽选型、桥隧转换、施工作业、运营保障、复杂水文地质及周边环境制约等技术难题,对设计关键技术进行研究分析。结果表明:1)采用布设于海底的大型地下互通立交方案,有效解决复杂条件下机场枢纽互通交通转换需求。2)采用“一体两翼”人工岛及双排钢板桩短围堰方案,有效解决大型海域地下互通立交桥隧转换、陆域作业及运营保障需求。3)提出冲孔灌注桩+引孔换填黏土高喷桩围护结构方案,有效解决复杂海相淤泥抛石填砂层基坑施工及止水难题。4)提出锁扣钢管桩一体式围护方案,有效解决人工岛筑岛及基坑开挖工序下沿江高速桥墩保护难题。5)采用双排烟竖井方案,有效解决复杂海域环境下匝道隧道纵向贯通排烟道设置难题。

水位对盾构隧道管片结构内力影响研究

当水位处于盾构隧道断面内时,管片侧向水平荷载分解为矩形荷载、满跨(跨高等于隧道直径)三角形荷载、非满跨三角形荷载3部分,已有修正惯用法对第三部分荷载只能作近似处理,导致计算结果有误差。首先针对此荷载做如下处理:理论推导管片在其作用下的内力弹性解和按面积等效原则将其荷载集度换算为对应满跨时荷载集度,并用于计算水平地基反力及其作用下的管片内力;然后利用推导公式并结合已有修正惯用法针对国内4种典型盾构隧道,分析了不同覆土条件下水位变化对管片内力的影响,得出其变化规律,可为盾构隧道结构设计提供借鉴。

管片衬砌可靠度分析实用方法研究

由于盾构隧道管片衬砌结构形式的特殊性,可靠度分析中仅采用截面承载力极限状态方程作为功能函数不够全面,故文中提出管片可靠度分析应采用双功能函数,即增选管片裂缝宽度控制方程作为第二功能函数.考虑到随机变量的非正态分布和功能函数的高度非线性,常规一次二阶矩法精度较低,提出采用映射变换和二次二阶矩相结合的方法进行管片衬砌可靠度分析.实例表明:双功能函数相互补充,可保证结构的安全可靠,映射变换和二次二阶矩结合分析法清晰简便,能较好地解决功能函数高度非线性、随机变量非正态分布等问题.

沉管隧道节段接头剪力分配原则及降低剪力构造措施研究

以港珠澳大桥沉管隧道工程为背景,首先利用有限元软件建立节段式沉管隧道三维模型,通过数值计算研究横向均匀地基刚度条件下节段接头剪力分担比及横向不均匀地基刚度系数对剪力键剪力分配影响,随后通过室内模型试验进行了验证。研究结果表明:横向均匀地基刚度条件下剪力键平均分担剪力,单个剪力键剪力变化值与横向不均匀地基刚度系数成正比;设置弹性垫层是降低节段接头剪力的有效措施,可降低剪力10%~20%。

过江双线盾构隧道横向疏散通道力学特性分析

利用三维有限差分程序对过江双线盾构隧道横向疏散通道进行力学特性分析,考虑围岩、水压及隧道衬砌相互作用,选取覆土最浅且水压最大时工况建立了计算模型,利用该计算模型分析了不同横通道宽度和两主隧道差异沉降对结构的受力影响规律。分析结果表明,横通道–主隧道接口处应力集中较为明显,但受横通道宽度变化影响较小;横通道宽度变化对横通道中部受力影响显著,二者几乎呈线性关系。差异沉降对结构受力非常不利,横通道–主隧道接口处应力受其影响最严重,当差异沉降达到10.3 mm时,交叉接口处变为结构受力最大区域,成为结构受力和防水双重最薄弱环节。随着差异沉降进一步增大,接口处应力以指数形式迅速增大,呈现不收敛趋势。以上分析结论为南京过江双线盾构隧道疏散通道设置方案的选定提供一定力学分析依据。

砂卵石地层盾构刀盘选型探讨

总结国内砂卵石地层盾构刀盘刀具选型配置不良及成功案例,全面分析比较不同刀盘结构形式优缺点,在此基础上指出砂卵石地层盾构刀盘结构选型意义重大,辐条式刀盘相比面板式刀盘有显著优越性,研究结论对砂卵石地层盾构设计施工具有重要意义。

超大直径泥水盾构掘进对土体的扰动研究

依托南京长江超大直径泥水盾构隧道工程,通过在始发试验段埋设地表沉降观测点、测斜管、土压计力及孔隙水压力计,进行相应项目的试验。研究泥水平衡盾构掘进各阶段对土体的扰动机制、扰动规律、影响范围以及影响程度。分析得出应力扰动度与距离之间的相关关系,在此基础上计算出盾构推进对土体的显著应力扰动区域(应力扰动度≥5%)为盾构外侧16m(约一倍洞径)。建立切口压力、同步注浆压力与地表沉降之间的数学模型,进一步修正Peck公式,使之能更好地预估泥水盾构掘进引起的地表沉降。最后结合盾构掘进参数,探究减小土体扰动的措施。

砂卵石地层盾构刀具动态磨损分析

减小盾构刀具磨损,是保证土压平衡盾构长距离掘进的重要措施。砂卵石地层是一种典型的力学不稳定地层,盾构在此种地层条件下掘进,盾构刀具磨损严重。采用最新动态监测装置,对北京地铁四号线四标角门北路站～北京南站区间隧道盾构刀具进行磨损监测,利用最小二乘法对监测数据进行回归分析。以刀具磨损系数为因变量,以千斤顶掘进速度v、千斤顶推力F、刀盘转速n以及刀盘扭矩T等掘进参数为自变量分别建立回归表达式,在此基础上提出掘进参数的合理选择范围,并建立刀具磨损量与掘进距离的拟合表达式,为工程实际中减小刀具磨损及预测盾构在类似地层条件下的最长掘进距离等提供理论依据。研究结论对于类似地质条件下盾构选型和实际施工有一定的指导价值。

盾构掘进黏土地层泥水劈裂伸展现象研究

在泥水盾构隧道施工中,防止因泥水压力设定不当而导致泥水劈裂地层产生泥水喷发和开挖面坍塌,是至关重要的。土力学领域中劈裂伸展现象的研究成果甚少。软黏土地层中泥水劈裂有其发生和发展的过程,由于试样尺寸较小,这个过程在室内实验中难以完全捕捉到,而且实际地层中劈裂现象的发生与室内实验的现象有所不同。为准确掌握黏土地层中,泥水劈裂发生和发展的机理,使用自主研制的实验仪器,进行了现场深孔泥水劈裂实验,研究实际软黏土层中的泥水劈裂问题。现场实验再现了泥水劈裂及伸展过程,通过实验结果的分析和总结,得出了泥水盾构泥水劈裂持续压力、劈裂伸展速度计算公式及伸展流量的经验计算公式。

水底盾构掘进泥水喷发现象研究

泥水式盾构工法是水底软土隧道施工的首选工法,施工时泥水压力过大可导致开挖面前方地层劈裂,引发泥水喷发、河(海)水倒灌事故。以此类现象为研究对象,研究地层劈裂发生、伸展机制及不同泥水压力对地层劈裂的影响。研究结果表明:水底隧道泥水式盾构施工时,开挖面前方地层微小劈裂纹不可避免,但泥水喷发现象能否发生与盾构掘进参数、泥水性质、地层特性及盾构覆土厚度密切相关,通过理论分析和盾构掘进模型试验,得出了泥水喷发半经验公式,在此基础上提出了防止泥水喷发现象发生的相关措施。

水底液化地层大型盾构隧道地震响应分析

建立南京长江盾构隧道主隧道、横向疏散通道及地层相互作用的三维模型,采用Byrne模型模拟地层的循环液化,对模型分别输入横向和纵向地震波,研究结构一般部位及主隧道–横向疏散通道交叉接口部位的动力力学(应力和位移)响应特征,并分析了横向和纵向地震波对地层孔隙水压及有效应力的不同影响。分析结果表明:横向激振对结构的损害远大于纵向激振,主隧道–疏散通道交叉接口部位在横向激振动力作用下拉应力峰值约3MPa,超过结构极限抗拉强度,有拉裂破坏的趋势。最后,提出了结构的抗震措施建议,研究结论有利于类似工程抗震设计。

长大深埋节段式沉管隧道节段接头构造方案比选

文章以长大深埋节段式沉管隧道工程为背景,根据不同的防水体系及剪力键布置形式,提出并探讨了六种可行的节段接头构造方案,经设计、施工及运营养护等方面的综合比选,认为"内侧(背水侧)OMEGA止水带+中埋可注浆式止水带双道防水系统/外侧(迎水侧)剪力键"的节段接头构造方案更具有优势。在实际工程应用中应根据具体工程情况予以选用。

航道疏浚对海底盾构隧道纵向稳定性的影响研究

对海底长距离、高水压、大直径盾构隧道纵向稳定性的特点和影响因素进行了分析,并通过工程实体对航道疏浚这一影响因子进行研究。结合航道疏浚的特点、工艺和工序,选取纵向长2.4km的大型模型,采用数值模拟方法分别研究了航道疏浚深度、疏浚工序及回淤厚度等因素对结构纵向变形、受力的影响程度,初步得到了航道疏浚深度对隧道结构稳定性的控制作用。同时,给出了疏浚深度与结构变形、受力的非线性关系,即航道疏浚深度超过7m后隧道纵向变形趋势明显;提出了疏浚控制深度的指标,疏浚规划方案宜进行优化。最后,探讨了盾构隧道结构和周边地层的加固方案,以保证结构稳定性。初步研究结果对于海底盾构隧道前期规划、设计有一定的参考价值,相关研究还需要进一步深化。

西安地铁盾构施工对古城墙影响

针对西安地铁2号线盾构施工下穿古城墙问题,在考虑城墙损伤的前提下,采用三维弹塑性有限差分法FLAC 3D软件模拟了不同加固措施工况下盾构施工对西安城墙北门的影响,得出了盾构掘进过程中城墙的沉降规律,并对该规律进行了分析.研究结果表明,采取钻孔灌注桩及化学注浆复合加固措施可以有效地保证城墙安全,为西安地铁2号线的施工及保护古城墙提供了指导性的建议,并为日后有关黄土地区的盾构施工提供了参考.

深圳至中山跨江通道工程总体设计

深圳至中山跨江通道是世界上首例集超宽超长海底沉管隧道、超大跨海中桥梁、深水人工岛、水下互通＂四位＂一体的集群工程,采用双向8车道高速公路技术标准进行设计。针对工程技术特点及难点,工程设计方案和技术创新如下：1）提出＂标准化、工厂化、智能化、一体化＂的设计理念,完成深圳至中山跨江通道总体设计方案研究——海中隧道采用钢壳混凝土组合结构沉管隧道方案,管节宽度达46~55.5 m,伶仃洋大桥采用悬索桥方案,主跨为1 666 m、主塔高度为270 m,西人工岛采用直径达28 m超大钢圆筒临时围护方案,实现快速成岛。2）总结沉管隧道钢壳混凝土组合结构设计施工、高强自密实混凝土配制、浇筑工艺及质量检测、沉管隧道深层水泥搅拌桩（DCM）基础设计施工、大型海域地下互通立交设计施工、超大跨整体箱梁悬索桥颤振抗风稳定性设计、离岸深水海中锚碇设计施工等关键技术,研发了沉管浮运安装一体化装备,有力保障了工程的顺利实施。

南京纬三路过江通道特大直径泥水盾构始发关键技术

南京纬三路过江通道是目前我国最大水底泥水盾构隧道之一,工程地质条件复杂,始发风险大、技术难点多。文章根据工程特点及技术难点研究制定了始发专项施工方案,明确了始发流程和技术控制要点;完成始发风险分析,提出了风险控制措施。工程实际实施表明:所提出始发技术方案及风险应对措施合理,有力地保证了南京纬三路过江通道的顺利始发。

高中数学课堂分层教学法应用研究

随着新课标的改革和素质教育在中学的顺利实施，高中数学课堂教学也响应教育改革的号召，在高中数学课堂中实行分层教学的教学模式，取得了一定的成果。本文就通过对高中数学课堂分层教学法的分析，探究数学课堂实施分层教学的方法和途径。

因材施教,以人为本——高中数学分层教学初探

高中数学是高中基础学科之一，对学生的升学考试及思维能力的培养等均有着重要影响。由于各种主客观原因，当前的高中数学教学存在着一些问题，若继续采用传统的“一刀切”的教学方式，已无法满足学生的需求。因此，分层教学的理念应运而生。本文首先探讨了分层教学的理论依据，进而提出了在实践中进行分层教学的具体方式，以期与广大同行交流分享。