自密实高抗裂混凝土在盾构隧道工作井侧墙中的应用

采用明挖顺作法施工的盾构隧道工作井侧墙位于由维护结构、环框梁、底板及模板组成的密封空间内,其受到的约束作用强,施工难度大,容易因混凝土收缩开裂及浇筑不密实导致渗漏。依托在建的江阴靖江长江隧道工程,在室内研究的基础上,通过现场系列模型试验,比较了采用不同混凝土材料及施工工艺时混凝土结构的密实性。模型试验及工程应用结果表明,采用自密实高抗裂混凝土,结合布料工艺、浇筑速率、分层浇筑静置时间的控制,并辅以必要的振捣,可保证混凝土浇筑密实,进一步结合抗裂温控措施,可消除混凝土收缩裂缝,避免工作井侧墙出现渗漏。

盾构井底板混凝土温控参数敏感性分析

以珠江三角洲水资源配置工程的典型盾构井底板为例,采用saptis三维有限元软件,进行浇筑温度和通水冷却温控参数敏感性分析。结果表明,高温季节降低浇筑温度有利于控制混凝土内部最高温度,浇筑温度每增高1℃,内部最高温度增加约0.79℃,建议将浇筑温度降低至23℃;优化通水冷却参数(加密冷却水管,降低通水水温,适当延长通水时长)能达到良好的温控防裂效果。

富水砂层小净距盾构隧道端头井加固技术数值模拟分析

盾构始发接收在隧道掘进过程中是十分关键的环节,因此,针对富水粉砂土层中三线小净距隧道盾构掘进中始发接收端头井处的加固措施展开了数值模拟研究。其结果表明:小净距隧道施工时地下水的存在会增大地表沉降量,而采用水泥系和冻结法联合加固,则能够同时减小地表沉降量以及沉降分布范围;此外,端头井的重复施工会影响地下水的流场分布,进而降低地层承载力;冻结法加固可有效保持地下水位,减小渗流和地表沉降。

盾构始发与接收对工作井围护结构的影响研究

[目的]一般情况下,盾构机均在盾构工作井主体结构施工完成后才进行始发或接收,由于诸多因素的限制,往往需要考虑盾构工作井主体结构尚未施工时进行盾构始发或接收的情况,因此需研究盾构始发与接收对盾构工作井围护结构的影响。[方法]以成都地铁某标准地下三层岛式车站为例,研究盾构工作井在未施作主体内衬结构状态下实现盾构始发与接收时的围护结构受力及变形情况,并分析了盾构始发与接收对围护结构稳定性的影响。[结果及结论]研究结果表明:无内衬状态工作井盾构始发与接收时,围护结构桩体水平位移最大值及弯矩最大值均发生在盾构工作井端墙中跨第4道钢支撑处,围护结构剪力最大值发生在盾构工作井端墙中跨底板处;当盾构工作井未施作主体内衬结构时,围护结构桩体变形及受力均有所增大,但其位移及力学指标均满足规范要求;围护结构在剪力及弯矩作用下能够满足承载能力及强度要求;无内衬状态下的工作井盾构始发与接收可提高施工效率,有效节省工期,节约工程成本。

超大地面荷载下盾构工作井叠合结构的力学响应

为了解决现行盾构工作井的设计缺乏对超大地面荷载作用的验算问题,通过开展室内缩尺模型试验,研究盾构工作井从施工期到服役期在超大地面荷载下地下连续墙与主体结构侧墙所构成叠合结构的力学响应,并考虑盾构工作井周围土体中地下水的作用,探讨土体抗剪强度减小对超大地面荷载最大值的影响。结果表明:在超大地面荷载作用下,盾构工作井中隔墙的抗压刚度较大,以受压的形式承担了大量的荷载效应,导致叠合结构上部容易发生低应力水平下的整体水平位移,进而在围护结构底部发生失稳,导致整体破坏;主体结构侧墙在施工期的初始挠度及叠合结构整体水平位移使得叠合结构中地下连续墙承担了大部分内力;通过观测室内缩尺模型中叠合结构的变形量,由模型数据换算得到盾构工作井顶部极限超载为445.5 kPa,远大于盾构工作井周围土体地基承载力特征值130 kPa,验证了采用地基承载力对超大地面荷载下地面硬化进行设计的安全、可靠性。

大直径超深圆竖井内衬逆顺结合作法施工过程温度应力研究

珠江三角洲水资源配置工程A2标03号盾构井为外径35.9 m圆形竖井、开挖深度达73.98 m,施工复杂且难度较大,保证施工过程中不出现温度裂缝尤为重要。针对此问题,根据结构、施工特点,将盾构井内衬分为内衬墙、洞门墙和底板3个部分,使用三维有限元程序,采用逆-顺结合施工方法,基于内衬混凝土施工方案,对内衬结构施工过程进行数值模拟,研究内衬墙、洞门墙和底板温度、应力发展情况。数值模拟结果表明:(1)内衬墙、洞门墙和底板降温速率分别为0.28、0.23、0.19℃/d;(2)随着高程的降低,盾构井温控难度逐步下降,内衬墙厚度较小,受地下连续墙约束和气温变化影响较大,在高温季节浇筑的部位开裂风险较大,低温季节浇筑的洞门墙和底板开裂风险较小;(3)洞门墙和底板由于施工工序和间歇期,在结构突变连接处出现较大应力,施工中要加强这些部位的监测。

中日盾构隧道-工作井接头抗震设计及研究进展综述

首先通过比较中日两国规范及标准中的盾构隧道-工作井接头要求,阐述中日抗震设计理论现状。分析认为:中国的设计规范对井接头的抗震规定较为模糊甚至较少提及,日本规范存在2种盾构隧道-工作井柔性接头的抗震计算方法。相比之下,日本拥有更成熟并且实用的抗震分析理论和计算方法。中日在设计规范标准中均给与设计单位巨大的自由度,但结果允许值的取值范围缺乏评价标准。其次,通过调研井接头抗震分析的研究进展,指出井接头部位的震害特点和关键影响因素;并从影响井接头综合响应机制的关键要素,如刚度比、结构间的相互作用、地基承载力、刚性接头和柔性接头的对比等,对井接头研究现状和不足进行综述。再次,对井接头的抗震评价方法和抗震措施进行梳理,认为:1)土和结构刚度比对工作井接头产生显著影响,需要注意控制工作井周围的土层刚度在合理范围内,提出结构和结构的刚度比是未来重要研究方向的建议。2)结构之间的相互影响主要关注在不同的地震荷载下,2个结构相互之间的影响机制。提出对于结构的相互影响还应关注盾构隧道和工作井接触研究的思考。3)除了结构刚度突变外,地基刚度突变也是重要的影响因素。日本已经提出简易评价公式并经过验证,中国目前在这方面的研究较少。提出软土地区应该着重进行此类研究的建议。4)在柔性抗震方面,日本进行了深入研究。考虑到中国即将要求盾构隧道-工作井接头采用刚柔结构的新规范,日本的研究成果可以为中国进一步发展盾构隧道-工作井接头的抗震设计提供参考。最后,预测本研究领域可能的未来发展方向。

三角支架侧墙模板代替换撑技术在盾构始发井施工中的应用

以北京地铁17号线某站项目为例,对地铁车站盾构始发井段钢支撑换撑施工工艺进行优化研究。在保证地铁车站基坑稳定的前提下,探寻到一种三角支架侧墙模板代替原设计换撑的技术方案,缩减了车站盾构始发井施工工期,确定了盾构始发的工期节点,使工程工期更加合理有效。

盾构工作井碳排放构成及减碳路径研究

结合漕宝路快速路新建工程,采用定额清单分析法,对合川路盾构工作井碳排放量进行核算。通过对碳排放量构成和主要来源的分析,得到了工作井结构按照不同分类模式下的碳排放占比,并提出针对性的减碳路径和方法。研究结果表明,在建材生产运输和建造阶段,盾构工作井碳排放总量可达到20850 t CO_(2)。按材料、机械和人工分类,各部分碳排放占比约为87.7%、11.9%和0.4%。建材生产运输阶段的碳排放量远高于施工阶段的机械能耗和人工碳排放量之和。尽管降水井的质量占比较小,但其对所在分部工程的碳排放计算有较大影响,是碳排放核算需要考虑的因素。接缝止水材料、防水材料的质量占比、碳排放占比均很小,可根据碳排放核算精度要求适当考虑或忽略不计。在基础设施建设方面,可以从低碳建材使用、建材和土方运输机械电动化、鼓励施工机械能源采用生物柴油、提高建筑垃圾资源化管理水平、提高措施项目的周转材料利用率等方面出发,有效降低碳排放。

已运营地铁隧道盾构管片破损的竖井永久修复技术

[目的]某地铁运营区间盾构隧道在地表降水井钻孔施工中,隧道管片被钻穿,导致破损,引发突水灾害,造成地铁停运。对此,需针对已运营地铁隧道内盾构管片破损的情况研究永久修复技术。[方法]针对该区间内砂卵石、泥岩地层稳定的特点,提出明挖竖井修复破损管片的技术,并详细阐述了管片破损竖井修复施工工艺。建立有限元模型,对降水、竖井开挖、管片修补、竖井回填等不同施工阶段管片破损位置的应力变化进行了研究。[结果及结论]管片破损位置修复后的压应力最小为0.732 MPa,随着竖井的回填,修复部位边缘处和中心处的应力开始逐渐增加,最终边缘处应力稳定在2.124 MPa左右,中心处应力稳定在0.732 MPa左右。满足安全性要求,表明该修复技术是可靠的。

富水砂层短结构竖井盾构分体始发技术研究

为解决分体始发过程中因效率低造成施工风险大的问题,文章结合西安地铁14号线盾构在全断面富水砂层分体始发的工程实例,分析了满足盾构始发的最优结构尺寸,并确定了合理的分体始发程序及管线延长方案;根据施工需求,着重分析了盾构施工的水平运输技术及始发过程中常见的技术问题与解决措施。

深竖井长距离盾构渣料运输施工技术研究

该技术主要依托珠江三角洲某项目,盾构施工阶段出渣垂直高度为66.78 m,工作井有效直径为30.5 m,盾构隧洞长度为2.926 km,隧洞内径为5.4 m,隧洞坡度为0.5%,主盾构洞身掘进地质多为弱风化泥质粉砂岩,隧洞埋深40~60 m,采用φ6280土压平衡盾构施工。因受工作井深度及空间影响,盾构施工期间渣土运输问题是工程的重难点,研究通过优化出渣方式,改进出渣设备,以达到提高生产效率,节约施工成本,保证施工安全的目的。

盾构接收工作井围护结构附加应力计算及应用

为分析盾构接收对工作井围护结构附加应力的影响,以某盾构隧道工作井为依托工程,通过建立盾构接收期工作井围护结构力学模型,基于弹性力学Mindlin应力解与Sagaseta公式,提出盾构刀盘正面附加推力、盾壳与土体摩擦力、同步注浆压力及土体损失对工作井围护结构附加应力的计算方法.通过对工作井围护结构附加应力的主要影响因素进行计算分析,并结合数值模拟研究接收期工作井围护结构的力学行为,基于工程实例形成了盾构近接控制原则.研究结果表明:1)工作井围护结构附加应力的影响范围随盾构隧道直径增大而扩大,且主要发生在盾构直径的1.5倍范围圈内,盾构机所处深度对附加应力最大值具有重要影响;2)总附加应力中以正面附加推力和盾壳与土体摩擦力引起的附加应力为主,占比分别约1/3和2/3,同步注浆和土体损失引起的附加应力相比前两种可忽略不计;3)总附加应力的理论计算和数值模拟结果基本一致,验证了计算方法的合理性,同时数值模拟表明盾构接收期工作井围护结构的弯矩和变形增长了1倍左右,在盾构接收施工中应予以重视;4)基于掘进速率对工作井围护结构附加应力的计算分析结果,在工程接收关键区间(10~0环)中采取了“低推速”接收原则,保障了盾构的安全接收,可为同类工程提供参考.

盾构竖井垂直顶升作用下隧道变形响应及控制

研究目的:为揭示盾构竖井垂直顶升过程隧道变形响应特征,研制盾构隧道内垂直顶升工艺的模型试验装置,开展顶升过程试验研究,探索顶升阶段上覆土层的合理破坏范围、所需顶升反力及隧道变形规律。借助有限元法分析盾构竖井垂直顶升阶段隧道的变形,与试验结果对比分析,并讨论隧道变形对不同加固方案的敏感性,提出隧道变形合理控制思路。研究结论:(1)垂直顶升阶段上覆土层破坏特征不遵循现有研究的经验假定,现有研究对上覆土层破坏机理和形态的认识存在不足,提出的顶升力经验计算法也存在明显误差;(2)顶升反力作用使管片环缝外侧张开及剪切错动,纵缝内侧张开,管片纵向特性受顶升反力的影响更大;(3)开口环用特殊管片可减小张开量,但加剧了环间剪切错动趋势,实际工程不适合用特殊管片;(4)管片变形与环缝接头刚度呈反向非线性关系,刚度增大5倍后变形趋于稳定,实际工程仅需增大环间底部接头刚度;(5)管片外侧注浆加固能有效抑制顶升施工诱发的隧道变形,合理加固范围为管片底部30°,现有成果提出环向120°或全周加固不妥,造成浪费且增加了施工风险;(6)本研究成果可为盾构竖井垂直顶升施工法的应用和推广提供借鉴和参考。

一井四机始发方案比选及施工组织设计优化

在福州滨海快线滨海新城站—机场站区间项目中,在狭窄竖井内同时完成4台大直径泥水平衡盾构机始发,其施工组织设计困难、交叉施工难度大、始发阶段安全风险高,在国内尚属首例。首先从工效、成本及安全方面对一井四机始发方案进行比选,最终确定采用错向先分体后整体始发方案。然后从垂直运输、管线延伸入手,对施工组织设计进行优化,并在一井四机始发阶段不断改进相关施工举措。最终在临海富水粉细砂地层中完成4台盾构机始发工作,取得较高经济效益,且保证工程安全、缩短工期。

富水砂层既有运营车站地下障碍物的冻结法清障方案力学分析及工程应用

为解决在富水砂层条件下新建盾构隧道如何下穿既有运营车站地下障碍物的问题,依托武汉地铁12号线区间下穿某既有运营车站,提出清障井明挖提供作业面、清障井内纵向冻结人工开挖破除地下障碍物、素混凝土回填后盾构掘进的方案。首先,参考行业内标准及相似案例,给出既有运营车站相应的允许变形控制指标;其次,采用有限元数值分析方法对冻结开挖、清障井开挖、盾构掘进各个工序进行力学分析,提出各个工序的设计和施工关键技术要点;最后,通过现场实测变形数据分析可知,既有车站底板变形在有限元计算值范围内。该方案在保障既有运营车站变形可控的同时,能克服富水砂层条件下地下障碍物人工破除时存在的涌水、坍塌问题,提升了新建隧道下穿地下结构障碍物的安全性。

近海淤泥地层超大直径盾构工作井设计

随着城市建设的推进,超大直径盾构隧道逐渐涌现于各种重大工程之中,而大尺寸、超深工作井也得到了应用。如何更好地对工作井的围护及结构进行设计,成为超大直径盾构研究的重点之一。以珠海某近海淤泥地层超大直径盾构工作井为例,通过启明星软件对其围护结构的安全性及侧移进行了分析计算。同时采用Midas Civil软件建立三维模型,计算其结构弯矩及剪力。结果表明,该工作井方案能满足各规范的要求,可为类似工程提供借鉴。

富水淤泥质土层盾构井始发端头合理加固范围分析

文章以南京地铁一号线滨江公园站盾构井始发端头加固工程为例,结合实际工况运用ABAQUS有限元软件进行建模,分析富水淤泥质土层端头不同横向加固宽度下位移云图和应力云图的差别,并结合实测值进行合理加固范围分析。结果表明:富水淤泥质土层加固后稳定效果非常明显,对于盾构机的掘进有显著安全保障作用;横向加固宽度是影响盾构始发土体稳定的重要因素,加固宽度在2.4~3.6 m时具有明显的加固效果,加固宽度再继续增加,不会明显改善加固效果。

富水地层条件下的盾构接收及小半径穿越风井施工技术

为解决土压平衡盾构机在长距离、曲线段工况下,盾构机在富水地层条件下沿曲线轨迹直接掘进穿越区间风井技术难题,以南京地铁5号线岔路口站–大校场站工程盾构机在350 m曲线段上连续掘进穿越区间风井为例,通过方案优化,制订切实可行的防渗漏水施工对策,采用合理的管片排版方式,计算精确的穿越线路模拟图,合理控制掘进参数,把控管片拼装质量等方法,安全顺利地完成盾构穿越区间风井时连续掘进施工,以期为今后类似工程施工提供借鉴。

全地下线地铁盾构井改洞内预拼轨排生产线架轨施工技术研究

在无锡地铁1号线南延线铺轨工程施工中,由于线路为全地下线,且未预留轨排井,普通盾构井无法满足轨排入井标准,全线只能进行散铺施工作业。为保证工期节点要求,提高散铺施工作业效率,需将长广溪站原设计预留的盾构井区域改造为洞内轨排生产线,在洞内进行预拼轨排架轨施工,提高地铁狭小空间内散铺施工效率。本文从提高单作业面工效出发,通过对铺轨专用技术及专用设备的研究总结施工工艺,首创洞内预拼轨排铺装方法,并对原盾构井区域进行针对性的改造和加固,采用汽车吊装轨料、道床钢筋笼轨排洞内拼装、隧道内运输、流水作业方案顺利完成轨排洞内拼装作业。该方法的成功运用,节约了成本、缩短了工期,提升了轨排铺设质量,为今后此类工程提供了借鉴,为城市地铁快速铺轨施工拓展了新的方向。