大直径海底盾构隧道施工过程中衬砌管片受力分析

[目的]为判定海底大直径盾构隧道结构工程的安全性和可靠性,需对其衬砌管片的受力进行分析。[方法]以大连地铁5号线大连站站—梭鱼湾南站区间海底盾构隧道衬砌管片为研究对象,利用MIDAS GTS有限元分析软件对该盾构隧道结构和周围岩体进行建模,得出施工一段时间后衬砌管片的受力情况,并与现场监测数据、理论计算数据进行对比分析。[结果及结论]衬砌管片所受土压力随施工推进基本稳定;同一监测断面不同测试点土压力存在一定差异,拱顶和拱底位置处受力较大,因此在隧道施工期以及未来运营期,拱顶和拱底均为着重关注部位,可通过一定物理手段对其加强处理;现场监测数据和数值模拟数据显示,衬砌管片内力结果较为接近,在一定简化条件下,数值模型能够较为真实地反映衬砌管片的实际受力情况。

霞浦深厚软弱土层核电排水隧洞工程设计关键因素及对策

规划新建核电厂建设厂址条件日益复杂,其排水隧洞工程建设中需综合考虑软弱土层、高水压、排水口实施等因素带来的影响,并在工程建设前期规划中合理布置隧洞线路与选择结构方案。为此采用工程类比法对同类工程进行调查研究,分别对隧洞不同埋深、不同衬砌结构方案等进行比选,对影响霞浦核电排水隧洞工程建设的部分因素提出应对措施,并据此确定了建设方案,为工程建设的顺利进行奠定了基础。

青岛地铁8号线复杂环境长大过海隧道设计关键技术

目的:地铁长大区间海底隧道穿海距离长,地质条件和海域环境较为复杂,其设计难度大、施工风险高,可参考工程案例及施工经验匮乏,应对地铁长大过海区间土建、通风防灾、给排水及消防等设计关键技术进行深化研究。方法:基于青岛地铁8号线(以下简称“8号线”)海底区间隧道的工程概况、地质条件、海域环境及设计标准,对盾构法、矿山法、沉管法和堰筑明挖法等4种施工方法进行比选。在确定施工方法的基础上,进一步对该工程穿越大型海底断层破碎带施工、泥水盾构在海底高水压复杂地层中长距离掘进、海域段软弱地层联络通道施工等海底复杂地质情况制定了应对措施,提出了通风防灾、给排水及消防等方面的设计关键技术,并创新性地提出了采用机械顶管法修建海底联络通道、海底高水压饱和气体带压换刀等设计理念。结果及结论:单一施工方法难以满足地铁长大海底隧道复杂多变的地质,可根据不同施工方法对海底地质的应对能力采用组合工法修建海底隧道。

BIM技术在汕头湾海底隧道的创新应用

针对汕头湾海底隧道地质构造复杂、海水压力等级高、施工工法类型多、超大直径盾构等难点,在对汕头湾海底隧道进行BIM设计的基础上,重点从盾构隧道管片参数化排布、管片钢筋精细化设计、海域段三层衬砌防排水系统精细化设计、拆解洞精细化设计及施工仿真、风化深槽破碎断层带海面垂直注浆加固设计、盾构管片健康监测布线方案比选6个方面开展了BIM专项应用,解决了设计优化、方案比选和关键技术创新等问题,实现参数化、精细化、可视化的设计施工一体化应用。可为类似工程BIM研究及深化应用提供参考。

高地震烈度下超大直径海底盾构隧道地震响应分析

文章运用FLAC3D软件,采用动力有限元法,对高地震烈度下超大直径海底隧道地震响应进行了分析。分析结果表明：与单纯自重应力场作用下相比,地震作用会造成结构内力的增大,拱顶及拱腰为其受力薄弱部位;在重力及地震共同作用下,衬砌结构的拉应力主要出现在拱顶附近,最大拉应力超过C60混凝土的抗拉强度设计值,拱顶的衬砌管片可能出现局部脱落;衬砌结构的最大受力和位移一般发生在地震2~6 s的时间段;各关键点位置的位移、弯矩、剪力、轴力时程曲线具有相似的变化规律;隧道衬砌最大水平位移为3.6 cm,最大竖向位移为3.7 cm。

盾构隧道“T字缝”接触应力与防水性能研究

针对高水压海底盾构隧道防水安全问题,以琼州海峡海底盾构隧道为背景,开展了“T字缝”密封垫接触应力及防水性能研究。首先,建立了“T字缝”渗流流固耦合数值计算模型,揭示了“T字缝”密封垫间接触应力分布特点以及渗流规律;同时,采用自主研制的伺服式高水压试验装置开展了“T字缝”防水性能实验,得到了不同接缝张开量情况下的渗漏临界水压;最后,根据数值模拟结果和试验数据建立了“T字缝”渗漏临界水压公式。研究表明:“T字缝”的环纵缝交点处的平均接触应力最大,纵缝上距离交点20 mm处的平均接触应力最小,易发生渗漏;渗流形态与平均接触应力分布有关,平均接触应力越小,渗流速度越快;“T字缝”的临界水压与接缝张开量呈反比,为保证琼州海峡海底隧道长期防水安全,建议接缝张开量应小于10 mm;“T字缝”渗漏临界水压公式计算结果最大误差为15.7%,满足精度要求。

超大直径海底隧道盾构选型研究

根据复杂地质条件下超大直径海底隧道盾构选型的特点,并结合某海底隧道的工程特点及地质条件,对影响盾构选型的各种主要因素进行了分析,对泥水平衡盾构和土压平衡盾构从各个方面进行了综合比选,最终选择了适合本工程的大直径复合泥水盾构。由于目前国内外大直径复合泥水盾构在复杂地质条件下的工程应用很少,文章回顾了国内外复合泥水盾构类似工程应用情况。通过调查研究表明,大直径泥水盾构的制造及在该海底隧道中的应用是可行的。

珠江口海底隧道盾构法施工方案可行性分析

盾构法已经在国内外的地下工程中被广泛运用,特别是国外一些著名的海底盾构隧道,如英吉利海峡隧道、日本东京湾海底公路隧道、荷兰W esterschelde隧道;国内盾构技术也发展迅速,先后建成上海大连路、复兴东路过江盾构隧道,还有在建的上海翔殷路越江公路隧道、上中路隧道和已经开工建设的武汉、南京、上海长江桥隧工程等。这些海底、江底隧道的修建为盾构隧道的发展积累了丰富的经验。文章首先论述了国内外大直径、高水压、长距离推进等盾构施工关键技术,并结合珠江口海底隧道的建设条件与国内外的施工成功实例,对海底隧道盾构法施工方案的可行性进行了初步研究。

泥水平衡盾构中海水泥浆性质试验研究

采用泥水平衡式盾构开挖海底隧道,考虑地层富含海水,泥水仓泥浆可采用海水泥浆和淡水泥浆。利用海水配制泥浆可以大大降低施工成本,但海水富含的离子成分引起海水泥浆性质降低。为明确海水泥浆性质与不同影响因素的定量关系,笔者开展了不同膨润土类型、膨润土含量、不同海水掺入量及静置时间对海水泥浆性质的影响试验,认为:海水离子对海水泥浆的黏度和胶体率的影响巨大,分析不同影响因素对泥浆性质指标的影响规律,提出了膨润土与海水离子的中和作用关系,采取增加膨润土而改善海水泥浆性质的措施并不经济;同时,采用海水泥浆时不可停止泥浆搅拌与循环,防止海水泥浆离析。研究成果明确了海水泥浆性质与不同影响因素的定量关系,对于泥水平衡盾构采用海水泥浆的认知与配制具有重要的指导作用。

海底地铁隧道盾构机关键部位选型成败因素研究

为提高盾构施工效率,应合理进行盾构机关键部位的选型。以厦门首条穿海地铁隧道顺利贯通的实例,对盾构机穿越软土、上软下硬、孤石及断裂带等复杂地层的选型进行了全面解析,并结合实际应用效果进行了试验和改进。结果表明:盾构机在海底复杂地层掘进时可通过配置刀盘伸缩摆动功能,采用新型中心双刃滚刀、双独立人闸设计,优化刮刀保护块为类方锥形,增加搅拌棒数量,选用加厚和经过耐磨处理的泥浆管,优化出浆管液压球阀前手动闸板阀为液压驱动,专门设置一台泥水舱底部冲刷泥浆泵,提高碎石机耐磨性等一系列措施,来适应海底复杂地层的掘进。

海底复杂环境下泥水盾构掘削面稳定性研究

针对盾构隧道海底带压换刀开挖面的稳定问题,以厦门轨道交通2号线跨海区间盾构隧道工程为依托,采用颗粒流方法对典型地层中带压换刀时开挖面的稳定性进行模拟分析,指导现场带压换刀位置的选择;针对跨海区间渗透性大的砂层,通过开展室内泥膜渗透试验,发现增加泥浆中的砂含量可降低渗入地层的浆液量,相同压力下相同材料配制的泥浆形成的泥膜渗透性能基本一致。

海底隧道盾构与矿山法对接段的变形控制与施工方法

在海底高水压下,用矿山法施工接收段进行盾构接收的研究还不全面。本文结合青岛市地铁8号线大洋站~青岛北站区间海底盾构与矿山法接收节点工程,采用数值方法研究了接收段矿山隧道注浆加固的变形规律,详细梳理了接收工法各步骤,最后通过现场监测数据验证了施工方法的有效性。

国内首条长距离大断面海底盾构隧洞掘进施工关键技术

台山核电站1#、2#取水隧洞是国内首条长距离大断面海底盾构隧洞工程,通过不断摸索和实践,成功地解决了盾构机选型、盾构始发、海底孤石预处理等几项关键技术和施工屏障,这些施工经验为今后的类似工程提供了借鉴和指导作用。

国内首条过海地铁盾构隧道关键技术攻关研究

结合厦门轨道交通2号线工程过海区间隧道关键技术的研究与探索,从线位选择、预留二衬、防灾通风及疏散、海洋环境隧道耐久性、防排水、海底冻结法施工联络通道、盾构法与矿山法隧道水中对接等方面对过海盾构地铁隧道技术进行了全面的论证和比较,为过海盾构隧道的设计、施工、运营、管理提供强有力的技术支持。采用过海隧道盾构换刀、提前进行地质补勘、全程超前探孔探水、渗透水压力数值模拟计算、承压水环境下岩石裂隙注浆堵水技术、微震爆破等一系列新技术,也为后续建设类似工程提供参考和借鉴。

超大直径盾构长距离海底对接关键技术研究

文章基于甬舟铁路金塘海底隧道工程,分析研究金塘海底隧道中2台超长距离盾构机精准对接测量方式,评估其测量水平及高程误差估算,并结合工程段地质条件,研究对接点位置的选择策略、对接加固方式(掌子面、管片和盾体的加固)以及整个施工工艺流程,以确保对接点施工安全。研究结果表明,通过理论计算,2台盾构机海底对接精度满足规范要求,且使用超前钻孔进行洞内联测,可有效控制贯通时的对接测量误差,并可进一步提高对接精度,确保盾构顺利对接。此外,针对对接段位置选择、掌子面地层分析与评价和对接工艺等的研究工作,可有效确保对接安全。