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。

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。

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。

基于有限元的永临结合大直径盾构工作井施工过程受力变形分析

某高速铁路盾构隧道工程项目盾构管片外径为13.8 m,盾构机外径达14.3 m。文章以该大盾构隧道接收工作井为研究对象,通过有限元建模,模拟永临结合大盾构工作井结构体系在施工过程中各工况下的变形、受力情况。模拟结果显示,在破除环框梁时,侧墙变形显著增大,盾构孔处环框梁受力显著增大,需重点设计;对于大跨度洞门,当采用玻璃纤维筋地下连续墙时,需加强洞门范围内地连墙的水平钢筋布置。

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。

软土地层大型盾构工作井合理支护参数研究

控制超大盾构工作井的变形和结构受力状态是跨江跨海盾构隧道工程设计和施工的技术难点。以南京纬三路过江隧道江北盾构始发工作井为例,通过采用四因素三水平正交试验法进行多因素系统分析,研究环梁厚度、连续墙厚度、内衬墙厚度和支撑截面对盾构工作井支护结构的变形和受力的影响规律,得到各个支护结构之间的相互作用关系,并进行分析;对工程的材料成本进行量化分析,在确保结构安全的基础上,提出材料成本最低的设计方案。研究成果表明:使用正交试验设计方法确定工作井合理的支护参数可以大大减少计算数量,在确保结构安全的前提下获得最优的支护参数组合,达到技术、经济最优的效果。

盾构工程竖井联系测量数据处理方法研究

以深圳地铁购物公园-香蜜湖区间段盾构工程竖井联系测量为例,介绍了将地面控制网的坐标和方位角传至地下的控制网布设、水平角观测、边长量取的方法与步骤,分析了影响竖井联系测量定向精度的因素。针对竖井联系测量的特点,对竖井联系测量观测数据提出了一种改进的处理方法。根据处理结果及其精度分析得出如下结论:对竖井联系三角形的形状、水平角观测、边长量取并对其温度和尺长改正等进行严密的规范,利用该数据处理方法,可以满足隧道贯通的精度要求。

热力盾构隧道先盾后井施工衬砌接头变形机理与控制

先盾后井是热力盾构隧道建设中一种高效经济的施工工法。结合中国首例大断面热力盾构隧道工程,基于纵向等效连续化模型和弹性地基梁理论,对施工过程中衬砌接头受力特征和变形机理进行了分析,并提出控制措施;然后建立了衬砌接头全断面接触面单元数值模型,对控制效果进行分析和评价;最后通过现场监测,得到了不同施工阶段管片纵向轴力及接缝变形规律。研究结果表明：先盾后井工法施工中,衬砌接头变形分为两个阶段：基坑开挖及管片拆除,其中管片拆除为接头变形的主因,基坑施工中,基底卸荷产生的负弯矩作用于隧道上,导致邻近竖井管片底部轴力减小、环缝张开,拆除基坑内管片时,作用于端头管片的残余盾构推力和螺栓预紧力消失,导致管片纵向轴力进一步衰减,环缝二次张开;根据现场监测结果,提出的对邻近竖井的管片纵向拉紧并复紧连接螺栓,进行混凝土铺底及衬砌背后二次注浆的控制措施能够有效控制轴力损失,减小接头变形,施工中环向接缝最大张开量3.51 mm,满足隧道防水要求;采用全断面接触面单元建立的数值模型可以较为精确地模拟施工中管片接头力学行为,其结果可作为控制效果评价参考依据。

盾构法隧道端头井地层加固方法及其应用研究

研究目的：盾构始发或接收是控制盾构法隧道工程的关键节点之一，鉴于盾构法隧道端头井地层加固风险高、投资大，且近年来由于端头井地层加固处理不当引起的工程事故屡见不鲜，因此需要针对不同的地质条件与加固要求，明确合理的地层加固方式与相应的加固范围，以及环境保护要求相对苛刻条件下的特殊工法。研究结论：通过研究得出：（1）由土体稳定性与止水性要求共同确定的纵向加固长度为盾构机长度与（1～2）倍管片环宽之和，而由土体稳定性确定的加固长度仅需3～4m；（2）受橡胶老化与密封压力较低的影响，铰链板结合止水橡胶板密封装置的使用受到限制，箱体密封装置由于密封压力高、密封性能可靠且施工便捷，在泥水盾构工程中比较适用；（3）盾构密闭始发装置在风险控制、工期保障、环境保护与循环利用等方面具有明显的优势；（4）盾构密闭始发装置可应用于各类盾构隧道工程，尤其是周边环境控制要求高、不允许进行地面管线改迁的工程。

坑外降水条件下软土地层深大盾构工作井稳定性研究

采用合适的计算方法确定有效的围护方案是基坑设计中的难点。以南京纬三路过江隧道江北盾构工作始发井为依托,采用空间地基板法反演分析得到各地层m值,通过编制DLOAD子程序实现主动区与被动区的判别和相应荷载的施加,得到坑外降水条件下软土地层深大盾构工作井围护体系的受力与变形特征。计算结果与现场实测值较为吻合,从而证明采用空间地基板法配合反演得到的地层m值可有效预测工作井围护体系的变形与受力特征。为进一步优化设计方案,选定连续墙厚度、支撑截面尺寸及底板以下5 m范围内土体m值3个参数,通过正交试验进行参数分析,得到影响连续墙水平位移及支撑轴力的主要因素。计算方法及相关计算结果可为同类工程设计提供参考。

盾构竖井深基坑工程风险识别与评估

随着盾构法的广泛应用,迫切需要对盾构竖井深基坑在设计与施工过程中所存在的风险进行合理评估,以指导相关单位采取动态管理和风险管理等措施的实施,从而实现快速、安全施工。结合北京市南水北调配套工程南干渠3#盾构竖井深基坑工程,并根据该工程地质特点及周边环境等条件;采用工程分解结构法(WBS)对该工程分解;然后应用故障树法(FTA)对该工程的风险事件和风险因素进行识别;最后利用综合集成评估方法,计算出该工程风险等级,结果为三级,属较高等级;该评估方法可为同类工程参考借鉴。

玻璃纤维筋在盾构端头井围护结构中的应用

研究目的:采用玻璃纤维筋代替盾构端头井围护结构中的钢筋不但可以减少盾构进出洞事故,提高施工效率,还可以减少端头井地层加固费用。基于以上原因,本文通过理论分析、室内及现场试验等手段对盾构端头井围护结构采用玻璃纤维筋进行研究,为施工和推广应用提供参考。研究结论:通过室内试验得出了玻璃纤维筋的基本力学参数和玻璃纤维筋混凝土的基本构造特性;参照钢筋混凝土设计方法和正截面承载力假设,推导出玻璃纤维筋混凝土的基本设计公式;通过现场试验得到了玻璃纤维筋围护桩在基坑施工全过程中的第一手实测资料;为玻璃纤维筋在盾构端头井围护结构中的应用提供了理论、技术和现场实施等方面的依据。