大直径隧道盾构穿越机场滑行道沉降控制

介绍了虹桥综合交通枢纽仙霞西路隧道大直径泥水盾构在浅覆土条件下穿越机场滑行道的沉降控制技术。采用PLAXIS2D有限元软件计算盾构推进对跑道的变形。为满足机场绕滑道的技术要求，地层损失率应控制在0．2％以内；在施工中采取将切口水压波动幅度控制在0．01—0．02MPa；出土量误差控制在4-0．5％以内；盾构掘进速度控制在10mm／min以内；根据地表沉降情况，在离盾尾8～10环的位置进行二次注浆。

大直径盾构隧道成型质量巡检方法研究

针对因工业应用成本限制,中、小盾构隧道成型质量无损检测技术迁移至大直径盾构隧道时精度、速度折损严重的问题,以巡检车为载体,集成二维激光扫描仪、编码器和计算机等设备,研制了大盾构隧道成型质量巡检车,并提出一种基于数字图像的盾构质量非对称巡检方法.分析大直径盾构的施工环境,滤除地面、车体点云,并采用邻域向量法提取中轴线,建立隧道中心坐标系.偏心布置巡检路线,按照点云密度将采样点云分为稠密侧和稀疏侧点云,通过不同方法实现对管片接缝特征的拾取:将稠密侧点云绕中轴线展开为二维灰度图像,并通过缩放、归一化、梯度阈值分割等方法实现接缝图像分割;基于直线方程对接缝进行分类,结合管片结构、布置点位,推导出稀疏侧接缝与稠密侧接缝的线性分布公式,间接拾取稀疏侧接缝.根据接缝特征点计算两侧管片边缘点云簇,计算管片错台量;剔除接缝点云簇,使用最小二乘法拟合隧道点云,计算隧道椭圆度.最后在某大直径盾构隧道进行巡检试验,试验结果表明:成型质量巡检车在十四米盾构隧道中巡检速度为3 km·h-1,与传统方法的错台量检测偏差小于2 mm,椭圆度检测偏差小于0.1%,可以满足大直径盾构隧道成型质量巡检的高速度、高精度、低成本需求.

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。

大直径盾构隧道整体式预制弧形件构造

上海市机场联络线是国内首次在大直径盾构隧道中采用整体式预制弧形件的工程,而现阶段缺少对整体式预制弧形件选型及排版的研究。针对该问题,本文分析了标准环+左转弯环+右转弯环、左转弯环+右转弯环和通用楔形环三种管片形式下弧形件的构造设计,并给出排版计算方法。结果表明,在标准环+左转弯环+右转弯环和通用楔形环管片形式下,分别采用直线形+楔形弧形件和无楔形量的弧形件能较好满足工程需求,建议在类似工程中选用。

双道密封垫分布形式对大直径盾构隧道接缝力学性能影响研究

为探究大直径盾构隧道双道防水密封垫的合理分布方式,采用考虑接缝细部构造及混凝土塑性损伤的精细化数值模拟方法,通过纵缝抗弯足尺试验验证该方法的有效性,并进一步利用精细化数值模拟对比分析密封垫双道内外分布及密封垫双道外侧分布下接缝的力学性能及防水性能。研究结果表明:1)精细化数值模拟在反映接缝抗弯性能方面具有良好的可靠性;2)接缝受压区高度、张开量及螺栓应力随弯矩增大呈现4阶段的发展模式,受压侧外缘接触一定程度提升了抗弯性能;3)轴力显著影响接缝初始抗弯刚度的保持,且轴力与初始抗弯刚度并非完全正相关,高轴力下初始抗弯刚度有一定下降;4)密封垫双道内外分布的负弯性能略优于正弯性能,密封垫双道外侧分布的负弯性能远超正弯性能;5)密封垫分布从轴力附加弯矩和核心区混凝土高度2方面影响了接缝的抗弯刚度;6)正弯矩下双道外侧防水性能优于双道内外的防水性能,而负弯矩下双道外侧防水性能较双道内外的防水性能差。由于具有更好的正弯性能以及至少有一侧密封垫受压的防水性能,密封垫双道内外分布的纵缝形式具有更好的适用性。

大直径盾构隧道内高速列车振动下管片接缝变形与防水性能仿真分析

[目的]为防治大直径盾构隧道渗漏水病害,保障高速列车行驶安全与隧道正常运营,必须对高速列车振动下的隧道管片接缝变形与防水性能进行分析研究。[方法]依托湛江湾海底隧道工程,利用有限元软件建立地层-隧道三维模型与密封垫-沟槽二维精细化模型。首先以纵缝为例研究了大直径盾构隧道内高速列车振动下管片位移动力响应与管片接缝变形特征,然后基于最不利管片接头变形工况分析了一种密封垫防水性能。[结果及结论]单列高速列车振动下管片接缝位移响应过程分为变形增加、变形危险与变形消退3个阶段;变形危险阶段管片环上部与左右两端处接缝张开且错台量较大,邻近接缝受两侧管片挤压作用张开且错台变小;轨道道床下接缝几乎无变形,轨道道床会大大减弱列车振动对管片衬砌的影响;密封垫与密封垫间接触应力呈U形分布,密封垫与管片沟槽间接触应力由中间接触部位向两边逐渐减小;相较于密封垫与管片沟槽间接触路径,密封垫与密封垫间接触面更易发生渗漏水。在本工程的最不利工况下,提供的一种三角形开孔密封垫能满足本隧道防水要求。

大直径盾构隧道管片错台和姿态线形控制技术研究与探讨

为解决大直径盾构隧道掘进施工中经常出现的管片上浮、错台和线形偏差等难题,对多个大直径盾构工程设备和施工过程进行姿态模拟和现场测试,发现盾构主机经常采用低头或与隧道线形不一致的姿态掘进,管片脱出盾尾后会产生较大的上浮力或水平错动力,造成规律性错台或隧道线形偏差,还会造成管片开裂、破损和渗漏等问题。探究发现:盾构主机重心偏移、盾尾及后方管片上浮或姿态调整过度是造成管片规律性错台和隧道线形偏差的主要原因。分析认为:盾构姿态和隧道线形控制除了受地层性状和浮力等客观条件影响外,还主要受盾构设备、管片结构和施工控制3方面影响。在合理优化盾构设备主机自重、重心和注浆系统,强化管片环缝端面结构和抗剪设计的基础上,通过加强盾构姿态拟合、掘进参数管控和注浆工艺创新等措施,可实现大直径盾构隧道管片错台消减或规避、姿态和线形可控。

大直径双孔盾构隧道下穿既有道路沉降预测

盾构隧道掘进会对地层产生一定的扰动,引起地表沉降、隆起变形。为预测双孔隧道下穿既有道路以及穿越粉细砂地层时引起的地表沉降,依托雄安至大兴国际机场快线盾构隧道工程,并结合工程监测数据,建立双孔Peck公式。研究表明:针对左右线先后下穿既有道路的工程,其断面地表沉降呈“W”形,两隧道轴向的沉降量最大;后线掘至相同断面时,会加大先行掘进的地表沉降量;基于Peck公式和实测数据,建立预测双孔下穿既有道路和穿越粉细砂地层时断面地表沉降的双孔Peck公式,为类似地层和工程的隧道工程提供理论依据。

大直径盾构隧道下穿房屋影响范围分析

以实际工程为例,分析盾构隧道施工沉降变形规律,并根据房屋与盾构隧道工程的相对位置关系、地质条件等进行模型分析,得出了盾构隧道穿越房屋的影响范围,从穿越施工前、中、后及固结阶段提出盾构施工过程中可采取的安全措施,确保了下穿施工时房屋及新建盾构隧道的安全。

新建建筑物群对大直径盾构隧道结构安全影响研究

临近隧道的地面建筑物建设,会引起隧道周边土体的应力释放,从而诱发隧道结构变形和内力变化,严重时甚至会造成隧道衬砌结构开裂,威胁运营安全。本文以数值计算的方式,模拟了师大附中施工过程中不同阶段下天祥大道隧道结构、内力变化情况。研究结果表明师大附中在不同施工阶段,均引起了天祥大道隧道衬砌结构位移变形和内力变化,但变化值均较小,在安全控制值以内,表明师大附中的建设对天祥大道隧道安全性影响较小。

大直径盾构隧道工程施工风险分析及施工措施

当前,我国正处于城市建设中的高速发展时期,随着房地产行业的迅速发展,城市基础配套设施建设,尤其是地铁隧道相关设施需求量迅速增大。国内外盾构隧道施工技术在近年来正在向大深度、大断面、长距离的方向发展。由于大直径盾构隧道工程具有大尺寸断面、复杂地质条件等特点,其施工技术要求和难度也大大提高。结合我国大直径盾构隧道施工现状,围绕其施工技术展开分析和探讨,总结大直径盾构施工过程中的重难点,并针对重难点提出施工措施,促进大直径盾构隧道工程相关领域的发展,为类似工程提供借鉴。

大直径盾构隧道管片连接预埋套筒抗拔性能试验研究

我国大直径盾构隧道工程管片之间多以斜螺栓连接为主,介绍了螺栓连接的特点,通过改变套筒材质聚酰胺的组成成分和螺纹长度、螺牙类型等套筒参数,对斜螺栓连接套筒进行了抗拔力试验研究。结果表明:工程中习惯采用的PA6、圆螺牙的螺纹套筒实际抗拔能力难以达到设计承载要求,螺纹套筒建议采用PA66材质、梯形粗牙形式,且对于M36斜螺栓,套筒长度建议在220 mm及以上。

超大直径盾构隧道结构健康监测设计与实践

通过调研国内工程案例,以北京东六环改造工程超大直径盾构隧道为例,针对复杂地下空间环境、高压富水、高致密砂层的特殊环境及超大直径、深覆土等工程特点,针对性地提出了盾构隧道健康监测内容、监测断面、监测点布设及方法、监测系统平台与管理要求,最终构建了完整的结构健康监测系统,实现了对东六环盾构隧道结构健康状态的实时评价与预警。设计实践经验可为类似工程提供参考。

地铁大直径过江盾构隧道典型病害研究

基于南京地铁某大直径过江盾构隧道的病害调研结果,探讨区间隧道典型病害特征,并初步探讨部分病害的直接成因。研究结果表明:区间隧道的典型病害主要有管片接缝变形、管片裂损、隧道渗漏水、内部结构裂损。区间内管片接缝错台量的统计结果满足正态分布要求,且下部测点的错台量小于上部测点的错台量;错台量超限率<1%,封顶块纵缝的错台量相对其他位置较大。在管片裂损情况中,角部破损情况占比最大。牛腿开裂在隧道内较为普遍,开裂与管片环缝和预制烟道板接缝的位置有关。中隔墙裂缝主要分布在隧道中部,隧道渗漏水通道以螺栓孔为主。管片接缝错台是其他相关病害产生的直接原因。

市域铁路大直径盾构全预制拼装隧道弧形件施工关键技术

大直径盾构全预制拼装隧道中整体式弧形件(箱涵)存在拼装精度差,姿态调整困难,施工效率低,施工质量难以保证等技术难题。依托上海机场联络线项目(盾构开挖直径14.04 m)和自主研制的一套六自由度整体式弧形件智能化拼装设备,总结了弧形件拼装工艺及底部填充关键技术要点。现场实践应用证明,采用该设备及施工工艺可实现整体式预制弧形件高精度、高效率、智能化拼装,为后续中隔墙拼装奠定良好基础,保障整体隧道的施工质量,具有良好的社会经济效益和工程推广价值,相关研究可为同类工程提供参考依据。

兰州轨道交通2号线下穿黄河的大直径盾构隧道方案比选

为了降低地铁盾构隧道多次下穿黄河的风险,以兰州轨道交通2号线火星街站—黄河市场站区间盾构下穿黄河的隧道工程为例,提出公轨分建和公轨合建两种大直径盾构隧道方案,以空间限界设计要点为依据,对两种方案的排水、疏散通道和通风排烟等附属结构进行设计,提出了两种大直径盾构隧道方案的内径尺寸和内部附属结构的空间布置方案,并分析了两种方案中衬砌管片的设计方案与施工力学特性。随后,从工期、工程造价、施工风险及使用效应等角度对比分析了公轨分建与公轨合建两种方案,采用层次分析法选出优选方案。研究结果表明:公轨分建方案盾构衬砌管片建议采用内径为10.2 m、厚度为0.50 m、环宽为2.0 m的衬砌管片,施工时千斤顶采用顺序卸载方式;公轨合建方案盾构衬砌管片建议采用内径为13.9 m、厚度为0.65 m、环宽为2.0 m的衬砌管片,施工时千斤顶采用顺序卸载方式;公轨分建方案优于公轨合建方案。

上软下硬场地中大直径盾构隧道地震响应分析

依托于某大直径盾构隧道工程项目,建立了基于黏弹性边界的地层-结构时程分析有限元模型。首先,基于振动台试验结果,验证了有限元数值模拟方法的有效性;进而,从软硬土层剪切波速比、软硬土层与隧道的相对位置、隧道埋深等三个方面,系统开展了上软下硬场地对大直径盾构隧道地震响应的影响研究。研究表明:上软下硬场地中的大直径盾构隧道弯矩最大值始终出现在软硬土层分界线附近。随着软硬土层剪切波速差异的增大,隧道的弯矩、剪力和接头张开量都有明显的增大,而隧道轴力和直径变形率的增大幅度较小。软硬土层与隧道的相对位置对隧道内力的影响具有不确定性。随着隧道埋深的增大,隧道弯矩、轴力和直径变形率逐渐增大。

市域线大直径隧道预制中隔墙拼装姿态分析

为控制大直径隧道预制中隔墙拼装质量,基于上海市机场联络线,对其内部预制中隔墙的拼装姿态进行研究和分析。在规定中隔墙坐标系后,分别对中隔墙在有、无初始拼装误差下的拼装姿态进行研究,得到中隔墙在上述工况下的姿态信息及其底面平面方程解析表达。分析结果表明:1)当中隔墙无初始拼装误差或其仅有平动或转动初始拼装误差时,不同控制点位的选取和调节系统千斤顶的顶进顺序不会对中隔墙的拼装控制产生影响,可根据所得中隔墙姿态表达式对其拼装姿态进行控制;2)当中隔墙仅存在平动或转动外的初始拼装误差时,应依据调节系统不同顶进顺序对中隔墙姿态进行单独计算,再依据所得表达式对中隔墙拼装进行控制,提高中隔墙拼装精度。将解析公式应用于中隔墙施工,取得了良好的工程应用效果。

大直径盾构隧道近接高架桩基群施工影响分区方法与分区控制技术研究

为探究大直径盾构隧道施工近接高架桩基群的影响分区并提出有效的综合控制措施,以上海机场联络轨道工程中七宝山站—华井站区间盾构施工近接高架桩基群为工程背景,采用数值模拟以及理论分析提出近接影响分区方法,采用数值模拟与现场测试验证的方法探究分区加固方案的控制效果与有效性,主要得到以下结论:(1)基于水平近接度与垂直近接度建立的近接影响分区方法可以用于桩基群的近接度分析;(2)建议强影响区采用MJS加固+隔离桩+承台下方袖阀管注浆的组合加固措施,弱影响区采用隔离桩控制的分区控制技术;(3)隔离桩主要起到隔绝土体水平变形的作用,MJS加固和承台下方注浆加固主要起到加固土体,减少土体受开挖扰动产生的松动滑移;(4)分区控制技术可以实现承台整体沉降降低50.4%、水平位移降低69.7%,桥墩柱整体沉降降低47.7%、水平位移降低56.0%,墩柱的倾斜度减小37.1%~46.9%。

大直径盾构隧道整体式预制箱涵高精度拼装系统的研究与应用

为满足大直径盾构隧道底部整体式预制箱涵的高精度拼装要求,解决目前预制箱涵拼装精度低、无法根据隧道线形精准调节箱涵拼装姿态的问题,结合箱涵拼装施工工艺质量要求,研制出一套整体式6自由度箱涵智能拼装系统,并应用于上海机场联络线2标工程。首先,介绍6自由度箱涵拼装机的系统组成与设计;然后,建立并求解三旋转自由度平台运动学正逆向运动方程;最后,利用ABAQUS有限元仿真计算结构的强度。研究结果显示:该拼装系统的结构强度、拼装平台运动范围与运动精度均能满足实际工程需求。经过在上海机场联络线的应用证明,6自由度箱涵智能拼装系统可实现箱涵高精度、智能化高效拼装,满足箱涵拼装施工工艺质量要求。