多褶皱页岩环境下新型隧道防塌方开挖装置及施工技术研究

本文提出了一种多褶皱页岩环境下新型隧道防塌方开挖装置及其相应的施工技术。首先,分析了多褶皱页岩环境下隧道塌方风险的特点和原因;然后,介绍了新型开挖装置的结构、工作原理、施工技术和措施;最后,以塞尔维亚E763高速公路项目为例,验证了新型开挖装置及施工技术在实际工程中的应用效果。

基于在机开挖离心模型试验的改进MSD法评估

研发了一套应用于高离心力场条件下在机基坑开挖装置和支撑施加系统,开展了多支撑支护的黏土基坑开挖的离心模型试验。将开挖引起的墙后地表沉降与挡墙变形的试验数据与已发表的相关研究成果进行对比分析,证明了该套在机开挖装置和支撑系统可有效模拟实际基坑工程的土体开挖及支撑。在离心试验数据的基础上,对基坑体系的变形机制进行了修正,提出了全量变形机制计算的改进动员强度法(mobilizablestrengthdesign,MSD)。应用改进MSD法计算多支撑开挖的挡墙变形曲线,并将计算结果与现场监测数据对比。结果表明:改进MSD法预测结果与实测数据较吻合,论证了改进MSD法的有效性。

给排水管道非开挖修补装置设计要点探究

非开挖修补装置在市政给排水管道破损修复中发挥着关键作用,其主要设计重点包括承载平台、行进机构、行进控制模块以及破损修补模块。以给排水管道破损修复为背景,探索了修补装置的整体结构、关键组件、材料选型以及行进控制方法,通过仿真软件验证了修补支架的运动模型和热力学分布,进而形成设计方案。

上海软黏土深基坑在机开挖离心模型试验研究

基坑变形的预测和控制对于确保基坑自身及周围环境的安全尤为重要。通过设计一种能够在高离心力场中实现深基坑开挖和支撑的模型试验系统来模拟柔性围护结构支护的黏土基坑开挖及支撑的全过程,并与预测基坑变形的方法进行对比分析。研究结果表明:该装置能有效模拟高离心力场试验条件下的基坑开挖;在悬臂开挖阶段,挡墙围绕墙趾附近一固定点做旋转运动,且墙体的最大挠度位于墙顶处。墙后地表沉降曲线为拱肩型,地表最大沉降发生在挡土墙附近;在多支撑开挖阶段,挡墙的变形曲线呈凹槽形,挡墙的最大位移发生在开挖面。地表沉降曲线呈凹槽形发展,地表最大沉降位置位于墙后一固定点附近,且不随开挖深度而变化。

隧道大变形机制及处治关键技术模型试验研究

大变形是隧道建设中无法完全避免的灾害之一,发生后若处治不当极有可能出现多次换拱甚至塌方等二次灾害。通过相似模型试验,采用自行设计的隧道模型开挖装置和围岩内部位移监测装置,研究了隧道开挖和埋深增大过程中围岩渐进性破坏过程及位移和应力变化规律,揭露出预防隧道大变形的重点支护部位,并进一步研究了大变形出现后处治过程中衬砌的破坏规律,明确了大变形处治时的支护措施。试验结果表明:(1)隧道产生大变形过程中,拱顶与拱底的变形量大于拱腰与拱脚的变形量,且随着埋深增大,差值逐渐增大;(2)大变形产生后隧道拱顶径向和切向应力值均减小,而拱脚切向应力值大幅上升;(3)更换变形拱架时,更换位置附近衬砌拱顶处可能出现张拉破坏,拱腰处可能出现剪切破坏,因此,大变形处治时需保留两侧衬砌的临时钢支撑,必要时需增设底部横支撑或临时仰拱。该研究结果有助于得到大变形发生时和发生后处治时的防控重点,为大变形的预防及安全处治提供指导和参考。

复合地层矩形顶管机关键技术及应用——结合重庆天宫殿下穿快速路项目

为解决复合地层矩形顶管机施工难题,探讨矩形顶管机在不同复合地层中的技术方案,以重庆天宫殿下穿快速路隧道项目为依托,对用于软土与岩层复合地层的矩形顶管机开挖、出渣等关键系统设计及应用进行研究。首次提出复合地层分层开挖方式,开发出盲区开挖装置(破岩滚筒),并基于有限元及工业试验分析,验证复合多刀盘+滚筒分层开挖方式的可行性,实现盲区位置30 MPa岩层的高效切削,解决了矩形断面软土与岩层复合地层全断面开挖难题;同时,针对复合地层土舱下部搅拌与出渣难题,采用了复合地层滚筒与螺旋输送机联合出渣技术,并基于计算流体力学(CFD)对滚筒进行排渣特性分析,结果表明当采用双螺旋排渣结构,且螺距在900 mm左右时,排渣效率最高,能够实现复合地层矩形断面土舱高效排渣;最后,通过工业性试验,验证复合地层分层开挖及联合出渣技术的可行性,为复合地层矩形顶管机应用提出了新的解决方案。

软岩大变形隧道马蹄形掘进机研发设想与展望

基于国内外大量高地应力软岩隧道工程案例和理论研究,分析掘进机在软岩地层施工的难点,对掘进机进行有针对性的研发设计,提出基于“应力释放”设计理念的“软马”掘进机和“半马”掘进机,以及基于“及时支护”理念的“外马”掘进机。结合掘进机开挖、支护、衬砌同步施工的特点,探索马蹄形掘进机关键技术及施工方案,吸收国内外软岩大变形地质隧道的施工经验,将先导螺旋开挖装置、拱架外置、盾体变径等技术应用于马蹄形掘进机的设计,预期可解决软岩大变形隧道施工中的问题。最后对全域软岩地质施工装备进行研发展望,概述基于“多地质适应性”理念的多功能、多模式马蹄形隧道掘进机等,以期对软岩大变形地质条件下掘进机工法建造隧道提供新的解决方案和思路。