上海轨道交通提升盾构隧道结构本质安全的创新实践

[目的]盾构隧道是柔性结构,具有多缝特征。受施工初始质量缺陷、周围载荷变异、外部环境恶化以及管养不到位等因素影响,易出现结构变形超限、渗漏超标以及耐久性劣化等问题,仅依靠运营期加固和整治无法彻底解决。且随着线网规模的扩大,维修成本和夜间天窗时间资源的代价也会急剧增加,最终影响城市轨道交通全网的运维效率和质量。因此需研究提升盾构隧道结构本质安全的技术措施。[方法]分析了上海轨道交通盾构隧道的主要病害及影响盾构隧道结构安全的主要因素;介绍了上海轨道交通提升盾构隧道结构本质安全的技术措施以及确保盾构隧道结构本质安全的创新实践。[结果及结论]上海轨道交通采取的提升盾构隧道结构本质安全的技术措施包括优化扩大盾构隧道内径、采用错缝拼装方式、提升接缝密封防水设计,确保盾构隧道结构本质安全的创新实践包括采用预埋承插式管片新型盾构隧道结构、采用推拼同步智能盾构装备及隧道智能建造技术。从源头把握盾构隧道结构本质安全,通过优化隧道结构设计、创新拼装技术以及采用智能化装备,在建设阶段提升盾构隧道的成型质量、减少结构初始缺陷,能够降低运营期盾构隧道结构发生病害的可能性,可为隧道的长期运营安全奠定坚实基础。

基于块体离散元法的盾构掘进围岩与管片变形模拟研究

针对有限差分法及有限元法等连续介质数值方法无法模拟砂卵石地层的离散介质属性的问题,基于块体离散元方法,建立离散元模型,模拟盾构穿越砂卵石地层的掘进过程,研究盾构掘进过程中砂卵石地层中块体或颗粒间结构面的位移以及围岩与管片变形;将砂卵石地层等效为连续介质,建立有限差分模型模拟盾构掘进过程,并且对比离散元模型与有限差分模型计算结果之间的差异。结果表明:离散元模型中结构面正法向位移超过0.1 mm的区域主要集中在仰拱处,结构面负法向位移超过0.1 mm的区域位于两侧拱腰处,结构面切向位移超过0.4 mm的区域主要集中在仰拱处;对于围岩和管片的变形,离散元法的计算结果均大于有限差分法,因此采用离散元方法对砂卵石地层中隧道及管片的设计方案进行验证相对更加安全、合理。

盾构隧道长联络通道冻结法施工技术与应用

本文以郑州市轨道交通8号线五龙口站—同乐站区间隧道3#联络通道冻结工程为背景,详细总结了长距离联络通道施工关键技术,包括冻结加固方案、冻结施工技术要点、施工风险及应对措施等,并通过现场施工情况及实测数据进行了验证。针对长距离联络通道的冻结施工,采用双侧搭接布置冻结管、实时压力监测并打设泄压孔、解冻期及时跟进补浆、必要情况下施作钢拱架等措施,可以有效降低长距离联络通道冻结施工中的风险。在本工程冻结施工期间,实测地表冻胀位移及管片竖向隆起位移均小于6mm,解冻后融沉量小于10mm,联络通道初期支护竖向位移小于2.1mm,验证了本工程施工技术的可靠性,可以为类似的长联络通道冻结开挖工程提供参考。

盾构渣土置拌同步浆液及其在叠落隧道应用研究

针对盾构渣土资源化利用,依托苏州轨道交通8号线,基于实验室研究改进固化材料配比,将区间线路盾构渣土置拌成符合工程要求的同步注浆浆液。同时,新建8号线双线盾构隧道与既有3号线双线隧道在唐庄站交汇,形成两层四线叠落的特殊工况。本项目使用的渣土浆液稠度约为113 mm,7 d强度≥1 MPa,28 d强度≥2.5 MPa,满足工程要求。掘进过程中既有隧道结构的监测数据表明,盾构渣土浆液可以有效地控制新建盾构对既有建(构)筑物的影响。利用盾构渣土制备同步注浆浆液可实现渣土资源化利用,在推进绿色建造的同时降低隧道(双线)施工成本约75万元/km。

基于既有盾构隧道区间暗挖施工的城市轨道交通车站结构力学行为研究

[目的]深圳轨道交通14号线肿瘤医院站采用大直径(8.5 m)盾构隧道扩挖的“先隧后站”方案,在暗挖车站主体结构与附属出入口连接时,需对隧道衬砌实施局部大尺寸开口施工。为保证隧道开口施工过程中的结构安全性,需对基于既有盾构隧道区间暗挖的城市轨道交通车站结构力学行为进行研究。[方法]采用考虑衬砌结构环、纵缝影响的多环壳-刚性梁-接触衬砌计算模型,对车站暗挖过程进行分工况模拟,设置全开口衬砌环控制工况为开口工况,半开口衬砌环控制工况为拆撑工况;探究封顶块位置、内部支撑形式及隧道纵向开口尺寸等关键设计参数对车站结构的影响。[结果及结论]根据环梁受力特征,建议上、下部环梁在设计时选用钢材或内置钢构件。根据管片受力特性,确定开口区域内通缝拼装管片的排版形式;肿瘤医院站隧道开口区段通缝拼装管片封顶块建议设计在隧道顶部。开口衬砌环管片在施工全程中的弯矩分布与内部支撑有效约束点密切相关,而内部支撑形成有效约束的前提是拥有完整的轴向传力路径。隧道局部开口时开口衬砌环结构的整体性依赖于环缝侧部约束。

盾构管片接缝渗漏水原因分析及优化措施研究

盾构隧道整体结构中,管片接缝是防水体系最为薄弱的部位,其防水性能直接影响到整个隧道的稳定性和使用寿命,而随着结构设计和施工方法的不断创新,盾构隧道接缝的防水性能研究和优化也至关重要。本研究首先从弹性密封垫的防水原理出发,深入分析影响接缝渗漏水的原因;然后在此基础上提出针对管片接缝防水性能的具体优化措施;最后为验证优化措施的实际效果,以南京江心洲某新型管片盾构隧道工程为背景,进行实证研究。主要结论研究如下:EPDM密封垫的物理性能以及耐久性均需严格遵循规范要求;现场密封垫的粘贴工作和现场管片拼装对密封垫的拉伸变形是影响接缝渗漏水的重要因素;大直径高水压盾构隧道的角部实心段构造需进行优化,才不会因密封垫的断面尺寸导致角部堆积和应力集中。隧道贯通后的监测结果表明:优化后的盾构隧道不仅成型质量良好,而且防水效果远超传统盾构隧道。本研究不仅为盾构隧道管片接缝防水设计提供理论依据和实践指导,也为类似工程提供有益的参考和借鉴。

预埋承插式接头错缝拼装盾构隧道受力性能及管片开裂原因分析

[目的]以上海轨道交通某区段新型隧道顶部管片开裂为背景,分析预埋承插式接头错缝拼装隧道在外荷载作用下变形特点及管片开裂原因,并提出此类隧道的运维侧重点。[方法]根据盾构推进时间、保护区历年变化及隧道收敛变形数据,分析了隧道管片开裂原因。并且发现顶部有无拼接缝的隧道环,在变形程度及裂缝产生方面存在差异。通过与相同环境下单圆通缝隧道收敛变形数据进行对比,得出了新型隧道与单圆通缝隧道受力性能的异同及相对刚度。[结果及结论]此次管片开裂是由侧方拔桩施工导致水平方向土压力变小以及正上方填土使得竖直方向土压力增大两者叠加产生的。顶部为整块管片的隧道环相较顶部为拼接缝的收敛变形更小,但容易开裂,运维时宜重点关注顶部为整块管片隧道环的收敛变形数据。新型隧道横断面刚度约为单圆通缝隧道的2.5倍,峰值处的荷载会传递到邻近的隧道环共同承担,使得隧道收敛变形较为平缓,隧道在外荷载消除后变形恢复能力更强。因这种裂缝而产生的渗漏水病害及通路很难通过隧道回缩愈合。

城市轨道交通车站出入口大断面顶管工程穿越城市道路的沉降控制技术

[目的]为了确保城市轨道交通车站出入口顶管施工项目顺利实施,应对该工程穿越城市道路时地层的沉降影响及沉降控制措施进行研究。[方法]结合济南轨道交通R2线长途汽车站站出入口顶管工程,在阐述该工程地质条件及重难点的基础上,建立了大断面顶管工程穿越地下管线密集的城市道路的三维数值计算模型,得到了距开挖面不同距离时的地面沉降曲线,以及不同埋深处土层的沉降曲线。对比了顶管中轴线上方地面监测点竖向位移模拟计算值与现场实测值随开挖距离的变化情况。提出相应的施工优化措施,并结合现场实测数据对优化效果进行分析验证。[结果及结论]顶管施工时,随着与顶管中轴线距离的增大,地面沉降量逐渐减小;随着深度的增加,土层深层位移逐渐增大,且沉降曲线逐渐由“矮胖型”变成“瘦高型”。现场受土舱压力波动较大、顶管与地层存在摩擦扰动等因素的影响,模拟计算得到的最大沉降量略小于现场实测的最大沉降量,二者间存在一定差异。通过采取控制掘进速度、合理压浆以减少摩阻力等措施后,后续施工沉降控制效果明显,地面最大沉降为18.18 mm,变形在施工允许范围内。

城市地下道路与轨道交通共建研究

为进一步研究城市地下道路与轨道交通的共建方案,从路网(线网)形态、功能定位和技术标准等角度进行对比分析,并结合上海、济南、武汉、青岛等地的多个共建工程案例,研究归纳当前城市地下道路与轨道交通共廊道布置的需求和趋势,提出了各种共建形式在技术标准上的可行性及适用性,总结了共建工程的优势和尚存的主要问题。

复杂条件下高水压超大直径盾构出仓清障施工技术研究

上海某在建市域铁路超大直径盾构穿越既有运营轨道交通线路时,盾构掘进前方突遇障碍物。在确保既有轨交正常运营的前提下,通过采取制作高黏度泥膜稳定开挖面、合理设定压力与液位等技术措施,克服埋深大、高水压、强渗透等不利条件,实现在已扰动地层中高水压出仓,完成障碍物清理,为以后类似工程施工提供了参考经验。

公铁合建地下车站与既有高架车站换乘方案研究

依托武汉市轨道交通7号线与既有1号线换乘的三阳路站,从公铁合建方案、站台方案比选、换乘方案等方面对公铁合建地下站与未预留条件既有高架站的换乘方案进行讨论分析。研究表明,通过充分利用公路隧道下部空间布置站厅及设备,并设置轨下通道进行换乘,可大幅缩小车站规模,节省投资。通过设置换乘专用通道代替地面厅,实现城市核心区有效换乘,乘客经由7号线地下二层直达地面,通过三阳路与京汉大道交叉口设置的市政过街天桥实现付费区换乘,同时满足行人非付费区过街需求。方案研究整体合理,可为今后类似工程结构提供设计参考。

隧道洞内桩施工技术及质量控制措施研究

随着城市规模的不断增大,城市人口及机动车辆快速增加,城市交通状况日益恶化。为了改善城市交通环境,城市轨道交通建设得到了快速发展。在城市轨道交通隧道工程建设过程中,洞内桩施工起到至关重要的作用。要采取科学合理的施工技术及质量控制措施,保证隧道施工质量与进度,避免发生质量安全事故。文章结合某轨道交通项目隧道洞内桩施工的具体案例,详细介绍了所采取的钢管桩施工技术及质量控制措施,可以为同类工程建设提供有益的参考。

富水软弱地层盾尾刷更换技术研究

盾尾刷是防止水、泥砂等涌入盾构内部的关键设施,在长距离掘进过程中,盾尾刷会逐渐磨耗,一旦失效,会诱发盾尾漏浆、地面沉降开裂等风险,甚至造成盾构机被淹,隧道损毁等工程事故。文章通过某区间盾尾刷更换案例,从工程概况、地质水文、风险预控、加固止水、安拆实施、盾构复推等角度,详细介绍盾构掘进过程中盾尾刷更换施工的全过程,验证文章所采用工序及措施的合理性、可靠性,为未来苏州轨道交通第四轮线网隧道施工盾尾刷更换作业提供借鉴。

北京地铁附属工程仰挖施工地表沉降研究

地铁车站附属工程高程爬升段受施工工期、地面空间不足、既有接驳等条件制约需采用仰挖法施工。通过数据统计分析仰挖施工沉降规律及影响因素,并通过实际案例进行仰挖与俯挖实测分析和数值分析对比研究探索沉降规律。研究表明:①拱部为砂性土时,87.3%的测点沉降量在3~60 mm之间,拱部为黏性土时,59.2%的测点沉降量在3~30 mm,拱部为卵石层时,测点分布离散;②关于沉降槽宽度,黏性土≈砂性土>卵石,黏性土与砂性土沉降槽宽度约为出入口或通道宽度的3倍,卵石沉降槽宽度与出入口或通道宽度相近;③仰挖施工最大沉降量比俯挖施工多大约75%,仰挖施工最大沉降发生于爬坡段约1/2处,而俯挖施工最大沉降更接近于埋深最小处。研究结论可用于初步判断仰挖施工沉降量范围、沉降控制最不利部位。

地下通道超近距上跨城市轨道交通隧道结构施工影响分析

目的:近年来,城市轨道交通周边施工作业导致既有线路隧道结构受损或影响行车安全的事故频繁发生,因此需加强对城市轨道交通控制保护区内可能影响城市轨道交通结构设施安全和运营安全的各类施工作业行为的管理。方法:以贵阳市某新建地下过街通道近距离上跨贵阳轨道交通1号线和4号线施工项目为例,介绍了安全保护方案,确定了既有轨道交通结构变形控制标准;通过建立三维数值模型模拟施工工况,分析新建地下过街通道施工对既有轨道交通结构的变形和内力影响,并对既有轨道交通结构进行了安全保护专项监测。结果及结论:新建地下过街通道基础采用暗托梁+桩基结构,以及跳槽开挖反压施工措施对既有轨道交通结构进行保护;既有轨道交通结构变形的数值模拟结果与实际监测结果基本一致;在采取安全保护措施后,既有轨道交通结构变形值小于控制标准值;在城市轨道交通控制保护区施工作业安全管控中,采用精细化设计、现场施工控制及安全保护专项监测等措施能够保障既有轨道交通的结构及运营安全。

城市轨道交通隧道盾构施工技术特点分析与应用

在土地资源紧缺、城市空间不断减小的背景下,地下空间得到进一步开发。当前很多城市存在地下轨道交通,而地下轨道交通建设常常应用盾构技术。为进一步提高交通隧道盾构施工技术水平,该文首先分析盾构法工作原理和技术特点,然后对盾构施工测量和盾构过程技术要点进行细致探讨,最后提出优化盾构施工技术管理的建议,以期为轨道交通隧道建设者提供参考。

城市轨道交通与市政管网统筹建设协同性探析

目的:协调城市轨道交通系统与市政管网系统在道路地下空间内的相互关系,做到两者均能安全、经济、高效地发展,是工程建设面临的一大挑战,开展两者统筹建设的协同性研究意义重大。方法:从城市轨道交通系统建设角度出发,结合市政管网系统提质建设的需求,采用案例分析方法,对新建城区、建成区、既有线改造3种不同情境下与市政管网的协同性进行研究分析,为解决时序、空间上的可能矛盾提供解决思路与方法。结果及结论:在新建城区中,应采用综合管廊结合轨道预留的方式,做好地下空间的管控与合理利用;在建成区新建城市轨道交通线路时,采用随轨道交通同步建设骨干市政管廊或节点型管廊的方式,将站点的交通导改、管线拆改与规划市政需求等相协调;在城市更新背景下的既有城市轨道交通线路改造中,可同步进行市政管线局部的提质改造,而小型管廊可作为一种置换空间的手段。

桥梁工程施工对既有轨道交通隧道结构的影响

为研究桥梁施工对周边城市轨道交通隧道结构安全的影响,以丰台火车站站房东侧立交施工对邻近地铁10号线丰台站—泥洼站区间的影响为背景,通过数值模拟方法分析桥梁基坑开挖对既有城市轨道交通设施的影响,以保证桥梁施工期间隧道的安全运营。

城市轨道交通隧道矿山法暗挖侧穿高架桥的施工影响

目的:合肥市轨道交通线路暗挖工程存在多次侧穿高架桥的情况,需研究隧道结构近接侧穿高架桥的施工影响,选用合理的施工方案,以有效提高施工的安全性。方法:以合肥市轨道交通2号线天柱路站附属1号出入口CRD(交叉中隔墙)法暗挖隧道工程为研究对象,采用MIDAS GTS/NX数值模拟软件建立了不同施工工况下的数值模型,对长江西路高架桥的桥梁承台及立柱变形、桥梁桩基变形、高架桥附近地面沉降进行了分析,并将数值模拟结果与现场的实测结果进行对比。结果及结论:监测点地面沉降实测变化曲线与模拟曲线基本一致,验证了模拟计算的准确性。对于侧穿既有高架桥梁的浅埋暗挖隧道施工而言,先开挖远离高架侧施工部的工况优于先开挖靠近高架侧施工部的工况,且CRD法中6 m台阶长度工况优于3 m台阶长度工况。隧道上方地面沉降在CRD工法前3部开挖及拆撑时产生的变化较大,而后趋于稳定;承台边缘地面沉降因桥梁桩体对地层的摩阻力限制有所减小。浅埋暗挖隧道侧穿施工对桥梁承台和桩基水平变形的影响大于其竖向变形的影响,对靠近浅埋暗挖隧道侧承台和桩基的影响大于远浅埋暗挖隧道侧承台和桩基的影响。

一种地铁隧道退化环境下的地图构建方法

为解决列车在地铁长隧道退化场景下的高精度点云地图构建需求,文章提出了一种基于激光雷达和惯性测量传感器的离线地图构建方法。该方法由基于误差卡尔曼滤波器的紧耦合前端里程计和基于因子图的后端优化组成。前端里程计利用惯性计算的结果进行预测,并根据激光雷达当前帧的点到局部地图平面点云的残差约束更新滤波器。其通过帧间里程计和其他约束因子构建全局位姿图,并进行平滑优化处理来构建地图。在轨道交通隧道环境下多次实验的结果显示,地图构建的位姿没有退化,多次数据的建图轨迹误差小于0.1 m,轨迹的一致性满足列车主动防撞的精度要求,这验证了该方法的有效性。