World’s first implementation of close-fit pipe jacking of twin tunnels for construction of subway station--Innovation in equipment and construction technology

1 Project overview The Shasan station of Phase II of Shenzhen’s urban rail transit Line 12 is situated in Bao’an District,Shenzhen.It comprises a two-level underground island platform station,measuring 212 m in length,and 22.6 m in width,with an overburden thickness of about 7.0 m.Fig.1 illustrates the presence of a large underground reinforced concrete stormwater culvert,measuring 11.5 m by 3.6 m,traversing the station’s center.

基于非连续介质力学的多刀盘矩形顶管掘进性能分析

为探明多刀盘矩形顶管的掘进性能,基于非连续介质力学,运用离散元数值建模的手段,建立全尺寸的多刀盘矩形顶管掘进三维离散元模型。模型中考虑刀盘群切削、螺旋输送机排土等多种动态过程,分析刀盘组转动速度对顶管机掘进性能的影响。通过对比分析现场实测与数值计算的刀盘扭矩值,验证了数值模型的有效性与可靠性。研究结果表明,在刀盘群的旋转切削作用下,刀盘附近渣土颗粒的流动性优于土仓内渣土颗粒的流动性,除了靠近刀盘中心区域的渣土颗粒外,其他位置渣土颗粒流动性较好。后置刀盘组的切削作用有利于渣土从土仓向螺旋输送机流动,因此后置刀盘应尽可能靠近螺旋机入口位置布置。刀盘组中两侧刀盘承受的土压力略高于中心的刀盘,且作用在中心鱼尾刀具和辐条周围区域上的压力相对较高。在砂质粉土地层中,考虑到经济与环保效益,刀盘组转速建议控制在2 rpm左右。研究成果可为类似矩形顶管掘进工程的刀盘布置与掘进参数设置提供合理的参考与借鉴。

大断面类矩形顶管注浆压力对管节损伤的影响分析

为探究大断面矩形顶管注浆压力波动及其控制边界难以确定的实际问题,依托南京某大断面类矩形顶管工程,借助理论分析、工程类比和数值模拟等方法,研究了顶板和侧壁局部憋压工况下,大断面类矩形管节结构的变形和损伤机制。通过分析矩形顶管管节受力特征,计算了大断面类矩形管节承受的外荷载,并采用ABAQUS有限元数值模拟软件内置的混凝土损伤塑性模型进行数值建模,研究不同注浆压力作用下钢筋混凝土管节损伤演化机制。结果表明:(1)注浆荷载作为可变荷载,对管节受力有明显影响,应将注浆压力纳入管节设计环节;(2)针对该工程,其理论注浆压力为0.311 MPa,考虑抑制背土效应的需要,应适当提高注浆压力,但必须控制在合理范围内;(3)从损伤演化的角度来看,注浆荷载达到0.6 MPa时,管节顶板的拉伸损伤已达到较高水平,因此,将0.6 MPa作为该工程的注浆压力预警指标,而0.9 MPa应作为注浆压力的控制指标。

大断面组合式顶管机掘进排渣离散元仿真

顶管法已在地下工程中广泛应用,但对新型超大断面组合式顶管机掘进排渣过程中土体的运动和力学响应仍缺乏研究。建立了世界最大断面组合式顶管机的等尺寸模型,利用离散元法模拟顶管机的掘进排渣过程,研究排渣速度对土体运动行为和力学响应的影响。模拟结果表明,最佳的掘进-排渣速度比约为0.6 cm/rev,土仓流动性受上下两个半截面底部两侧刀盘的影响,滞排时土压随掘进累积增大,存在地表隆起倾向;超排时土压小于静止土压力,上覆土体随掘进由局部破坏发展为整体破坏。

大断面矩形过河顶管上浮风险分析及控制

复杂地质条件下,过河顶管施工常遇到上浮问题。从设计角度分析过河矩形顶管上浮风险,分析过河顶管施工中管片上浮的原因:顶管覆土、浮力、管片结构等因素,从增大覆土埋深、改良覆土性质、减小注浆压力、控制浆液浓度、提高顶管附加荷载5个方面进行抗浮风险控制,并提出考虑泥浆套压强、浓度因素的过河矩形顶管抗浮设计控制指标。根据龙岗路大断面过河矩形顶管工程设计经验得到:管线覆土增大3 m后,顶管上覆荷载提高40.5%,顶管自重及上覆荷载之和提高29.4%,浮力作用值提高21.9%;大断面过河矩形顶管覆土抗浮变形条件较难满足,顶管覆土抗浮变形在设计中需要慎重考虑。

超大断面矩形顶管姿态控制关键技术研究

针对深圳某地铁站矩形顶管隧道工程的超大断面、浅覆土、密贴顶进等特点,对顶管姿态控制难点进行分析,并对该工程采用的姿态测量、铰接纠偏、多螺旋机出土、多刀盘模式控制、注浆纠偏等多种技术结合的纠偏控制方案进行介绍。根据该工程实践表明:①顶管姿态偏移主要源于顶管开挖面及隧道两侧水土压力不平衡;②矩形顶管姿态控制重点是水平姿态以及垂直姿态控制;③通过采用铰接油缸控制、注浆纠偏、多螺旋机出土、多刀盘转动模式控制等技术,可有效控制顶管姿态。

大断面矩形超长距离顶管研究与应用

某管廊项目下穿京杭大运河,设计采用顶管工艺,具有矩形大断面、超长距离的特点,项目实施阶段通过充分前期策划、方案论证、设备选型,过程精心组织和严格把控,项目顺利安全实施,各方面技术指标满足规范要求,过程顶力等参数控制和工期超过预期,取得了良好的效果,可为类似工程施工提供参考。

在建工程大断面矩形顶管始发井施工与临时后靠结构加固设计研究

在既有建筑内开展顶管工程施工时,如何有效利用空间并确保施工稳定性是一个重要问题。基于上海某大断面矩形顶管工程,研究了在建工程中顶管始发井施工的策略,探讨了顶推力改变对临时后靠结构加固的影响。通过对高压旋喷桩、锚杆静压桩和高频免共振钢管桩3种地基加固方案的比较。研究发现,在建工程中进行顶管始发井施工时,需合理调整支撑体系,确保结构稳定性;当顶推力增加时,应重新评估结构承载力并进行加固设计;针对地基加固方案,应综合考虑时间、空间和安全性。此研究可为城市地下空间开发和顶管工程施工提供参考。

大断面矩形顶管下穿城市繁华路段施工控制技术

为减小城市繁华路段大断面矩形顶管隧道施工对路面和临近建筑物的影响,文中依托武汉地铁7号线车站附属出入口矩形顶管工程,通过合理的设备选型、施工过程控制及针对性加固措施,结合信息化监测手段,将施工沉降控制在2 mm以内,安全、高效地完成了附属通道顶管施工,并以此总结了大断面矩形顶管下穿城市繁华路段施工控制技术,以期为类似工程提供参考。

大断面矩形顶管在已运营建筑内接收关键技术——以上海市嘉亭荟城市生活广场一、二期地下通道工程为例

以上海市嘉定区嘉亭荟城市生活广场一期与二期地下车库之间的地下连通道工程为背景,针对高敏感环境且无工作井接收条件下大断面矩形顶管法在城市地下联络通道工程中的应用进行了探讨,特别是在已运营建筑内进行顶管接收的关键技术。包括使用土压平衡式矩形顶管机、构建门形框架结构以连接接收端原结构外墙和围护结构、采用特殊的高压旋喷桩工艺进行肥槽加固,以及实施“弃壳”法进行顶管接收,此外还探究了如何处理预制管节与现浇段的连接节点,以保证顶管隧道的强度和止水性。结果表明,在复杂的城市环境中,大断面矩形顶管法在不影响接收端建筑正常运营的情况下可实现顶管的顺利接收。

矩形顶管工程风险源分析及预防措施研究

选取某城市某积水点治理工程的矩形顶管工程作为研究对象,研究矩形顶管工程风险源分析及预防措施。从水土压力风险、工程工期延长风险、出洞段土体风险以及顶管机顶部风险四个方面,构建矩形顶管工程风险指标体系。选取模糊评价法评价该矩形顶管工程的风险。评价结果表明,管片破损风险、盾构选型风险、顶管机顶部背土风险是该矩形顶管工程的主要风险源。针对矩形顶管工程的风险源,在工程准备阶段,提出始发区域土体加固、保护建、构筑物的措施;在工程施工阶段,提出合理设置顶管参数、配制优质泥浆、实时纠偏、实时监测、顶管机顶部预防措施等;在工程施工后阶段,提出置换泥浆与加固管道外土体的措施,以期为同类型的矩形顶管工程提供参考。

大断面矩形顶管近距离下穿河道开挖方案比选研究

大断面矩形顶管近距离下穿河道具有一定的风险性,需要在设计和施工中采用合适的方案来降低隧道开挖风险。依托陆翔路—祁连山路大断面矩形顶管地道工程,采用数值分析的方法分别对先顶进后抗浮工法和先抗浮后顶进工法进行分析,并基于施工流程、数值模拟结果等进行方案比选,确立了先顶进后抗浮工法的开挖方案。施工监测结果表明,贯通后一段时间内,顶管结构整体略有沉降,约2.5 mm,管节最大上浮量约30 mm。

浅覆土下大截面大坡度矩形顶管开挖对既有市政道路影响分析

矩形顶管大坡度顺坡顶进时易导致土层变形增加,对隧道线路既有管线、建构筑物及市政交通产生破坏。通过依托广州某管廊项目,结合数值分析,研究分析了施工过程中矩形顶管后靠背应力、顶管始发和接收技术,总结出大坡度矩形顶管隧道施工技术要点,拱顶上方土体总体变形最大值为-3.4mm,验证了顺坡始发时坡度的合理性,对受地质条件、地下管线等因素制约无法实施的地下通道建设具有一定的参考价值。

大断面多顶管建设时序对桥梁桩基的影响分析

近年来,大断面多顶管已成为建造轨道交通车站的1种新兴工法。多顶管工程在不同建设时序下对桥梁桩基等周边环境的扰动影响不容忽视,然而,目前相关的工程案例研究较少。文章以上海轨道交通L14静安寺站顶管工程为背景,借助数值软件,建立多顶管施工对既有桥梁桩基影响的模型,分析不同建设时序对桥梁桩基和地表沉降的影响程度。通过综合分析和归纳发现:先施工深层顶管后施工浅层顶管,有利于控制地层变形对周边环境的影响;先施工距离桩基稍远的顶管,其结构遮拦作用能有效减弱后续顶管施工对环境的扰动影响;顶管施工对近距离桩基的首次影响往往较为显著,先施工结构遮拦效果的体现程度和首次顶管与较近桩基的距离有关。

大直径顶管机接收关键技术

顶管机接收是水利工程顶管施工的关键环节。以福建省漳州台商投资区高干渠生态补水工程输水顶管为例,在大直径顶管施工中,采用高压旋喷桩加固地层,设置降水井,控制顶速,控制姿态,解决了大直径顶管机接收时洞门塌方和管道下沉的技术问题。

深埋复杂岩石地层顶管掘进机型比选

顶管掘进机的选型是顶管工程施工成败的重要因素之一。顶管掘进机选型不当,可能造成顶管推进困难,甚至导致顶管机头报废等情况,造成重大经济损失,严重影响施工进度。本文结合工程实际情况,对不同类型顶管掘进机适应的管道直径、埋深、地层情况、经济特性等方面进行综合分析,对顶管掘进机的选型具有参考价值。

某软土地区大断面矩形顶管隧道人行横通道深基坑支护设计研究

人行横通道是设置于双线长隧道之间,用于人员逃生的重要通道,通常采用矿山法、机械法或冻结法施工,施工难度大、风险高。以上海市祁连山路大断面矩形顶管隧道人行横通道为背景工程,对采用常规明挖法施工的深基坑支护设计方案进行研究。基坑围护采用钻孔灌注桩结合双排高压旋喷桩止水帷幕,邻近顶管侧采用MJS隔离加固措施并兼做止水,坑底采用高压旋喷桩满堂加固。采用GTS NX有限元软件模拟基坑开挖过程,并结合监测数据,分析基坑开挖对顶管的影响。研究结果表明:工程所采用的围护方案安全可靠,对顶管的影响可控。顶管的变形趋势为向基坑侧偏移且竖向上抬,顶管水平变形、水平及竖向收敛较小,但上抬变形较大,建议采取临时压重措施。研究成果可为今后类似横通道工程的实施提供参考和借鉴。

矩形顶管技术发展与研究现状

文章介绍了现代矩形顶管工艺的技术基础、矩形顶管的适用环境条件和优越性,阐述了国内外机具设备的发展现状,从顶推力的研究进展、背土效应机制及控制措施、工作面稳定性评估3个方面介绍了矩形顶管理论研究现状。简单介绍了国内外部分典型顶管工程实例,从理论方面、设计方面、施工方面介绍了矩形顶管当前面临的难题。

浅埋超大断面矩形顶管顶进对既有箱涵的影响

针对浅埋超大断面矩形顶管顶进引起的环境影响效应,以深圳市某拟建顶管法地铁车站为背景,建立了顶管施工全过程三维有限元数值模型,研究了浅埋超大断面矩形顶管施工的背土效应及其对上方既有箱涵的影响。结果表明:顶管下穿箱涵前,箱涵的不均匀沉降增长缓慢,箱涵迎土面所受土压力不断增大;顶管下穿箱涵时,箱涵的不均匀沉降量急剧增大,箱涵迎土面所受土压力逐渐降低;顶管穿出箱涵后,箱涵的不均匀沉降量和迎土面所受土压力均先下降而后趋于稳定。浅埋超大断面矩形顶管施工的背土效应使得箱涵的最大水平位移大于最大竖向位移,实际工程中应采取措施减少背土效应的影响。

矿山灾害生命保障救援通道快速安全构建关键技术与装备

矿山发生重大灾害事故导致井筒、巷道破坏,人员被困井下时,通过安全、高效地构建救援通道是最有效的救援方式。救援通道包括井下、地面2种形式,井下具备施工条件时,构建穿过坍塌段的大直径救援通道,是最直接的方式;井下不具备施工条件或易发生次生灾害时,则需先在地面快速、精准钻进小直径搜救孔,确定井下被困人员位置及身体状况,并及时输送给养,再构建大直径救援井,采用专用救援提升装备保障被困人员升井脱困。研究涵盖机械工程、钻井工程、电气工程、软件工程、流体力学、岩土力学、动力学、先进控制技术等多学科多领域,将理论分析、数值模拟、实验研究、型式试验、工程示范相结合,以“救援通道构建装备研制—生命保障通道构建技术开发—大直径救援通道构建技术开发—地面提升救援装备开发—技术与装备集成及工程试验”为主线,开发钻孔救援关键技术与装备。研制了3套应急救援集成装备,ZMK5550TZJF50/120型救援车载钻机最大提升力1200 kN、最大转矩50000 N·m,开发了钻机与配套机具的一体化集中控制系统,单根起下钻效率小于3 min/根;XZJ5240JQZ30型救援提升车开发了多传感器信息融合的通信监测控制系统,提升系统最大救援深度848 m;ZDG1500型井下大直径顶管机直径1630 mm,最大顶推力8541.2 kN。开发了复杂地层生命保障孔快速、精准钻进技术,地面大直径救援井精准、安全、高效钻进及透巷技术,井下大断面救援通道顶管快速施工技术3项矿山应急救援通道构建技术。在宁夏宁煤梅花井矿开展了国内首次生命保障孔及大直径救援井施工、救援提升的集成研究和工程示范,完成井径215.9 mm、井深670.5 m生命保障孔,用时46.83 h,井底水平位移偏移0.27 m,满足72 h黄金救援时间内成孔要求;完成井径830 mm、井深654.1 m救援井,井底水平位移0.19 m,介质溃入井下约7.5 m~3,并在救援井内成功进行了救援提升技术与装备试验。在广东省基础工程集团有限公司碎石场开展了顶管钻进工程模拟坍塌条件下的试验,施工长度102.5 m,日进尺43.92 m,顶进误差0.35 m。相关成果在湖南源江山煤矿、山东栖霞金矿、新疆丰源煤矿等5次矿山灾害应急救援中进行了应用。开发的3项救援通道施工技术及3套救援装备,构成了具有自主知识产权的矿山井上井下联合救援技术与装备体系,可满足600 m深度的矿山应急救援需求,为我国矿山灾害救援提供技术装备支撑。