济南市黄岗路穿黄隧道总体设计与关键技术

济南市黄岗路隧道是目前内地在建直径最大的盾构隧道,穿越地上悬河黄河。结合悬河保护要求高、盾构掘进距离长、承受水压大、开挖断面大、工作井深度深、建构筑物及环境保护要求高等特点,从隧道功能定位、城市客运专用隧道技术标准选取、隧道平纵断面设计、横断面布置及两岸接线考虑等方面,对隧道总体设计方案进行综合分析,介绍关键技术问题设计方案的解决方案,对提高我国城市客运专用隧道、大型水下盾构隧道及穿越黄河隧道建设水平具有重要参考意义。

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。

盾构输水隧洞带衬垫管片接头承载性能研究

针对在盾构输水隧洞管片衬砌中常采用的带衬垫的管片接头,建立了能够考虑接头混凝土榫槽、螺栓、弹性衬垫、止水衬垫等结构受力特性的三维精细化数值模型,研究带衬垫管片接头从开始承载至极限破坏全过程的承载性能。结果表明:带衬垫管片接头的承载性能十分复杂,在正弯矩工况下可以根据弹性衬垫开始张开、外缘混凝土开始接触、弹性衬垫完全张开3个关键点依次划分为4个阶段。在负弯矩工况下可以根据止水衬垫张开、弹性衬垫开始张开两个关键点依次划分为3个阶段。轴力对接头刚度的影响十分显著,但接头在不同轴力水平下的弯矩-转角曲线仍然符合在正负弯矩工况下的阶段特征。接头在弯矩作用下的极限状态通常是管片接头边缘混凝土先屈服,因此工程实践中需注意对该部位混凝土进行保护或者强化。

双线盾构隧道穿越影响下的黄河堤防沉降监测研究

盾构隧道建设会引起大堤地层变形,危及堤防工程安全,特别是双线盾构掘进,对堤防工程安全影响更大。依托济南济泺路穿黄隧道工程,采用数值模拟方法,建立双线盾构隧道穿越黄河大堤的数值模型,与盾构穿越黄河大堤全过程的大堤表面沉降和深层沉降监测数据进行对比分析,研究双线盾构隧道穿越黄河大堤的沉降规律。结果表明:大堤沉降主要发生在双线盾构掘进完成后的工后阶段,沉降槽中心明显偏于先穿越完成的隧道一侧,双线盾构隧道穿越的叠加扰动对大堤沉降的影响较大,表面沉降变化略滞后于相应位置的深层沉降变化,但整体差异不大。

砂卵石地层盾构始发端头加固技术研究

目前,国内对砂卵石地层盾构始发端头加固研究较少。文章以宁夏中宁县热电联产供热管网穿黄盾构隧道为例,采用工程类比、理论分析和数值模拟等方法,研究砂卵石地层盾构始发端头加固方法及合理加固范围。研究表明:砂卵石地层采用注浆法及端头素混凝土防渗墙的加固方法是合理有效的;在保证加固土体质量的前提下,高水压砂卵石地层纵向加固长度取6 m,径向加固范围取3 m是合理的。

粗粒径砂卵石地层中泥水平衡盾构下穿黄河掘进参数控制研究

兰州地铁1号线迎门滩站—马滩站区间隧道采用泥水盾构穿越黄河粗粒径砂卵石地层,是中国下穿黄河的首条地铁盾构隧道。总结兰州地铁1号线泥水盾构下穿黄河的经验,以及高水压粗粒径砂卵石地层盾构机选型、盾构掘进参数设定、穿越黄河风险控制等方面的经验,对泥水盾构在粗粒径砂卵石地层下穿黄河的风险控制和国产盾构机的发展具有重要价值。研究结果表明:泥水盾构下穿黄河掘进参数对风险控制十分重要,盾构推力、泥水压力、注浆压力与水压力密切相关;深层沉降实测表明泥水盾构掘进对地层变形控制效果好,盾构顶部仅约0.5D范围为轻微扰动区;掘进以平衡水压力为主,采用Terzaghi塌落拱理论计算的泥水压力值更接近实际。

穿黄输水隧洞盾构施工进出洞地基加固技术研究

针对南水北调中线工程穿黄河输水隧洞泥水加压式盾构施工中进出洞地基的加固问题展开研究.穿黄河输水隧洞的盾构进出洞段埋深大,水位高,地质条件复杂,经多方案比选论证,拟采用高喷和化学注浆技术对进出洞地基进行加固.对该工程的进出洞地基加固范围进行了计算分析,分别计算了北洞的水土压力,由弹性力学理论计算其土体加固厚度.根据塑性松动圈的应力条件和破坏条件计算出加固土体的宽度.对南洞按土体整体滑移失稳可能形成的圆弧滑动面来确定加固范围.

兰州地铁穿黄段盾构隧道关键技术研究

兰州地铁1号线下穿黄河段盾构隧道主要穿越高压富水砂卵石地层,面临着众多技术难题。文章首先基于最大冲刷深度组成,计算得出了考虑隧址处既有桥墩影响的最大冲刷线,满足了区间隧道纵断面的设计要求;然后采用修正的等效连续化模型对隧道的纵向沉降规律进行了分析,发现隧道纵向刚度对其纵向变形影响较小,采用增大管片环间连接刚度的措施对控制变形作用甚微;在不同冲刷工况下,过黄河段隧道的纵向沉降规律相同,差异沉降主要集中在河床地形过渡段;对地震作用下衬砌的内力进行分析,发现衬砌结构属于小偏心受压,隧道抗震稳定性满足要求;最后通过计算验证了管片接缝双道止水装置与单层衬砌设置的合理性。

穿黄隧洞盾构施工进度仿真研究

盾构法是穿黄工程中的核心技术,对盾构机进行施工仿真研究在国内外尚不多见。由于受地质条件、掘进参数等一系列因素的影响,在盾构机参数的选择上存在很多的不确定因素。针对南水北调穿黄隧洞黄河段的地质条件及泥水盾构机的施工特性,利用计算机系统模拟技术,提出用工程类比和正态分布随机数相结合的方法对盾构机掘进速度进行模拟,并计算工期、统计资源强度等。仿真结果与设计施工进度基本吻合,仿真效果较好,表明该仿真研究可为隧洞施工组织设计提供科学有力的分析工具,可作为现场参数调整的依据,对保障穿黄隧洞黄河段施工工作的顺利进行,提高穿黄工程的科学化管理水平都有一定的实用价值。

盾构法施工在中线一期穿黄隧洞中的应用

南水北调中线一期穿黄隧洞工程地质条件复杂、施工难度巨大。对穿黄隧洞工程概况做了简要介绍,对隧洞施工方案、盾构设备选择、盾构施工应具备的进/出口条件、盾构施工步骤及辅助设施设置等进行了初步的探讨。

南水北调中线穿黄隧道盾构注浆浆材试验

为满足南水北调中线工程穿黄隧洞盾构施工工法要求，对研制开发的水泥-膨润土-水玻璃系双液塑性壁后注浆材料，通过室内模拟注浆试验，重点探讨了材料组分对注浆材料流动性、稳定性、凝胶特性、强度等性能的影响。结果表明：凝胶时间可控制在10s左右；不同配比注浆材料1h单轴抗压强度为0．08～0．12MPa，28d为7．81～8．52MPa；渗透系数为2．0×10^-8cm／s；模拟注浆时浆液不被水稀释，充填良好；且不会对地层产生劈裂，也不会向开挖掌子面渗漏。

兰州地铁1号线黄河隧道盾构施工难点及应对措施研究

兰州地铁黄河隧道为国内首条交通工程类下穿黄河隧道,地质条件极为独特。为解决盾构连续性长距离在大粒径高压富水弱胶结高硬度的砂卵石地层中如何安全顺利掘进下穿黄河,采用理论分析与现场施工反馈紧密结合的方法,研究盾构下穿黄河施工难点及应对措施。研究表明:土压盾构在穿黄施工中相继遇到刀盘卡机、刀具磨损、螺旋机喷涌、固结泥饼、地面塌陷等问题;泥水盾构相继遇到掘进困难、卵石积仓滞排堵管、破碎机故障频发、刀盘刀具管路磨损、泥浆击穿河床等问题,通过设备改造,优化掘进参数,做好区间降水、工法辅助、泥浆制配、渣土改良、刀具改进、气压稳定等工作,有效解决盾构在砂卵石地层中掘进的相关问题,确保黄河隧道顺利建成。

大断面盾构输水隧洞结构受力特征与选型研究

以南水北调东线二期工程穿黄河大断面盾构输水隧洞衬砌结构为研究对象,在整理归纳其他已建盾构输水隧洞的衬砌结构设计型式及受力特征等主要特点的基础上,结合穿黄工程的地质条件、隧洞规模和荷载条件,拟定了单层管片衬砌、管片内衬钢筋混凝土和管片内衬预应力钢筋混凝土3种衬砌结构方案,并采用三维精细数值仿真方法,对不同工况条件下各衬砌结构设计方案的受力特征进行对比分析。研究结果表明:单层管片衬砌方案在运行期单独承担内水压力荷载时,管片拉应力量值较大;对于管片内衬钢筋混凝土和管片内衬预应力钢筋混凝土两种双层衬砌方案,从结构安全的角度判断均可行。综合不同衬砌结构设计方案的受力特征以及类似已建工程的经验,建议采用管片内衬钢筋混凝土作为穿黄河工程盾构输水隧洞的基本结构型式。

南水北调中线穿黄隧洞盾构始发技术

南水北调中线穿黄隧洞的盾构始发深度大、地质条件差、地下水位高、始发空间狭小,始发进洞时涌水涌砂的风险很大。施工中制定了严密合理的工序,重点对始发区进行高喷和冷冻加固,安全顺利地实现了盾构始发。

下穿黄河区间盾构隧道埋深和管片厚度的优选分析

通过对兰州地铁下穿黄河区间盾构隧道施工过程的三维数值模拟,分析两种不同埋深和管片厚度共4种工况时的围岩压力、管片应力、地面沉降,结果表明,围岩侧腰受到的主应力和剪切应力较大,埋深是影响围岩压力和地面沉降及管片变形的主要因素,管片厚度虽不是影响地面沉降的主要因素,但总体来说,增大管片厚度有利于保证隧道安全。通过比选确定兰州地铁下穿黄河段盾构隧道埋深为25 m,管片厚度为350 mm。

南水北调中线穿黄工程隧洞盾构施工规律的探讨

在介绍南水北调中线穿黄隧洞设计参数、地质情况及盾构机选型参数的基础上,对中线穿黄隧洞盾构施工中盾构机刀盘刀具维护保养经验进行了分析,总结了施工过程中定期检查盾构机刀盘、定期带压进舱检查、根据不同地质情况灵活配置盾构刀具、实时分析掘进参数的施工规律,保障隧洞掘进施工正常进行。

南水北调中线穿黄隧洞工程盾构施工关键技术

通过对南水北调中线穿黄隧洞地层进行的分析,结合泥水加压盾构的特点,指出了穿黄隧洞工程盾构施工可能遇到的施工问题,并提出了应开展的具有针对性的研究课题,对隧洞施工及研究工作具有一定指导意义。

超大直径盾构穿越黄河诱发地层沉降机理研究

盾构施工势必会诱发地层沉降,通过研究其沉降机理及预测模型可为实际工程提供理论依据。文章依托济南黄河隧道工程,开展了超大直径(15.76 m)泥水平衡盾构穿越黄河地层扰动机理及沉降预测模型研究。基于施工沉降监测数据,分析盾构机穿越土体不同阶段的位移和应力变化;采用三维有限元法建立土体模型,模拟盾构机掘进;引入最大沉降量系数和沉降槽宽度系数,结合在黄河浅滩的24个断面的监测数据,修正出预测黄河地层沉降的PECK公式模型。结果表明:盾构施工过程中的地层沉降情况符合沉降槽宽度和最大沉降量的一般规律;有限元模拟中土体失稳破坏位移与实测地表沉降曲线基本吻合;修正后的PECK公式能够很好的预测盾构穿越黄河中下游软土地层的沉降情况。

兰州地铁穿黄工程泥水盾构掘进技术优化

文章以在建的兰州地铁1号线穿黄工程段为基础,对兰州地铁1号线世纪大道站—马滩站区间穿黄工程的特点进行了深入研究,重点分析了泥水盾构机的主要系统设计、盾构机掘进功效以及盾构机设计优化等,阐述了在富含水、砂卵石及漂石地层中盾构机设计应注意的事项和施工应对措施。

大工程建设项目的若干印记

简要介绍了笔者和所在团队多年来在参加国家重大工程建设项目中从事科学研究的基本情况和所取得的若干成果.文内所述及的工程项目,含长江三峡工程、南水北调工程、上海市崇明越江盾构法特大型隧道工程及港珠澳大桥岛隧沉管工程等.以上各项研究成果均已提供有关部门采用、参考,取得了可观的技术效益和经济效益,对提高学科理论水平也有重要价值.