基于泥水盾构废浆的新型同步注浆浆液性能及影响因素初探

为响应我国生态文明建设要求,遵从绿色发展理念以及推进“双碳”战略目标的实现,针对泥水平衡盾构施工过程中产生的废弃浆液的处理及外运的高成本、易污染环境等问题,提出将废弃泥浆用作制备同步注浆浆液的解决办法。依托成都环线紫瑞隧道建设项目,通过室内试验方法研究浆灰比、灰砂比、粉灰比对基于砂卵石土地层泥水盾构废浆制备的新型同步注浆浆液的泌水率、流动度、凝结时间以及3,7,28 d抗压强度的影响规律,得出以下研究结论。(1)基于砂卵石土地层废浆制备的新型同步注浆浆液稳定性良好。(2)新型同步注浆浆液的凝结时间随着浆灰比、灰砂比的增加而增长,随着粉灰比的增加而减小;流动度随着浆灰比、灰砂比的增加而增加,随着粉灰比的增加而减小。(3)新型同步注浆浆液的3,7,28 d抗压强度随着浆灰比的增加而减小,随着粉灰比的增加而增加,随灰砂比的增大呈先增大后减小的变化规律,在灰砂比为0.8时,达到最大值。(4)经试验研究得出使用废浆以浆灰比2.5、灰砂比1.25、粉灰比0.75制备的新型同步注浆浆液3 h泌水率为0,凝结时间为7.25 h,流动度为23.3 cm,3,7,28 d抗压强度分别为1.2,1.5,2.7 MPa,各项性能均满足试验指标要求,将此配比方案应用于依托工程实际施工,能够满足施工现场的要求。此研究为泥水平衡盾构废弃泥浆再利用于同步注浆提供了有效支撑。

新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降分析

相比直线线路盾构施工,新建曲线盾构下穿施工引起既有隧道沉降规律更为复杂,且相关研究较少。基于两阶段分析法研究新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降。第1阶段,结合镜像法、修正Loganathan法和Mindlin解,考虑曲线盾构转弯过程中的转弯超挖间隙和弯道内外侧不平衡施工参数的影响,计算新建曲线盾构施工引起土体竖向位移的3维解;第2阶段,将土体竖向位移视为位移荷载,施加在既有隧道上,基于Pasternak地基理论和Timoshenko梁理论,构建能够同时考虑土体剪切效应和既有隧道剪切效应的既有隧道沉降控制方程,运用有限差分法对方程降阶并求解。最后,与工程实例对比验证理论和控制方程的正确性,并对影响既有隧道沉降的关键参数进行分析。结果表明:新建曲线地铁盾构隧道下穿施工引起的既有隧道沉降槽曲线具有非对称性,最大沉降位置位于弯道内侧1~2 m处,与未考虑曲线影响的计算结果相差较大。减小掘进路线的转弯半径R0会增加既有隧道沉降,弯道内侧沉降增速大于弯道外侧,一般要求R_(0)不小于300 m;当R_(0)大于600 m时,可视作直线隧道下穿。增大刀盘直径D′会增加既有隧道沉降,沉降增加速度也随D′的增大而增大,但增大D′对沉降槽曲线的偏移程度影响较小。增大新建隧道与既有隧道竖向间距Zc会减少既有隧道沉降。

高水压盾构隧道新型管片接缝密封性试验研究

针对高水压盾构隧道新型管片接缝的密封性能,通过遇水膨胀橡胶密封垫水密性试验和耐久性试验,研究了管片接缝的防水性能,并获得了反映遇水膨胀橡胶密封垫防水性能和耐久性能的关键参数,以期为同类型隧道在轨道交通中的应用和推广提供技术支持。结果显示,对于遇水膨胀橡胶密封垫水密性试验,在双缝张开量3 mm、错缝2 mm工况下,水密性试验全部满足设计水压值0.8 MPa,且极限压力分别为1.5 MPa、1.5 MPa和1.0 MPa,有较大的安全储备;对于遇水膨胀橡胶密封垫耐久性水密试验,在双缝张开量3 mm、错缝2 mm工况下,有两组试验达到设计水压,极限压力分别为1.4 MPa和1.3 MPa,老化后的极限承压能力略有下降。

列车动荷载在新建盾构隧道施工过程中对既有隧道及周围土层的动力响应分析

为研究既有隧道中的列车动荷载在新建隧道跨越既有隧道的背景下对既有隧道、周围地层及新建隧道的结构动力响应的影响,本文以长沙地铁六号线水农区间盾构上跨京广高速铁路浏阳河段隧道为例,采用有限元软件开展数值分析,研究列车动荷载作用下对既有隧道、周围地层及新建盾构隧道的动力响应分析。研究结果表明:列车动荷载开始施加时,既有隧道拱顶、既有隧道道床及地表的动位移波动较大,既有隧道拱顶、地表及新建盾构隧道的动加速度波动较大,随着列车运行平稳,各位置动力响应均趋于平稳;随着上覆土层距既有隧道拱顶距离的增加,土层的动位移逐渐减小,土层的动加速度逐渐减小而后趋于平稳;在新建盾构隧道与既有隧道相距较远,且新建盾构隧道与既有隧道所属地层地质条件相同时,列车动荷载对新建盾构隧道造成的动力响应很小,不会影响新建盾构隧道的运营安全。

基坑临近运营盾构隧道施工影响分析

随着城市建设、地铁的快速发展,随着新建基坑工程临近运营盾构隧道施工的工程增多,风险工程控制要求也越来越高。文中结合长三角软土地区某深基坑工程,采用有限元软件MIDAS GTS模拟新建基坑施工对既有盾构隧道及周边环境的影响,准确合理的分析和预测基坑、隧道及两者相互影响的趋势,通过合理的风险处理措施使隧道结构位移、轨道结构位移、隧道结构内力、基坑整体稳定等均在控制值内,确保既有运营隧道的安全,为设计、施工过程中采取针对性的保护措施提供有效依据,也为长三角等软土地区其他不同工况的深基坑临近施工工程提供有效的参考。

一种新型滚刀无线监测节点设计

目前,盾构法是隧道建设的主要施工工具,安全可靠,对环境影响小。但是,盾构施工需要穿越复杂的水文环境,刀具磨损严重,经常需要停机更换刀具。因此,设计一种基于无线传输的滚刀监测节点,实现对滚刀磨损的实时监测,重点讨论无线滚刀监测节点的安装结构和实现方案等。

盾构法地铁隧道管片新型连接件技术应用研究

盾构法隧道一般采用螺栓连接管片,具有管片生产简单、施工操作方便等特点,但存在接头连接精度较低、结构本体刚度较弱以及施工质量控制难等问题。新型连接件的应用能提升盾构隧道管片的连接精度,保证成型隧道质量,是隧道管片连接件技术发展的方向。介绍了地铁盾构隧道新型连接件的结构设计、结构力学性能试验、管片生产工艺、隧道施工工艺等方面的研究成果。上海轨道交通18号线示范工程实测数据表明:与传统螺栓连接的盾构隧道相比,新型连接件盾构隧道的各项施工质量控制指标均有明显改善,验证了采用新型连接件技术体系提高隧道成型质量的可行性。

新建盾构隧道下穿既有隧道剪切错台变形计算

采用剪切错台模型,研究新建盾构隧道正交下穿对上方既有地铁盾构隧道的影响.考虑新建隧道下穿时刀盘附加推力、盾壳摩擦力以及注浆附加压力在既有隧道轴线处产生的附加应力,将既有地铁盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理并采用合理的位移试函数,建立计算方程来求解既有隧道的竖向位移值、盾构环之间的错台量、环间剪切力值以及这三者随着新建隧道掘进的三维变化过程.研究结果表明:用剪切错台模型和最小势能原理计算得到的既有盾构隧道竖向位移值与实测值较为吻合;既有盾构隧道竖向位移最大值处的隧道错台量接近0,在竖向位移曲线的反弯点处隧道错台量和环间剪切力值最大;随着新建隧道的掘进,既有隧道的竖向位移、错台量和环间剪力值不断增大,最后趋于稳定.

新建隧道上穿既有隧道引起的剪切错台变形研究

采用剪切错台模型,研究新建盾构隧道上穿对下方既有地铁盾构隧道的影响。考虑新建隧道上穿时刀盘附加推力、盾壳摩擦力、注浆附加压力以及土体损失在既有隧道轴线处产生的附加应力,将既有盾构隧道简化为由剪切弹簧连接的弹性地基短梁,运用最小势能原理并采用合理的位移试函数,建立计算方程来求解既有隧道的竖向位移值、盾构环之间的错台量以及环间剪切力值,同时对相关参数采用控制变量的方式研究其对既有隧道的影响。研究结果表明:本文方法计算得到的既有盾构隧道竖向隆起值与实测值较为吻合;既有盾构隧道竖向位移最大值处的隧道错台量接近0,在竖向位移曲线的反弯点处隧道错台量和环间剪切力值最大;随着新建隧道的掘进,既有隧道的竖向位移、错台量和环间剪力值不断增大,最后趋于稳定;两隧道的轴线交角越小,既有隧道的竖向位移值就越大;两隧道的净距减小时,既有隧道的隆起变形会更加明显。

小曲线半径盾构隧道上穿既有隧道影响分析

为研究新建盾构隧道上穿既有隧道时对下部隧道影响,以南昌某地铁出入线上穿既有盾构隧道工程为依托,结合小曲线半径隧道、盾构机超载等特殊工况,采用有限元进行模拟分析。研究结果表明:盾构机超载将导致既有隧道纵向呈凹槽型沉降变形,最大值约-9.7 mm,管片弯矩值较未开挖时增长34.3%;上部开挖卸载将导致既有隧道纵向呈隆起变形,最大值约8.7 mm,管片弯矩值较未开挖时略有减小;既有隧道在盾构机超载及开挖卸载两者耦合作用下,纵向变形呈"S"型曲线,最大隆起值与最大沉降值差值高达13.8 mm。针对上述分析,提出对既有隧道施加钢支撑环+拱顶注浆的加固措施,隧道最大变形值较未加固时减小44.8%,验证了该加固措施的有效性,对小曲线半径段施工控制重难点进行分析,并提出相应建议,以期为相关工程提供参考依据。

火灾高温后盾构隧道管片-加固体界面粘结性能试验研究

用复合腔体加固体加固隧道结构是一种新型的加固方法，为了掌握火灾高温后复合腔体加固盾构隧道后界面的粘结性能，开展了50～400℃高温处理后粘结剂力学性能试验和混凝土立方体试件-复合腔体界面双面剪切试验。试验结果表明：1）在较低温度条件下，温度升高能优化粘结剂的力学性能；在较高温度下，粘结剂的力学性能随着温度的升高而降低，粘结剂的力学性能在150℃温度条件下最优，在超过300℃温度条件下，力学性能几乎失效。2）高温后混凝土-复合腔体界面破坏形式分为A，B，C 3种类型，混凝土-复合腔体界面的剪切刚度随着温度的升高而降低；混凝土-复合腔体界面粘结性能的最佳工作温度TP在50℃左右，完全失效温度Tf为300～400℃，在较低温度（15℃和50℃）、较高温度（100℃和200℃）和高温（250℃～Tf）条件下，影响混凝土-复合腔体界面粘结性能的主要因素分别是混凝土的剪切强度、碳纤维布-钢管界面的粘结性能和混凝土-粘结剂界面的粘结性能。

非等大断面小净距地铁隧道施工方案分析及优化

为同时满足双线行车和右线停车线扩大断面的功能需要,西安地铁一号线枣园北路站—汉城路站区间采用非等大断面小净距黄土地铁隧道。针对断面不等大、盾构法与新奥法组合施工方案、小净距黄土地铁隧道的特点,进行了左线小断面盾构法、右线大断面双侧壁导坑法或CRD法双线依次先后贯通3种施工方案的数值模拟与比选分析。计算结果表明,与先贯通小洞、后开挖大洞的方案相比较,采用先新奥法贯通大断面隧道、后盾构法掘进小断面隧道的施工方案对围岩扰动较小,能更有利于控制地表变形;双侧壁导坑法较CRD法虽更能充分体现围岩的自承能力,有效发挥初期支护的承载能力,提高二次衬砌的安全储备,但若将先贯通的大断面隧道施工方案由双侧壁导坑法改为CRD法,可在确保工程安全的前提下降低施工成本,并加快施工进度,顺利地完成隧道建设。

基于开挖面实际破坏模式的盾构隧道稳定性分析模型

基于开挖面实际破坏模式,考虑分层土体的差异性和土体拱效应,对太沙基松动土压力计算公式进行修正,提出了一种新型楔形体计算模型,并由此算出开挖面的临界支护压力.结果表明:上覆土压力影响临界支护压力的取值,且随着隧道埋深的增加,其影响程度急剧增大;所得开挖面的临界支护压力的大小与楔形体张开角α及其倾角θ密切相关,当α=90°-θ时,可以确定所对应的临界支护压力值.同时,通过工程实例,验证了所提出的新型楔形体计算模型及临界支护压力确定方法的可靠性.

复杂地质海底隧道设计

研究目的:台山核电海底隧道工程是我国首条盾构海底隧道,隧道外径9 m,穿越中风化岩层、软土、砂层及土石交界面,地质条件复杂且位于海底。主要工程特点:大直径、长距离、复杂地质条件下盾构施工。存在难点包括:隧道工法选择、纵断面设计、结构设计、盾构选型及刀盘设计、盾构穿越土石分界及孤石群处理方案。通过理论分析研究和工程类比,确定安全合理设计方案。研究结论:(1)本工程海底隧道设计采用复合式泥水平衡盾构,钻爆法结合盾构法施工,通用管片+二次衬砌的复合式衬砌模式,能有效解决复合地层长距离水下掘进难题;(2)复合式盾构刀盘设计、水下孤石爆破处理能有效地解决盾构在土石交界面掘进高风险、低效率的难题;(3)通过实践证明本工程设计能有效地解决海底隧道相关技术难点,施工风险得到有效控制,可为今后同类工程及海峡隧道研究建设提供借鉴。

城市轨道交通地下车站暗挖工法综述

暗挖法修建地铁车站具有不影响城市交通,以及管线搬迁少、建筑拆迁量小、环境影响小等优点,具有良好的应用前景。介绍了国内外修建地铁车站采用的各类暗挖工法,并进行了综合比较,提出了选择暗挖工法应考虑的因素。应根据工程地质条件、既有施工设备、车站自身特点及周边环境等因素来选择具体的暗挖工法。

新型单液浆在地铁隧道施工中的应用及适应性分析

在上海上中路越江隧道工程中开发出了一种新型抗剪型同步注浆单液浆材料。该新型单液浆具有大比重、低稠度、高抗剪的特点。采用该种新型单液浆在上中路隧道、上海长江隧道等超大直径盾构隧道的施工过程中,对于控制周围土体变形及隧道的稳定起到了十分显著的效果。该文对该种新型单液浆在上海地铁隧道盾构施工中的应用进行了叙述,并对该新型单液浆在地铁隧道施工中的适应性进行了分析。

新奥法在核电厂盾构法隧道取水工程中的应用

A核电厂采用盾构法隧道取水,隧道内径达6200mm,为电力行业之最。盾构法取水隧道所穿越的土层相当复杂,尤其是起始段为局部基岩。A核电厂首次将新奥法引进到电厂取水盾构法隧道施工工艺中,成功地解决了土压平衡盾构机不适用于穿越局部岩基的难题,为今后电厂类似工程提供借鉴。

主线隧道与引道隧道交叉接点扩幅技术

随着城市交通的发展,隧道建设逐渐增多,如何合理地设计、施工隧道匝道显得尤为重要。以日本隧道为例,介绍盾构主线隧道与引道隧道交叉接点的扩幅技术。日本的盾构隧道分合流区域的扩幅采用矿山法施工,就新奥法是否适合此工程进行了详细分析。

盾构隧道并行施工对既有隧道影响的理论分析

新建盾构隧道施工过程对既有隧道的变形影响研究对既有隧道的保护具有重要的意义。应用复变函数保角映射理论和Schwarz交替法相结合的方法,首先推导浅埋新建盾构隧道施工过程对既有隧道变形影响的解析解,推导过程中考虑了地层初始应力场以及新建隧道施工过程中不同阶段的影响;接着,应用Matlab数学工具,编制了推导的解析解公式的计算程序,计算了新建盾构隧道施工过程中既有隧道的变形。结合上海人民路越江隧道工程的地质条件,分析了新建隧道开挖过程中盾尾注浆和盾尾脱出两个过程对既有隧道变形影响的附加应力及位移。结果表明,既有隧道变形受到两隧道净间距的大小的影响显著,随着净距的减小,既有隧道洞边径向变形急剧增大。新建隧道施工中盾尾脱开导致既有隧道洞顶变形最大,而盾尾注浆导致既有隧道右侧洞腰变形最大。不同洞径和相同埋深时,随着洞径的增大既有隧道受到新建隧道开挖的影响越大。相同洞径和不同埋深下,既有隧道受到新建隧道开挖影响的变化较小。

应用在地下工程施工中的新技术(Ⅰ)

为有效保护地面上的生态环境 ,开发利用地下空间资源并营建新世纪的地下长城 ,在新的 2 1世纪里将会建造更多的地下工程以满足人们生产生活的各种需求。本文介绍地下工程施工中可采用先进的逆作法、盾构法、新奥法、沉管隧道、顶管工程和大型沉井施工新技术 。