复杂环境下矩型顶管设计全过程关键技术总结

太原地铁2号线长风街站矩型顶管过街通道工程具有以下特点,顶进距离较长、地层敏感且富水、下穿城市高架桥同时近距离并行上跨既有盾构区间隧道。依托该工程,该文对复杂环境下矩型顶管通道全过程设计要点、关键技术措施、工程影响评价进行分析和总结。工程实践证明在做好这些设计要点、关键技术措施的前提下,该种复杂环境条件下设计采用顶管工法是安全可靠的,具有很大的社会经济效益。

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。

基于结构分割法的顶管暗挖地铁站建造技术

为了避免传统明挖法建造地铁车站带来的围挡占道、商铺拆迁、地下管线改迁等诸多负面问题,以广州地铁3号线东延段海傍站为工程背景,对矩形顶管暗挖地铁站建造技术进行研究。首先,提出了3种建造车站的顶管组合方案,并总结3种方案的特点,结合车站工程实际给出优选方案;然后,对车站截面设计、顶管机选型、管节设计和防水设计方案进行介绍;最后,通过理论计算、数值模拟、现场监测等手段验证组合顶管法施工的可行性。结果表明:矩形顶管暗挖地铁站建造技术可以用于下穿管线的地铁车站建设,且安全性高、可实施性强。

大断面矩形顶管超近接下穿既有管线施工控制技术研究

为确保大断面矩形顶管超近接穿越既有污水管线的顺利实施,结合风险源等级及大断面土压平衡矩形顶管的施工原理,以北京地铁昌南线上清桥站出入口矩形顶管工程为依托,通过建立数值模型进行了计算预测,总结和分析了关键施工控制措施,创新性地得到了大断面矩形顶管超近接下穿既有污水管线施工关键技术:在既有管线结构周边土体进行注浆加固,提高既有管线周边土体的强度;提前截流导流,实施紫外线原位固化技术,确保既有管线结构自身的安全;土压平衡顶管机全土压始发和超土压掘进,确保顶管顶进过程中对周边土体微扰动;通过泥浆置换,减少后期既有管线结构的蠕变变形。实测数据表明:采用该超近接穿越关键控制技术施工,既有污水管线沉降远小于控制值。该技术可为城市地铁车站出入口超近接穿越既有管线结构施工提供借鉴和指导。

双洞密贴顶管法装配式地铁车站建造方案及其力学性能研究

为解决采用较小断面的矩形顶管施工大断面装配式地铁车站的难题,以深圳市轨道交通12号线沙三站为工程背景,对双洞密贴顶管法装配式地铁车站建造方案及其力学性能开展研究。首先,介绍该新工法的设计理念及总体方案,包括车站断面分割、结构转换及施工工序等,结合新型结构体系特点,提出双洞车站子结构向整体车站结构转换的竖向、横向受力体系转换方法,并对相应的施工工序进行介绍;然后,介绍顶管法装配式地铁车站结构的管节分块、接头和结构防水体系等方面的设计;最后,采用ABAQUS有限元软件建立基于荷载-结构法的车站结构三维有限元模型,分析施工过程中车站结构的弯矩变化规律。研究表明:1)车站左、右洞子结构在各施工工况下弯矩峰值变化不大,说明了施工工序设计的合理性;2)由于左、右洞子结构接头位置的非对称设计和施工时边界条件的不同,其弯矩具有较大的差异,设计时需注意对控制截面的校核。

大断面小间距矩形顶管隧道微扰动施工控制技术研究——以淞沪路—三门路下立交工程为例

为满足城市核心区浅覆土大断面矩形顶管隧道施工过程中对地表沉降和邻近既有结构变形控制要求,以淞沪路—三门路下立交工程项目为背景,采用MJS对近距离穿越既有箱涵结构进行加固保护、设计应用新型压力自补偿自锁式管节止退系统、科学合理地设置顶管推进施工参数、研发新型减摩触变泥浆及压注工艺体系,实现大断面小间距矩形顶管隧道施工对周边环境的微扰动。结果表明:MJS加固技术对被顶管穿越的既有结构有着良好的保护效果;新型的管节止退装置将管节的平均累计后退变形量控制在20 mm以内,推进过程中主要参数控制在设定范围内;新型减摩触变泥浆能有效填充建筑间隙、降低摩擦作用。基于现场实测变形数据分析可知,地表累计沉降控制在-19.74~6.92 mm,下穿合流污水箱涵结构周边土体沉降控制在-3.67~3.01 mm,结构本体垂直位移控制在-4.54~4.26 mm。

矩形顶管技术的应用与发展

矩形顶管技术在地面交通繁忙、地层条件复杂的城市地下空间开发中应用愈来愈广泛。针对工程重点关注的矩形顶管技术选型与背土效应控制、断面发展与应用和地层适用性问题,通过对近年来参与的和其他完工的矩形顶管项目调研分析,总结了矩形顶管技术选型需要考虑的因素,提出了以上覆土层变形来判断临界背土效应的理论框架;通过案例阐述了利用矩形顶管技术穿越砂卵石地层、软土地层和上软下硬地层所存在的问题和施工针对性措施;归纳了矩形顶管使用场合以及断面的发展,并结合兴业快线下穿梅华东路矩形顶管项目论述了顶管机设计制造模块化和可重复利用的基础。

大断面双孔矩形顶管下穿高速公路深层土体竖向应力分析

结合北京某综合管廊下穿高速公路工程实际,采用Abaqus有限元软件建立了高速公路和矩形顶管的三维模型,计算了9.1m×5.5m顶管和7.0m×5.0m顶管先后下穿高速公路情况下的顶管上方土体竖向应力,并分析了并行顶管的相互影响。计算结果表明:土体竖向应力变化明显区域主要集中在顶管上方1.5 H(H指顶管断面高度)土体范围,顶管上方土体竖向应力沿顶管纵轴线方向均呈现先小幅增大、后急剧减小的变化规律,应力曲线呈倒马鞍形分布形态;并行顶管间距较小,受后行顶管7.0m×5.0m顶进施工影响,先行顶管9.1 m×5.5 m管节上方土体竖向应力最大值增加了4%。

复合地层下穿高铁矩形顶管盾构隧道的施工稳定性

为保证矩形顶管盾构隧道下穿高铁近接施工的稳定性,以某火车站东侧地下通道工程为例,采用ABAQUS有限元分析软件建立了复合地层下穿高铁矩形顶管盾构隧道近接施工的精细化计算模型,分析了硬岩比、埋深因子和管节因子对复合地层顶管盾构隧道近接下穿施工时地表位移、轨道变形、管节收敛和安全系数的影响。结果表明:随着复合地层硬岩比的增加、埋深因子的减小和管节因子的增加,矩形顶管盾构隧道施工时的地层位移极值、地表沉降、上覆高铁轨道变形和管节收敛逐渐减小,管节安全系数逐渐增加,复合地层矩形顶管盾构隧道的施工稳定性提升。研究结果可为类似工程施工提供参考。

超大矩形断面浅覆土盾构顶管施工风险识别及风险评估

超大断面、超小净距、多孔矩形浅覆土盾构顶管施工风险包括设备风险、进出洞风险、掘进风险和环境风险等。采用R=P×C定级和模糊综合评价相结合的方法,对各风险的风险源进行排序和评价,可得设备风险、进出洞风险、掘进风险的风险等级为高度,环境风险的风险等级为中度。并以此采取相应地控制措施,对残余风险等级进行相应评价,将风险分析与合理对策相结合,提出预防或降低风险的措施。研究结果对工程建设单位和相关部门的决策提供科学、系统、综合、实用的依据,实现安全、经济、高效的管理目标。

浅埋小间距矩形顶管掘进姿态控制技术探讨

为解决采用结构分割转换工法(CC工法)建造的某地下停车场小间距隧道群矩形顶管施工中顶管机出现栽头及掘进姿态控制困难的问题,结合项目施工过程的姿态监控数据,对产生栽头及姿态偏差的原因进行理论分析,提出相应的控制技术,并采取现场试验的方法进行效果验证。结果表明:1)顶管机栽头现象的原因主要有顶管机体重心偏差、漏浆、姿态预留不够、后靠不稳; 2)通过设备和管节定位处理、洞门密封处理、增加始发姿态预留量、后靠稳定性控制等措施可有效防止顶管机栽头; 3)始发阶段采取洞门预留、破除等控制措施,掘进阶段控制掘进速度并辅以"E"型导向槽进行轴线控制等措施,可有效控制顶管机顶进姿态; 4)通过采取调整铰接油缸行程差、主推油缸行程差及姿态偏差方向的土压等姿态纠偏技术措施,取得了良好的施工效果。

浅覆土小间距矩形顶管施工地表变形控制技术

为研究顶管施工过程中的地表变形规律,探索地表变形的的控制技术,最大限度地保证顶管施工过程的安全,依托某总部地下停车场项目,针对国内首例采用结构分割转换工法(CC工法)实施的矩形顶管工程施工地表变形影响因素进行分析,主要包括覆土厚度、施工过程地层损失、隧道小间距施工对相邻隧道土体作用等。研究分析表明:1)通过采取控制掘进速度、控制土舱压力、控制注浆量、控制出渣量、控制顶进姿态等地表沉降控制技术措施,有效地控制了地表变形; 2)在顶推过程的各个阶段,地表变形呈现不同的特点,当出现变形过大时,通过调整土舱压力、补充注浆等控制措施,使地表变形逐渐趋于稳定变化状态; 3)通过对施工过程地表变形监测数据整理分析,进一步验证了采取地表变形控制措施的有效性和必要性。

矩形顶管在城市地下空间开发中的应用及前景

论述了矩形顶管机的一般结构形式,重点对平行中心轴式刀盘矩形顶管机、偏心多轴式刀盘矩形顶管机、行星齿轮式切削矩形顶管机、多联分体组合式矩形顶管机的结构特点和地层适应性进行了论述。详细介绍了矩形顶管在城市过街通道、地下商业空间、地下停车场等领域地下空间开发中的应用成果;同时对矩形顶管在地下综合管廊、地下物流通道、海绵城市建设等其他地下空间中的应用前景进行了探索;最后,对矩形顶管设备进行了展望并对其发展方向提出了一些建议。

郑州市下穿中州大道超大断面矩形顶管隧道施工沉降控制技术

郑州市下穿中州大道矩形顶管隧道工程具有断面超大、覆土浅、4条隧道平行布置、净间距小等特点,地表沉降控制难度大。为有效控制地表沉降,采取同步注浆及二次注浆、渣土改良及出渣量、顶管机防背土、6刀盘控制及盲区处理、顶管隧道止退等关键技术。实践表明,超大断面矩形顶管在覆土浅、净间距小、地层多次扰动等复杂情况下,选择合适的注浆参数、精细化地控制出渣量及6刀盘操控、实施有效地止退等技术控制地表沉降是切实有效的。

基于“CC工法”的顶管隧道施工地表变形规律分析与研究

为研究“CC工法”施工地表变形规律,依托实际项目,通过对施工过程中地表变形实际监测结果进行整理分析,采用线性回归分析的方法对数据进行拟合,总结本项目“CC工法”顶管隧道施工地表变形规律,将隧道上部覆土扰动分为3类,发现隧道掘进时地表变形呈先隆起后沉降的形态,最终地表总体表现为下沉形态;提出后掘隧道与先行隧道之间存在地表变形影响叠加区,对叠加区的范围和形态进行研究,并分析得出后掘隧道施工对先行隧道地表变形的影响程度;修正传统Peck沉降预测公式,引入地表损失量修正系数和沉降槽宽度修正系数,并验证修正系数的适用性。在此基础上总结影响“CC工法”顶管隧道施工地表变形的主要因素,并提出控制措施。

郑州市下穿中州大道超大断面矩形隧道顶管姿态控制技术

郑州市下穿中州大道矩形顶管隧道工程具有断面超大、覆土浅、4条隧道平行布置、净间距小等特点。为有效控制顶管掘进姿态,全方位介绍了顶管姿态控制、纠偏措施,并对铰接纠偏、双螺旋机出土、六刀盘操控、注浆纠偏、小间距推进控制等关键控制技术进行了详细阐述。实践表明,超大断面矩形顶管在浅覆土、小间距、多次扰动的情况下,采取铰接纠偏、双螺旋机出土、六刀盘操控、注浆纠偏等技术可有效控制顶管姿态。

结构分割转换工法在地下空间开发中的应用及设想

为了更加快速、安全、高效地完成城市地下空间开发,以结构分割转换工法(CC工法)为研究内容,从工法内涵、工程实践和应用推广3个角度展开研究。首先,基于CC工法的最新研究成果,从结构分割、建造方案及节点处理3个方面详细介绍CC工法的核心内容;然后,结合工程实践对该工法进行验证性研究,重点比较跨中设缝与柱顶设缝方案的优缺点,介绍该工程地下结构分割、转换的过程,最终证实CC工法建造地下空间的合理性、灵活性及适用性;最后,进行CC工法在富水地层中应用的可行性研究,通过对CC工法与明挖法、暗挖法、型钢混凝土、地面预制装配式结构等技术进行结合应用研究,得出在特定的工程条件下,CC工法也具有与其他先进工法结合应用的价值。

矩形顶管近距离下穿大断面排水箱涵施工技术

南京市地铁4号线某站点地下人行通道采用大断面矩形顶管法施工,4 m×6 m矩形顶管近距离下穿13.4 m宽既有砖混结构排水箱涵。介绍了工程地质条件及周边环境,运用有限元方法模拟分析了矩形顶管穿越施工过程中排水箱涵的变形情况,对排水箱涵针对性地布置了监测点并进行了分析总结,采取了有效的施工控制措施。

既有建筑物地下空间互连互通施工技术

以海口市国兴大道人行地下通道项目为例,详细阐述了采用矩形顶管非开挖技术实现相邻地下空间互连互通的施工风险以及采取的针对性措施。新技术改变了以往相邻地块的地下空间布局零散、功能单一、缺乏地下空间信息共享的问题,为今后城市地下空间的开发建设提供了借鉴。