济南地区盾构隧道运营期间管片上浮控制技术研究

盾构管片上浮对成型管片质量控制影响巨大,上浮急剧地段会造成管片严重错台、破损、渗漏水等质量问题,影响隧道运营期间正常使用和安全。结合济南地铁3号线某区间盾构隧道运营期间管片上浮应急处置工程实例,经分析研究管片上浮形成原因,形成一系列控制管片上浮施工技术。经过现场施工操作,表明该控制技术对管片上浮控制效果明显,可为类似地质条件下工程应急处理施工提供参考。

大直径盾构隧道预制衬砌吊运系统设计

为适应大直径盾构隧道衬砌环管片和整体式预制箱涵件安全吊运拼装的需求,解决目前管片吊机和箱涵吊机起重能力小、吊装所需净空尺寸大等问题,研制出一套管片吊运和整体式预制箱涵吊运设备,并应用于上海新建机场联络线2标工程。实践表明,单管片吊机的吊运效率可以满足盾构机的掘进需求,箱涵吊运设备可实现大尺寸、重载预制箱涵件在低净空条件下安全抓取与快速吊运,为整体预制式箱涵的推广应用提供装备技术支撑。

施工期盾构隧道上浮机理与控制对策分析

从盾构隧道上覆土的最小厚度计算入手,提出因注浆浆液或泥浆、水等液体包裹管片而形成的静态浮力通常不足以使隧道上浮;在分析注浆压力分布模式的基础上,将注浆压力可能产生的动态上浮力与浆液环产生的静态浮力进行了比较,认为因注浆压力产生的动态上浮力是盾构隧道施工中产生上浮的主要原因,进而提出了控制盾构隧道管片上浮的最小上覆土厚度及最大注浆压力计算式,验算结果与实际情况吻合;最后,基于对管片上浮机理的分析,对管片上浮控制提出了一些建议,并提出为防止管片上浮,需依据埋深、周围土体特性、注浆孔在管片环上的位置情况等对注浆压力实施动态控制.

盾构隧道管片上浮问题研究

盾构隧道施工过程中衬砌管片上浮问题是客观存在的,且一直是较难解决的问题之一,而大直径盾构隧道的上浮问题表现的更为突出。应用有限元法,对地层材料的物理力学性质、注浆材料的性质等影响盾构衬砌环上浮的因素进行了分析。根据分析结果,结合对衬砌结构在施工过程中受力状态的分析,对衬砌环上浮的原因进行了阐述,据此针对大直径盾构隧道的特点,提出了施工、设计过程中控制衬砌管片上浮的对策和措施,可为盾构隧道的施工和设计提供参考。

基于弹性地基梁的盾构隧道纵向上浮分析

盾构隧道施工中刚脱离盾尾的管片经常会出现局部或整体上浮。盾构隧道施工期管片上浮的原因有上浮力作用、纵向偏心荷载作用、切口水压作用、上覆土的反向压缩效应以及地基卸载效应等,重点分析上浮力对施工期管片上浮的影响。将上浮力分为静态上浮力和动态上浮力,分别分析其作用机理,给出计算式。以一隧道工程为例,根据纵向等效连续化模型将其简化为一纵向梁,基于弹性地基梁理论将上覆土的抗浮效应简化为地基弹簧,在求得其纵向等效抗弯刚度、静态上浮力、动态上浮力以及上覆土地基弹簧参数后,运用同济曙光软件,计算得到100 m长管片在静、动态上浮力作用下的上浮量为4-15 cm。该计算值与实测结果比较吻合,表明弹性地基梁方法可以分析盾构隧道的纵向上浮。

盾构隧道管片施工期上浮影响因素的现场试验研究

针对盾构掘进施工时常面临的管片局部或整体性上浮问题,依托宁波地区2例施工期发生较大上浮的地铁盾构隧道工程实例,选择地层特性、埋深等外部条件相似的区段建立掘进速度、总推力反力的竖向分力、同步注浆压力等盾构施工参数以及同步注浆浆液配比的现场试验段,并结合试验段管片上浮的现场监测数据分析上述不同单一因素对施工期管片上浮的影响规律。研究结果表明:管片下半侧注浆压力高于上半侧注浆压力时,管片上浮量增大,当压力差达0.3 MPa时,管片上浮量增加约20 mm;总推力反力变化不大的基础上,其竖直向上的分力增大时,管片上浮量相应增大,当分力增加260 kN,管片上浮量增加约15 mm;在同步注浆胶凝材料总量不变、且非胶凝材料掺量不变的基础上,随着粉灰比、水灰比的减小,浆液抗压强度、黏聚力提高,初凝时间缩短,管片上浮量减小,当每3 m3浆液中水泥的相对掺量增加100 kg,管片上浮能减小19.8 mm;掘进速度单因素对施工期管片上浮无明显影响。

考虑管片环间接头效应的盾构隧道抗浮计算与控制分析

为分析盾构隧道施工过程中的上浮问题,分别定义管片环间接头及上覆土产生抗浮作用为接头抗浮效应和上覆土抗浮效应。在考虑纵向螺栓预紧力和顶进千斤顶残余力产生的端面摩擦力,以及上覆土重力的前提下,分析了盾构隧道的抗浮计算式,并通过一具体实例对盾构隧道抗浮进行了计算。分析结果表明:该计算式将注浆压力、纵向螺栓的许用剪应力,以及上覆土的厚度联系起来,在上覆土厚度一定的条件下,能够计算出防止连接螺栓剪切破坏的最大注浆压力,在注浆压力一定的条件下,能够求出满足抗浮要求的最小上覆土厚度。

盾构隧道抗浮计算模式及其适应性分析

施工期盾构隧道的上浮问题随着盾构隧道的大量修建而引起了广泛关注。基于盾构隧道施工中的上浮问题,系统分析了隧道上浮原因,将其归纳为上浮力作用、轴向偏心荷载作用、切口水压影响、地基回弹作用、上覆土的反向压缩效应以及砂土液化等6个方面;重点分析了因上浮力引起的隧道上浮的抗浮计算模式:从横向和纵向角度提出了局部及纵向总体2种抗浮计算模式。在局部抗浮计算模式中,依据上浮力的特性和作用范围,分为单一管片错动分析模式和整环管片错动分析模式;在纵向总体抗浮计算模式中,讨论了纵向沉降与上浮的异同,进而说明了二者的相通性;并分析了2种抗浮计算模式的适应性。

软土盾构隧道施工阶段上浮量预测综述

随着我国各大城市地铁和江河海底盾构隧道的兴建,施工过程中管片上浮问题已成为当前亟待解决的关键技术问题。首先,从上浮作用机理、横纵向刚度联系、上浮力分布规律以及上浮计算模型方面综述国内外研究现状及存在的问题。其次,在已有研究成果基础上,提出可进一步研究的思路和方向。主要包括:(1)将浆液充填、渗透视为连续过程,探求浆液黏度时变性下管片上浮力分布规律和计算公式;(2)摒弃了传统等效刚度模型和"梁-弹簧"模型,提出横、纵向折中的"局部刚度修正梁-梁"模型;(3)指出弹性地基圆梁法和修正惯用法不适用于分析盾构隧道施工阶段上浮问题,提出抗力反转局部上浮计算模型;(4)考虑浆液时变性、地应力、上浮力以及上覆地层反向压缩特性等因素,创建基于等效刚度或"局部刚度修正梁-梁"思想的盾构隧道整体上浮计算模型。最后,对如何实现给出相应建议。

盾构隧道管片设计若干问题研究与探讨

研究目的:目前盾构隧道管片设计的随意性较大,计算方法缺少相应的理论支撑,计算模型的选取无法体现管片的实际受力情况,无法体现地层与衬砌结构的相互作用,计算参数的取值与实际情况出入较大等。为了进一步加强管片结构设计的准确性与可靠性,对管片设计中涉及的一些主要问题进行研究。研究结论:通过分析得出,对于管片结构,应该采用梁—弹簧模型进行受力分析;管片结构上受到的水压力应按径向加载,隧道拱底反力应取浮力与竖向荷载的较大值,管片与地层的相互作用应通过管片四周设置的径向与切向土弹簧来实现;采用地层应力释放系数来模拟盾构施工对周围地层的扰动效应,得出应利用浆液的最小屈服强度控制盾尾后方隧道的上浮趋势。

盾构隧道管片上浮的机制研究

盾构法施工时难以避免地会对隧道周围地层造成扰动,引起地表位移,对盾尾间隙的充填可以有效地控制盾尾地表沉降。但在盾构掘进、盾尾间隙注浆施工中,隧道管片局部或整体上浮现象也时有发生。对管片结构在施工过程中受力状态进行分析,将管片的上浮归为四大类,即管片封闭成环的上浮、盾构掘进顶推时的上浮、脱出盾尾后管片的上浮、浆液初凝后管片的上浮。并提出管片脱出盾尾后至浆液初凝前的上浮计算方法,此外针对盾构施工期间管片的上浮,提出了管片上浮的控制措施。研究成果可为盾构隧道管片抗浮设计及施工提供一定的技术依据。

大直径泥水盾构隧道浆液初凝后管片上浮规律研究

为了研究大直径泥水盾构隧道管片的上浮变化规律,对管片结构在施工过程中的受力进行分析,将管片的上浮分为浆液初凝前的急剧上浮和初凝后的缓慢上浮两个阶段,并引入地基沉降的弹性力学公式,在考虑地层应力、千斤顶反力、环间摩阻、螺栓抗剪力以及管片浆液自重因素下,建立了浆液初凝后管片上浮量计算模型。然后以上海地区正在修建的北横通道西线盾构隧道工程为背景,分析管片上浮量实时监测数据,找出管片上浮量的发展规律,确定浆液初凝后管片上浮量在整体上浮量中所占比例。并采用该比例根据实测上浮量求得浆液初凝后上浮量,与理论模型计算结果相比,二者较为接近,验证了浆液初凝后管片上浮量计算模型的合理性。

基于模型试验的盾构隧道施工期浆液浮力计算

在盾构法施工隧道时,刚脱离盾尾的管片被同步注浆浆液包裹,受到浆液的浮力作用。浆液不同于一般的流体介质,浮力的规律值得研究。通过室内材料试验和模型隧道抗浮试验,研究隧道结构在同步注浆浆液中浮力的变化规律,建立了单液浆包裹下隧道浮力的计算理论,为进一步研究实际隧道掘进施工时的稳定性提供依据。

液压提升法在盾构隧道管片下沉超限治理中的应用研究

为解决盾构隧道管片下沉超限质量问题,提出采用液压提升法治理方案。以南宁轨道交通1号线某盾构区间洞口管片沉降治理为例,介绍液压提升法的工艺原理、方案设计、作业过程及质量安全保证措施。

富水承压地层盾构管片上浮规律及控制措施探讨

在地铁盾构施工过程中,隧道管片上浮问题十分普遍,严重时甚至会造成隧道轴线偏差超限,影响整个线路的设计规划。总结分析国内盾构管片发生上浮的现象和特征,指出承压水对诱发管片上浮起重要作用。依托北京地铁17号线香西区间盾构隧道,开展盾构穿越富水承压地层的理论分析和数值模拟。结果表明:导致该工程管片发生较大上浮现象的原因不应仅考虑浆液浮力和地层回弹的作用,还应考虑承压水作用的影响。缩短同步注浆凝结时间和补充二次注浆是针对浆液浮力的措施,而在隧道周边径向注浆则可同时减少地层回弹和承压水的影响,径向注浆对减小管片上浮效果明显。

地铁盾构隧道浅覆土下穿河道方案设计

以成都某地铁区间下穿河道工程为依托,对盾构穿越河道采用抗浮板+抗拔桩结构进行辅助抗浮,并分别就施工阶段结构抗浮、运营阶段结构抗浮进行验算,分析盾构穿越过程中抗浮板及纵梁的受力情况。同时分别阐述地铁区间浅覆土下穿河道的设计思路及在该条件下穿越时的管片抗上浮、管片防水处理、抗浮板防冲刷等特殊问题的处理措施。随着城市轨道交通的快速发展,本文所提出的技术措施对未来类似条件下的隧道施工具有一定的参考价值。

大直径盾构管片快速吊运系统的设计及应用

针对8m^10m直径级盾构机在城际铁路隧道施工中的管片快速吊运需求,设计了一种由重载大坡度管片吊机、管片卸载器组成的管片吊运系统,完成了样机研制与工业性试验。本管片吊运系统具备管片一次卸载吊运功能,可直接沿12°斜坡轨道将重型管片从卸载位置吊运至管片拼装位置,具有施工迅速、自动化程度高的特点,并成功应用在广珠城际铁路珠海横琴隧道工程的国产ZTE8800土压平衡盾构机上。

管片起吊架的有限元分析

为满足盾构施工要求,保证施工安全,对管片起吊架进行了有限元分析。应用Croe软件建立管片起吊架的三维模型,导入ANSYS Workbench软件进行应力与变形分析,并进行结构优化。同时进行了动力学分析,为管片起吊架的优化设计提供参考。

适用于小直径盾构机的管片起吊装置

指出了现有市场上搭配盾构机使用的管片起吊装置普遍采用悬挂小车加环链葫芦的结构形式,结构限制不能满足小直径盾构机的问题,文中介绍将原起升机构设计为开式结构的改进方法,阐述了设备组成。该改进方法极大限度地降低净空高度及结构尺寸,使其适用于更多的盾构机。

大型盾构机专用智能化卷扬式管片吊机

介绍了一种适用于大型盾构机的智能化卷扬式管片吊机,该设备在满足6~14 m直径盾构机在隧道施工中管片吊运供给需求的同时,采用开环防摇控制系统、报警式起重机用遥控器等技术,不仅可以安全快速地运行在±5°斜坡轨道上,而且较普通环链葫芦型管片吊机具有起重量大、运行速度快、结构更加紧凑、自动化程度高、安全可靠等优点,能更好地满足隧道施工进度的要求。