超大直径盾构隧道管片上浮原因与对策分析

超大直径盾构隧道管片的抗浮问题是其普及化的瓶颈.系统总结和分析了管片上浮的原因和机理:包括地质条件、盾构工法特性及施工参数、盾构姿态、覆土厚度、管片接头、施工扰动、注浆工艺和浆液特性等.并就控制超大直径盾构隧道管片上浮提出了具体措施,以期能对超大断面的水底隧道、地铁区间隧道的浅覆土盾构施工起到借鉴作用.     

地铁低瓦斯区间小间距重叠隧道大直径盾构施工技术

针对成都地铁18号线天府新站-龙泉山隧道进口端盾构区间和合江车辆段出入线组成的上下重叠隧道进行了施工技术研究,提出了"下部隧道盾构掘进参数控制+下部隧道围岩和夹层土体注浆双加固+下部隧道内设管片支撑结构+上部隧道盾构掘进参数控制"施工措施,建立了地铁区间小间距重叠隧道大直径盾构施工技术。经管片支撑结构应力、地表沉降和下隧道管片结构变形监测结果分析,验证了建立的技术的可行性,安全快速地完成了施工任务,对今后类似工程提供参考。     

大直径管片拼装及缺陷处理

总结了北京地下直径线工程大直径盾构管片拼装技术，初步分析了大直径盾构钢筋混凝土管片施工过程中的表观破损原因，并对破损管片修补技术进行探讨，提出对拱腰以上、拱腰以下部位管片的不同修补方法，保证了大直径盾构管片的强度及外观质量。     

软土地区浅埋大直径盾构隧道管片上浮规律及预测： 以上海机场联络线工程为例

为探究软土地区浅埋大直径盾构隧道管片上浮规律及其影响因素,本文依托上海机场联络线浅埋大直径盾构隧道工程案例,基于实测数据分析了盾构姿态变化对管片上浮的影响,揭示了管片上浮量与施工参数之间的相关关系,提出了考虑多因素的管片上浮非线性预测方法。研究结果表明,管片上浮主要可分为脱出盾尾前初始偏差及变形、快速上浮（盾尾5环）、缓慢上浮（盾尾5-15环）和沉降等4个阶段;盾构姿态、管片姿态与超挖是影响管片上浮特性的重要因素;管片上浮量与平均推力、盾构仰角、平均推进速度呈正相关,与上下盾尾间隙差呈负相关,采用多元非线性拟合方式可以综合考虑多因素较好地预测管片上浮量。本文相关研究可为大直径盾构隧道施工过程中上浮预测与控制提供参考。     

曲线段大直径盾构掘进引发管片上浮影响

为研究曲线段大直径盾构隧道在上软下硬地层对管片上浮的影响,针对曲线段盾构隧道施工开挖面支护力、管片上浮的施工风险因素进行研究,采用极限平衡法研究开挖面支护力稳定性的影响,对开挖产生的不规则类棱台型土体进行横向竖向受力分析,建立静力平衡方程,求解开挖面处于极限平衡时的极限支护力.进一步研究开挖面支护力、曲线段大直径盾构隧道在上软下硬地层掘进对管片上浮的影响,并且分析影响管片上浮的地质以及盾构掘进姿态等因素,提出相应盾构管片上浮综合控制措施.结果表明:当破裂角φ1=29.0°,φ2=25.5°时,极限支护力T=128.5 k Pa.应合理控制盾构掘进姿态,保证合理的支护力,防止在上软下硬地层大直径盾构盾尾注浆滞后以及浆液硬化滞后,隧道产生偏离曲线掘进轴线的上下摆动,造成管片上浮;对于上浮比较严重的区域,可以采用双液注浆法,阻止管片上浮;对于已经产生管片上浮的区域,可以采取“上压下放”的方式增加隧道的配重或采用抗拔装置施加外力来抵抗地下水上浮量.     

PBA大直径盾构隧道扩挖车站施工的关键技术

北京地铁十四号线采用外径为10 m的大直径土压平衡盾构进行地铁施工.由于盾构隧道扩挖车站施工具有盾构设备利用率高、建设进度快、环境影响小的优势,将台站采用盾构隧道已形成的中洞结合PBA法(洞桩法)扩挖而成,解决了盾构区间施工速度快与车站施工速度慢之间相互矛盾的问题.本文重点分析PBA大直径盾构隧道扩挖车站的工法特点,明确车站结构形式及施工步序,对施工过程中盾构掘进控制、管片拼装与拆除、纵梁与管片的连接、初支及二衬施作等关键技术进行了研究.施工完成后,实测数据显示地表沉降满足控制要求.研究结果可为类似工程提供参考及借鉴.     

不同埋深下大直径盾构隧道横向刚度有效率

盾构隧道衬砌结构整体性能受到纵缝及环缝接头不连续性的影响,接头受力状态随埋深变化发生改变,其刚度也将发生变化,进而引起结构整体刚度的改变,对于大直径深埋盾构隧道这一影响更为突出.基于该问题,以上海沿江通道越江隧道典型衬砌结构为例,采用横向变形等效原则,参考管片接头结构试验结果,研究大直径盾构隧道横向等效刚度随埋深而变化的规律,并考察了地基刚度与错缝拼装对于计算结果的影响.结果表明,大直径盾构隧道的横向刚度有效率与埋深有较大关联,覆土较浅时变化规律相对复杂,覆土厚度超过1.0倍直径后随埋深整体上呈现先递增而后递减的趋势,在埋深达到2.0倍直径后由于地层成拱效应不再继续降低,上述规律还受到地层条件的影响.研究成果对于大直径盾构隧道的设计与计算具有一定的参考价值.     

大断面深埋高水压盾构隧道实测内力反算与分析

结合南京地铁3号线大直径盾构隧道工程,对隧道管片钢筋应变进行了现场测试,基于既有的管片内力反算方法,考虑混凝土非线性性质及管片接头,提出了适用于深埋高水压盾构隧道的内力改进算法,并对改进算法反算内力与结构设计计算内力进行了对比分析.结果表明:改进算法更能反映管片的实际受力状态,更适用于荷载模式复杂且接头传力机制多变的大断面深埋高水压盾构隧道;采用设计方法计算的深埋高水压盾构隧道管片及接头内力与改进算法反算内力的分布规律基本一致,但在量值上具有一定的差异;采用设计方法计算的管片及接头轴力为改进算法反算轴力的1/2左右,反算的管片弯矩在拱底位置与惯用法计算弯矩接近,在拱腰及拱顶位置与梁-弹簧法更为接近,反算的接头弯矩大于梁-弹簧模型计算接头弯矩.研究成果可为大直径深埋盾构隧道设计提供参考.     

大直径盾构负环管片拆除及隧道换装技术

通过对北京铁路地下直径线2标工程的研究,确定在刀盘改造期间进行负环管片拆除的一系列工作,重点如部分反力架的拆除方法、负环管片的详细拆除方法以及拆除反力架后临时支撑的架设方法,同时就泥水盾构隧道的换装技术进行了叙述,最终在7 d之内成功拆除了7环负环管片,节约了工期,保证了后继施工的材料运输速度。     

大直径越江公路盾构隧道振动特性测试分析

盾构隧道内车辆通行对隧道产生动力作用,可能导致隧道周围软土层产生较大沉降。基于无线传感网络平台,对大直径越江公路隧道内衬砌与路面板在车辆荷载激励下的振动特性进行现场实测,获得时域与频谱信号,分析得到管片与箱涵底板的最大垂向加速度幅值与振动优势频率,发现箱涵底板与隧道管片垂向振动同步的规律。测试结果可为隧道周围地层沉降变形分析参数取值提供参考。     

盾构隧道通用楔形环管片排版技术探讨

依托兰州轨道交通1号线一期工程试验段,针对通用楔形环管片在该盾构区间的施工排版技术进行探讨.通用楔形环管片通过设计排版、轴线拟合调整及施工调整等措施,确保了通用楔形管片在不同的曲线半径或复杂曲线段设计轴线与隧道轴线耦合,减少管片错台,提高了隧道衬砌质量.为类似通用楔形环管片施工提供了一些借鉴和帮助.     

地铁盾构隧道30°斜穿地裂缝的物理模拟试验

为了研究30°斜穿地裂缝的盾构隧道管片衬砌结构在地裂缝影响下的变形破坏模式和影响规律,从西安地铁盾构隧道工程背景和西安地裂缝地质环境出发,根据相似理论设计了盾构隧道管片衬砌结构模型试验的相似常数,对模型混凝土、模型钢筋、结构围岩、模型管片及其连接螺栓参数等进行了设计.该结构模型试验能对结构钢筋、混凝土进行应变测量,对结构接触土压力和结构外围土压力、结构内部收敛位移、模型顶表面土体变形等进行观测.借助地基沉降试验平台,通过自锁式千斤顶的缓慢下降,实现对地裂缝上盘相对下降的模拟,地裂缝的活动速率和错动量通过工控机控制自锁式千斤顶的运行速率和行程来实现.试验结果表明:该试验设计满足地裂缝活动下30°斜交盾构隧道管片衬砌结构变形破坏模式和破坏范围研究的需要,能实现模型试验目标;地基沉降试验平台能较好地模拟地裂缝的活动.     

小曲率隧道盾构关键技术及发展现状

21世纪是地下空间开发利用的世纪,地下轨道交通成为争先推动的重点之一,其对缓解交通压力有着不可替代的优势.因盾构隧道施工具有自动化程度高、掘进速度快等优点,在目前地下轨道交通修建中被普遍采用,特别是小曲率盾构区间因其线路适应性强,更是未来地下空间开发利用的重要支撑.与直线隧道相比小曲率隧道的力学性能更加复杂,会给盾构管片设计带来前所未有的挑战.首先总结剖析国内外几种常见的盾构管片衬砌计算模型及相关试验方法,分析当前典型模型的优缺点,进一步开展小曲率半径掘进区盾构管片的现场试验,提出小曲率隧道盾构设计关键技术,有望对未来地下轨道交通的小曲率区间盾构设计提供理论指导与技术支撑.     

盾构隧道纵向等效抗扭刚度与抗扭性能研究

盾构隧道因具有拼接特性,在非对称外荷载作用下易产生纵向不均匀扭转。过量的不均匀扭转将导致管片和螺栓产生较大应力和变形,并发生环缝错位和轨道倾斜,严重影响隧道安全,但目前工程界对隧道扭转问题的认识和关注仍不足。为研究盾构隧道纵向抗扭性能,首先,基于等效连续化模型和力平衡方程,推导不同受力组合状态下的盾构隧道纵向等效抗扭刚度计算方法;其次,将抗扭刚度的解析解与有限元模拟结果进行对比,验证提出的抗扭刚度解析方法的有效性。最后,分析管片厚径比、宽径比、螺栓剪切长度以及隧道纵向轴力和弯矩等对抗扭刚度的影响,并给出隧道自抗扭临界荷载(N0,M0)包络图。研究结果表明：隧道纵向抗扭刚度有效率随着管片厚度与直径之比增大而减小,而随着管片环宽与直径之比增大而增大;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着螺栓的等效剪切长度增大而减小;螺栓等效剪切长度仅影响环缝的扭转变形,而对接缝中性轴、扭转中心位置等没有影响;盾构隧道纵向抗扭刚度有效率随着压扭比或弯扭比增大而增大。设计中控制合理的压扭比与弯扭比对隧道抗扭十分重要。建议将螺栓增大预紧力或采用预应力管片结构视为提升盾构隧道抗扭性能的有效措施。     

北京铁路地下直径线盾构选型及功能设计

根据隧道直径的大小和地质等条件,分析北京铁路地下直径线隧道工程盾构法施工中盾构设备选型考虑的因素及选择的机型,确定盾构机型配置的主要功能及对地质的适应性,并对盾构主要结构数据和配备能力进行了计算和描述。提出了盾构选型和设计中需要注意的事项和问题。     

正断层错动下地铁盾构隧道变形破坏模型试验研究

为揭示跨隐伏断层地铁盾构隧道结构变形破坏特征,采用自主设计的模拟隐伏断层错动加载试验装置,开展1∶25几何比例的跨断层盾构隧道模型试验,分析正断层错动下盾构隧道的力学响应规律及变形破坏特征.试验结果表明：在2 cm正断层错动影响下,隧道纵向差异变形呈现非线性增大趋势,环缝接头张开变形主要位于断层下盘隧道拱顶及断层上盘隧道拱底,且环缝峰值张开量已超过盾构隧道接缝防水限值;断层延长线与隧道交界处管片直径收敛变形较为严重,该处管片呈现拱腰外侧受拉、拱顶及拱底外侧受压的受力状态;管片与地层之间接触压力受断层错动的影响较大,存在围岩挤压区与围岩松散区,但接触压力峰值相对较小;盾构隧道的主要变形破坏特征为环缝接头拉裂破损、管片纵向开裂及环缝接头变形,管片发生斜向剪切破坏及局部压溃破坏的概率较低.基于盾构隧道环纵向变形破坏特征,建议将管片环缝变形及接头混凝土拉裂破损作为界定跨断层盾构隧道结构破坏的主要控制指标.基于隧道的变形破坏模式,提出了跨断层盾构隧道结构设计及应对措施的建议.     

过江通道盾构式管片生产工艺及质量控制

结合南京纬三路过江通道工程N线工区C60混凝土盾构式管片生产过程,依据过江通道对管片质量的具体要求,对大直径过江隧道盾构式管片生产工艺和质量控制措施进行了研究与总结,明确提出钢筋骨架制作时钢筋切料误差及钢筋骨架成型精度,管片蒸养时间及升温、降温速率要求,管片混凝土浇筑条件与浇筑时入模板温度,钢筋混凝土管片成品水平拼装检...     

地铁盾构隧道管片防水技术措施探索

本文通过结合某地铁盾构隧道施工实例，针对该隧道管片施工环节，提出采取可行的防水技术措施，从管片安装、管片自防水、环形间隙注浆体作为隧道防水的加强层等措施分别探讨管片防水的实现，旨在能为同类工程提供有价值的参考。     

小净距浅埋盾构隧道相互影响机制与控制措施研究

工程实践表明,浅覆软弱地层中大直径小净距盾构隧道施工时,后行隧道施工显著影响先行隧道的安全.依托某盾构隧道工程,采用精细化数值模拟技术,建立盾构隧道施工模型,分析小净距浅埋盾构施工相互影响,并对不同净距下盾构隧道施工相互影响规律进行分析.结果表明:双线浅埋盾构隧道施工时,净距与地表沉降槽宽度呈线性正相关,与沉降峰值、管片附加变形、接头张开量和附加拉应力呈负相关;浅覆软弱地层盾构施工时应避免将封顶块置顶;陈村2号隧道净距小于5 m区段,先行隧道管片内力不满足规范要求,采取"隔断墙+水泥土搅拌桩"控制措施,实测和数值结果均表明控制效果良好,研究成果可为后续类似工程设计和施工提供参考.     

大直径泥水盾构复合地层速凝浆液的同步注入技术

在大直径泥水盾构施工中,由于大断面隧道所承受的浮力大和泥水对浆液的稀释及通过富水复合地层等不利条件,同步注浆效果大受影响.本文结合正在施工的盾构隧道施工情况进行研究分析,通过对盾构原有注浆设备和管路优化改造,由传统的同步注入单液水泥砂浆改造为同步注入复合浆液,达到了同步注入速凝浆液的目的,并通过在施工中加强过程控制和采取辅助措施,解决了因同步注浆效果差造成的管片上浮及开裂等技术难题,取得了很好的效果.