盾构隧道施工应重视的工程环境灾害问题——从土仓内不明气体爆燃事故引发的思考

2008年4月15日广州地铁一区间隧道在盾构开仓过程中发生不明气体爆燃事故,事后对紧急封闭的土仓内气体进行了成份与浓度的检测,并对隧道所处的地质环境与工程环境进行了分析,由此提出了盾构隧道的工程环境灾害问题,并针对盾构施工类似问题制定了相应的防范措施。建议今后盾构隧道施工中必须注意环境可能形成的工程灾害—工程环境灾害,并对相关规范进行完善。     

小转弯半径隧道盾构施工技术探讨

针对郑州市轨道交通1号线博体区间的富水砂层小转弯半径盾构隧道工程,从管片选择及盾尾间隙控制、管片壁后注浆加固、管片纵向加强和螺栓复紧、盾构推进轴线预偏、盾构测量与姿态控制、盾构施工参数选择等控制措施进行了论述,通过实际的操作和控制对小转弯半径曲线隧道盾构施工中易出现的管片错台、盾尾管片外弧面碎裂、角部碎损等施工难题给出解决措施,保证了盾构隧道施工的顺利进行,为今后类似工程施工提供了借鉴作用。     

基于BOTDA光纤传感技术的盾构隧道变形感知方法

 盾构隧道横断面收敛变形是评价隧道结构性态的重要指标。由预制管片拼装而成的盾构隧道,接头刚度显著低于管片刚度,因此,其横断面变形主要集中在接头张开及管片转动部位。针对盾构隧道横断面变形特点,提出考虑分布式光纤传感技术空间分辨率的点式固定方法,测量相邻管片接头两侧的相对位移。运用几何学原理,对管片接头张开、管片转动及隧道变形进行分析。通过2组不同轴力下的盾构隧道接头室内原型试验验证该方法,结果表明该方法可以有效感知盾构隧道横断面变形。采用该方法长距离布设光纤,可形成盾构隧道变形感知神经网络,提高监测密度,实现长距离、高密度、高精度、低成本的盾构隧道变形健康监测,从而保证地铁隧道的运营安全。     

盾构近距离下穿对已运营隧道的变形分析

以西藏南路隧道下穿轨道交通8号线工程实例,分析了隧道施工过程中运营隧道的变形情况。根据实测数据对新建隧道下穿运营隧道时运营隧道的变形特点进行了分析,对运营隧道的变形性状进行了总结,给出了其中的变形规律。盾构隧道近距离下穿对运营隧道影响明显,隧道变形与盾构类型、地质条件、注浆施工控制及线路姿态调整等紧密相关。     

罗湖～国贸区间重叠盾构隧道施工

结合罗湖～国贸区间重叠隧道盾构施工,采用有限元方法分析了施工阶段重叠盾构隧道的相互影响,确定了先施工下部左线隧道,对周边岩土进行注浆加固,再施工上部右线隧道,然后注浆加固的施工顺序.施工右线隧道时,对左线隧道位移和深层沉降进行监测并采取选点注浆、架设支撑的辅助保护措施.同时,对右线隧道下卧层土体进行注浆加固,保证隧道稳定及减小隧道之间影响.     

盾构隧道上穿已建隧道三维数值模拟分析

某地铁工程出入段线盾构隧道上穿先建的正线盾构隧道,针对4种不同工况下,盾构下穿掘进中造成的地表沉降、盾构周围土体变形及正线盾构上浮进行了分析。     

双线盾构施工对邻近建筑物影响的数值分析

 城市繁华地区盾构隧道施工常需从建筑下方地层穿越,如何确保上部建筑及隧道安全是施工中的难题。以武汉长江双线盾构隧道工程为例,利用有限元程序ABAQUS,对穿越武汉理工大学5层钢筋混凝土框架结构电教楼下方的隧道盾构掘进采用三维数值分析方法进行计算,模拟盾构掘进引起的地层变形和规律以及对隧道上部建筑物的影响。计算预测值与实测值较吻合,分析方法可用于分析和预测盾构掘进引起地层及隧道上部建筑物的变形。     

基于肯特危险指数法的盾构隧道刀具磨损风险评价

根据肯特危险指数法的原理,结合盾构隧道工程特点,建立了适用于盾构隧道工程的指数法风险评价模型,利用该模型对某越江隧道盾构掘进过程中刀具磨损进行了风险评价,得出该施工段盾构刀具磨损风险为不可接受的风险,初步验证了模型的可用性.     

地铁盾构区间隧道施工风险的分析与控制

随着我国经济的快速发展,我国地铁工程项目逐步增多.在施工建设过程中,隧道施工风险控制对于地铁工程安全施工有重要的意义.盾构法是地铁隧道工程常用工法,具有安全性高,施工效率高等优点.论文以地铁盾构区间隧道施工项目为例,结合项目内容,对影响地铁盾构区间隧道工程工艺操作过程的因素进行分析,提出了地铁盾构区间隧道工程工艺操作过...     

盾构管片自动建模方法研究及应用

为实现盾构区间三维可视化设计,提高盾构管片建模,研究了基于 BIM 技术的自动化建模方法,建立了盾构区间的三维建模及应用流程。首先,研究出利用 Dynamo 结合隧道中心线坐标表自动创建盾构隧道中心线模型方法,介绍了如何利用 MicroStation 软件创建标准双面楔形通用盾构单元环精细模型。其次,通过对 MicroStation 软件进行二次开发,利用开发的插件完成对整个盾构区间隧道模型的自动化创建。最后,基于该研究成果,以实际项目为依托,验证该方法流程的可行性,并进行了与三维地质模型结合的延伸应用,取得了较好的应用效果。     

采用准直管磨料射流掘进硬岩巷(隧)道的可行性试验与探讨

 为了提高坚硬岩石巷道的掘进速度和质量, 研究了准直管磨料射流用于岩石巷道掘进的方案, 分析了准直管磨料射流装备的结构特点和工作原理。试验研究了准直管结构参数、磨料参数、进给速度对射流切割效果的影响。初步研究表明这一设想基本可行, 是一种值得探讨的新型掘进方法。     

土压平衡式盾构掘进过程的相似模型试验

土压平衡式盾构掘进过程是一个多系统综合运作的复杂力学过程。为实现土压平衡盾构掘进过程的相似模拟,设计制造能够完成掘削面开挖、螺旋出土器出土、盾构机推进、管片拼装、盾尾注浆等全过程模拟的土压平衡式模型盾构机。其次对盾构-地层系统的相关参量进行甄别,选出对试验结果有重要影响的参量,同时基于相似理论,通过量纲分析的方法得到盾构-地层系统的相似准则。基于该相似准则,进行土压平衡式盾构掘进过程的室内相似模型试验,获得土压平衡式盾构掘进对地层影响的一般规律,该试验结果经过相似关系换算后可直接反映出原型中的实际地层沉降量。这种能够实现掘进全过程模拟的土压平衡式模型盾构机为深入研究盾构施工对地层及周围环境的影响提供新手段。     

不同围岩地质条件下盾构掘进效能评价方法

考虑盾构掘进过程中掘进机与围岩的耦合作用,提出反应掘进参数和地质条件综合作用的盾构掘进效能评价指标体系。将岩石磨蚀性指标K_CAI作为围岩可掘性评价指标,构建围岩可破量模型,提出适用于盾构施工的围岩可掘性分级体系。通过对盾构掘进效率研究,提出盾构掘进指数K_STI以反应盾构掘进能耗,基于对盾构施工大数据的分析,确定了不同围岩分级下掘进指数合理区间并进行分级评价。综合围岩可掘性分级和盾构掘进指数分级体系建立盾构掘进效能评价方法,并对盾构掘进效能评价划分为1~7个等级。以广州地铁3号线大石-汉溪区间的地质条件和掘进参数为例,进行了盾构掘进效能评价,验证了该效能评价方法的正确性,为盾构掘进参数的设定提供理论参考依据。     

基于地层损失的盾构隧道地面沉降控制

依据盾构推进各阶段特征,分析了盾构推进引发地面沉降的机理。基于地层损失,建立了盾构隧道地面沉降控制体系。该体系综合了土层特性和盾构隧道设计参数,通过设定地层损失率,利用经验公式对隧道纵横两个方向的地面沉降做出预测,基于沉降控制指标反算需要控制的地层损失率,用于控制沉降;利用数值模拟分析隧道施工过程,基于地面沉降三维曲面,分析地层损失及施工控制参数对地面沉降的影响。对比分析设定地层损失率计算结果与现场监测数据,建立地面沉降—地层损失率—施工参数之间的联系,通过施工参数控制实现地面沉降的控制。     

大断面饱和黄土隧洞成洞条件研究

针对南水北调中线穿黄连接段大断面饱和黄土隧洞的成洞条件问题 ,应用岩土工程软件FINAL对几种可能的方案进行了施工仿真试验研究。研究结果表明 :①新奥法施工方案在该大断面高水头饱和黄土围岩中能够成洞 ;只需紧跟掌子面喷护 ,挂网 2 5cm加系统锚杆形成柔性支护圈即可维持围岩稳定 ;②双洞中心相距 2 .5倍洞径时应力与变形的相互影响小于 5 % ;③双洞合一的掏槽一次永久衬砌方案也可成洞 ,且施工技术要求最低 ,但洞周变形最大 (约 1 40mm) ;④双洞合一的预制混凝土超前压桩衬砌方案虽施工工艺复杂 ,但却能最大限度的限制围岩变形 (最大沉降小于 1 0mm) ,在重要建筑物底下穿过时 ,可能是首选方案。     

大型全断面盾构掘进试验台的监控系统设计

开发完善的监控系统是实现盾构自动化施工的重要手段。采用模块化设计方法搭建大型盾构掘进试验台控制系统,由PXI仪器实时采集水土压力信号,PLC控制器对盾构掘进试验过程进行逻辑控制。系统基于Profibus现场总线技术,采用主从式通讯网络实现上位机、控制器及设备间的数据交互,完成现场试验控制。采用LabVIEW编程软件设计用户程序,实现状态监测、参数设置、数据管理及故障报警等功能。测试结果表明此监控系统运行稳定,具有数据传输速度快,抗干扰能力强,可靠性高等优点。     

基于调查问卷的岩巷炮掘速度影响因子分析

通过对煤矿巷道掘进巷道基本数据和掘进相关人员调查的分析,得到了岩巷的不同的参数对应的速度关系和普遍认为的影响岩巷快速掘进的主要因素和一般因素,深入研究了影响掘进速度的直接或间接原因,提取影响掘进速度的众多因子,构建出了岩巷掘进速度的影响因子体系。     

DDA 数值模型及其在 岩体工程上的初步应用研究

根据已初步开发出的ＤＤＡ模型计算程序，分别就某工程试验洞洞挖和边坡明挖问题进行了计算，并与有限元结果进行了比较。两种开挖问题计算结果表明，ＤＤＡ模型计算结果在岩体开挖位移形态及位移量级上与有限元及实际位移监测结果都具有较好的可比性，说明该模型所反映的岩体开挖变形趋势是符合实际的，分别就ＤＤＡ模型应用于岩体洞挖和明挖计算时所存在的问题进行了讨论，包括岩体开挖荷载施加方式、块体界面特性模拟以及块体系统嵌入差别等问题。     

Energy saving of cutterhead hydraulic drive system of shield tunneling machine

In this paper, an energy saving drive system with variable speed hydrostatic control for cutterhead drive of shield tunneling machine is presented. The mathematical models of electric motor link and pump controlled motor link are built. Power consumption and energy losses of each link through the whole drive system are analyzed. To compare with the conventional cutterhead hydraulic drive system, simulations and experiments are carried out concerning a test rig with the hydraulic loading system performing different working conditions. Base on a group of tunneling parameters in three typical types of soil layers and the characteristics similarities between the drive systems of model machine cutterhead and variable speed pump controlled motor, the energy saving effect and system efficiency improvement of the proposed cutterhead drive system compared with the system currently undergoing services are achieved finally, providing a promising drive technique with great potential of energy saving.     

大型泥水盾构隧道开挖面稳定机理与应用研究

针对大型泥水盾构隧道开挖面平衡这一难题,以复兴东路越江隧道工程为工程背景,对泥水盾构开挖面稳定机理进行了理论分析;通过室内泥浆的特性实验及微观分析,结合工程现场试验和监测数据分析,详细论述了泥水盾构隧道开挖面的平衡理论和稳定机理,对影响泥水盾构隧道开挖面平衡与稳定的主要因素进行了分析.通过PMS泥水体系与原有泥水体系在工程中应用效果对比,发现PMS泥水体系能快速形成高质量的泥膜,更有利于大型泥水盾构隧道的开挖面稳定,在大型泥水盾构隧道施工中应用前景广阔.