运营期水下盾构隧道渗漏成因及治理技术研究

针对某运营期内水下盾构隧道出现的管片环缝渗漏、螺栓孔渗水、行车道板接缝渗漏的原因进行分析,从堵水机理、堵水效果、施工难度、施工风险及对既有防水体系的影响等方面进行综合比选,最终确定该水下盾构隧道渗漏治理采用接缝注浆的方案并进行了工程应用。     

管片螺栓孔制作技术研究

管片螺栓孔作为预制管片的重要部分,盾构隧道施工中将一种直线形或者有一定弧形的紧固连接件（管片螺栓）通过螺栓孔将各管片组合在一起,形成管道。管片螺栓孔的制作成型质量影响着整体施工拼接进度及地下水渗漏安全。为提高管片螺栓孔一次成型率,满足管片施工质量的要求。根据管片芯棒实际外形尺寸,对弯管、封浆垫片重新开模,量体裁衣,针对不同的模具轴向斜边,标准块、邻接块、封顶块的螺栓孔的预留采用不同的弯管,配合特制封浆垫片,可以确保管片螺栓孔制作成型质量。最终实现了预制混凝土管片模具与芯棒交接处不漏水泥浆,管片环缝及纵缝均≤1mm,水平拼装成环内径误差±2mm,成环外径误差范围（-2mm、+3mm）及形成实操方案。     

上海越江隧道渗漏现状调查与分析

上海黄浦江越江隧道具有直径大、接缝长、埋藏深、水压高等特点,隧道周围软土又极易引起隧道结构变形,从而造成隧道结构防水的复杂性。上海越江隧道防水理论和防水技术在实践中不断提高,盾构法隧道管片自防水能力和接缝防水技术均取得了卓有成效的进步。通过对当前隧道渗漏情况的调查表明,新建的盾构隧道渗漏量较好地控制在0.1L/m²/d以下,矩形段渗漏量相对较大。调查还表明越江隧道的渗漏主要集中于圆形隧道段管片的环缝、纵缝、注浆孔、螺栓孔及管片裂缝、圆形隧道与竖井的井圈部位、竖井与矩形段连接部位、矩形暗挖段的变形缝(施工缝)、结构裂缝等。分析还表明越江隧道渗漏量与沉降累积值并无直接的联系,隧道沉降量大的地方渗漏反而不是最严重的。     

盾构隧道的结构病害及其成因探析和治理措施

随着大量盾构隧道投入运营,隧道结构的病害问题逐渐显现。本文从影响和引起隧道结构病害的原因出发,对盾构隧道服役寿命期内其结构病害的情况进行了总结,阐述了盾构隧道结构病害、劣化的主要类型及其内在和外在的表征形式。事实显示,引起盾构隧道结构病害的主要成因包括:运营期特殊荷载导致的隧道结构突发损伤、隧道结构耐久性不足和隧道结构变形等长期行为产生的损伤。盾构隧道结构的病害和损伤主要包括管片和路面结构混凝土开裂、破损剥落;钢筋锈蚀且与混凝土粘结力降低;管片连接螺栓锈蚀或长期受应力腐蚀作用产生扭曲变形甚至断裂;隧道衬砌环纵缝的错台变形、接缝张开等;另外还包括隧道管片、衬砌接头、螺栓孔等位置的渗漏。     

高海拔严寒地区交通隧洞盾构管片渗漏处理技术

某公路盾构隧洞位于高海拔严寒地区,盾构管片安装施工完成后发现较多部位存在漏水现象,给车辆通行带来较大安全风险。通过对隧洞管片接缝、螺栓孔及灌浆孔等部位渗水特征的统计分析,结合隧洞管片接缝漏水与山体断裂带分布的相关性,制定了管片接缝滴漏水部位埋管引排,管片接缝渗水及螺栓孔、灌浆孔漏水直接封堵的防渗处理方案,并据此开展了渗漏处理施工,取得了良好效果。     

管片局部渗漏对地铁隧道长期沉降的影响规律

由盾构法施工的地铁隧道,其周围衬砌常使用管片组成.管片的接缝处、注浆孔及管片碎裂引起的渗漏会导致地表的沉降.本文通过数值模拟分析管片局部渗漏对地铁隧道长期沉降的影响.通过增加渗漏点的个数并改变区间隧道的总渗漏量,讨论管片渗漏对地铁隧道长期沉降的影响规律.分析结果表明,沉降量随着管片局部渗漏量的增加逐步增大,二者呈线性关系.     

双圆隧道施工对环境的影响

2002年,上海隧道工程股份有限公司率先在上海轨道交通建设中采用φ6.52m × W11.12m双圆盾构建设双圆隧道,使中国成为继日本之后第2个拥有此项技术的国家。隧道结构采用预制钢筋混凝土管片,错缝拼装。管片内径φ5700mm、外径φ6300mm、环宽1200mm(见图1)。管片纵、环向连接采用球墨铸铁预埋手孔结合短螺栓形式,纵、环向螺栓尺寸为M27。接缝防水均采用遇水膨胀橡胶止水条。     

输水隧道单层衬砌管片接头抗弯力学特性研究

因受到复杂的外部水土压力和较高的内水压力共同作用,单层衬砌盾构法输水隧道具有独特的接头构造。针对上海青草沙输水隧道(岛屿陆域段)单层衬砌管片接头的特点(铸铁手孔,双层螺栓),借助1:1足尺荷载试验及三维非线性弹塑性数值模拟对单层衬砌输水隧道管片接头的抗弯力学特性进行了研究。获得了单层衬砌输水隧道管片接头在不同接头轴力(拉/压力)、不同接头弯矩(正/负弯矩)和不同螺栓预紧力条件下接头张角及抗弯刚度的变化规律;并获得了环向螺栓轴力随接头弯矩的变化规律及管片接头的变形特性,研究成果可供类似工程借鉴。     

斜螺栓等级对盾构隧道接头受力和变形的影响

盾构隧道管片接头的性能对衬砌环的受力和变形有很大影响,尤其在软土地区,接头变形过大会造成渗水和漏泥等危害。以盾构隧道复合管片斜螺栓接头为研究对象,基于实际隧道工程,利用ABAQUS建立了复合管片及斜螺栓的三维实体模型,对管片环向斜螺栓接头在荷载作用下的受力及变形规律进行研究,分析不同等级普通螺栓和高强螺栓对接头错台量和张开量以及斜螺栓应力应变的影响。分析结果表明:斜螺栓接头承受正弯矩的能力优于负弯矩;采用高强螺栓能够有效的减小接头张开量,增大接头刚度,从而减小渗漏现象;弯矩较大时,螺栓等级越高,高强螺栓对错台量的控制越好;同样荷载条件下,高强螺栓应力大于普通螺栓,但应变较小,等级越高应变越小。     

偶然性内爆炸作用下盾构隧道的破坏特性分析

 针对拼装组合式盾构隧道的防爆炸灾害设计需要,建立考虑管片–管片、管片–螺栓及管片与周围土体界面接触效应的盾构隧道爆炸动力响应三维有限元分析模型,以典型的地铁区间盾构隧道为例,计算分析内爆炸对盾构隧道结构的破坏机制,揭示管片和连接螺栓的破坏特征,比较研究盾构隧道与整体现浇隧道的抗内爆炸特性。实例分析表明：盾构隧道结构的抗爆性能劣于整体现浇的隧道结构,管片接头是盾构隧道抗内爆炸的最薄弱部位,提高连接螺栓的强度和延性可改善盾构隧道的抗爆特性。     

地震作用下盾构隧道衬砌结构动力响应分析

盾构隧道衬砌结构在地震载荷作用下的安全越来越受到重视,本文运用有限元软件数值模拟地震作用过程,分析地震作用下不同管片接头模型中管片性能的变化规律,结果表明：盾构隧道在地震横向作用下产生较大的横向位移,不同管片接头模型中管片的位移时程曲线趋势基本一致,且随着管片刚度减小而增大,但均比地表土体横向位移小很多|地震作用下不同管片接头模型中管片和连接螺栓的内力分布情况相类似,随着管片刚度减小,管片横向方向和剪切方向的应力均减小,连接螺栓的轴力、剪力和弯矩均增大,其中剪力增加的幅度最大,弯矩最大值位于隧道两拱腰处。     

盾构隧道衬砌管片接头张合状态力学模型及数值模拟

盾构隧道衬砌管片接头处的力学性能极为复杂,采用局部刚度折减法并结合接头张合状态的力学模型进行盾构管片力学性能的数值模拟分析,研究衬砌管片及接头纵向连接螺栓的受力及变形特性。研究结果表明：管片局部刚度折减后整体管片的竖向位移及大变形范围均增大,管片水平位移变化量小,刚度折减区的水平位移略微减少,但影响整体管片内力分布均匀性;基于管片接头力学模型及变形协调原理,管片接头纵向连接螺栓的变形及其变化规律与整体管片的基本相同,但变形量相对较小,且螺栓水平方向变形减少量高于竖直方向的;管片接头纵向连接螺栓轴力基本为压力,承受压力的螺栓占全部螺栓的94.4%以上,弯矩及剪力值较小,其中弯矩沿隧道上下对称分布,剪力沿隧道左右两侧对称分布。本研究可为深入分析管片及接头的力学性能提供参考与借鉴。     

地铁盾构隧道装配式外置捷装挂架承载性能研究

装配式外置捷装挂架系统是一种适用于地铁盾构隧道内固定机电设备和管线的新型支架结构,具有工艺简单、绿色环保、对隧道管片无损伤等优点。以福州地铁5号线工程实例为背景,通过现场静力试验和有限元软件模拟等手段,研究装配式外置捷装挂架系统的承载性能。研究表明：(1)地铁盾构隧道装配式外置捷装挂架系统在静载作用下考虑3倍安全系数能满足结构的安全性能;(2)在荷载作用处、长螺栓与槽道、混凝土管片手孔处、槽道与挂耳交接处都出现局部应力集中现象,应力最大点位于长螺栓的顶部,但最大应力均小于材料容许应力;(3)当荷载作用在接触网横梁上,长螺栓变形影响最大,对混凝土管片、挂耳、纵向连接螺栓变形影响很小。     

盾构隧道60°斜穿地裂缝的变形破坏机制试验研究

 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,根据相似理论设计盾构隧道管片衬砌结构60°斜穿地裂缝的物理模型试验。管片混凝土应变、纵向和环向螺栓应变、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以及宏观变形破坏现象表明,盾构隧道管片衬砌结构60°斜穿地裂缝的变形破坏模式以剪切变形为主,局部有扭转和弯曲变形;结构破坏范围为上盘0.75D(D为管片环外径1.20 m),下盘0.50D;管片混凝土破坏主要发生在螺栓孔附近,地裂缝处纵向螺栓发生较强的剪切、扭转和拉伸变形破坏;管片衬砌结构变形破坏不对称,管片环向处于偏压状态;环缝拱顶错位量大于拱底和拱腰,拱顶最大错位量达30 mm(0.025D),模型难以适用地裂缝错动变形20 cm(0.166 7D),盾构管片衬砌结构不适用于地裂缝活动强烈的地质环境。     

Study on inner force and dislocation of segments caused by shield machine attitude

Attitude deflection of shield machine is inevitable in process of driving forward, therefore, the tail brush, circular shape retainer and even shell of shield machine will extrude the exterior surfaces of segments. The squeezing action acting on segments causes dislocation, stress concentration and even crack in segments. Finite element code, ADINA, was used to analyze numerical tunnel model of 9 segment rings. The loads acting on different segment rings included squeezing action of tail brush under four attitude deflection, jacking forces, grouting pressure and earth pressure. The aspects of analysis included displacement feature and stress distribution. The analysis results indicate attitude deflection of shield machine causes biggish dislocation between segments, and the key segment is the most affected and weakest part in same ring which causes irregular displacement and dislocation in whole tunnel structure. In general, under squeezing action induced by shield machine, circumferential seam is much more affected than longitudinal seam. The squeezing action causes the segment dislocation exceed the limiting dislocation value which means curved bolt has extruded bolt hole and crack or breakage frequently concentrates in key segment and adjacent segment. Deflection of shield machine attitude is inevitable, but two deflection attitudes, including shield machine attitude deviates right direction and the head of shield machine goes down, should be avoided.     

震后火灾作用下大断面盾构隧道复合管片#br# 结构损伤及防水性能分析

为研究大断面盾构隧道复合管片在震后火灾作用下的结构损伤及防水性能损失,利用有限元计算软件abaqus建立复合管片与直螺栓接头的三维实体模型和密封垫压缩的二维数值模型,分析了地震及地震与火灾耦合作用下复合管片混凝土在螺栓孔处刚度损伤分布情况,研究了复合管片钢板在螺栓孔处的屈服分布情况,计算了地震及地震与火灾耦合作用下隧道密封垫防水性能的损失,结果表明：当采用RABT升温曲线模拟火灾时,大震导致的螺栓孔处混凝土刚度损伤在火灾作用后均超过90%,而中震工况在火灾作用后除螺栓孔顶部混凝土刚度损伤低于85%外,其余部分都超过90%;火灾作用导致螺栓孔处钢板屈服;防水密封垫在中震和火灾耦合作用后仍能保持较好的防水性能,但在大震和火灾耦合作用后,防水性能完全丧失。     

基于深度学习的盾构隧道渗漏水病害图像识别

随着城市地铁隧道急剧增加的养护需求,地铁盾构隧道结构病害尤其是渗漏水病害亟需快速精准的识别诊断。利用计算机视觉对盾构隧道进行健康检测是近年来国内外的一种新趋势,但目前渗漏水病害图像的识别效果尚不能满足实际工程的需要。在分析盾构隧道衬砌表面图像特点的基础上,将渗漏水图像分为6种类别,采用深度学习的方法,提出一种新颖的基于全卷积网络的盾构隧道渗漏水病害图像识别算法,并从图像识别结果、错检率和运行时间三个方面与大律法、区域生长法、分水岭法等传统图像识别方法进行对比分析。研究表明:基于全卷积网络的盾构隧道渗漏水病害的图像识别能够有效地避免管片拼缝、螺栓孔、管线、支架等干扰物的影响,特别是在克服管线遮挡方面具有优越的鲁棒性;与传统图像识别算法相比,提出方法在错检率和运行时间上具有较大优势,能够更好地满足工程需要。