盾构隧道先盾后井技术在雨污水工程中的应用

近年来在国内水利和给排水工程建设中逐渐引入了盾构法,而水利和给排水的管道一般需先铺设一定距离后再设置检查井。虽然检查井做法不尽相同,对不能先进行检查井施工的情况,即先盾后井的施工技术进行了阐述,对检查井常规做法与先盾后井做法进行了比较,提出了先盾后井总体施工组织设计思路,给出了先盾后井的关键施工方法。该做法在某截流系统改造工程的应用中,解决了工期与占地进场矛盾的普遍性难题,该技术在以后其他占地困难、新建管道接入既有盾构管道等方面具有现实参考意义。     

盾构隧道先隧后井工法对管片张开量影响的研究

为了研究盾构工程先隧后井施工法对盾构管片张开量的影响,在不易实测及不能通过试验获取的前提下,采用大型有限元分析软件对盾构施工过程进行三维弹塑性数值模拟,结合典型工程实例,分析先隧后井施工引起的管片张开量及其主要影响范围;分别探讨土体力学性质、土层局部加固及地下水位对管片张开量的影响。计算结果表明:先隧后井施工法引起管片张开,影响范围主要体现在距离工作井连续墙5环管片长度内,施工防渗分析可着重考虑近工作井4个接头处。管片张开量随着土层刚度的增大而减小,但不受土体强度指标的影响。对于先隧后井盾构施工可通过局部加固来有效地减小管片的张开量,进而防止渗漏。管片以上地层水位的存在对工作井相邻5环管片张开量影响显著,但水位的高低对张开量影响很小。建议采用先隧后井盾构施工时,对邻近连续墙5环管片长度范围内进行局部加固,以确保隧道施工运营安全。     

管片接头刚度对盾构隧道衬砌结构应力与变形的影响研究

基于杭州市地铁8号线盾构隧道某区间衬砌结构工程,采用有限元法研究了管片接头刚度对盾构隧道衬砌结构应力与变形的影响。研究结果表明：地表最大位移值随着管片接头刚度折减系数的增加而减小;盾构隧道衬砌结构内、外环顶部的环向位移与拱顶、拱底和拱腰处的环向应力均随着管片接头刚度折减系数的增加而增大;管片接头刚度对盾构隧道衬砌结构变形和地表位移均有较大影响,可采用提高管片接头刚度的方法减小盾构隧道衬砌结构变形,并采用注浆的方法抬升地表,进而降低地层损失率。该研究成果可为类似工程提供参考。     

盾构隧道管片接头形式的探讨与选择

针对盾构隧道管片接头的详细研究,简要介绍了目前国内常用管片接头构造及其优缺点,对国外多种新型管片接头连接件进行了分析,初步提出了盾构隧道管片接头形式选择的建议。     

地铁区间盾构隧道衬砌接头的荷载试验

以盾构隧道衬砌接头荷载试验为依据,研究接头强度、受力及变形规律,对衬砌接头抗弯刚度主要影响因素进行分析。研究表明,正偏心荷载作用下接头强度取决于接头局部抗压及抗剪强度,负偏心荷载作用下接头具有足够的承载能力,接头承载力由接缝位移张开量控制;偏心距、轴力、衬垫厚度以及螺栓预紧力对接头抗弯刚度影响较大。     

盾构隧道结构刚度不连续性对衬砌内力及变形影响分析

盾构隧道衬砌是由若干管片装配而成,管片接头的存在是盾构装配式衬砌的主要特征,管片间接头处的刚度的折减造成了隧道结构整体刚度的降低。笔者根据管片接头双直线型力学模型,提出一种可以真实反映接头转角和弯矩耦合轴力非线性关系的有限元分析方法。结合某采用盾构法施工的输水管道工程,对施工开挖和运行充水工况进行二维数值模拟,计算结果表明,该有限元方法能有效模拟管片接头的力学特点,盾构隧道管片间接头的存在降低了衬砌的刚度,使管片环变形增大。     

输水盾构隧道管片接头力学与变形模型研究

输水盾构隧道的管片受到高内水压的作用,接头的变形问题非常突出,这直接决定了接头的防水构造形式。目前大多数管片环向接头的变形都是根据经验,并参考类似工程选取,这必然带来很大的随机性。而由于时间和成本问题,所有隧道工程都做足尺试验不现实。克服以往接头力学与变形模型的不足,考虑弹性密封衬垫的受力、接头混凝土的弹塑性变化以及螺栓预紧力,建立了接头力学计算模型;考虑了受压区混凝土的压缩变形,螺栓变形和手孔铸铁件的局部变形,建立了一个新的接头变形计算模型。同时进行了隧道管片 1 ∶ 1 接头试验,将试验得到的螺栓拉力和接头变形值与理论计算值进行比较。结果表明：本模型能比较真实地反映接头的受力和变形情况。     

盾构管片接头简化数值模拟方法

由管片组装的盾构隧道衬砌环刚度分布不均,其薄弱环节为管片接头处。管片接头刚度的合理确定对于盾构隧道施工全过程模拟的合理性、地表沉降槽的确定以及土体损失的准确估算至关重要。根据管片接头受力特点及其构造,考虑对管片接头及其附近区域进行刚度修正,而管片其余区域保持原刚度不变,提出管片接头简化数值模拟方法——局部刚度修正法。基于圣维南原理和变刚度梁理论,推导了确定接头刚度的公式,并给出了相关参数的确定方法。结合室内盾构管片接头足尺试验成果,对不同荷载作用下管片接头的变形情况进行了数值模拟及对比分析。研究成果为盾构三维施工全过程的精细化数值模拟分析奠定了基础。     

软土地层地铁盾构隧道施工引起衬砌结构变形规律研究

以无锡地铁3号线一期工程04标盛岸站至吴桥站区间盾构隧道为背景,基于海瑞克S-729土压平衡式盾构机掘进数据建立模型模拟盾构隧道开挖、同步注浆、管片拼装的流程。分析在软土地层中隧道衬砌结构的应力分布规律及拱顶、拱底与两侧拱腰在x, y, z方向的位移变化趋势,绘制在开挖过程中管片的变形分布曲线,结果表明盾构在软土地区掘进时,管片在拱顶、拱底与两侧拱腰处出现较大应力,同时拱顶与拱底处均在隧道竖直方向出现较大位移,而拱腰在隧道纵向位移达到最大值,须及时监控管片变形。     

青草沙水源地原水工程输水隧道单层衬砌管片接头荷载试验研究

纵缝转角刚度、纵缝（环缝）剪切刚度和弯矩传递系数是盾构隧道衬砌结构计算模型中的关键参数,历来是本领域研究的重点和热点。结合青草沙水源地原水工程,通过管片接头 原型荷载试验 ,对上述关键计算参数进行研究。试验结果表明正弯矩作用下接头转角刚度符合双直线模型,负弯矩作用下转角刚度近似成线性,而且不同的接头构造情况下纵缝转角刚度值和其变化规律不同。在纵缝和环缝剪切试验中,管片间的错动随荷载变化过程分为 3 个阶段,其中错动主要发生在第二阶段。弯矩传递试验表明弯矩传递系数随着荷载的增大而减小。并且当纵缝转角刚度较大时,弯矩传递系数较小,反之亦然。最后结合试验结果,给出了盾构隧道衬砌结构计算模型关键参数具体取值范围和一些 有益 的结论,以供盾构隧道衬砌结构设计计算参考。     

盾构隧道管片接缝气密性模拟方法与影响因素分析

盾构隧道穿越含气地层时,施工对地层的扰动易引发气体泄漏,气体易由盾构管片接缝处进入隧道内部,极易引发爆炸等灾害.依托穿越长江高压含气地层的苏通GIL综合管廊工程,较系统地研究了影响盾构管片接缝面气体泄漏的主要因素,并提出对应改进措施.通过接缝室内模型试验,分析了气压加载下接缝面气体泄漏的全过程,从而揭示了气体在不同泄漏...     

盾构管片横向大变形TRC控制方法及作用机制研究

 为有效控制盾构管片的横向变形,分析盾构隧道的加固特点和常用内表面加固方法存在的不足,提出纤维编织网增强混凝土(textile-reinforced concrete,TRC)控制方法。建立TRC加固层及界面模拟方法,并利用试验结果验证该方法的合理性,进一步采用数值手段研究隧道横向变形和顶拱接头张开量在不同地层刚度系数、加固时机、纤维编织网用量和加固层布置范围下的响应规律。在此基础上,结合管片的变形和内力规律,揭示TRC控制管片横向变形的作用机制。研究表明：TRC能有效控制隧道横向变形和顶拱接头张开量,地层刚度系数越小,控制效果越优异;加固前隧道已有变形会造成纤维编织网产生损失应变,已有变形越小,损失应变越小,控制效果越好;纤维编织网用量提高,控制效果增强,但纤维编织网利用率降低,因此增强趋势减弱;TRC加固层合理布置范围建议在顶拱反弯点间的受拉部位,在该范围内,加固层越长,控制效果越好。研究结果丰富了管片内表面加固方法,深化了内表面加固机制的认识,可为工程实践提供理论指导和技术支持。     

盾构管片接头破坏的弹塑性–损伤三维有限元模型研究

分别采用弹塑性本构和弹塑性损伤本构,建立盾构管片接头三维有限元模型,模拟正负弯矩下接头压弯破坏全过程。与实验对比后表明:初始加减阶段采用弹塑性本构和损伤本构得到的结构变形曲线基本重合,且与试验值吻合较好;荷载进一步加大后,采用损伤本构进行分析,其结果更接近试验值,且可更好地模拟结构承载力下降过程。通过有限元网格的收敛性分析,证明网格划分的合理性并给出此类有限元模型网格大小的建议值。最后根据数值模拟结果给出管片接头健康评价指标。     

黄土隧道施工期间仰拱底鼓机理及控制技术研究

为研究甘肃某在建高速公路黄土隧道施工期间仰拱底鼓机理,通过数值模拟研究台车和二衬自重、墙脚地基承载力和仰拱受力变形的关系。研究表明,隧道仰拱底鼓由墙脚地基承载力不足引起。根据对仰拱底鼓机理的研究,提出“锁脚钢管桩+钢筋混凝土底板”控制技术,经现场验证,该方案经济、合理,可供类似工程借鉴。     

盾构上下夹穿运营地铁的变形控制与实测分析

结合上海地铁某区间隧道上下夹穿运营地铁的工程实例,首先采用数值模拟的方法,对先上后下和先下后上两种不同穿越次序引起的地铁隧道变形及地层扰动影响进行了比较分析。计算结果表明：近距离夹穿情况下盾构扰动引起的地层位移场分布呈现较为复杂的变化。然后,通过进一步分析对比这种复杂变化导致的风险,得出先下后上的穿越次序对隧道的变形及周边环境的的控制更为有利的结论,并制订了针对性的变形控制措施。最后,结合现场实测数据,验证了理论预测及施工措施的合理性,为类似穿越情形的盾构施工控制提供了参考。     

盾构法施工隧道纵向地层移动与变形预计

将盾构法施工隧道开挖引起的地表下沉以及盾构挤压引起的地表隆起均视为随机过程,应用随机介质理论,对隧道施工所引起的纵向地层移动与变形进行了分析,推导了相应的计算公式。工程实例分析表明,该方法效果良好。     

卡姆奇克隧道岩爆的力学机制及主动防控技术

以中亚第一长隧——乌兹别克斯坦卡姆奇克隧道为依托,在隧址区地应力特点、岩爆过程及特点综合分析的基础上,建立岩爆发生的力学模型,并在此基础上提出了主动控制岩爆的超前支护技术。研究表明:卡姆奇克隧道岩爆主要发生在拱顶附近,这主要是由于隧址区地应力最大主应力为水平方向且与隧道轴线接近垂直,隧道开挖后拱顶的切向应力最大的受力特点决定的;岩爆发生过程可分为拱顶围岩劈裂成板、岩板脆性断裂成块和块片弹射3个阶段;岩爆力学模型可简化为拱顶层状薄板在水平力作用下的脆性断裂失稳,岩板脆性断裂失稳的临界水平应力scr与岩板无支承长度L的平方成反比、与岩板厚度t的平方成正比,该力学模型可很好地解释卡姆奇克隧道岩爆的发生特点及主要表现特征。在此基础上,研发了一种通过减少拱顶岩板无支承长度、提高岩板厚度,从而提高岩板脆性断裂失稳临界应力,进而主动防止和减弱岩爆的超前支护技术,并在卡姆奇克隧道得到了广泛使用,取得了很好的岩爆防治效果。     

Evaluation of ground settlement in response to shield penetration using numerical and statistical methods: a metro tunnel construction case

Shield tunnelling can cause ground settlement, which poses significant risks to adjacent structures or facilities. To understand complex soil behaviour in response to shield penetration, a model that can establish the shield–ground relationship and accurately predict tunnelling-induced ground settlement is necessary. The aim of this paper is to combine numerical methods and statistical methods for settlement prediction in the Wuhan (China) metro project. During the pre-construction stage, due to the lack of instrumentation data, the numerical method was applied to simulate the tunnelling process. The relevant factors influencing ground settlements were identified by examining the model’s sensitivity to each parameter. After the shield launch, data of the relevant factors and field measurements were collected. Using these data, a statistical model based on an adaptive relevance vector machine (aRVM) was trained for real-time prediction of the ground settlement development. The simulation results show that a number of factors, including geometrical, geological and shield operational parameters, contribute to ground settlement, and the aRVM model can accurately and effectively predict settlement development. The example application demonstrates that the method is a practical tool for settlement prediction and can be widely used in metro projects.