盾构近距离穿越已建隧道的施工影响分析

随着城市地铁的持续建设,近接既有地下建筑进行施工的工程大量涌现。由于受地质条件和施工工艺的限制,盾构推进难免会对邻近建(构)筑物产生扰动,由此引发一系列的环境病害。针对过黄浦江行人观光隧道从上部穿越刚刚建成的上海地铁2号线越江区间隧道,建立了三维有限元计算模型,研究了由于盾构推进而引起的地层扰动变形的规律性,并对已建隧道产生的施工影响进行了分析,并给出了相关的结论。     

我国首台自主知识产权地铁盾构投入使用

作为国家863计划重大攻关项目，我国首台具有自主知识产权的国产地铁盾构“先行号”，经上海隧道工程股份有限公司近40年的研制，日前正式投入上海轨道交通建设的隧道施工中。     

南京地铁区间盾构隧道"下穿"玄武湖公路隧道施工的关键技术研究

针对南京地铁区间盾构隧道“下穿”玄武湖公路隧道的超近接施工力学行为,进行了三维有限元数值模拟研究。研究结果表明,对于玄武湖隧道这种“卸荷”型地下建筑物,在其下方修筑盾构隧道时不宜采用“加大推进力-快速通过”盾构施工模式。相反地,在距玄武湖隧道不低于6m处,为盾构机推进力量值切换点,应降低推进力-放慢掘进速度,并对玄武湖隧道底板进行监测,以保证超近接结构物的安全。     

基于C-V-T模型的盾构穿越既有桥梁施工风险评估

由于城市轨道交通建设逐年增多,新建隧道与既有桥梁间冲突愈发明显。针对盾构隧道穿越既有桥梁施工风险问题,基于系统思想引入C-V-T模型将待评工程风险划为后果严重性（C）、既有桥梁系统脆弱性（V）与新建隧道系统威胁性（T）,构建致灾-承灾-灾后三系统风险评估流程。引入双因素突变理论并建立三级指标体系,得出既有桥梁突变级数,以定量表达脆弱性。采用交互矩阵衡量新建隧道指标间交叉影响,给出指标-系统权法,并利用多维云及正向发生器优化算法,客观表达多定量指标与定性概念间复杂映射关系及转换态势,以提升T值准确性。明确了后果严重性分级标准,给出三系统风险评估结果耦合方法,由此构建盾构穿越既有桥梁施工风险综合评估模型。将该模型应用于昆明地铁5号线穿越怡心桥工程风险评估中,评估结果与工程实际情况吻合,施工监测数据验证了评估模型的合理性、规范性与适用性。该研究成果有效保证了施工期间桥梁安全与正常使用,可为近似工程提供借鉴与参考。     

长沙板岩地层地铁盾构施工渣土改良试验研究

长沙地铁4号线土压平衡盾构掘进微风化板岩地层时,刀具磨损严重,出渣不畅。对此通过XRD、SEM及室内力学试验,研究微风化板岩矿物成分、结构与物理力学性质,再进行渣土改良坍落度试验,研究不同改良参数条件下渣土改良效果,经现场验证实用性后,提出准确、合理的渣土改良参数。结果表明,微风化板岩富含石英、长石,岩性致密,研磨性高。膨润土泥浆和泡沫溶液渣土改良实用性强、效果显著,且泥浆改良最佳坍落度为19~22 cm,泥浆浓度14%~15%,注入比14% ~17%,每环注水量5~7 m3;泡沫溶液改良最佳坍落度19~21 cm,泡沫配比4%~6%,注入比约10%,每环注水量8~10 m3。     

基于断面基准面点云模型的隧道管片分割与断面提取

隧道变形的精确测量对于掌握隧道衬砌结构的变化及其发展规律、保障隧道的安全运行具有重要意义。本文首先借助轨载移动三维激光测量系统获取地铁隧道的激光点云,结合隧道呈柱面的几何特点,提出一种基于断面基准面投影的盾构隧道点云模型构造方法;然后利用断面基准面点云的高度梯度与三维特征分割隧道管环并提取隧道断面,从而获取盾构隧道的连续横断面,为隧道变形监测提供基础。     

单圆盾构隧道移动激光扫描收敛值计算

近年来,架站式三维激光扫描技术广泛应用于盾构隧道收敛监测,但频繁换站降低了外业测量的效率。同时,在激光点云拟合计算收敛点坐标时,收敛点位置会随着隧道变形而变化,因而,点云曲线拟合难以确保得到不同时间、同断面、同收敛点坐标,影响了收敛值的精度。自主研发了一款经济适用且高效可靠的移动激光扫描监测系统,解决了架站式三维激光扫描监测效率低下的问题。针对收敛值计算方法存在的问题,详细讲解了基于隧道平铺图的收敛值计算方法,具体过程如下:首先,经过点云标准圆投影并展开,再经过图像栅格化、内插及增强处理得到隧道平铺图;其次,通过图像二值化、连通域分析、自动识别及人工纠正环缝,准确划分隧道每环点云;接下来,绘制每环管片接缝在平铺图的位置,求出每环收敛定点方位;最后,通过分管片拟合,计算收敛定点坐标并推出收敛值。计算实例表明,移动激光扫描收敛值重复结果差值均在1.5 mm以内,由此可知,提出的计算方法可用于单圆盾构隧道进行高效收敛监测,且精度可靠。     

盾构隧道环向开挖面破坏机制及剪胀效应研究

采用刚性滑块构建两种圆形隧道失稳环向开挖面破坏模式,利用编制的非线性规划程序求解隧道失稳环向开挖面支护力系数σ_T /c（σ_T为均布支护荷载,c为有效黏聚力）最优上限解及地层破坏模式,揭示地层参数对隧道稳定性的影响,提出简单实用的极限支护力简化公式。研究结果表明：不排水条件下,当隧道埋深比H/D（H为埋深,D为隧道直径）和重度系数γD/c（γ 为重度）较小时,破坏区域主要集中在隧道中上部,随着H/D和γD/c增大,滑移线起始位置沿着隧道轮廓逐渐向隧道底部扩展,破坏区域向水平方向扩展。排水条件下,地层破坏模式主要有3种。当内摩擦角ϕ 和γD/c较大时,随着剪胀系数的减小,极限支护力和地层破坏范围变化较大,甚至可能引起破坏模式的改变。针对不同深度提出的极限支护力简化公式可快速获得隧道环向开挖面极限支护力。     

土压平衡盾构渗流场解析解及喷涌判别研究

考虑土压平衡盾构土舱的二维渗流效应,用解析方法分析了土压平衡盾构的喷涌问题。将土舱渗流场划分成两个区域,利用分离变量法并结合区域间连续条件得到土舱水头显式级数解,将螺旋输送机内流场视为一维渗流,通过土舱与螺旋输送机交界面水流量及水头连续条件得到盾构的渗流场解析解。分别将土舱和螺旋输送机渗流场解析解与数值软件计算结果和试验结果进行对比,结果吻合较好,验证了解的正确性。分析盾构及土层参数对螺旋输送机排土口水流量及水压力的影响,分析结果表明：在螺旋输送机排土口内外水压力差为0的情况下,螺旋输送机内水流量及水压力与刀盘面中心水头近似线性关系;增加螺旋输送机长度和倾角、减小螺旋输送机的直径有利于防止喷涌。基于已有的喷涌研究成果,给出了典型盾构喷涌判别图。通过对盾构喷涌实例进行判别,并与盾构一维解析解的喷涌判别结果进行对比,证明基于本解析解的喷涌判别更为准确。     

基于移动阵列电极的盾构超前探测正演响应分析

针对现有超前探测技术探测空间狭小、电磁干扰严重且难以应用于隧道掘进机（Tunnel Boring Machine,简称TBM）施工隧道等难题,采用一种基于移动阵列电极的盾构超前探测方法。运用Comsol Multiphysics有限元仿真软件建立地电模型,对不同地质情况进行正演响应分析。结果表明:存在保护电极时,电压分布范围明显扩大,表明探测范围增大,为提高探测效果,有必要添加保护电极;异常体的尺寸、形状、位置改变会影响测量电压分布呈现规律性变化,表明这种方法对异常反应的响应良好;通过移动阵列电极盾构超前探测物理模型实验结果对比证明了基于移动阵列电极的盾构超前探测方法的可行性。