倒挂井壁法在联络通道施工中的应用

地铁联络通道施工多在隧道洞通后采用暗挖和冷冻法施工,北京地铁7号线东延高楼金站～施园站区间(高施区间)受盾构始发端加站变更影响,工期严重滞后。区间联络通道采用冷冻法施工已无法保证通车目标,经四方会议进行多方案比选后,选择了可以先期施工的明挖倒挂井壁法施工。倒挂井壁法施工可在区间盾构未开始施工前施工,提前完成联络通道结构主体,相比原方案(冻结法),倒挂井壁法施工改变了联络通道施工顺序,变控制节点工作为非关键工作,并且节省了施工成本,有效解决了地铁区间联络通道节点滞后、施工工艺后置的施工难题。本施工方法丰富了地铁联络通道施工方法,可供今后类似工程参考和借鉴。     

类矩形盾构隧道火灾通风控烟关键参数研究

类矩形隧道由于减少了使用空间,只能采取无防火门式的横向联络通道,若不采取有效的通风控烟方案,易导致着火隧道烟气通过联络通道侵入非事故隧道。采用FDS数值模拟,建立了全尺寸区间隧道模型,分析不同火源位置、联络通道设置方式下对隧道纵向通风控烟的影响。结果表明:联络通道的孔洞设置方式直接影响了纵向通风从事故隧道往非事故隧道分流的大小,从而影响控烟效果。在确保人员安全疏散的前提下,事故隧道断面风速至少需要2.40 m/s。     

基于理想点法的盾构隧道管片上浮致伤诊断

为定量化评估盾构隧道施工过程中管片上浮给隧道造成的损伤,作者提出将常见的损伤分为管片间变形、管片裂缝、管片表面剥落、沉降、渗漏水、断面整体变形、螺栓受到过大剪力以及管片受到过大水土压力等8大类。采用相关系数法选取15个底层指标,建立管片上浮致伤诊断指标体系。通过模糊变换对全部底层指标进行量纲一化处理,结合提出的融合赋权方法,构建管片上浮致伤诊断模型。最后,基于理想点法对中国湖南某盾构隧道管片上浮致伤情况进行诊断研究。结果表明,模型能有效评估管片上浮对隧道造成的损伤,诊断结果与工程实际情况及专家论证结果基本相符。     

盾构隧道施工引起地表沉降分析与处置

随着隧道施工技术的发展,盾构隧道愈来愈成为软弱岩土层或繁忙闹市地区地下工程施工的主要施工方法。但无论盾构隧道施工技术如何改进,其施工引起的地层移动是不可能完全消除的。为此,本文就盾构隧道施工地层变形特征、地表沉降原因及变形机理、地层变形预测等进行了分析研究,介绍了采用Peck公式预测分析盾构隧道地面沉降量及沉陷槽的方法,并提出了控制地层变形保护建筑物的主要措施,强调了运用数值分析方法对多工况变形进行预测分析仅仅具有指导性,只能作为控制沉降的理论参考,必须在盾构施工过程中加强沉降监测工作,随时了解地面沉降信息,及时采取有效措施,以达到控制沉降和减少损失的目的,为今后地铁设计与施工给予一定的指导。     

地铁盾构施工负环管片安全拆除条件及实例研究

盾构始发是盾构工法的重要施工工序之一,也是盾构施工中最容易发生事故的环节,关系到盾构隧道能否顺利掘进与及时贯通。以北京地铁为例研究了地铁盾构施工负环管片安全拆除条件问题,采用FLAC3D进行了三维模型计算分析,分析了负环管片的位移及反力架应力变化情况,实测了盾构始发段的土压力、注浆压力、盾构推力、负环管片位移、反力架应力变化规律;通过数值计算与实际监测结果的比较,给出了负环管片及反力架的安全拆除条件建议。结果表明:当负环管片的相对位移变化量趋近于零、反力架应力值基本趋于稳定时,隧道衬砌管片环与壁厚注浆及围岩之间的摩擦力足以平衡盾构推力,方能拆除负环管片与反力架。数值分析与实测结果相吻合,说明数值计算模型合理,结果可靠。     

考虑地层蠕变特性的盾构隧道施工对邻近桥桩影响和保护措施*

为探讨地层蠕变特性盾构隧道施工对邻近桥桩变形影响,基于Burgers模型建立本构数值模型,并采用FLAC3D软件进行计算。结果表明:盾构隧道贯通后,邻近桥梁承台基础变形持续增加,变形趋于稳定至少需要1 a时间,且累计变形值将超过桥梁桩基础允许变形值;提出隔离桩和盾构隧道周围地层注浆加固2种保护措施。研究结果可为评估盾构隧道施工对邻近桥桩影响程度和制定邻近桥桩保护措施提供参考。     

盾构穿越区间风井施工技术优化

盾构区间风井一般处于区间中部或偏向一端,后期兼做联络通道(废水泵房)。通常情况下,风井主体结构完成且达到设计强度,支撑体系拆除及回填土完成后盾构再穿越通过。风井层数一般都为2层以上,施工多为明挖法施工,但施工过程中总因前期占地、园林及管线改移等工作进展缓慢,导致盾构即将到达风井,风井还不具备穿越条件,从而对工期及成本影响较大。本文针对3层风井施工完成1层后即让盾构在风井内拼装管片直接穿过的工程实例开展研究,通过前期数值模拟,调整支撑体系及地层加固范围,增设监测项目等多种措施,不仅使盾构安全通过,而且还较其他方式穿越节约时间和成本,研究结果对后续类似工况条件下的施工有一定参考和借鉴作用。     

内嵌式预埋槽道在盾构隧道中安装及应用研究

传统地铁盾构隧道内管片上安装动力电、照明、通讯(BAS、FAS)、消防、排水及疏散平台的固定支架采用植筋、化学锚栓及膨胀螺栓与预制管片连接固定,存在安装时对管片结构损伤大、效率低、施工环境恶劣、风险高、耐久性差及维修保养困难等一系列问题。为验证预埋槽道力学性能及后期使用过程中各种优点,以北京地铁7号线东延工程某盾构区间预制管片内嵌式槽道安装及预埋槽道应用各环节为背景,通过对1 km隧道预埋槽道上安装各种支架的进度、成本及作业环境等进行统计,得出槽道上安装各种支架的时间为胀栓(植筋)安装的50%,综合成本(含预制槽道)的145%,安装支架环境、安全及耐久性大幅提升,此法固定设备支架方式可为其他地铁(综合管廊)盾构、矿山隧道工程提供参考和借鉴。     

大直径泥水盾构始发段掘进对近接既有地铁桥梁的影响分析

为了在大直径盾构泥水始发段保障邻近既有地铁桥梁结构的安全性和正常营运,依托京张高铁清华园隧道3#～2#盾构区间始发段施工工程,采用有限元方法建立三维精细化数值模型,分析始发段大直径盾构掘进引起邻近桥梁结构的变形规律,并给出有针对性的防护措施.研究结果表明:在大直径盾构始发施工时,在不采取防护措施的情况下,盾构工程对邻近...     

大断面盾构隧道混凝土构件的耐火试验研究

研究了大断面盾构隧道混凝土构件在火灾条件下的温度变化规律.根据汕头市苏埃通道工程的实际结构,通过立式火灾试验炉及卧式火灾试验炉,对盾构隧道的管片接缝、衬砌牛腿及排烟道顶隔板进行了耐火试验.试验中采用RABT升温曲线,测量了盾构隧道不同混凝土构件在耐火试验中的温度-时间分布曲线.结果表明:管片接缝的温度随管片缝隙宽度减小而降低,管片缝隙宽度越小,在火灾中受到的影响越小;在衬砌牛腿耐火试验中,衬砌牛腿植筋处的温度较低,而靠近火源的混凝土表面的测点温度较高,受火面的混凝土出现了局部损伤,需对牛腿结构受火面进行防火保护;在顶隔板耐火试验中,顶隔板内部温度沿厚度方向呈非均匀分布,靠近受火面的温度高,上部区域温度与中部区域温度相差不大,受火面侧已经有部分厚度的混凝土受到局部的损伤.研究结果可为盾构隧道结构设计优化和其他类似工程提供参考.     

铁路隧道地下水环境动态监测体系的探讨与实践

铁路隧道排放地下水对隧道区域生态环境和人居环境的影响日益受到重视。在阐述监测等级、监测范围、监测对象和方法等的基础上,探讨了铁路隧道地下水环境动态监测体系,并在国内某货运铁路进行了系统实践。通过对48座隧道143处监控点位近3个水文年的系统监测,发现了34处隧道施工造成的失水水源点位;以典型隧道为例,总结说明黄土丘陵地区、基岩山区和岩溶地区监测结果,并讨论监测体系应用效果。     

基于土压平衡盾构施工的双层地铁隧道引起地面沉降分析

为了研究双线上下层盾构隧道施工时的短期地面沉降,以大连地铁二号西安路到交通大学区间盾构隧道施工为背景,使用Flac3D软件进行沉降的有限差分分析,模拟了地下隧道的掘进、支护和掌子面支护等。针对大连典型的地质特征进行预测,这些特征是决定地面沉降量的关键因素。研究区域的地质构造从地面向下分别为素填土、卵石、板岩。通过模拟上下双层非对称往返施工的盾构隧道施工过程,及掘进、支护和掌子面支护等详细步骤,得到了其单向和双向往返施工时的地面沉降,进而可分析其沉降规律。结果显示,上层隧道施工时,将降低岩层承载能力,同时改变下层隧道的土体平衡,加剧沉降,所以沉降量较大且两侧的测点沉降量不对称。通过模拟与分析为在市内建筑物密集区域修建地铁隧道提供安全可行的方法。     

长大隧道突发性地质灾害预警信息系统研究

针对国内外长大隧道施工过程中频繁遇到的突发性地质灾害(涌水、突泥,以下同)对工程造成重大损失和人员伤亡,调研国内外长大隧道突发性地质灾害发生现状和危害,首次提出隧道突发性地质灾害预测预报方法为灾害发生前兆的现象预报法和S-t曲线变化趋势判断法;并对主要风险源水压和水量、水质、初期支护内力及围岩位移进行监控,给出相应的预警标准。笔者研究并开发了隧道灾害预警系统,在浏阳河隧道过河段现场使用;结果表明,该系统能较好地适应隧道复杂环境,稳定性好,能对采集到的数据分析判别,对长大隧道安全施工具有一定的指导意义。     

铁路运营隧道病害现状及检测评估

目前铁路运营隧道病害状况严重 ,有些已达到了威胁铁路行车安全的程度。因此有必要采取可靠的检测方法来检测和评估隧道的实际状况 ,同时检测的数据也为隧道日常的维修保养及必要的整治工程提供了系统完整的依据。因此 ,就形成了从日常维护、检测评估到病害整治的一整套技术体系 ,从而使铁路隧道的运营管理技术提高到一个新的水平。最后通过一个工程实例的分析 ,进一步明确了隧道病害工作的紧迫性和必要的检测评估所起的指导作用     

郑州地区双线盾构隧道开挖对桩基础内力与位移的影响

为研究粉细砂层地区盾构隧道下穿建筑物对桩基础内力与位移的影响，以郑州粉细砂层地区盾构施工为例，采用有限元软件 MIDAS-GTS NX 建立地铁盾构隧道下穿建筑物的三维实体模型，分析盾构隧道下穿建筑物的不同阶段对桩体位移、内力的影响。结果表明:在郑州粉细砂层地区进行盾构施工时，盾构工程对桩基础底部位移的影响较大，位移最大值大多发生在桩底；盾构施工对桩身轴力的影响表现为桩身轴力最大值位于距隧道1倍洞径范围内。在进行双线盾构隧道施工时，应在临近、远离2个阶段注意工程的安全与防护问题，并采取相应的预防和保护措施。     

地铁隧道施工对邻近垂直于地铁线路管线的 变形影响规律研究 ）

地铁隧道施工对周围管线的影响已成为地铁工程中的重点和难点。研究地铁隧道盾构施工对周围邻近管线的变形影响规律,并据此对管线进行合理保护是地铁等隧道建设中面临的普遍任务。以西安地铁3号线为研究背景,通过FLAC数值模拟,得到了多种工况下地铁隧道盾构施工对邻近垂直于地铁线路的管线变形影响规律。研究表明,地铁盾构施工时,对周围环境的影响大小是不一样的,管线的沉降最大值处均位于隧道轴线正上方,且随着管隧距离的缩短,管线沉降最大值不断增大,因隧道盾构施工而对管线的变形影响范围逐渐减小,沉降曲线的沉降槽宽度逐渐减小;管线在距隧道轴线±1.6倍洞径范围内随管隧距离的减小沉降值逐渐增大,反之,其变形减小;随着土仓压力的增大,地下管线的变形越来越小,甚至可能产生向上隆起。工程实践表明,预测结果和监测结果基本一致。     

基于FLAC3D的盾构隧道施工过程建模影响因素分析

基于FLAC3D对盾构隧道施工过程模拟,研究建模影响因素及其影响程度。首先,综合隧道开挖过程中盾构机前体与岩土层间相互作用的影响因素来模拟隧道开挖过程,确定地表沉降和隧道垂直（Z）方向应力;然后,分别模拟去除其中一种因素后的隧道开挖过程,并求出相应的地表沉降和隧道垂向应力;最后,基于傅里叶变换对各种情况下的地表沉降量和应力应变状况进行比较分析,找出各因素对建模的影响程度,从而为利用FLAC3D进行盾构隧道施工模拟时的影响因子的选择提供参考。研究结果表明：一方面,建模过程中的各种因素对地表沉降的影响大于对隧道Z向压力影响;另一方面,盾构机推进给作业面土体压力、盾尾灌浆延迟于管片拼装造成的暂时对土体支护力不足、盾构机刀盘转动给作业面土体的扭力等因素对模型解算造成的影响最大。     

双线盾构隧道斜交下穿既有机场高速公路的地表沉降预测模型研究*

为指导隧道盾构下穿既有建构筑物施工的变形控制,考虑隧道收敛模式和复合地层主要影响角的影响,以双线圆形盾构隧道斜交下穿既有机场高速公路为例,构建圆形隧道地层主要影响角计算方法,改进传统Peck公式,分析盾构斜交角、盾构坡角和隆起偏角的共同影响,引入地层损失率几何修正系数,并利用叠加原理建立双线盾构隧道斜交下穿既有机场高速公路的地表沉降预测模型,依托实际工程对预测模型的工程适用性进行验证。研究结果表明:本文预测模型的整体精度相比Suwansawat等预测模型提升44.15％,可预测施工影响范围内任意点的地表沉降值,相比现有模型更适用于解决双线盾构隧道斜交下穿施工的地表沉降预测问题,可为类似工程中的地表沉降变形预测及控制提供指导。     

A numerical study on the feasibility and efficiency of point smoke extraction strategies in large cross-section shield tunnel fires using CFD modeling

The strategy of smoke control is of high importance for the design process of tunnels, especially for long and large cross-section tunnels. The South Hongmei Rd. Tunnel (SHT) located in Shanghai, China, is a 3.39 km long shield TBM (tunnel boring machine) tunnel with an external diameter of 14.5 m. The point smoke extraction system was proposed initially as the main ventilation strategy during a tunnel fire. To investigate the fire characteristics in the tunnel and develop appropriate smoke control strategies, a series of numerical 3D Computation Fluid Dynamics (CFD) simulations were conducted. Three fire scenarios, namely 5 MW, 20 MW and 50 MW, were modeled to evaluate the point extraction system. The gas temperatures, the stratification of the smoke, air temperature, minimum visibility etc., during the smoke spreading of a fire were analyzed. Based on the results of the simulation, the smoke extraction strategies according to fire scale and fire location were proposed for fire extinguishing. It was found that the three-point extraction opening strategy can control the smoke better than two-point extraction opening strategy under various fire scales, especially under serious fire scenario. From the results, damper openings ranged at closer intervals were found more efficient in two-point extraction system. Besides, placing the damper openings in the longitudinal direction can improve the efficiency of smoke extraction. It also results in reduction of the quantity of prefabricated members of duct slab and the process of assembly will be simplified during the construction.