摘要：泥水盾构工法被广泛应用于高压富水复杂地质环境中修筑隧道,其中开挖面稳定控制是工程成败的关键,在盾构掘进时,由于刀盘不断旋转切削地层,开挖面上的泥膜处于“形成―破坏―再形成”的动态循环过程,泥膜透水性增强,这种动态泥膜作用下开挖面的稳定如何评价有待于进一步探索。对此,对泥水盾构掘进过程中的动态泥膜进行了分类,提出了考虑盾构运动和泥浆渗滤特征的动态泥膜理论。在此基础上,采用空间离散法将泥水压力引入旋转体模型,建立了考虑动态泥膜效应的开挖面稳定力学模型,提出了泥水盾构动态掘进过程中开挖面临界泥浆压力及泥浆支护效率评估方法,研究指出:当盾构在强渗透性地层中掘进时,在尽量提高泥浆成膜率的同时,应注重泥浆黏度调节,充分发挥渗透力支护作用,同时可适当提高盾构掘进速度并降低刀盘转速,有利于开挖面稳定控制。以泥浆成膜率、等效渗透系数为依据给出了泥浆支护效率设计图,研究工作对盾构掘进支护压力控制和泥浆配置有一定的借鉴意义。

摘要：PC-Net预应力混凝土管片是将预应力钢绞线成网状布置的预应力管片,是适用于输水隧洞的单层衬砌结构。目前,尚未有针对输水隧道提出的预应力混凝土管片衬砌预应力设定方法。在管片设计中,预应力的设定、钢绞线配置以及接头张开量的计算等为预应力混凝土管片与一般混凝土管片设计的主要区别之处。本文探讨了预应力混凝土管片衬砌中预应力的设定方法,根据对裂缝出现的不同控制要求,考虑环境条件与隧道用途要求,提出了3种预应力设定方法。阐述了PC-Net预应力混凝土管片设计中的内力计算、预应力钢绞线配置计算以及接缝张角计算方法,总结形成了一套PC-Net管片设计流程。

摘要：采用泥水平衡盾构进行过江越海隧道施工时,重要的技术难点就是特殊小覆土区间盾构掘进保证开挖面稳定以及防止泥水劈裂的发生。对于泥水劈裂现象的室内试验研究,有一定的基础资料。但是,由于尺寸和边界条件限制,使其研究成果不能直接应用到工程中去。在理论分析的基础上,研制了现场泥水劈裂仪,确定了劈裂试验的具体实施步骤和劈裂压力的断定方法。并在南京某在建过江隧道工程中进行了现场劈裂试验。(1)试验结果表明:由于劈裂过程为突变过程,采用总应力法时,地层劈裂模型能很好的预测地层劈裂压力,也更符合实际工况;由理论分析得出,掘进模式模型的地层劈裂压力更小,几乎与地层静止侧向土压力相当;增加泥水黏度能够增加地层劈裂压力,但增加量有限。(2)运用现场劈裂试验结果给出了防止泥水劈裂的泥水压力设定上限值,并运用盾构机在始发不远处进行了原位泥水劈裂试验,在一定程度上验证了预测模型的准确性。

摘要：软岩地层(黏性矿物含量高)泥水盾构掘进刀盘堵塞现象(刀盘结泥饼)时有发生,不仅影响施工进度和质量,而且开舱处理风险较大,可能会导致人身伤亡或工程事故。为了探明刀盘堵塞现象及其影响因素,实现对刀盘堵塞的有效预防和治理,研发了一套软岩地层泥水盾构掘进模型试验装置。在自行设计、制作的模型试验平台上,选用以膨润土、高岭土、石英砂、水泥和水为原材料制备的人工软岩模拟实际工程中的软岩地层,分别采用不同人工软岩类型、盾构掘进速度、刀具突起高度及形式和泥水(清水)冲刷流量等进行盾构掘进模拟,实现刀盘堵塞现象的室内再现。通过分析盾构扭矩、推力和掘进距离间的关系,提出以扭矩指数和扭矩指数在盾构掘进距离上的增长率为指标的盾构掘进期刀盘堵塞现象发生的判断依据。试验结果表明:当模型盾构扭矩指数为0.10 m,且增长率达到0.40时,刀盘即发生堵塞;盾构掘进速度的增大,容易导致刀盘堵塞现象的发生;而刀具突起高度的降低和在刀盘面板中心设置泥水冲刷装置,对防止盾构刀盘堵塞具有较好的效果,需要说明的是,当采用泥水冲刷刀盘面板时,冲刷流量需足够大,才能确保其可对黏附在刀盘面板上的渣土进行有效剥离和输运。

摘要：为了研究可近似模拟琼州海峡深海环境下砂土地层的相似材料,基于正交试验法,以重晶石粉/标准砂、黏结剂浓度、凡硅比和石膏含量作为4个控制因素,对不同配比相似材料的物理力学参数的变化规律进行了分析.首先确定标准砂、重晶石粉作为骨料,凡士林和硅油作为黏结剂,石膏粉作为调节剂,其次基于正交试验原理设计25组相似材料配比,分别进行密度试验、直剪试验、压缩试验以及渗流试验,得到了重度、内摩擦角、黏聚力、压缩模量以及渗透系数等物理力学指标,通过极差和显著性分析,研究了各个控制因素对材料参数的影响规律,并对25组试验结果进行了去异常点的多元线性回归分析.研究结果表明:相似材料重度受重晶石粉/标准砂比值的影响最大,石膏的比例是控制压缩模量的主要因素,内摩擦角和黏聚力无主要控制因素,重晶石粉的比重主要控制着渗透系数的大小;适用于深海环境砂土地层条件下的相似材料配比为重晶石粉/标准砂0.4,黏结剂浓度4.5%,凡硅比3∶1,石膏含量3%.

摘要：当水位处于盾构隧道断面内时,管片侧向水平荷载分解为矩形荷载、满跨(跨高等于隧道直径)三角形荷载、非满跨三角形荷载3部分,已有修正惯用法对第三部分荷载只能作近似处理,导致计算结果有误差。首先针对此荷载做如下处理:理论推导管片在其作用下的内力弹性解和按面积等效原则将其荷载集度换算为对应满跨时荷载集度,并用于计算水平地基反力及其作用下的管片内力;然后利用推导公式并结合已有修正惯用法针对国内4种典型盾构隧道,分析了不同覆土条件下水位变化对管片内力的影响,得出其变化规律,可为盾构隧道结构设计提供借鉴。

摘要：土工离心试验能够在小比尺模型中还原真实的应力场,为探明盾构开挖面泥水劈裂现象提供了一种有效的研究手段。盾构泥水劈裂涉及土体、泥水、隧道等多方面因素的相互作用,尤其多种流体的存在使得模型试验中量纲分析、试验参数缩放和数据解释更加复杂化,如何确定合理的相似比例是泥水劈裂离心模型试验成功的关键前提。在阐明盾构泥水劈裂基本物理过程的基础上,提出了基于无量纲数的模型试验相似性分析方法,通过Butterfield量纲分析法建立了应用于土工离心机模拟盾构泥水劈裂的“隧道-土-泥水”系统相似性试验设计体系。该体系从尺寸、材料、无量纲数、时间等多方面保障了模型系统与原型系统的相似性,从而可以准确还原真实的盾构泥水劈裂物理过程。最后,通过开展盾构开挖面泥水劈裂离心模型试验,进一步验证本文提出的相似性准则。研究结果对泥水劈裂物理模拟的相似性分析具有一定的参考意义。

摘要：随着中国交通建设和城市建设的迅猛发展,越江跨海盾构隧道工程大量增加,而且工程规模(隧道的直径和长度等)和水压条件也在增加。现阶段,仍未明确定义高水压,但一般以0.5MPa作为高水压的分界线。近期,中国在长江、黄河以及珠江等所建设的高铁、公路以及地铁等盾构隧道工程水压均超过了0.5MPa,正在筹划建设的琼州海峡隧道等水压更大,将高达2.0MPa,面临巨大挑战。为此,国家决定针对超高水压(2.0MPa)越江海长大盾构隧道工程安全问题展开“九七三”计划基础研究。研究采用理论分析、物理试验(室内、室外试验和模型试验)、数值模拟分析和监控测量等多种手段,针对其中涉及的多元、多相和多场耦合物理本质,对高水压水土与结构静动相互作用机理、盾构掘进中的动静力学机理、隧道结构特性及防水特性动态演化机理等核心问题进行深入系统的基础研究,提出了高水压下考虑渗流条件下的水土荷载计算理论和深水盾构隧道地震分析方法,建立了“机-土”动态作用力学模型,提出了盾构姿态、刀具磨损、开挖面稳定和高压成膜及闭气控制方法,提出了高水压大直径盾构隧道衬砌结构设计理论和高水压盾构隧道接缝长期防水安全与监控技术,最终形成超高水压越江海长大盾构隧道工程安全控制理论体系。为确保超高水压越江海长大盾构隧道工程安全提供设计理论依据,为实现大直径泥水盾构在超高水压等复杂条件下安全长距离施工提供理论支持。

摘要：对海底长距离、高水压、大直径盾构隧道纵向稳定性的特点和影响因素进行了分析,并通过工程实体对航道疏浚这一影响因子进行研究。结合航道疏浚的特点、工艺和工序,选取纵向长2.4km的大型模型,采用数值模拟方法分别研究了航道疏浚深度、疏浚工序及回淤厚度等因素对结构纵向变形、受力的影响程度,初步得到了航道疏浚深度对隧道结构稳定性的控制作用。同时,给出了疏浚深度与结构变形、受力的非线性关系,即航道疏浚深度超过7m后隧道纵向变形趋势明显;提出了疏浚控制深度的指标,疏浚规划方案宜进行优化。最后,探讨了盾构隧道结构和周边地层的加固方案,以保证结构稳定性。初步研究结果对于海底盾构隧道前期规划、设计有一定的参考价值,相关研究还需要进一步深化。

摘要：以苏州地铁盾构切削穿越大直径桥梁群桩工程为依托,先从理论上探究切桩刀具的选型、适应性设计和布置方法,然后开展盾构直接切削Φ1200桩基现场试验,分析刀具损伤规律和切桩效果,对刀刃细部设计、刀间距取值、刀具立体布局等进行探讨和优化,并估算连续切削7根桩基的可行性。研究表明:切桩宜采用零后角负前角、双面刃的贝壳刀;贝壳刀以剪切切削与侧向挤碎的方式破除混凝土,以剪切切削的方式切筋,其磨损系数约为1.891mm/km;刀间距和刀身宽度的确定应能满足全覆盖面切削桩身混凝土;钢筋是否受周边混凝土的包裹固定是其能否被有效切断的关键,为此提出超前贝壳刀的立体布局方案以及分次切筋的切削理念;合金刀刃上应避免存在尖锐棱角,切削侧部桩对刀具的损伤要大于切削中部桩。研究成果成功应用于工程实践,并表明盾构连续切削多根大直径桩基是可行的。