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水下盾构隧道管片钻穿引起的涌水突泥治理技术研究

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隧道建设（中英文） 2020年第7期40卷 1049-1056页

作者：韩贇陕西省铁道及地下交通工程重点实验室(中铁一院) 陕西西安710043 轨道交通工程信息化国家重点实验室(中铁一院) 陕西西安710043

水下盾构隧道管片钻穿会引起大量涌水突泥,对隧道建设及运营造成重大影响,且采取的隧道修复措施将影响隧道的长期运营安全。以某地铁隧道被意外钻穿的实例为工程背景,为确保水下隧道意外钻穿破坏时,可以做到临时封堵有效,永久修复满足... 详细信息

水下盾构隧道管片钻穿会引起大量涌水突泥,对隧道建设及运营造成重大影响,且采取的隧道修复措施将影响隧道的长期运营安全。以某地铁隧道被意外钻穿的实例为工程背景,为确保水下隧道意外钻穿破坏时,可以做到临时封堵有效,永久修复满足百年使用要求,提出修复思路。在水面利用浮船进行海上袋装水泥封堵,然后筑岛截断隧道与海水的联系;临时封堵后监测管片变形、复核隧道中线,明确钻孔对隧道限界的影响;通过计算对结构安全性进行评价,明确钻孔对管片结构受力影响较小。在确保隧道钻穿对隧道限界及结构的影响可控后,采取地面注浆、洞内注浆、倒锥形封堵、洞内设置内撑钢板相结合的方案,对隧道钻穿处进行治理,保证隧道的安全运营。在隧道周边施工时,应加强隧道保护意识,避免对既有隧道造成破坏。

关键词：水下盾构隧道管片破坏涌水突泥变形监测中线复核结构安全性评价管片修复倒锥形封堵

水下大盾构隧道受力特性分析及变形控制值讨论——以南京五桥夹江水下盾构隧道工程为例

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隧道建设（中英文） 2022年第5期42卷 863-872页

作者：严伟垚丁鸿志周全南京市公共工程建设中心江苏南京210019

为指导南京五桥夹江隧道运营安全评估,建立结构受力三维仿真计算模型,分析粉质黏土、粉砂等典型地层隧道结构在“横鸭蛋”和“竖鸭蛋”2种变形模式下的损伤演化过程,结合混凝土、螺栓、钢筋及结构整体受力状态,讨论运营期断面收敛变形... 详细信息

为指导南京五桥夹江隧道运营安全评估,建立结构受力三维仿真计算模型,分析粉质黏土、粉砂等典型地层隧道结构在“横鸭蛋”和“竖鸭蛋”2种变形模式下的损伤演化过程,结合混凝土、螺栓、钢筋及结构整体受力状态,讨论运营期断面收敛变形的控制值。主要结论如下:1)江中强透水地段极端7 m冲刷工况下,隧道整体上浮2.85 mm,螺栓应力变幅最为敏感,下调27.6%,混凝土应力变化最小。2)不考虑纵向差异沉降问题时,冲刷使结构向高轴压受力模式转变,对承载有利。3)水位升高引起隧道竖向变形增大0.22 mm,螺栓应力减小3.8 MPa;而水位降低引起隧道竖向变形减小0.05 mm,螺栓应力增大2 MPa。4)对比不同地质区段分析结果可知,“横鸭蛋”变形模式下,陆域段和江中段分别以10‰和12‰作为控制值;“竖鸭蛋”变形模式下,以9‰作为控制值。夹江隧道运营过程中,可依据上述标准评价变形的检测、监测数据,判定结构安全状态。

关键词：水下盾构隧道结构损伤演化变形模式直径变形比控制标准

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水下盾构隧道横通道对人员疏散的影响

消防科学与技术 2019年第2期38卷 172-176页

作者：王梦琦徐志胜徐燃王超峰陈林李耀庄中南大学防灾科学与安全技术研究所湖南长沙410075 中铁隧道局集团有限公司广东广州511455

以某海底特长公路隧道工程为实例,设置50 MW火灾的场景,通风风速为1.0、2.0 m/s,利用FDS对火灾发展状况进行模拟,利用Pathfinder对竖向疏散和横向竖向相结合两种疏散方式进行研究。通过对比安全疏散时间发现:两种疏散方案均能满足人员... 详细信息

以某海底特长公路隧道工程为实例,设置50 MW火灾的场景,通风风速为1.0、2.0 m/s,利用FDS对火灾发展状况进行模拟,利用Pathfinder对竖向疏散和横向竖向相结合两种疏散方式进行研究。通过对比安全疏散时间发现:两种疏散方案均能满足人员安全疏散要求;设置竖向疏散并增加两条及以上横通道可一定程度上提高人员的疏散效率,但增设一条横通道疏散效率仅能提升2.1%,采用竖向疏散方式完全满足人员安全疏散要求。考虑到水下盾构隧道设置横通道的施工风险,建议采用竖向疏散方式。

关键词：水下盾构隧道横通道竖向疏散疏散效率

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水下盾构隧道渗流场应力场耦合效应研究

岩土力学 2009年第11期30卷 3519-3522,3527页

作者：许金华何川夏炜洋西南交通大学地下工程系成都610031 广甘高速公路公司四川广元628000

在高水压条件下施工水下盾构隧道,渗流场对于结构及围岩应力场有很大影响。结合重庆主排水过江盾构隧道的修建,针对不同水压情况下的盾构隧道,采用有限元法对围岩及结构的渗流场和应力场进行耦合分析,获得施工期管片应力、位移及孔隙水... 详细信息

在高水压条件下施工水下盾构隧道,渗流场对于结构及围岩应力场有很大影响。结合重庆主排水过江盾构隧道的修建,针对不同水压情况下的盾构隧道,采用有限元法对围岩及结构的渗流场和应力场进行耦合分析,获得施工期管片应力、位移及孔隙水压力分布。重点研究了管片的水压力分布规律,并与现场试验进行相互验证。结果表明:耦合效应下隧道管片需要承担更大的拉力,在设计中应按更不利工况进行配筋。所得结论为类似工程的设计施工提供有了益参考及依据。

关键词：水下盾构隧道渗流场应力场耦合分析有限元法

水下盾构隧道流-固耦合理论及其渗流规律研究

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水下盾构隧道流-固耦合理论及其渗流规律研究

作者：陈路海太原理工大学

学位级别：硕士

随着“一带一路”倡议发展、基础建设和路网规划需要,穿江越海水下隧道建设经验日趋成熟,水下盾构隧道建设已经成为水系发达地域交通发展的首选方案。由于水下盾构隧道存在着稳定的补给水源,在盾构隧道施工过程中,隧道围岩孔隙压力会随... 详细信息

随着“一带一路”倡议发展、基础建设和路网规划需要,穿江越海水下隧道建设经验日趋成熟,水下盾构隧道建设已经成为水系发达地域交通发展的首选方案。由于水下盾构隧道存在着稳定的补给水源,在盾构隧道施工过程中,隧道围岩孔隙压力会随着应力的改变而发生变化,而围岩孔隙压力的改变又使得地应力重分布,二者之间相互作用、相互影响,极易造成隧道围岩的变形或失稳,从而导致工程事故的发生。本文以太原地铁2号线双塔西街-大南门站下穿迎泽湖段区间隧道为工程背景,采用理论分析方法与数值模拟计算方法,探究盾构施工过程中渗流场分布规律和衬砌管片水压力特征。研究内容主要包括:（1）确定了流固耦合基本理论,以及渗流场-应力场耦合的定解条件。（2）以太原地铁2号线双塔西街-大南门站下穿迎泽湖段区间隧道为工程背景,基于流固耦合理论,运用FLAC3D建立三维流固耦合数值模型,研究盾构隧道施工过程中围岩应力场、围岩位移场、围岩渗流场、地层变形分布规律及衬砌管片的受力特性等。（3）不同水头压力作用下,盾构隧道施工过程中围岩渗流场变化规律,及对衬砌管片结构的影响。（4）根据计算结果分析,提出相应的防水施工措施及方法。研究结论主要包括:（1）应力场方面:在整个土压平衡盾构双线隧道道掘进的过程中,竖向有效应力最大值约为4.24MPa,位于隧道的拱脚处。水平方向有效应力最大值约为3.61MPa,位于隧道水平方向的两边侧壁;渗流场方面:左线右线隧道依次开挖完成后在隧道周边形成“双降水漏斗”状的孔隙压力分布;位移场方面:盾构隧道施工过程中,围岩竖向位移及水平位移值呈增加趋势并逐渐趋于稳定值24.09mm、25.28mm;在隧道轴线上方,随着距离隧道轴线高度的减小,地层竖向变形曲线由单一的沉降槽过渡为非对称“双峰”特征曲线,地层最大沉降变形约为21.29mm;在隧道轴线下方,随着距离隧道轴线高度的增加,地层竖向变形曲线由非对称“双峰”特征曲线过渡为单一的沉降槽曲线,地层最大隆起变形约为23.78mm。（2）当水头压力越大时,围岩孔隙水压力也随之增加,同时隧道拱腰两侧的水力梯度变化尤为显著,在施工过程中应当重点监测隧道拱腰两侧水压变化;衬砌管片的竖向位移主要分布在管片的拱顶和拱底,水平位移主要发生在管片的两腰,左右向内收敛,竖向位移、水平位移随水头压力的增大而增加,但对于衬砌管片的水平位移影响不太显著;在不同水头压力作用下,左右线隧道依次开挖完成后,衬砌管片压应力随水头压力的增大而增大,而衬砌管片拉应力在各水头压力下的变化并不显著;衬砌管片拱顶拱底处的外水压力大于拱腰两侧的外水压力,水头压力越大衬砌管片的外水压力也越大。（3）区间隧道工程防水施措施及方法包括:衬砌管片的自防水、衬砌管片的接缝防水、衬砌管片的外防水以及隧道接口防水等。

关键词：水下盾构隧道渗流场衬砌水压力防水

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水下盾构隧道运营期沉降稳定性研究

城市道桥与防洪 2023年第3期 282-284,M0025页

作者：王安飞南京交通运营管理集团有限公司江苏南京211800

根据南京应天大街长江隧道运行10余年的结构沉降及隧址区河床的监测数据,分析水下盾构隧道在运营期的沉降变化规律。研究表明:盾构隧道的总体沉降主要发生在江底以外的部位,包括明挖段和大堤段等,且80%以上的沉降发生在开通运营后的6 a... 详细信息

根据南京应天大街长江隧道运行10余年的结构沉降及隧址区河床的监测数据,分析水下盾构隧道在运营期的沉降变化规律。研究表明:盾构隧道的总体沉降主要发生在江底以外的部位,包括明挖段和大堤段等,且80%以上的沉降发生在开通运营后的6 a之内;盾构隧道上方河床的局部冲刷(5 m以内)及水位变化能够引起隧道沉降反应,但不足以产生大的影响,且随着河床回淤能够恢复之前的稳定状态。

关键词：水下盾构隧道沉降监测河床监测沉降规律

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水下盾构隧道建造与运维技术研究现状与展望

现代隧道技术 2024年第1期61卷 16-35页

作者：包小华袁槐岑陈湘生沈俊郭建波沈翔崔宏志极端环境岩土与隧道工程智能建养全国重点实验室深圳518060 深圳大学滨海城市韧性基础设施教育部重点实验室深圳518060 深圳大学土木与交通工程学院深圳518060 中铁二十二局集团深圳建设有限公司深圳518060

随着我国水下隧道建造技术的迅速发展,越来越多的长距离、大直径、高水压、复杂地质的水下盾构隧道将被修建,在建设过程中将面临更加复杂的地质条件和更为严格的技术标准。为保证水下盾构隧道的全寿命周期安全,文章阐述了水下盾构隧道... 详细信息

随着我国水下隧道建造技术的迅速发展,越来越多的长距离、大直径、高水压、复杂地质的水下盾构隧道将被修建,在建设过程中将面临更加复杂的地质条件和更为严格的技术标准。为保证水下盾构隧道的全寿命周期安全,文章阐述了水下盾构隧道的发展现状和所面临的挑战,并从水下隧道建造和运维两个角度对现有技术进行总结。建造方面分别从盾构机械优化和掘进参数控制技术、水下盾构隧道防水技术、水下盾构隧道的抗震设计3个角度进行了总结与展望:介绍了盾构掘进控制的发展现状,分析了盾构隧道修建引起渗水的原因以及现有防水技术,阐述了现阶段盾构隧道的抗震设计方法;运维方面分别从水下盾构隧道的耐久性长期监测技术、水下盾构隧道结构无损检测技术、水下盾构隧道智能运维系统3个角度进行了总结与展望:采用耐久性传感器的优化设计实现了对结构耐久性的长期监测;介绍了隧道结构的检测技术,包括衬砌表观质量检测技术和结构隐蔽病害检测技术,以及基于建设的智能运维系统如何实现对隧道的安全管理和运营高效监测。通过全面梳理水下盾构隧道建造和运维关键技术,以期为水下盾构隧道全寿命周期安全提供更加可靠和高效的解决方案。

关键词：水下盾构隧道安全建造智慧运维抗震性防水技术耐久性无损检测

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超大直径水下盾构隧道施工技术进展与展望

现代隧道技术 2024年第2期61卷 124-138页

作者：陈健袁大军苏秀婷王志奎中铁十四局集团有限公司济南250101 中国铁建水下隧道工程实验室济南250101 大盾构隧道智能化建造与装备再制造山东省工程研究中心济南250101 中国海洋大学青岛266100 北京交通大学北京100044

随着“一带一路”、国家海洋战略、区域经济一体化战略布局发展,大批轨道交通、公路、铁路等大型基础设施工程面临着越江跨海的挑战。从南京长江隧道、上海长江隧道、武汉长江隧道的发端,通过引进、消化、实践、再创新盾构技术,促使我... 详细信息

随着“一带一路”、国家海洋战略、区域经济一体化战略布局发展,大批轨道交通、公路、铁路等大型基础设施工程面临着越江跨海的挑战。从南京长江隧道、上海长江隧道、武汉长江隧道的发端,通过引进、消化、实践、再创新盾构技术,促使我国水下盾构隧道技术进入快速发展阶段,一大批已建和在建超级水下盾构隧道工程极大推动了我国乃至世界水下盾构隧道技术的创新、发展和进步,在水下隧道盾构装备、设计、施工、运维等方面突破了一系列技术瓶颈。文章系统阐述了盾构技术三大要素及其内涵,即土水稳定、盾构设备及控制、结构安全与防水,分析了国内外超大直径水下盾构隧道技术现状与发展趋势,总结了近年来超大直径水下盾构隧道技术方面取得的重要创新成果,提出了大直径、长距离、高水压、复杂地质条件下水下盾构隧道工程的技术挑战、对策及工程应用前景。

关键词：超大直径水下盾构隧道研究现状发展趋势技术创新挑战与对策

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水下盾构隧道健康状态时序模糊聚类分析

水下盾构隧道健康状态时序模糊聚类分析

作者：周发南京大学

学位级别：硕士

当前隧道健康状态评价的方法和理论滞后于隧道工程和隧道健康监测的发展进程。本文讨论并完善了隧道运营期健康状态的定义并扩展其内涵,提出基于模糊理论和时间序列分析的隧道实时、整体健康状态的时序模糊聚类分析模型,以及基于隧道结... 详细信息

当前隧道健康状态评价的方法和理论滞后于隧道工程和隧道健康监测的发展进程。本文讨论并完善了隧道运营期健康状态的定义并扩展其内涵,提出基于模糊理论和时间序列分析的隧道实时、整体健康状态的时序模糊聚类分析模型,以及基于隧道结构性能分析的隧道异常诊断策略。本文以南京长江隧道盾构段为工程实例,应用该模型分析运营期隧道整体实时健康状态的动态变化规律。在建立隧道健康状态的理论基础和分析模型及其工程实例应用的过程中,得到以下结论:（1）定义隧道运营期结构健康状态,其内涵包括实时健康状态和整体健康状态两方面,并以模糊理论为基础给出该定义的数学意义。该定义以连续值逻辑为基础,能够更加精确、符合实际地描述隧道结构状态的发展与变化过程,实现对隧道的精细化健康状态评价。（2）结合模糊聚类方法和扩展的高维滑动时间窗模型,建立隧道的实时、整体健康状态评价模型（FC-STW）。通过评价域反模糊特性测试以及实时评价测试,证明该模型能够同时满足实时数据处理与多指标综合分析,因此能够与现阶段隧道健康监测系统相匹配,弥补了二者发展不均衡的现状。（3）基于隧道健康状态评价模型,提出以隧道结构性能分析为基础的隧道异常诊断策略。本文定义了两类隧道异常数据:随机异常和状态异常,并设计点异常测试和集异常测试,证明本文提出的异常诊断策略的可行性和有效性。该策略以异常状态诊断为目的,将信息分析与数据挖掘方法引入隧道结构健康分析中,为隧道病害诊断提供了新的研究方向。（4）以南京长江隧道盾构段为工程实例,应用FC-STW模型分析隧道在运营期间随时间的健康状态变化规律。南京长江隧道运营期健康状态的实时动态特征曲线表明:运营期内隧道处于动态变化之中,自运营开始呈台阶式趋于稳定,并受环境地质条件的作用呈现季节性波动变化规律,为隧道结构养护和维修提供了有价值的信息。

关键词：隧道健康状态隧道实时状态评价隧道整体状态评价水下盾构隧道模糊聚类分析时间序列分析隧道异常状态诊断