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中國(guó)科技團(tuán)隊(duì)解決地鐵隧道穿越敏感建構(gòu)筑物關(guān)鍵技術(shù)
最后更新: 2019-09-17 10:07:38本文轉(zhuǎn)自:新民晚報(bào)
目前越來(lái)越多的城市開(kāi)始修建地鐵,盾構(gòu)機(jī)是地鐵施工中最主要的施工設(shè)備。但是,盾構(gòu)施工會(huì)引起土體沉降,在穿越老舊居民樓、運(yùn)營(yíng)地鐵隧道、電力隧道等敏感建構(gòu)筑物時(shí),會(huì)造成既有建構(gòu)筑物變形開(kāi)裂。如何能提前感知并有效控制可能出現(xiàn)的沉降?同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院謝雄耀教授團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)了“深埋近距離地鐵隧道穿越敏感建構(gòu)筑物關(guān)鍵技術(shù)及裝備”,為解決這一難題提供了創(chuàng)新方案,就像是給盾構(gòu)機(jī)裝上了一雙“透視眼”。該成果亮相于本周開(kāi)幕的中國(guó)國(guó)際工業(yè)博覽會(huì)后,一定會(huì)相當(dāng)“彈眼落睛”。
圖說(shuō):第二代產(chǎn)品在濟(jì)南地鐵中的應(yīng)用 采訪對(duì)象供圖(下同)
思路從地層損失率控制入手
盾構(gòu),如同一只巨大的穿山甲,它在城市地下挖掘土方、運(yùn)送渣土、整體推進(jìn)并安裝管片,從而完成地鐵隧道的“毛坯房”建造。謝雄耀教授介紹,隨著我國(guó)城市規(guī)模不斷擴(kuò)大,對(duì)互聯(lián)互通需求進(jìn)一步增強(qiáng),亟需建設(shè)大量的大體量通道工程,盾構(gòu)隧道迎來(lái)快速發(fā)展。城市核心區(qū)地下空間開(kāi)發(fā)、密集建構(gòu)筑物、復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境,使得盾構(gòu)在近距離穿越敏感建構(gòu)筑物時(shí),易發(fā)生開(kāi)挖面失穩(wěn)、鄰近建構(gòu)筑物沉降過(guò)大、開(kāi)裂甚至垮塌的安全事故,因此,對(duì)隧道穿越所產(chǎn)生的沉降進(jìn)行有效控制非常關(guān)鍵。
由于穿越市中心時(shí)引起的開(kāi)裂糾紛成本非常高,通常希望沉降最小甚至沒(méi)有,那么如何實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)呢?研究團(tuán)隊(duì)從地層損失率控制入手,在機(jī)理、技術(shù)、裝備、平臺(tái)四個(gè)方面實(shí)現(xiàn)了地層損失預(yù)測(cè)、微擾動(dòng)施工控制、注漿實(shí)時(shí)感知、沉降協(xié)同管控的實(shí)質(zhì)性創(chuàng)新,提出了“在沉降發(fā)生前感知并控制”的理念,形成了盾構(gòu)施工的微沉降智能預(yù)警方法與技術(shù),解決了盾構(gòu)隧道近距離安全高效穿越敏感建構(gòu)筑物的關(guān)鍵技術(shù)難題。
圖說(shuō):產(chǎn)品在超大直徑盾構(gòu)隧道——上海北橫通道的應(yīng)用
準(zhǔn)確判斷同步注漿情況
“盾構(gòu)隧道施工中,沉降發(fā)生的主要原因在于盾構(gòu)機(jī)開(kāi)挖形成的直徑大于拼裝好的管片直徑,這個(gè)空隙是通過(guò)盾尾壁后注漿進(jìn)行填充的。在施工中,我們只能控制注漿的壓力和注漿總量,至于漿液注入到管片背后發(fā)生了什么、如何分布,現(xiàn)有的手段是看不到的。如果注入的漿液不能充滿盾尾的空隙,會(huì)導(dǎo)致盾尾上方的土體發(fā)生沉降,傳遞到地表敏感建構(gòu)筑物,就會(huì)引起房屋變形開(kāi)裂等?!敝x教授說(shuō),“我們團(tuán)隊(duì)提出的方法,是通過(guò)雷達(dá)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,雷達(dá)天線發(fā)射的電磁波穿透過(guò)管片,經(jīng)漿液和土體反射回來(lái),這兩者的反射信號(hào)存在明顯的差異,通過(guò)找出這種差異,就能分辨出管片與土體間漿液的分布情況。這就如同在盾構(gòu)機(jī)上安裝了一雙‘眼睛’,而且是能‘透視的眼睛’”。為了能夠更加快速準(zhǔn)確地判斷同步注漿的情況,他們團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一種車架隨行式壁后注漿檢測(cè)裝備,該裝備能夠在兩分鐘內(nèi)自動(dòng)完成壁后注漿情況的檢測(cè),如果發(fā)現(xiàn)注漿不飽滿,就可以在沉降發(fā)生前及時(shí)安排二次補(bǔ)注漿。
摸清地層沉降發(fā)展規(guī)律
這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于四個(gè)方面的創(chuàng)新。一是在沉降發(fā)生的機(jī)理方面開(kāi)展了大量的模型試驗(yàn)和數(shù)值仿真,摸清了盾構(gòu)穿越不同類型建構(gòu)筑物的地層損失情況和沉降發(fā)展規(guī)律。二是在沉降控制手段方面積累了豐富的工程經(jīng)驗(yàn),提出了新的注漿漿液配比。三是發(fā)明了車架隨行式盾構(gòu)壁后注漿雷達(dá)實(shí)時(shí)檢測(cè)裝備,“透過(guò)”管片“看到”實(shí)際的注漿情況,能夠在沉降發(fā)生前二次補(bǔ)漿。四是在盾構(gòu)施工信息聯(lián)動(dòng)交流方面開(kāi)發(fā)了一系列軟件平臺(tái),打破了現(xiàn)有施工過(guò)程中地面和地下溝通不暢的壁壘,使得項(xiàng)目管理人員、工程師、業(yè)主等隨時(shí)隨地掌握盾構(gòu)施工情況。
目前,該成果已成功應(yīng)用于上海地鐵、南寧地鐵、濟(jì)南地鐵、上海長(zhǎng)江隧道、北橫通道等國(guó)內(nèi)標(biāo)志性工程以及莫斯科地鐵三號(hào)線等國(guó)際工程中,實(shí)現(xiàn)了穿越老舊居民樓、鐵路股道、火車站站房、運(yùn)營(yíng)地鐵隧道、機(jī)場(chǎng)跑道、電力隧道及建筑物樁基等敏感建構(gòu)筑物,沉降均控制10毫米以內(nèi),產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益12.59億元。該成果申請(qǐng)專利40項(xiàng),獲上海市優(yōu)秀發(fā)明金獎(jiǎng)1項(xiàng),總體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平,部分達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平,顯著推動(dòng)了城市盾構(gòu)隧道穿越建構(gòu)筑物的科技進(jìn)步,為城市地下空間的建設(shè)保駕護(hù)航。
新民晚報(bào)首席記者 王蔚
標(biāo)簽 盾構(gòu)- 原標(biāo)題:盾構(gòu)裝上“透視眼” 同濟(jì)大學(xué)解決地鐵隧道穿越敏感建構(gòu)筑物關(guān)鍵技術(shù)
- 責(zé)任編輯: 呂棟 
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