知名企業(yè)盾構(gòu)法技術(shù)發(fā)展與展望課件一(91頁(yè))

1、盾構(gòu)法技術(shù)發(fā)展與展望一西南交通大學(xué) 晏啟祥The development and Prospect of shield methodQixiang Yan/ Southwest Jiaotong University中鐵隆工程集團(tuán)有限公司技術(shù)交流會(huì)2018年5月4日 四川成都西南交通大學(xué)教授、博士生導(dǎo)師西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院地下工程系 主任交通隧道工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 常務(wù)副主任教育部新世紀(jì)優(yōu)秀人才計(jì)劃入選者四川省學(xué)術(shù)與技術(shù)帶頭人成都市人才計(jì)劃首批突貢專家隧道與地下工程分會(huì)地下鐵道專委會(huì) 副主任委員土力學(xué)與巖土工程分會(huì)交通巖土工程專委會(huì) 秘書長(zhǎng)主持國(guó)家自然科學(xué)基金4項(xiàng)，國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題1

2、項(xiàng)，主持或主研國(guó)家973課題、國(guó)家863課題、國(guó)家科技支撐課題、鐵道部重點(diǎn)和重大、西部交通科技項(xiàng)目在內(nèi)的科研課題近20項(xiàng)；獲國(guó)家技術(shù)發(fā)明二等獎(jiǎng)1項(xiàng)（排名第3），國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)2項(xiàng)（排名第7和第10）、省部級(jí)科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)4項(xiàng)、二等獎(jiǎng)2項(xiàng)（以上皆為個(gè)人證書獲得者），詹天佑鐵道科技專項(xiàng)獎(jiǎng)1項(xiàng)；在Tunnelling And Underground Space Technology、土木工程學(xué)報(bào)、巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)、鐵道學(xué)報(bào)等國(guó)內(nèi)國(guó)際期刊上發(fā)表論文120余篇（SCI論文20篇，國(guó)內(nèi)國(guó)際會(huì)議論文近20篇,獲國(guó)家發(fā)明專利11項(xiàng)，實(shí)用新型專利13項(xiàng)。主講人簡(jiǎn)況2匯報(bào)提綱盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)和施工問題盾構(gòu)隧道結(jié)

3、構(gòu)研究進(jìn)展盾構(gòu)隧道的建設(shè)現(xiàn)狀中外盾構(gòu)隧道技術(shù)的差距3匯報(bào)提綱 我國(guó)中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃中將交通基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)擺在重要位置。在未來(lái)10年到20年，將新建近100萬(wàn)公里公路，其中高速公路約6萬(wàn)公里，新建3萬(wàn)公里鐵路，其中高速鐵路1.8萬(wàn)公里。這些鐵路公路干線中有存在大量盾構(gòu)隧道工程。盾構(gòu)隧道建設(shè)現(xiàn)狀4鐵路盾構(gòu)隧道廣深港鐵路獅子洋隧道廣深港鐵路獅子洋隧道長(zhǎng)10800m,直徑10.8m廣深港客專益田路隧道長(zhǎng)6232m,直徑13.2m北京至沈陽(yáng)鐵路客運(yùn)專線望京隧道長(zhǎng)8100m,直徑10m佛莞城際鐵路獅子洋隧道長(zhǎng)6150m,直徑13.1m廣佛環(huán)線沙堤隧道長(zhǎng)5985m,直徑8.5m天津西站至天津站地下直徑線工程長(zhǎng)5

4、005m,直徑11.6m5廣深港高速鐵路獅子洋隧道 國(guó)內(nèi)第一條盾構(gòu)法水下鐵路隧道，被譽(yù)為“中國(guó)鐵路世紀(jì)隧道” 國(guó)內(nèi)最長(zhǎng)水下隧道（長(zhǎng)10.8km） 世界上行車速度目標(biāo)值最高的盾構(gòu)法水下隧道（350km/h） 概 況：高速鐵路隧道,盾構(gòu)法,長(zhǎng)10.8km,外徑10.8m,總投資33億元,2010年貫通 6公路盾構(gòu)隧道武漢長(zhǎng)江隧道延安東路隧道長(zhǎng)2261m,直徑11m,雙向四車道南京長(zhǎng)江公路隧道長(zhǎng)3385m,直徑14.5m,雙向六車道武漢長(zhǎng)江公路隧道長(zhǎng)3270m,直徑11.0m,雙向六車道上海崇明越江隧道長(zhǎng)8950m,直徑15.0m,雙向六車道杭州慶春路公路水底隧道長(zhǎng)3060m,直徑11.3m,雙向四

5、車道瘦西湖隧道長(zhǎng)3600m,直徑14.5m,雙向四車道南京長(zhǎng)江隧道7南京長(zhǎng)江隧道我國(guó)第二大直徑、砂卵石地層最大直徑水下盾構(gòu)隧道國(guó)內(nèi)首次大規(guī)模穿越砂層及砂卵石地層的盾構(gòu)法水下隧道 概 況：市政公路隧道,盾構(gòu)法,長(zhǎng)3.022km,外徑14.5m,總投資33.2億元,2010年通車 8目前，國(guó)內(nèi)40余個(gè)城市正在著手進(jìn)行城軌交通的建設(shè)、規(guī)劃，預(yù)測(cè)到2020年，我國(guó)軌道交通里程將達(dá)到近6000公里，中國(guó)地鐵建設(shè)已進(jìn)入急速上升的發(fā)展時(shí)期。 城軌交通盾構(gòu)隧道9南京地鐵越江盾構(gòu)隧道工程盾構(gòu)隧道管片內(nèi)徑10.2米，外徑11.2米，厚度0.5米，管片環(huán)寬2米。隧道下部結(jié)構(gòu)采取中間預(yù)制“口”字件+兩側(cè)現(xiàn)澆的結(jié)構(gòu)形式

6、，雙線間設(shè)置現(xiàn)澆中隔墻，頂部設(shè)置預(yù)制煙道板。采用1臺(tái)海瑞克11.64米泥水平衡式盾構(gòu)機(jī)施工。10重慶主城排水過江隧洞 全長(zhǎng)1048m，盾構(gòu)段840m，外徑6.32m廣州西江引水工程 穿越城區(qū)的大型交通樞紐位置采用了盾構(gòu)法 施工，外徑6m南水北調(diào)輸水盾構(gòu)隧道 總長(zhǎng)8.2km，外徑6m， 雙層襯砌結(jié)構(gòu)亮馬河北路污水隧道 全長(zhǎng)1675m，外徑3.2m上海合流污水隧道工程 總管長(zhǎng)35.5km上海青草沙原水工程 外徑6.8m 輸排水盾構(gòu)隧道11輸油輸氣盾構(gòu)隧道截至2014年底，中國(guó)除臺(tái)灣省以外的所有地區(qū)已建成油氣管道總里程約11.7萬(wàn)千米，其中天然氣管道6.9萬(wàn)千米，原油管道2.7萬(wàn)千米，成品油管道2.

7、1萬(wàn)千米，油氣管道建設(shè)需求大。中亞D線瓦赫什河輸氣盾構(gòu)隧道，內(nèi)徑4.25m，線路全長(zhǎng)約1000km，其中境外段840km，管道設(shè)計(jì)輸量300億方/年。西氣東輸工程：忠一武輸氣管道工程，全長(zhǎng)1400m，內(nèi)徑2.4m，是國(guó)內(nèi)油氣管道第一次采用盾構(gòu)法越江工程。西氣東輸工程：忠一武工程潛湘支線單項(xiàng)控制性工程-城陵磯穿越隧道，全長(zhǎng)2012m。 12輸電盾構(gòu)隧道上海已建和在建多條電力電纜隧道：虹楊站隧道群（長(zhǎng)度12km，直徑4m）、世博站隧道（長(zhǎng)度17km，直徑45.3m）、福州路電纜隧道（長(zhǎng)度550m）、打浦路電纜隧道（長(zhǎng)度550m）。北京西路華夏西路電力電纜隧道工程，全長(zhǎng)3959m，內(nèi)徑5.5m。蘇通

8、GIL穿越長(zhǎng)江特高壓電力隧道，盾構(gòu)段總長(zhǎng)5466.5m，內(nèi)徑10.5m，外徑11.6m13煤礦輔運(yùn)斜井盾構(gòu)隧道神東補(bǔ)連塔煤礦斜井總長(zhǎng)度2745m，坡度-5.5，最大埋深280m，開挖直徑7.62m，井筒凈直徑6.6m。填補(bǔ)了我國(guó)盾構(gòu)在長(zhǎng)距離大坡度煤礦斜井建設(shè)領(lǐng)域的技術(shù)空白，開創(chuàng)了煤礦斜井建井新模式，是煤礦建井模式的革命性變革。14預(yù)計(jì)未來(lái)十年內(nèi)煤礦斜井盾構(gòu)工程量將超過500km以上；神華新街礦區(qū)4個(gè)礦井（8個(gè)井筒確定按照盾構(gòu)施工煤礦斜井規(guī)劃。城市綜合管廊盾構(gòu)隧道天津市劉莊橋海河改造工程中的地下共同過河隧道長(zhǎng)226.5m 直徑5.85m南京云錦路電纜隧道莫雙線220kv下地工程長(zhǎng)850m 直徑2

9、.44m沈陽(yáng)市南運(yùn)河段綜合管廊長(zhǎng)12828m,直徑5.4m曹妃甸工業(yè)區(qū)跨納潮河綜合管廊工程長(zhǎng)1046m，直徑5.5m成都成洛大道綜合管廊長(zhǎng)4400m，直徑6m15雙管4車道雙管6車道雙管雙層6車道雙管雙層8車道單洞單線單洞雙車道內(nèi)置排水管疊合結(jié)構(gòu) 使用屬性多變鐵路、公路城軌、市政輸水、輸氣 結(jié)構(gòu)型式多樣單層、雙層圓形、馬蹄形 斷面型式多種單管單線單管雙線雙管四車道雙管六車道 .盾構(gòu)隧道設(shè)計(jì)和施工問題16趨勢(shì)之一：地質(zhì)條件多樣化砂卵石地層：北京地鐵、成都地鐵、沈陽(yáng)地鐵等 大粒徑漂石、孤石的通過問題軟土地層：上海地鐵、南京地鐵、蘇州地鐵等 隧道結(jié)構(gòu)的振陷、施工穩(wěn)定性問題復(fù)合地層：廣州地鐵、深圳地鐵

10、等 軟硬不均問題三大典型地層其他地層黃土地層：西安地鐵 遇水塌陷、地裂縫問題硬巖地層：重慶地鐵 高磨耗問題膨脹土地層：合肥地鐵17趨勢(shì)之二：越江跨海常態(tài)化水下隧道集中區(qū)域： 武漢長(zhǎng)江公路隧道南京長(zhǎng)江公路隧道上海崇明長(zhǎng)江隧道廣深港高鐵獅子洋隧道武廣高鐵瀏陽(yáng)河隧道 杭州慶春路隧道杭州錢江隧道重慶排水長(zhǎng)江隧道臺(tái)山核電取水隧道 西氣東輸長(zhǎng)江隧道廈門翔安海底隧道膠州灣海底隧道南京地鐵越長(zhǎng)江隧道福州地鐵越江隧道武漢市軌道交通8號(hào)線一期工程越江隧道南京地鐵10號(hào)線過江盾構(gòu)隧道渤海灣海底隧道佛莞城際鐵路獅子洋隧道蘇通GIL綜合管廊工程瓊州海峽隧道18趨勢(shì)之三：結(jié)構(gòu)斷面多元化 運(yùn)速、運(yùn)量、交通類型多樣化帶來(lái)的斷

11、面型式多樣化城市地鐵：6.0m、6.2m級(jí)-7m、8m市政公路：10m（雙車道）-15m級(jí)（三車道、雙層4車道）城際鐵路：11m級(jí)為主，14m、15m19 雙圓、矩形斷面型式上海軌道交通楊浦線黃興綠地站一翔殷路站雙圓盾構(gòu)隧道 隧道全長(zhǎng)866m,外尺寸為6.3m10.9m(外徑寬度)，內(nèi)尺寸為5.7m10.3m，雙線中心間距為4.6m鄭州下穿中州大道隧道工程斷面尺寸為10.12m7.27m趨勢(shì)之三：結(jié)構(gòu)斷面多元化20趨勢(shì)之三：結(jié)構(gòu)斷面多元化趨勢(shì)之四：建設(shè)環(huán)境復(fù)雜化22趨勢(shì)之五：埋置深度深層化主隧道總長(zhǎng)約17.5km埋深2540m直徑33.4m武漢市大東湖核心區(qū)污水深隧工程23主隧道總長(zhǎng)約105k

12、m埋深3060m主隧直徑10.0m集城市污水收集調(diào)度、初雨徑流污染治理和防洪防澇等功能為一體的“復(fù)合型深隧”成都市中心城區(qū)深隧排水系統(tǒng)工程趨勢(shì)之五：埋置深度深層化24斷面增大、幅寬增加的塊體效應(yīng)問題問題一：城市地鐵盾構(gòu)隧道6.06.2m斷面積：約30m2大斷面盾構(gòu)隧道10.011.0m斷面積：約100m2超大斷面盾構(gòu)隧道14.515.2m斷面積：約180m225問題二：高水壓止水問題接縫滲漏26大深度、高地應(yīng)力問題問題三：qeqwpe現(xiàn)有淺表部圍巖屈服和破壞準(zhǔn)則在深部是否適用有待探明持續(xù)流變導(dǎo)致圍巖-支護(hù)結(jié)構(gòu)相互作用關(guān)系復(fù)雜流變?nèi)^程曲線掘進(jìn)設(shè)備卡機(jī)大變形二襯開裂2727復(fù)雜地質(zhì)地層施工荷載導(dǎo)

13、致管片開裂問題問題四：軟硬交界地層千斤頂推力、注漿壓力施設(shè)不當(dāng)造成管片開裂28城市軌道交通結(jié)構(gòu)抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（GB 50909-2014）中規(guī)定：抗震設(shè)防地區(qū)的城市軌道交通結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。盾構(gòu)隧道工程設(shè)計(jì)規(guī)范（征求意見稿）中規(guī)定：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中國(guó)地震動(dòng)參數(shù)區(qū)劃圖（GB 18306）中所規(guī)定的基本烈度6、7、8、9度地區(qū)的盾構(gòu)隧道工程抗震設(shè)計(jì)。公路隧道抗震設(shè)計(jì)細(xì)則（送審稿）中規(guī)定：地震動(dòng)峰值加速度大于或等于0.05g的地區(qū)的公路隧道應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)。 我國(guó)中西部山區(qū)、東部沿海地處亞歐交界地帶，屬地震區(qū)多發(fā)區(qū)，大量在建、已建的隧道需開展抗震設(shè)計(jì)或測(cè)評(píng)，基本烈度6度及以上地區(qū)均應(yīng)進(jìn)行抗震設(shè)計(jì)是否必要？

14、管片襯砌抗減（隔）震設(shè)計(jì)問題問題五：29侵蝕環(huán)境造成襯砌結(jié)構(gòu)劣化問題問題六：鋼筋銹蝕外部侵蝕污水內(nèi)蝕混凝土污水管道內(nèi)壁腐蝕情況30盾構(gòu)掘進(jìn)失控 泥水平衡盾構(gòu) 泥膜成型難、開挖面平衡難.土壓平衡盾構(gòu) 螺旋機(jī)保壓難、掘進(jìn)控制難盾構(gòu)施工失控導(dǎo)致地表沉陷問題七：房屋倒塌 渣土噴涌、地層劈裂地面沉陷、建筑倒塌 31盾構(gòu)設(shè)備失效 地層高磨耗特性對(duì)機(jī)體磨蝕沖撞刀盤刀具不匹配減磨手段效率低 . 盾構(gòu)磨耗導(dǎo)致機(jī)具失效問題八：刀具磨耗、刀盤磨損出渣不暢、管路破裂刀盤解體、盾構(gòu)卡機(jī) 3233 開發(fā)了殼-彈簧-接觸模型，解決了盾構(gòu)隧道結(jié)構(gòu)-巖體-水體多體接觸求解問題厚殼剛度矩陣：接頭剛度矩陣：進(jìn)展一：大斷面盾構(gòu)隧道力

15、學(xué)分析模型管片襯砌二次襯砌雙層襯砌改進(jìn)模型 開發(fā)了盾構(gòu)隧道防撞擊雙層襯砌的結(jié)構(gòu)分析模型，探明了盾構(gòu)隧道復(fù)合襯砌的承載特性復(fù)合式雙層襯砌層間關(guān)系FKY2KY1KY3F管片襯砌二次襯砌襯砌間的材料KYD1D234進(jìn)展一：大斷面盾構(gòu)隧道力學(xué)分析模型對(duì)比點(diǎn)管片襯砌結(jié)構(gòu)管片襯砌接頭管片襯砌與二次襯砌之間的結(jié)合面管片襯砌與地層之間的接觸面模型梁?jiǎn)卧哂欣瓑?、剪切和抗彎功能的彈簧單元固結(jié)的徑向梁?jiǎn)卧獜较蚝颓邢蚶瓑簭椈蓡卧Ｐ土簡(jiǎn)卧獜较驂簵U和切向彈簧單元徑向和切向拉壓彈簧單元徑向和切向拉壓彈簧單元模型梁?jiǎn)卧哂欣瓑骸⒓羟泻涂箯澒δ艿膹椈蓡卧Σ羻卧獜较蚝颓邢蚶瓑簭椈蓡卧倪M(jìn)模型梁?jiǎn)卧c(diǎn)位移耦合的拉壓、剪切和抗

16、彎彈簧單元徑向壓桿和點(diǎn)位移耦合切向彈簧模型一模型二模型三35進(jìn)展一：大斷面盾構(gòu)隧道力學(xué)分析模型a) 接頭正圖接頭立面圖接頭剖面圖 形成了反映管片襯砌接頭細(xì)部構(gòu)造的非線性剛度理論解析方法a) 正彎矩作用（管片內(nèi)側(cè)受拉） b) 負(fù)彎矩作用（管片內(nèi)側(cè)受壓）接頭板等效梁36進(jìn)展一：大斷面盾構(gòu)隧道力學(xué)分析模型 螺栓的抗拉剛度直接對(duì)接頭的抗拉剛度產(chǎn)生貢獻(xiàn)，另一方面的抗拉剛度主要受接頭板和螺栓影響。螺栓通過接頭板將管片連接在一起，因此，二者的變形具有相互影響性。一方面，螺栓，接頭板的壓縮和彎曲也將對(duì)接頭的抗拉剛度產(chǎn)生影響，主要表征為對(duì)抗拉剛度的削弱作用。因此，影響接頭抗拉剛度的主要因素包括螺栓的抗拉剛度、接

17、頭受拉作用下接頭板壓縮剛度和彎曲剛度三個(gè)方面。有效壓縮區(qū)域示意圖37進(jìn)展一：大斷面盾構(gòu)隧道力學(xué)分析模型 接頭分離前兩種剛度相互作用關(guān)系 接頭分離后兩種剛度相互作用關(guān)系、分別為正彎矩作用下接頭分離前和接頭分離后的抗拉剛度。 (17)分別為負(fù)彎矩作用下接頭分離前和接頭分離后的抗拉剛度。38進(jìn)展一：大斷面盾構(gòu)隧道力學(xué)分析模型 接頭抗彎剛度主要由接頭抗拉剛度和接頭處混凝土抗彎性能決定。接頭抗拉剛度主要受到螺栓的抗拉剛度、接頭受拉作用下接頭板壓縮剛度和彎曲剛度三個(gè)方面的影響，而接頭處混凝土抗彎性能主要由混凝土材料的力學(xué)性能、管片幅寬和接縫面混凝土受壓區(qū)高度決定。因此影響接頭抗彎剛度的主要因素除了接頭抗拉

18、剛度，還包括接頭處混凝土材料的力學(xué)性能、管片幅寬和接縫面混凝土受壓區(qū)高度這三個(gè)方面?？傻迷谡龔澗刈饔孟陆宇^分離后的抗彎剛度見下式所示：分別為負(fù)彎矩作用下接頭分離前和接頭分離后的抗彎剛度。39進(jìn)展一：大斷面盾構(gòu)隧道力學(xué)分析模型 建立反映盾構(gòu)隧道襯砌結(jié)構(gòu)非線性剛度特性的迭代算法40進(jìn)展一：大斷面盾構(gòu)隧道力學(xué)分析模型控制方程：界面滑移：界面不滑移：基于彈性薄壁圓柱殼理論，給出了求解深埋盾構(gòu)隧道水平地震剪切波作用下的附加內(nèi)力計(jì)算公式。 給出了基于彈性薄壁圓柱殼的盾構(gòu)隧道抗震擬靜力分析方法 41進(jìn)展二：圓形盾構(gòu)隧道抗震擬靜力分析方法與抗震特性 隧道遠(yuǎn)場(chǎng)剪應(yīng)變和剪應(yīng)力 襯砌周邊剪切力的等效 剪切力分解后的

19、作用模型 界面不滑移 界面滑移利用彈性中心法和空洞復(fù)變函數(shù)，給出了深埋盾構(gòu)隧道在土層結(jié)構(gòu)界面滑移和不滑移情況下的盾構(gòu)隧道抗震分析公式 42進(jìn)展二：圓形盾構(gòu)隧道抗震擬靜力分析方法與抗震特性開裂與錯(cuò)動(dòng)損傷區(qū)域43揭示了穿越蠕滑斷層隧道結(jié)構(gòu)的損傷開裂特性(a) 彌散裂縫(b)離散裂縫（c）擴(kuò)展有限元進(jìn)展二：圓形盾構(gòu)隧道抗震擬靜力分析方法與抗震特性 開展了地震荷載作用下盾構(gòu)隧道的動(dòng)態(tài)防水特性的試驗(yàn)驗(yàn)證進(jìn)展二：圓形盾構(gòu)隧道抗震擬靜力分析方法與抗震特性構(gòu)建車體之間相容的動(dòng)力邊界條件，形成考慮列車編組數(shù)量、行駛速度、碰撞角度在內(nèi)的撞擊荷載理論模型；獲得了列車脫軌撞擊荷載及撞擊力特征曲線。 各撞擊角度下不同撞

20、擊速度的撞擊力時(shí)程曲線第一類撞擊力特征曲線的高斯多峰擬合進(jìn)展三：高速列車撞擊隧道結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性撞擊荷載下管片結(jié)構(gòu)大變形數(shù)值分析技術(shù)-引入非連續(xù)位移擴(kuò)展有限元法及損傷力學(xué)理論，通過模擬管片襯砌拼裝效應(yīng)和撞擊大變形效應(yīng)，揭示了列車撞擊荷載作用下盾構(gòu)隧道襯砌損傷演化、管片襯砌裂縫開裂擴(kuò)展及接頭螺栓斷裂失效等動(dòng)力學(xué)特性。內(nèi)側(cè)主裂縫及接頭部位開裂襯砌內(nèi)外表面裂縫擴(kuò)展管片襯砌拉壓損傷特性螺栓連接單元的斷裂失效準(zhǔn)則進(jìn)展三：高速列車撞擊隧道結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性構(gòu)建列車-隧道-圍巖非線性接觸耦合模型，揭示在真實(shí)列車高速撞擊作用下列車防撞吸能動(dòng)力特性及盾構(gòu)隧道管片襯砌破壞力學(xué)方式。車-隧-圍巖動(dòng)力耦合模型管片內(nèi)表面壓縮

21、損傷特性車頭區(qū)域形變及等效塑性應(yīng)變特性管片結(jié)構(gòu)碎裂與掉落進(jìn)展三：高速列車撞擊隧道結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性建立隧道內(nèi)爆炸數(shù)值模型，采用流固耦合分析方法，研究爆炸沖擊波在隧道內(nèi)橫向與縱向傳播規(guī)律，獲得隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)壁面沖擊波超壓分布情況。爆炸沖擊波計(jì)算模型不同時(shí)刻隧道內(nèi)空氣傳播云圖不同時(shí)刻爆心斷面壓力分布爆心截面空氣沖擊波壓力時(shí)程曲線進(jìn)展四：隧道半封閉空間中的爆炸動(dòng)力特性建立圍巖-管片襯砌-接頭整體數(shù)值分析模型，考慮炸藥、空氣與結(jié)構(gòu)耦合作用，分析內(nèi)爆炸作用下盾構(gòu)隧道動(dòng)力響應(yīng)，揭示盾構(gòu)隧道爆炸破壞形態(tài)與規(guī)律。管片襯砌變形云圖進(jìn)展四：隧道半封閉空間中的爆炸動(dòng)力特性管片襯砌碎裂圖進(jìn)而獲得內(nèi)爆炸作用下管片接頭部位及接頭

22、螺栓變形及受力規(guī)律。爆心截面管片環(huán)環(huán)向螺栓爆心截面管片環(huán)縱向螺栓管片張開與錯(cuò)臺(tái)進(jìn)展四：隧道半封閉空間中的爆炸動(dòng)力特性M點(diǎn)接頭張開量時(shí)程曲線建立了考慮列車行駛效應(yīng)的列車振動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析方法51進(jìn)展五：交叉隧道的振動(dòng)響應(yīng)與累積損傷將實(shí)測(cè)列車振動(dòng)荷載以豎向激振荷載的形式施加在列車輪軸上，同時(shí)在列車編組上施加相應(yīng)的速度場(chǎng)。動(dòng)力響應(yīng)曲線呈現(xiàn)接近段、上升段、穩(wěn)定段、下降段、遠(yuǎn)離段五階段特征。52考慮列車行駛效應(yīng)的列車振動(dòng)動(dòng)力學(xué)分析模型圖0 L隧道動(dòng)力響應(yīng)時(shí)程曲線進(jìn)展五：交叉隧道的列車振動(dòng)響應(yīng)與累積損傷基于最新混凝土單軸本構(gòu)模型，考慮影響混凝土疲勞損傷的三個(gè)主要因素：混凝土疲勞剛度退化、疲勞強(qiáng)度下降和疲勞殘余

23、應(yīng)變?cè)黾樱贸隽烁倪M(jìn)的混凝土疲勞本構(gòu)模型：其中，修正的相關(guān)參數(shù)如下：改進(jìn)的混凝土疲勞本構(gòu)模型進(jìn)展五：交叉隧道的列車振動(dòng)響應(yīng)與累積損傷揭示了不同使用年限隧道的累積損傷情況與減振道床的作用54隧道的壓致?lián)p傷集中在有地鐵行駛的上部隧道拱底區(qū)域，下部隧道沒有；隨著隧道運(yùn)營(yíng)年限的增加，損傷數(shù)和范圍增加明顯；拉致?lián)p傷云圖(a) 0.07年(b)13.70 年(c) 68.49年(b) 102.74 年隧道的拉致?lián)p傷集中上部隧道拱底和仰拱邊緣區(qū)域；拉致?lián)p傷大小和范圍遠(yuǎn)大于壓致?lián)p傷0.22，7.0810-3進(jìn)展五：交叉隧道的列車振動(dòng)響應(yīng)與累積損傷55 項(xiàng)目針對(duì)神華集團(tuán)神東礦區(qū)補(bǔ)連塔礦2號(hào)副井工程，實(shí)施盾構(gòu)施工

24、、場(chǎng)體和結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，以期對(duì)國(guó)內(nèi)首條盾構(gòu)施工斜井進(jìn)行遠(yuǎn)程化、數(shù)字化監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià) ，確保建井施工安全。進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù)56 補(bǔ)連塔煤礦斜井設(shè)計(jì)總長(zhǎng)度2745m，坡度-5.5，最大埋深280m。穿越地層以砂巖和泥巖為主進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù)57 斜井掘進(jìn)開挖直徑7.62m，井筒凈直徑6.6m，斷面面積45.6，管片厚度0.35m，幅寬1.8m，一環(huán)由7塊管片組成。2015年7月10日工程開始正式掘進(jìn)，12月22日貫通。進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 研發(fā)了煤礦斜井遠(yuǎn)程數(shù)字化監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

25、層次設(shè)計(jì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D操作監(jiān)控端數(shù)據(jù)同步端數(shù)據(jù)發(fā)布端數(shù)據(jù)存儲(chǔ)端地圖服務(wù)端監(jiān)測(cè)系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)示意圖監(jiān)測(cè)系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)（13個(gè)模塊）整體工況展示模塊掘進(jìn)監(jiān)測(cè)模塊巖土改良系統(tǒng)模塊填充系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模塊皮帶機(jī)監(jiān)測(cè)模塊盾尾密封模塊盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測(cè)模塊圍巖結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)模塊視頻監(jiān)控模塊安全評(píng)估模塊數(shù)據(jù)查詢模塊報(bào)警列表模塊故障列表模塊進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 研發(fā)了煤礦斜井遠(yuǎn)程數(shù)字化監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)掘進(jìn)監(jiān)測(cè)模塊盾構(gòu)總推力刀盤轉(zhuǎn)速、扭矩推進(jìn)速度刀盤行程和壓力（上、下、左、右）土壓（上、下、左、右）刀盤滲漏油溫、工作油壓推進(jìn)油泵油壓整體工況模塊動(dòng)畫形式實(shí)時(shí)展現(xiàn)盾構(gòu)機(jī)當(dāng)前的工作狀態(tài)（掘進(jìn)、拼裝、停機(jī)）當(dāng)前盾構(gòu)機(jī)

26、所在位置當(dāng)前掘進(jìn)環(huán)數(shù)施工整體安全風(fēng)險(xiǎn)狀態(tài)進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 研發(fā)了煤礦斜井遠(yuǎn)程數(shù)字化監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)巖土改良系統(tǒng)模塊監(jiān)測(cè)膨潤(rùn)土系統(tǒng)、泡沫系統(tǒng)、除塵噴霧系統(tǒng)膨潤(rùn)土、泡沫消耗量噴霧壓力填充系統(tǒng)監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)：注漿壓力注漿流量豆粒石消耗量進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 研發(fā)了煤礦斜井遠(yuǎn)程數(shù)字化監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)皮帶機(jī)監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)：皮帶機(jī)轉(zhuǎn)速皮帶機(jī)張緊力盾尾密封模塊監(jiān)測(cè)：均勻分布于盾尾的6個(gè)密封裝置的工作狀態(tài)密封壓力和油脂消耗量。進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 研發(fā)了煤礦斜井遠(yuǎn)程數(shù)字化監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)盾構(gòu)姿態(tài)監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)盾構(gòu)姿態(tài)并以圖形化顯示水平傾向垂直傾向俯傾角側(cè)滾角

27、等圍巖結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)測(cè)荷載和內(nèi)力的變化，可查看各監(jiān)測(cè)值的時(shí)程曲線圍巖壓力外水壓力襯砌彎矩襯砌軸力進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 研發(fā)了煤礦斜井遠(yuǎn)程數(shù)字化監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)視頻監(jiān)控模塊主要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工狀況進(jìn)行全方位監(jiān)測(cè)與實(shí)時(shí)畫面?zhèn)魉桶踩u(píng)估模塊 包括施工安全與結(jié)構(gòu)安全評(píng)估：對(duì)盾構(gòu)施工狀態(tài)參數(shù)等進(jìn)行評(píng)估對(duì)襯砌結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 研發(fā)了煤礦斜井遠(yuǎn)程數(shù)字化監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)查詢模塊對(duì)單環(huán)和多環(huán)進(jìn)行信息查詢或統(tǒng)計(jì)出土量進(jìn)度施工時(shí)間材料消耗故障列表模塊對(duì)盾構(gòu)機(jī)系統(tǒng)、皮帶機(jī)系統(tǒng)、膠輪車系統(tǒng)等的故障進(jìn)行記錄定位與查看等進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 研

28、發(fā)了煤礦斜井遠(yuǎn)程數(shù)字化監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng) 通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的層次設(shè)計(jì)、功能設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)、接口設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)，最后構(gòu)建了盾構(gòu)-結(jié)構(gòu)-場(chǎng)體監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有如下顯著特點(diǎn)：開放性和可擴(kuò)展性集成性和可管理性實(shí)時(shí)性和高效性安全性和可維護(hù)性進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 研發(fā)了煤礦斜井遠(yuǎn)程數(shù)字化監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)測(cè)試傳感器總體布置方式-測(cè)試斷面位置選擇斜井現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)斷面布置補(bǔ)連塔2#輔運(yùn)平硐設(shè)置10個(gè)斷面，間隔位置平均200m，特殊巖層和位置適當(dāng)加密測(cè)試斷面?zhèn)鞲衅靼袢胧絺鞲衅骰虮碣N式傳感器（測(cè)縫計(jì)、表貼式應(yīng)變計(jì)） 形成了斜井監(jiān)測(cè)元器件配置、硬件組網(wǎng)技術(shù)進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù)埋入

29、式傳感器布置管片襯砌結(jié)構(gòu)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試測(cè)點(diǎn)布置量測(cè)元件埋設(shè)示意圖襯砌環(huán)安裝以下傳感器土壓力計(jì)、水壓力計(jì)安裝在分塊外表面的中間位置每個(gè)分塊安裝兩對(duì)混凝土應(yīng)變計(jì)，位置以分塊的環(huán)向等分長(zhǎng)度確定校正用溫度傳感器和局部鋼筋計(jì)進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 形成了斜井監(jiān)測(cè)元器件配置、硬件組網(wǎng)技術(shù)埋入式元器件型號(hào)及參數(shù)元器件類型型號(hào)數(shù)量實(shí)物圖性能參數(shù)土壓力計(jì)XYJ-6型壓軸式雙膜7型號(hào)：XYJ-6，量程：30MPa，精度：1.0% F.S.，靈敏度：0.025%F.S.孔隙水壓力計(jì)XJS-37型號(hào)：XJS-3，量程：10MPa，精度：1.0% F.S.，靈敏度：0.025%F.S.混凝土應(yīng)變計(jì)XJH-

30、2型埋入式29型號(hào)：XJH-2，量程：40MPa，精度：1.0% F.S.靈敏度：0.4鋼筋計(jì)XJG-216型號(hào)：XJG-2，量程：40MPa，精度：1.0% F.S.靈敏度：0.4溫度傳感器LN-T4量程-50-350數(shù)據(jù)傳輸終端盒JS-201011個(gè)10/100M網(wǎng)口/5個(gè)串口/1個(gè)并口，支持TCP/IP/DHCP以異步ASYNC連接方式，環(huán)境參數(shù):溫度:0-40;濕度:10%-80%進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 形成了斜井監(jiān)測(cè)元器件配置、硬件組網(wǎng)技術(shù)盾構(gòu)的總推力刀盤扭矩刀盤轉(zhuǎn)速掘進(jìn)速度推進(jìn)行程推進(jìn)油缸壓力、速度采用盾構(gòu)自帶傳感器測(cè)試盾構(gòu)施工參數(shù) 盾構(gòu)機(jī)在設(shè)計(jì)制造過程中，在其

31、土倉(cāng)內(nèi)、主驅(qū)動(dòng)內(nèi)、排土裝置、密封裝置、注漿裝置、推進(jìn)裝置等重要設(shè)備當(dāng)中都安設(shè)有傳感器。注漿壓力和流量泡沫消耗量噴霧壓力油脂密封壓力和消耗量盾構(gòu)機(jī)俯視角和側(cè)滾角土倉(cāng)內(nèi)和螺栓出土器的水壓力、土壓力進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 形成了斜井監(jiān)測(cè)元器件配置、硬件組網(wǎng)技術(shù)采用視頻攝像機(jī)開展視頻監(jiān)測(cè)視頻服務(wù)器、視頻工作站、編碼器、解碼器等視頻服務(wù)器Xeon E5-2620 2GHz，Intel C600，1PCI-E+3.016+4PCI-E 3.08，SAS硬盤視頻工作站Core i5-3320M 2.6GHz，Intel QM77，nVIDIA Quadro K1000M，集成千兆以太網(wǎng)卡

32、編碼器視頻碼率：2Mbps-16Mbps；碼流類型：復(fù)合流/視頻流；視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)：H.264解碼器視頻壓縮標(biāo)準(zhǔn)：H.264；視頻輸出接口：1個(gè)HDMI、一個(gè)VGA、一個(gè)BNC工業(yè)監(jiān)視器最大分辨率：1920*1080；有效顯示區(qū)域：1039.7（H）*584.8（V）IP-SAN接口類型：雙1000M LAN；接口：SATA II、SAS ；接口速度：3GB/s；硬盤盤位：161TB；RAID級(jí)別：0，1，1E，5，6，10，50，60視頻攝像機(jī)配套設(shè)備進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 形成了斜井監(jiān)測(cè)元器件配置、硬件組網(wǎng)技術(shù)埋入式傳感器的埋設(shè)工藝-固定土壓力計(jì)固定綁扎式安裝彈性保護(hù)墊層

33、混凝土應(yīng)變計(jì)固定應(yīng)變計(jì)的綁扎方向應(yīng)與環(huán)向受力主筋方向平行混凝土應(yīng)變計(jì)和環(huán)向主筋高度一致進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 形成了斜井監(jiān)測(cè)元器件配置、硬件組網(wǎng)技術(shù)傳感器走線圖土壓力計(jì)、水壓力計(jì)、鋼筋計(jì)埋設(shè)及走線示意圖埋入式傳感器的埋設(shè)工藝-走線進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 形成了斜井監(jiān)測(cè)元器件配置、硬件組網(wǎng)技術(shù)走線孔兩端設(shè)置封堵，內(nèi)端封堵設(shè)通線孔通線孔需進(jìn)行充分的防水處理，避免管片在養(yǎng)護(hù)時(shí)發(fā)生滲水侵蝕電纜走線孔防水處理走線孔安裝位置固定埋入式傳感器的埋設(shè)工藝-防水進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 形成了斜井監(jiān)測(cè)元器件配置、硬件組網(wǎng)技術(shù)埋入式傳感器的埋設(shè)工藝-脫模、

34、標(biāo)記-接線-封孔混凝土脫模管片標(biāo)記開孔接線封堵走線孔進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 形成了斜井監(jiān)測(cè)元器件配置、硬件組網(wǎng)技術(shù)表貼式傳感器的埋設(shè)工藝-在環(huán)縫、縱縫上表貼測(cè)縫針、混凝土上表貼應(yīng)變計(jì)表貼式測(cè)縫計(jì)表貼式應(yīng)變計(jì)傳感器布置設(shè)計(jì)圖每襯砌環(huán)布置：表貼式測(cè)縫計(jì)7個(gè)，表貼式應(yīng)變計(jì)4個(gè)，埋入式應(yīng)變計(jì)4個(gè)。拱頂表貼式應(yīng)變計(jì)進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 形成了斜井監(jiān)測(cè)元器件配置、硬件組網(wǎng)技術(shù)有線組網(wǎng)傳輸方式斜井監(jiān)測(cè)組網(wǎng)技術(shù)-有線組網(wǎng)傳輸方式進(jìn)展六：盾構(gòu)隧道監(jiān)測(cè)與結(jié)構(gòu)安全實(shí)時(shí)評(píng)估技術(shù) 形成了斜井監(jiān)測(cè)元器件配置、硬件組網(wǎng)技術(shù)補(bǔ)連塔2#輔運(yùn)平洞盾構(gòu)施工參數(shù)、地層荷載參數(shù)、結(jié)構(gòu)內(nèi)力參數(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)均利用光纖實(shí)現(xiàn)信號(hào)的遠(yuǎn)距離