《盾构法隧道结构性能试验关键技术及装备》

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该项目属于隧道工程技术领域。

盾构法施工的各类隧道是现代城市的“主动脉”,其“血管壁”即管片结构与常规钢筋混凝土结构相比具有不连续性和非线性的特征。历经百年实践,常规圆形隧道设计方法日臻成熟,但国内尚缺乏异形断面或内压交变载荷作用下的隧道设计经验,已成为制约中国隧道工程技术进一步发展的重大技术瓶颈之一。因此,通过研发盾构法隧道结构性能试验关键技术及装备,在实验室中真实展现原型隧道的结构性能是确保工程建设运营安全和服役性能的必要环节,对实现中国城市核心区域和深层地下空间开发的可持续发展具有重要意义。

该项目以“十三五”国家战略性新兴产业发展为需求,依托国家泥水平衡盾构工程技术研究中心研发平台,通过产学研用紧密结合,针对现有盾构法隧道管片结构试验技术存在的“做不实,弄不清,测不准”三个核心问题,在试验方法、平台装置和测试技术方面取得了关键性突破,发明了具有自主知识产权的盾构隧道管片结构性能试验关键技术及装备,主要发明点如下:

发明点1:针对现有试验系统在荷载分布、重力模拟和“盾构隧道-土体相互作用”等方面的缺陷,发明了可重构“站立式+水平式”1:1通用型结构性能试验系统,构建了不同断面形式的自适应伺服加载系统。首次实现了试验方法与设计模型的完全一致,解决了长期困扰国内外盾构管片衬砌结构性能试验“做不实”的国际难题。

发明点2:针对盾构法隧道结构-土体相互作用核心问题,尤其是深隧排蓄水交变荷载作用下隧道结构长期服役性能问题,发明了盾构法隧道结构-土体相互作用自适应弹性抗力试验法和“非对称-伺服加载法”,真实再现了全寿命周期内各类断面、不同规模隧道结构与土体的相互作用关系,实现了施工和运营全过程精细化模拟,解决了隧道结构-土体相互作用下的结构受力特征和变形规律“弄不清”的难题。

发明点3:针对盾构隧道管片结构性能试验位移场测试数据不全面、不连续和结构破坏动态演化过程很难获得的问题,国内外首次在1:1原型试验领域集成三维激光扫描技术和非接触式三维应变光学测量系统,建立了一套量化评估试验数据准确性、可靠性和精度的新方法,独立研发了自动获得管片结构内弧面真三维形变全过程软件平台,获取了盾构管片结构裂缝发生、发展以及位置的全过程变化规律,精度达到0.001mm,解决了盾构法隧道管片结构性能试验“测不准”的问题。

该项目获各类知识产权16项,其中授权发明专利12项,实用新型专利1项,软件著作权3项。公开发表论文48篇,其中SCI/EI论文9篇,近三年直接经济效益8.54亿元,利税7806.93万元。相关成果十年来已成功完成轨道交通类矩形隧道、市政通用型矩形隧道和苏州河深层调蓄隧道等多项结构性能试验,为盾构法隧道设计与建设的技术协同发展提供了坚实的基础支撑,加速了上下游产业链的技术扩散,为中国轨道交通和海绵城市建设做出了重要贡献。

成果说明

(1)已完成工程: 宁波轨道交通3号线试验段。 (2)在建工程: 1)宁波轨道交通2号线二期招宝山站-聪园路站区间; 2)宁波轨道交通2号线二期聪园路站-枫园站区间; 3)宁波轨道交通2号线二期枫园站-枫园站站前区间; 4)宁波轨道交通4号线双东路站-翠柏里站区间; 5)宁波轨道交通4号线翠柏里站-盾构工作井区间; 6)杭州地铁4号线二期工程土建施工SG-2-1标段彭埠站; 7)上海苏州河段深层排水调蓄管道系统工程主线隧道试验段。 (3)拟开展工程: 宁波长洪隧道复线工程拟采用矩形

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