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2017年度科技进步一等奖:软土地层超大断面异形盾构结构性能及应用

发布时间:2018-05-02 10:39:40


完成单位:上海隧道工程有限公司、同济大学、上海市隧道工程轨道交通设计研究院、上海盾构设计试验研究中心有限公司

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随着我国城市化立体式交通建设发展,城市建设地下空间资源日渐稀缺,采用异形隧道掘进机建造异形断面隧道具有空间利用率高、不开挖路面、不封闭交通、不搬迁管线、减少噪声和尘土等众多优势,是解决此类问题与可持续发展矛盾的重要手段,异形盾构市场前景将越来越广阔。课题组开展了软土地区超大断面异形盾构隧道结构关键技术系统性研究,取得以下创新成果:

发明了可重构式三环错缝拼装异形盾构管片“站立式”1:1试验系统,研发了异形盾构整环管片符合实际受力特征的锯齿形板式弹性橡胶基础,建立了“异形盾构隧道结构-土体相互作用模型”,突破了传统盾构隧道管片试验“水平式”无法考虑“盾构隧道-土体相互作用”的技术瓶颈,揭示了超大断面异形盾构隧道结构受力特征,获得了不同埋深下异形盾构管片自重对结构内力和变形的贡献率及影响规律,解决了长期困扰国内外盾构管片衬砌结构设计领域自重影响率的国际难题。

建立了软土中超大断面异形盾构隧道衬砌结构设计新方法。针对浅覆土(<15m)超大断面异形盾构法全过程荷载变化大、自重影响大和管片结构设计要求高的技术瓶颈,提出异形盾构浅覆土非线性壳-弹簧计算模式,得到了整环试验和现场试验的验证,解决了困扰国内外管片设计中异形盾构横向刚度系数很难精确确定的难题,开创性地获得了能够考虑管片结构自重(注:管片水平放置试验无法获得)影响和形状影响的异形盾构管片的横向刚度折减系数公式为异形盾构管片有效刚度系数变化函。

国际上首次在1:1原型试验领域引入三维激光扫描技术和PMLAB DIC-3D 非接触式三维应变光学测量系统,并基于MATLAB 自主开发了自动获得管片结构内弧面的真三维形变特征软件,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,为异形盾构管片的优化设计提供了精确的判别标准,解决了以往管片试验裂缝出现时机判定和裂缝宽度监测无法达到的国际性难题,开创性地建立了管片试验中混凝土裂缝开裂全过程的可视化捕捉和处理方法,精度达到0.001mm。

本项目获各类知识产权22项,其中授权发明专利9项。软件著作权3项。发表论文12篇,其中SCI/EI论文6篇。

项目的成功研制,标志着我国自主研发的异形盾构盾构法设计和施工核心技术取得了历史性突破,大力推动了我国自主产业项目建设,取得了显著的经济和社会效益,对现代隧道技术的跨越发展具有深远的影响。