地鐵隧道穿越五里墩橋墩沉降不超4毫米
2016-05-24
合肥地鐵建設(shè)正酣，你可知道，就在安徽建筑大學(xué)，有一個(gè)實(shí)驗(yàn)室名為“建筑結(jié)構(gòu)與地下工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室”，那里的科研工作者們，努力通過各種實(shí)驗(yàn)，著力解決地鐵區(qū)間隧道和車站安全快速施工關(guān)鍵技術(shù)，為合肥地鐵建設(shè)安全保駕護(hù)航。
實(shí)驗(yàn)室里有臺(tái)迷你“鉆地龍”
盾構(gòu)盡管是一個(gè)很專業(yè)的詞語，不過對(duì)合肥人來說并不陌生，因?yàn)楹戏市薜罔F，經(jīng)常要用到盾構(gòu)施工。
“使用盾構(gòu)機(jī)械在地下掘進(jìn)，用機(jī)械把土送出洞外，同時(shí)拼裝預(yù)制混凝土管片，形成隧道結(jié)構(gòu)……”安徽省建筑結(jié)構(gòu)與地下工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室副主任席培勝教授簡(jiǎn)單明了的解釋了盾構(gòu)施工，在地鐵施工中，盾構(gòu)法施工被認(rèn)為是最安全、對(duì)環(huán)境影響最小的一種方法，也是合肥地鐵建設(shè)中常用的施工方法，盾構(gòu)機(jī)又被稱形象的稱為“鉆地龍”。
在合肥地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)看到一條“鉆地龍”不足為奇，如果在實(shí)驗(yàn)室里有條“鉆地龍”，是不是出乎你的意料呢？
安徽建筑大學(xué)建筑結(jié)構(gòu)與地下工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里就有一條“鉆地龍”。高高立起的“龍門吊”下面，是一個(gè)兩米多深的“井”，“井”里一臺(tái)“盾構(gòu)機(jī)”正待掘進(jìn)……走進(jìn)這間實(shí)驗(yàn)室，仿佛走進(jìn)了熱火朝天的地鐵建設(shè)工地，只不過，比起現(xiàn)實(shí)中的地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)來，這里所有的設(shè)備都“小幾號(hào)”。這套復(fù)雜的設(shè)備構(gòu)成了一個(gè)“大型盾構(gòu)掘進(jìn)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”。
身價(jià)百萬可模擬各種地下環(huán)境
在合肥地鐵的施工過程中，普通的盾構(gòu)機(jī)重達(dá)數(shù)百噸，開挖直徑動(dòng)輒六七米。在實(shí)驗(yàn)室里的迷你版“盾構(gòu)機(jī)”是按照1:5的比例制造。
記者看到，與現(xiàn)實(shí)中的地鐵施工現(xiàn)場(chǎng)不同，這臺(tái)迷你盾構(gòu)機(jī)的掘進(jìn)面是一個(gè)用鋼板圍成的兩米多高的“盒子”，“盒子”里裝啥，則完全模擬地下環(huán)境，并可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整?！俺擞谐煞植煌耐寥澜Y(jié)構(gòu)，還可以布設(shè)各種管線?！卑不战ㄖ髮W(xué)曹廣勇博士告訴記者，在土壤結(jié)構(gòu)中還埋有十幾個(gè)壓力傳感器和變形傳感器，在實(shí)驗(yàn)的過程中，隨時(shí)得出各種參數(shù)，方便科研人員了解施工過程中對(duì)環(huán)境的影響。“軌道交通工程均處于人口密集、建筑設(shè)施密布的城市中。就拿地鐵3號(hào)線來說吧，它下穿了多座橋梁甚至河流。”曹廣勇介紹說，這套“大型盾構(gòu)掘進(jìn)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”還可以加設(shè)實(shí)驗(yàn)設(shè)備，模擬下穿橋梁、河流的場(chǎng)景?！笆┕ぶ忻媾R的地下環(huán)境經(jīng)常不能改變，但盾構(gòu)施工的推進(jìn)模式、推進(jìn)速度、刀盤扭矩、刀盤轉(zhuǎn)速和貫入度等都對(duì)周圍土體穩(wěn)定性有不同的影響。通過模擬實(shí)驗(yàn)，我們可以獲取盾構(gòu)掘進(jìn)參數(shù)與土體穩(wěn)定性規(guī)律，為施工提供科學(xué)的參考。”
席培勝教授告訴記者，這套設(shè)備完全由實(shí)驗(yàn)室自主設(shè)計(jì)研發(fā)，委托加工企業(yè)進(jìn)行加工。別看它外表粗獷，“身價(jià)”可值上百萬元呢！
在復(fù)雜地底尋找一條安全通道
為什么要搞“大型盾構(gòu)掘進(jìn)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”？那是因?yàn)槎軜?gòu)法施工雖然優(yōu)點(diǎn)很多，不過還是會(huì)對(duì)地層及地表環(huán)境產(chǎn)生影響?！皫r土開挖不可避免地產(chǎn)生對(duì)巖土體的擾動(dòng)，并引起洞室周圍地表發(fā)生位移和變形。當(dāng)位移和變形超過一定的限度時(shí)，勢(shì)必危及地面建筑設(shè)施、道路和地下管線的安全?！边@套“大型盾構(gòu)掘進(jìn)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”，就是科研人員攻克地鐵施工中各種技術(shù)難題的重要工具。
席培勝告訴記者，在施工中，人們總是盡量避免對(duì)開挖面周邊土體的擾動(dòng)，減少對(duì)周圍環(huán)境可能造成的不利影響?！暗叵颅h(huán)境非常復(fù)雜，土壤成分復(fù)雜，還經(jīng)常分布有各種管線，掘進(jìn)過程中稍有不慎，就可能導(dǎo)致建筑物開裂、傾斜，地下管線斷裂等嚴(yán)重后果。盾構(gòu)機(jī)掘進(jìn)過程中會(huì)造成周圍地表發(fā)生多大的位移和變形？會(huì)不會(huì)對(duì)天然氣、自來水等管線造成影響？有沒有可能影響橋梁安全？這些都需要在實(shí)驗(yàn)室中先進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，然后再來尋求最佳解決方法。而模擬實(shí)驗(yàn)離不開盾構(gòu)掘進(jìn)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)?！毕淌谡f。
掘地百米深尋合肥“土質(zhì)密碼”
在地下結(jié)構(gòu)研究中，常常要采用理論分析、數(shù)值模擬、物理模型實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)相結(jié)合的綜合研究方法。因此在實(shí)驗(yàn)室里，除了能看到“大型盾構(gòu)掘進(jìn)模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”和模擬礦山環(huán)境的“三維相似材料物理模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái)”這樣“高大威猛”的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，還有不少看起來不起眼的實(shí)驗(yàn)設(shè)備進(jìn)行的是數(shù)值模擬，為地下結(jié)構(gòu)研究提供各種具體參數(shù)。
普通家用熱水器大孝通過各種線纜相連接……“非飽和土三軸儀”模樣不起眼，身價(jià)一樣不菲?！坝M(jìn)口的，全套配齊100多萬元?！毕鄤俳淌诟嬖V記者，土壤中常常充滿孔隙，當(dāng)這些孔隙由水和空氣填充時(shí)，它們就有了一個(gè)專業(yè)的名字——非飽和土，合肥地下基本都是非飽和土。在地鐵施工中，不同的土壤在施工中可能會(huì)產(chǎn)生不同的地層位移和地表沉降，如何施工才能安全快捷，“非飽和土三軸儀”可以幫助科研人員獲得不同土壤的實(shí)驗(yàn)參數(shù)。
規(guī)劃中的合肥地鐵共有15條線路，地下情況紛繁復(fù)雜。有了強(qiáng)大的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，科研人員還需要在合肥地下尋找不同的土壤來進(jìn)行分析。席培勝告訴記者，目前實(shí)驗(yàn)室在合肥的各個(gè)區(qū)域地鐵線路沿線已經(jīng)設(shè)了一百多個(gè)取樣點(diǎn)，最深可以取到地下上百米深的土樣。實(shí)驗(yàn)室里不僅進(jìn)行非飽和土的三軸實(shí)驗(yàn)，還可以進(jìn)行巖石三軸實(shí)驗(yàn)和凍土實(shí)驗(yàn)。
