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关于拟推荐申报2018年度四川省科学技术进步奖项目的公示
作者:系统管理员  来源:中铁西南科学研究院有限公司   发布于:2018-05-16 16:55:08    文字:【】【】【

按照四川省科技厅《关于做好2018年度四川省科学技术奖提名工作的通知》要求,现将中铁西南科学研究院有限公司、佛山新城开发建设有限公司及中国中铁股份有限公司拟申报的科学技术进步奖公示如下:

项目名称:

汾江路南延线沉管隧道工程砂基础关键技术研究

推荐单位意见:

成都市 同意推荐。

项目简介:

一、研究目的

基础压砂是沉管隧道施工中十分重要的环节,砂基础的质量直接关系到整个沉管隧道的工程质量与安全。目前国内外已成功修建了不少沉管隧道,但由于影响基础压砂质量的因素很多,施工中极易出现各种问题,国外有过因管段基础问题而导致严重事故的先例,因此,为确保沉管砂基础安全可靠,在正式施工前应开展一系列相关的试验研究。

本课题针对沉管隧道压砂基础特性,采用现场模型试验、室内试验及数值计算,针对压砂基础选材及施工参数,进行压砂工艺试验,开展砂基础液化及抗震性能、砂基础的预抬升量及涡流影响等研究,探求水下砂基础密实度检测方法。成果可对汾江路南延线沉管隧道工程的压砂基础施工关键参数、预抬高值及抗液化措施等提供技术支撑,具有重要的意义。

二、主要研究内容

根据国内外沉管隧道压砂基础研究成果及汾江路南延线沉管隧道工程特点,本项目主要对以下五方面内容开展重点研究:

1)沉管隧道砂基础液化指标及抗震性能分析;

2)压砂工艺试验研究;

3)压砂法基础密实度检测方法研究;

4)砂基础设计预抬升量确定;

5)涡流对砂基础影响研究。

三、主要结论

本课题以汾江路南延线沉管隧道工程为依托,采用室内试验、模型试验、数值模拟等手段开展试验研究,取得了一系列重要研究成果。

1、砂基础液化指标及抗震性能研究方面:

1)地震对隧道竖向剪力影响不大,对砂基础剪应力影响很大;在地震荷载作用下,密实度越小的砂样越易发生破坏或液化,建议该工程砂基础设计相对密实度不宜小于0.6

2)在Ⅶ度地震作用下,隧道中线10m左右范围内砂基础存在液化的可能。液化造成的最大位移量约15.46mm,位移值与60cm砂垫层厚度相比较小,基本不影响使用。

2、压砂工艺研究方面:

1)初步模型试验结果表明:中砂在压砂流畅性、砂盘扩散速度、扩散半径、相同荷载作用下密实度方面均优于粗砂,建议实际施工时采用级配合格的天然中砂。

2)等比例模型压砂试验结果为:试验过程中砂水比宜控制在1:10,压砂至6h,压砂方量约74m3时,模型抬升量明显增大,宜将砂水比调整为1:30,再持续压砂4h,直至模型被顶升停止压砂,压砂方量约89.5m3。该工艺砂盘扩散半径可达7.4m,平均相对密实度为0.604,荷载为40kPa时砂盘沉降量为19.85mm。建议实际压砂施工时砂水比控制参考等比例模型砂水比大小,并根据实际情况适当调整。

3)砂盘密实度沿横向分布规律为:冲击坑处密实度最小,随后沿扩散半径方向迅速增大,砂盘上层密实度在砂盘半径1.5-4.0m达到最大,大于4.0m时呈缓慢变小趋势,下层密实度在砂盘半径大于1.5m后呈现缓慢增大趋势,砂盘中层密实度变化为上层至下层的过渡状态。

3、砂基础密实度检测方法研究方面:

1)采用弹性波映像和瑞雷面波综合法能够有效探测沉管隧道下部砂基础的密实度。

2)采用弹性波映像和瑞雷面波综合法探测沉管隧道砂基础密实度参数设置及测试方法为:信号激振源为500g轻质手锤与5cm×5cm的钢质金属片组合;耦合剂为稠性黄油;震源与检波器间距为0.1m;检测边界影响范围为0~1.5m;信号接收检波器最佳频带范围为10Hz2000Hz;激发和接收方式为将固定检波点并移动激发位置来模拟超多通道接受高频面波信号。

3)沉管隧道砂基础密实度检测评判因子R与砂基础相对密实度Dr的关系式为:0<Dr<1)。

4、砂基础设计预抬升量研究方面:

1)砂积盘随着上部荷载的增大,每级荷载产生的沉降量逐渐变小,沉降量s与荷载p的关系式为:s=-0.010p2+0.861p+0.971

5、涡流对砂基础影响研究方面:

1)沉管隧道压砂后未回填前工况下,在5年一遇洪水情况,沉管上、下游砂基料无淘刷现象;在20年及50年一遇洪水,下游侧局部有淘刷,砂基料被水流带出,淘刷点距离左岸约25~35m,该部位砂基粒径应大于0.1mm

2)沉管隧道回填后运营工况下,在50年一遇洪水情况下,在河道中部有局部冲刷,最大冲刷深度约50cm;在300年一遇洪水情况下,在河道中部有局部冲刷,最大冲刷深度约1.0m

四、创新点

1、国内外首次采用弹性波映像法和瑞雷面波法,实现沉管隧道下部砂基础密实度探测。

2、提出了弹性波映像法结合瑞雷面波法沉管隧道砂基础密实度检测配套信号激震源(500g轻质手锤锤击5cm×5cm钢质金属垫片)、拾震检波器与沉管隧道底板间耦合剂(稠性黄油)、震源与检波器间距(0.1m)、拾震检波频带范围(10Hz2000Hz),给出了检测边界影响范围(0~1.5m)。

3、国内外首次提出沉管隧道砂基础密实度瑞雷面波固定检波点移动激发位置检测方法。

4、建立了沉管隧道砂基础密实度弹性波检测方法的分析图谱与不同荷载下不同砂基础密实度的变化规律。

5、国内外首次提出沉管隧道砂基础密实度无损检测评判因子R,并建立了R与相对密实度Dr间的关系式:0<Dr<1)。

6、采用等比例试验模型研究了沉管隧道压砂工艺,模型底板设计为符合砂盘扩散堆积规律的圆形,底板直径12.0m,首次完全按照实际沉管隧道底板厚度1.3m、混凝土强度、配筋、模型底板钢板尺寸进行压砂工艺等比例试验模型底板设计制作,首次采用模型侧壁设计,侧壁高3.9m

7、通过沉管隧道等比例模型试验得出:砂盘密实度水平方向变化规律为冲击坑处密实度最小,随着砂盘半径增大,密实度迅速增大并趋于稳定,但同深度其水平变化仍有一定差异,砂盘上层在靠近边缘处密实度呈现逐渐减小趋势,而下层密实度呈缓慢增大趋势,中层密实度为上下层过渡状态;预抬升量试验荷载沉降曲线呈反比例函数第一象限形态,随着上部荷载的增大,每级荷载产生的沉降量逐渐变小,符合无粘性土的荷载沉降规律。

8、国内外首次研发了预埋式触探法砂基础密实度检测系统,预先安放在沉管隧道底板,将位移模拟信号转换成数字信号并采用无线传输,通过贯入度值对砂基础密实度进行评判,试验结果表明预埋式触探法砂基础密实度检测系统测试砂盘密实度的变化规律与环刀法实测密实度变化规律一致。

客观评价:

20141025日,佛山市新城开发建设有限公司主持召开了“汾江路南延线沉管隧道工程砂基础关键技术研究”成果评审会,会议邀请5位专家组成专家组进行成果评审,与会专家听取了课题承担单位的汇报,经质询与讨论,形成评审意见如下:

1、课题组提交的资料齐全、数据翔实、内容全面,符合评审要求。

2、研究针对性强、技术路线正确、方法科学、模型设计合理、创新点突出、结论可信,研究成果达到合同及研究大纲要求,可应用到依托工程及同类工程上。

3、主要创新点:

1)砂基础抗震液化分析采用动力试验与数值模拟计算相结合的方法,提高了砂基础抗震液化分析的可靠性。

2)提出弹性波映像和瑞雷面波综合检测方法及相应参数设置进行沉管隧道砂基础密实度检测,以评判因子作为压砂基础密实度的判别指标,并建立的相应的关系式,为国内外首创。

3)自主研发的宽频(102000Hz)信号接收检波器,解决了传统检波器接收频率低、频段窄,难以接收沉管隧道压砂基础有效信号的难题。

4、建议

砂基础密实度检测方法在同类工程应用时,应加强对检测数据的采集及分析,完善砂基础质量检测体系,以指导同类工程应用。

评审委员会一致同意该研究成果通过验收,总体达到国际先进水平。

推广应用情况:

汾江路南延线工程与广佛线二期工程合建隧道在同一走廊采用沉管法穿越东平水道,全长4.3公里,隧址断面处于东平水道的中段河道,该沉管隧道是我国目前建设规模最大的公轨合建沉管隧道,管节为矩形截面,宽39.9m、高9.0m,沉管段总长445m,由4节管节组成,分别为E1E2E3E4,每段管节长度分别为E1管节115mE2管节115mE3管节105mE4管节分为E4-1管节4.0mE4-2管节103.5m,沉放结束后E4-1E4-2接头段主体结构之间为2.5m长的最终接头水下浇筑段。

20143-20157月课题组率先采用瑞雷面波和弹性波映像综合法对汾江路南延线沉管隧道砂基础进行了检测,通过对压砂前、压砂过程中及压砂完成2小时后所进行的现场检测。从频率特性和现场环境等方面优选了检测方法的技术指标,优化检波器的设置和排列组合方式。通过现场弹性波映像法和瑞雷面波频散分析,综合评判了沉管隧道底部砂基础的密实效果,并与潜水员水下目测结果进行比较,证明了瑞雷面波和弹性波映像综合法能够有效评判沉管隧道砂基础密实度,进而可为沉管隧道基础施工提供依据。

该套研究成果填补了行业空白并为佛山市汾江路南延线沉管隧道工程施工提供了技术指导。

针对沉管隧道基础实际压砂施工,该课题通过不同工况的初步模型试验研究了砂水比、砂级配两个关键因素与砂积盘密实度、扩散半径、充满度和压砂流畅性的关系,为压砂施工提供设计依据,并确定了最优砂级配为级配合格的天然中砂。通过等比例模型试验确定了压砂过程应根据实际施工情况调节砂水比的施工工艺,并给出实际施工砂水比建议值及砂水比调节方案。从实际压砂施工效果看出本课题提出的砂级配及砂水比施工工艺能够保证压砂施工的顺利开展且砂盘扩展半径达到设计要求,提高压砂施工效率。

此外该课题通过预抬升量试验,得出在不同荷载下砂基础沉降量值,据此提出不同压砂设计方案的预抬升量建议值,给砂基础预抬升量设计提供了重要的参考依据。

主要知识产权证明目录:

知识产权类别

知识产权具体名称

国家

授权号

授权

日期

证书

编号

权利人

发明人

发明专利

一种用于探测沉管隧道砂基础密实度检测仪

中国大陆

ZL201310719243.6

2015-11-18

1843076

佛山新城开发建设有限公司;中铁西南科学研究院有限公司

李邦旭、胡勇前、陈润、叶桂莹、赵朋辉、齐明东

主要完成人情况表:

排名

姓名

行政

职务

技术

职称

工作单位

完成单位

对本项目技术创造性贡献

1

严金秀

副总经理

研究员

中铁西南科学研究院有限公司

中铁西南科学研究院有限公司

课题总负责,编制研究方案,并组织实施,审查课题报告。

2

胡勇前

董事长

副高

佛山新城开发建设有限公司

佛山新城开发建设有限公司

负责课题总体组织协调与方案设计

 

3

赵朋辉

部长

副高

佛山新城开发建设有限公司

佛山新城开发建设有限公司

负责课题试验数据整理与分析

 

4

程晓明

部长

副高

佛山新城开发建设有限公司

佛山新城开发建设有限公司

负责课题试验数据整理与分析

 

5

赵艳杰

国际事业部副部长

副高

中国中铁股份有限公司

中国中铁股份有限公司

负责课题试验数据整理与分析

6

高红兵

总经理

副高

中铁西南科学研究院有限公司

中铁西南科学研究院有限公司

负责课题现场试验方案设计,编写研究报告

7

 

部门经理

副高

中铁西南科学研究院有限公司

中铁西南科学研究院有限公司

负责课题方案设计,现场试验实施,研究报告编写。

 

8

 

部门总工程师

副高

中铁西南科学研究院有限公司

中铁西南科学研究院有限公司

负责组织课题试验,模型设计及研究报告编写与审查。

9

李邦旭

/

副高

中铁西南科学研究院有限公司

中铁西南科学研究院有限公司

负责现场试验、理论分析及科研报告编写

 

10

陈润

/

工程师

中铁西南科学研究院有限公司

中铁西南科学研究院有限公司

负责现场试验、理论分析及科研报告编写

 

 

主要完成单位及创新推广贡献:

排名

单位名称

创新推广贡献

1

中铁西南科学研究院有限公司

1、制定研究大纲和研究总报告;

2、课题现场试验方案设计和编写研究报告;

3、课题方案设计、现场试验实施及研究报告编写;

4、组织课题试验、模型设计及研究报告编写与审查;

5、现场试验、理论分析及科研报告编写;

6、现场试验实施;

7、主持研究成果推广;

2

佛山新城开发建设有限公司

1、课题总体组织协调与方案设计

2、现场试验及创新成果的推广应用。

3、课题试验数据整理与分析

4、现场试验实施

3

中铁股份有限公司

1、参与完成了工程的项目总体设计和项目推进管理工作。

2、课题试验数据整理与分析

 

 

完成人合作关系说明:

汾江路南延线工程是佛山市重点建设项目,项目连通禅城、佛山新城和顺德乐从,北起禅城区澜石二路,向南下穿东平水道,至顺德区三乐路(即乐从大道),全长4.3公里。汾江路南延线工程与广佛线二期工程合建隧道在同一走廊采用沉管法穿越东平水道,隧址断面处于东平水道的中段河道。该沉管隧道是我国目前建设规模最大的公轨合建沉管隧道,管节为矩形截面,宽39.9m、高9.0m,沉管段总长445m,由4节管节组成,基础采用压砂法进行处理,砂垫层厚度0.6m

为在汾江路南延线沉管隧道工程条件下取得沉管隧道压砂基础关键参数及工艺,探索压砂基础密实度的快速检测方法,佛山市新城开发建设有限公司于20123月针对汾江路南延线沉管隧道工程砂基础关键技术研究进行了内部立项,于20126月通过公开招投标确定中铁西南科学研究院有限公司具体承担此项科研任务。期间,佛山新城开发建设有限公司与中铁股份有限公司参与完成了课题总体组织协调与方案设计、课题试验数据整理与分析与创新成果的推广应用等工作。


 

如有异议,请于公示期内以书面形式实名制反馈至科学技术部,逾期不予受理。

期:2018516日~2018523

联系地址:四川省成都市高新西区古楠街97

人:章元爱

联系电话:028-67580028

 

 

 

中铁西南科学研究院有限公司

2018516

    
 


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E-mail [email protected] fax: (028)67582907

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