大断面泥水盾构地表沉降控制及监测信息反馈技术

文章介绍了泥水盾构机的工作原理及掌子面稳定机理,以武汉长江公路隧道工程江南段为实例,介绍了直径11m的泥水盾构机原理,分析了在掘进过程中产生的地表沉降规律,以期对以后类似的工程施工提供借鉴的经验。     

超大直径泥水盾构到达施工技术

超大盾构的到达施工作为盾构施工的重要环节,工艺复杂,风险巨大。以南京长江隧道为例,阐述洞前水泥搅拌桩加固、降水、冷冻及工作井内灌水(土)等综合施工措施,成功实施了浅覆盖、强透水地层条件下大直径泥水盾构机的接收,可为类似工程提供借鉴。     

武汉长江隧道工程施工技术

武汉长江公路隧道是在建采用盾构法穿越长江的隧道中第一条贯通的隧道,通过对盾构重难点分析研究,明确了施工重点控制环节。通过盾构始发、不同地层掘进、盾构到达施工实践,总结出在特定地层和高水压条件下采用泥水盾构修建隧道的施工技术及特殊情况下的技术措施,为泥水盾构施工积累了宝贵的经验.     

武汉长江盾构隧道洞口浅埋段施工地层稳定性数值分析

 武汉长江隧道工程采用直径11.37m泥水盾构施工，盾构始发段地质条件复杂，隧道覆土厚度7m左右，同时受加固区与地面建筑影响，地层应力状态非常复杂，而对开挖泥水压力的设定一般都采用简单土压力理论计算值，但与实际地层压力分布差别较大。现采用数值模拟方法分析始发掘进过程引起的地层位.     

砂性地层盾构长距离下穿人工湖施工技术研究

随着城市地铁的不断发展,盾构法施工环境愈来愈复杂、风险控制要求也愈来愈严格以郑州市轨道交通4号线工程盾构法隧道施工为背景,某区间盾构机下穿人工湖--龙湖为工程施工实例:对盾构机在砂性地层中长距离下穿龙湖风险进行分析,对盾构机下穿龙湖施工技术进行研究与优化,提出一套关于盾构机下穿人丁湖的施工技术措施,确保盾构机安全顺利下穿龙湖,取得了良好的施工效果,以期为今后类似工程积累经验、提供技术参考.     

超大直径盾构机的选型问题

在江河湖海等水体下进行水底隧道规划设计时,常常面临地质条件、地层分布与土体性质难以准确把握,水文条件尤其是外海海域海洋水文条件极其复杂多变的情况,由此注定了盾构机选型对于超大直径、超长距离、高水压下水(海)底隧道工程设计施工的极端重要性。因此,盾构机选型很大程度上决定了水(海)底隧道工程的施工难易、风险程度、投资和工期。盾构机选型的关键是如何基于勘察设计阶段所获取的有限信息,实现最终综合成本的最低。盾构机直径大小往往受到所在路段的公路技术标准、隧道的预定交通功能与特殊要求、盾构机类型及目前国内外的施工控制水平、水底隧道施工的风险分析与预测水平、预案措施、辅助工法(气压法、冻结法、注浆法等)、工期与制造成本等多种因素控制。盾构机选型必须在充分认识各种不同类型盾构机的优缺点及其最适用场合的基础上,充分调查拟通过区域的地质地层分布、岩土物理力学性质参数、软土中基岩突露状况、基岩岩性及风化程度、水文条件、锚地、航道航运、水(海)底基础设施、附近场地利用、环保、灾害性天气等相关情况。结合几个国内外已建隧道的具体工程事例,阐述了盾构机选型的一般步骤及其它制约因素。对水底隧道盾构机选型具有较强的指导价值。     

武汉长江隧道盾构始发井深基坑施工技术

武汉长江隧道工程盾构始发井为深基坑工程，在长江附近、地质条件复杂、地下水位较高的武昌地区修建大跨、长距离的深基坑难度极大，结合工程实践，详细阐述了武汉深基坑施工技术，重点论连续墙施工、基坑降水、基坑开挖、主体结构施工以及监控量测等施工技术。     

武汉长江公路隧道建设简况

总长度为3060m的武汉长江公路隧道工程是穿越长江的首座公路隧道，也是首次采用大断面复合式泥水盾构机修建穿越长江的交通隧道。     

小断面细长型泥水盾构在不同地质条件下始发方案的确定

盾构工法近年在我国城市隧道中得到快速发展,尤其在城市排污隧道、供水供电、供气等隧道中小断面盾构机得到广泛的应用.而盾构始发乃是盾构的关键技术之一,通过工程实例介绍小断面细长型泥水平衡盾构机在不同地层始发技术,分析比较各种方案的优劣.     

北京铁路直径线大断面地下隧道盾构机选型研究

 拟建的北京站和北京西站之间直径线可使北京铁路枢纽布局更为完善，直径线地下隧道拟采用盾构法施工，盾构机选型是盾构法施工的关键环节之一。分析直径线地下隧道穿越地层的地质条件和水文条件，给出盾构机选型的一般程序和依据，着重分析工程地质条件对盾构选型的影响，对不同类型盾构的施工风险进行评估。主要研究结论是：泥水平衡盾构在控制地表沉降、漂石卵石处理、掘进进度、减少刀盘刀具磨损及开仓换刀次数等方面均优于土压平衡盾构；本工程具备泥水处理装置的场地布置条件，弃浆、降低施工噪声等环境保护问题也可得到较好地解决；本工程适于采用泥水平衡盾构机。     

考虑刀盘摩阻因素的盾构施工引起地层横向位移分析

为了全面和准确地计算盾构施工引起的地层横向总位移值,依据弹性力学Mindlin解,在已有研究的基础上,增加考虑面板式及辐条式刀盘的摩擦力对地层横向位移的影响,给出刀盘的简化计算模型,通过坐标转化和积分的方法分别推导2种结构形式刀盘正面及圆周面摩擦力产生的地层横向位移计算公式,并采用位移叠加的方法,给出盾构施工引起地层横向总位移计算公式,并对已有工程算例计算和分析,将结果与实测值对比。结果表明：计算结果可以反映盾构施工阶段地层横向变形的特点;在盾尾附近的一定范围内,同步注浆压力和盾壳摩擦力对地层横向位移的影响程度较大,为主要影响因素;在刀盘附近的一定范围内,盾壳摩擦力,刀盘圆周面环向摩擦力和刀盘正面摩擦力对地层横向位移的影响程度不可忽略;各因素产生的地层横向位移值随着深度的增加而衰减并向深层土体逐渐扩散;地层横向位移值受刀盘不同结构形式的影响程度较小,分布规律相仿;在刀盘推进面周围的一定范围内,地层横向总位移值正负区域的分布与刀盘的旋转方向有关。     

盾构水平偏角变化对盾构-土相互作用影响

为了探明盾构掘进过程中机-土相互作用的机理，指导盾构姿态的控制和调整，针对水平偏角变化对盾构与土相互作用的影响这一问题，对作用于盾壳周围土压力的理论计算方法以及水平偏角预测模型进行研究。首先基于地基反力曲线，通过等效弹簧近似建立盾构与土的相互作用模型，同时基于几何分析可计算盾构水平偏角变化过程中周围土层发生的位移，从而得到作用于盾构外壳的周围土压力的理论计算方法。然后引用改进的松动土压力计算方法，得到盾构初始土压力的计算方法，解决盾构水平偏角计算的初始边界问题，并结合土对盾构作用荷载的计算方法得到盾构水平偏角计算方法。基于所建立的理论计算模型，对盾构机质量、地层类型以及地层开挖损失率等因素对盾构-土相互作用的影响进行分析和讨论。最后，结合济南地铁R2线盾构隧道工程，对盾构的水平偏角以及相关掘进参数进行实时监测，并与盾构水平偏角理论值进行对比分析。研究结果表明：盾构质量以及地层开挖损失率对盾构在水平面上进行姿态的影响较小；不同地层类型以及地层的土压力系数对盾壳与土相互作用的影响较大；通过工程应用发现盾构水平偏角理论值的变化趋势与实测值基本一致，但由于盾构自身施加的调姿弯矩无法完全作用于盾构机，因此理论值普遍大于实测值。     

常见盾构刀盘型式及选用

目前常见的刀盘结构有面板式和辐条式2种基本型式,以及介于2者之间的幅板式刀盘。通过文献分析和工程经验总结,首先阐述了几种型式刀盘的结构、基本配置及工程应用。随后从刀盘土舱构造、开挖面稳定、土压平衡控制、砂土的流动性、刀盘负荷、障碍物的处置、地层适应性等方面,对2种基本刀盘型式的特性进行了比较和分析。     

基于纵向沉降曲线的黄土地层盾构土舱压力分析

为分析黄土地层盾构土舱压力设置问题,根据西安地铁4 号线区间盾构隧道施工过程建立盾构施工数值模型,基于对模型不同位置处地表沉降量的监测,通过将不同监测点的地表沉降曲线转换到同一坐标下进行对比,分析土舱压力对掌子面前方未开挖地层的影响,进而提出盾构土舱压力合理取值方法。研究结果表明: 1)盾构掘进对掌子面前方地层的扰动具有累积性,地层的变形具有滞后性,即盾构对掌子面前方地层挤压或支护不足时对掌子面前方地层的扰动会不断累积,表现为各监测断面的沉降曲线量值和分布规律不一致; 2)当土舱压力与地层土压力相平衡时,各监测断面的监测曲线基本相似,针对设置工况,土舱压力为0. 1 MPa 时,地表沉降曲线落在同一狭长区域内,即表明该值为与该地层相匹配的土舱压力值。     

盾构瓦斯隧道掘进技术

根据武汉地铁2号线范汉区间直接穿越瓦斯储气层的情况,分析瓦斯对盾构隧道施工的影响及危害,以及国家规范尚未对地铁盾构隧道的掘进技术做出量化的情况下,对在瓦斯隧道掘进中施工参数做出主动调整,重点研究控制盾构螺旋出土、盾尾密封、同步注浆及二次注浆质量等方面的技术措施,总结出了1套较为成熟的盾构瓦斯隧道掘进技术方法。     

对盾构轴线控制技术的理解和应用

该文分析了盾构在地层中的受力状况、盾构推进时受到的阻力。根据多年施工实践,证明盾构在正面土体性质软、硬均匀地层中推进施工,用纵坡调整及调整千斤顶伸出长度差来控制盾构轴线位置,是一项最佳也是最简便、有效的技术,也是目前最常用的技术措施。为提高施工速度,对盾构机机构提出了改进意见。     

基于刀盘摩擦扭矩参数的刀具磨损状态识别

盾构在砂卵石地层掘进时,刀具磨损量大一直是困扰施工的难题。从土压平衡盾构的工作原理及砂卵石地层特性2方面分析刀盘扭矩的构成,并通过数学和力学分析建立了摩擦扭矩计算模型。以成都地铁3号线红牌楼南站-红牌楼站区间为研究背景,依托盾构施工安全风险监控系统,对计算模型进行验证;分析刀具磨损时,根据地质条件将摩擦扭矩进行分段计算,同时将摩擦扭矩除以总扭矩得到摩擦比例系数,运用比例系数跟踪判断刀具磨损程度。研究结果表明,砂卵石地层中构成刀盘扭矩的主要组分是刀盘正面、背面和侧面上的摩擦扭矩;摩擦扭矩计算模型符合工程实际;得到的摩擦比例系数与换刀形态具有较好的对应性,可定性判断刀具磨损程度,指导工程实践。     

基于苏埃通道工程盾构施工过程中下沉量分析

盾构开挖隧道主要分为隧道掘进和管片拼装2大工序。在管片拼装过程中盾构主机处于静止状态,在此过程中将会产生主机整体下沉和栽头的现象。为了尽量避免下沉和栽头现象的出现,需要对主机的下沉量和栽头量的范围进行预测,在盾构隧道掘进工序末事先调整好姿态,使盾构在静止过程中的下沉量和栽头量正好与姿态调整量相抵消,从而保证隧道轴线与设计轴线一致。通过对盾体周围受到水土压力以及地基对盾构的反力进行分析计算,并利用Matlab软件对4种不同地层进行建模分析,求得盾构主机在各地层的下沉量和栽头量的范围。通过计算,在苏埃跨海通道工程盾构掘进段项目中,主机在淤泥质土等松软地层中姿态变化最大,最大栽头量约为0.38 m,整体下沉约0.12 m;在密实中粗砂地层中姿态变化最小,最大栽头量约0.13 m,整体下沉约0.04 m。通过得出的栽头量和下沉量的范围,进而实现对盾构姿态的提前调整。     

砂卵石地层大直径泥水盾构刀具配置适应性分析

针对北京地下直径线工程开展刀具配置适应性分析,通过对大直径泥水盾构在砂卵石地层中掘进施工现状进行总结及对掘进刀具的磨损量进行测量、分析,提出适应砂卵石地层大直径泥水盾构的刀盘刀具配置方式及合理的换刀距离,为后续施工及类似工程提供一定的参考和借鉴。     

盾构刀盘形式对砂卵石地层扰动状态的影响

盾构刀盘形式的选择是砂卵石地层盾构掘进面临的关键问题。为解决这一问题,以兰州地铁1号线一期工程为背景,综合运用现场调查、实验室试验、三维离散元数值模拟、现场原位监测等方法,对砂卵石地层土压平衡盾构施工颗粒流动和地表沉降的机制进行了研究。1)通过室内大直径(300 mm)试样三轴压缩试验获得了砂卵石地层的应力-应变曲线,基于试验结果和EDEM离散元三轴数值试验,标定了离散元数值模拟需要的参数。2)基于Solidworks软件建立了面板式刀盘盾构和辐条式刀盘盾构三维机械模型。3)将盾构三维机械模型导入离散元软件EDEM中,建立了砂卵石地层盾构掘进过程的三维离散元模型;将模拟结果与现场监测数据对比,揭示了面板式刀盘和辐条式刀盘土压平衡盾构掘进对砂卵石地层扰动状态和地表沉降的影响机制。面板式刀盘土压平衡盾构掘进,刀盘前方、上方的"强烈扰动区"范围为(0.3~0.5)D(D为刀盘直径);辐条式刀盘土压平衡盾构掘进的"强烈扰动区"范围不足面板式刀盘的1/3,且扰动程度轻。