盾构穿越孤石及带压换刀技术研究

盾构施工经常遇到体积较大的孤石,因其强度较高且与周围地层特性差异较大,造成盾构施工困难,易引发地层沉陷等安全事故。为解决盾构穿越孤石难题,对全回转套管钻处理孤石施工及带压开仓换刀技术进行研究。主要结论如下:(1)盾构施工前应系统考虑孤石探测、预处理、盾构机开仓换刀方案,为安全掘进提供保障;(2)采用全回转套管钻法清除孤石后,大大降低了掘进风险,并通过控制盾构机掘进参数顺利穿越孤石区域;(3)充分利用已有基坑围护结构,采用旋喷桩加固盾构周围地层,并结合采用盾尾止水环、降水等措施辅助带压进仓,解决刀具更换问题。     

复杂地质海底隧道设计

研究目的:台山核电海底隧道工程是我国首条盾构海底隧道,隧道外径9 m,穿越中风化岩层、软土、砂层及土石交界面,地质条件复杂且位于海底。主要工程特点:大直径、长距离、复杂地质条件下盾构施工。存在难点包括:隧道工法选择、纵断面设计、结构设计、盾构选型及刀盘设计、盾构穿越土石分界及孤石群处理方案。通过理论分析研究和工程类比,确定安全合理设计方案。研究结论:(1)本工程海底隧道设计采用复合式泥水平衡盾构,钻爆法结合盾构法施工,通用管片+二次衬砌的复合式衬砌模式,能有效解决复合地层长距离水下掘进难题;(2)复合式盾构刀盘设计、水下孤石爆破处理能有效地解决盾构在土石交界面掘进高风险、低效率的难题;(3)通过实践证明本工程设计能有效地解决海底隧道相关技术难点,施工风险得到有效控制,可为今后同类工程及海峡隧道研究建设提供借鉴。     

高强度基岩深孔控制爆破预处理盾构掘进技术研究

盾构在高强度基岩突起的上软下硬地层中掘进时,面临换刀及带压进仓等风险。本文以广州地铁21号线中新站至中间风井盾构区间为工程背景,对盾构穿越片麻岩复合地层施工技术展开研究。深孔控制爆破是解决盾构在复杂地质条件下无法正常掘进的重要方法,尤其在地面环境复杂、周围建(构)筑物多、存在基岩凸起且伴有大量孤石的地层条件下更为有效。通过药包设计、安装及布孔方式、爆破安全距离控制等措施对基岩进行爆破预处理,最后对盾构机掘进参数进行优化调整,顺利完成盾构区间掘进任务,减少了盾构开仓风险。     

孤石地层盾构推进施工技术

孤石在盾构施工中的影响主要有两方面:一是对盾构机的影响,表现在对刀具、刀盘以及主轴承密封的损伤;二是对施工质量的影响,表现在盾构姿态难以控制导致偏离隧道轴线,以及土仓压力难以控制导致前方土体坍塌。结合福州地铁1号线工程实例,讨论盾构穿越孤石地层的难点和风险,重点介绍了破除孤石的主要方法和施工中的掘进技术,以及孤石地层中进行孤石预处理的重要性。     

邻近隧道管片结构对基岩和孤石爆破的振动响应特征研究

华南沿海地区盾构隧道施工时,经常会遇到球状风化岩体和基岩侵入隧道开挖断面的情况。在盾构直接掘进前,可采用水下钻孔爆破的方法对侵入基岩和孤石进行预处理。然而,这种无自由面爆破产生的振动效应及其对邻近结构物的影响不可忽视。基于某海底取水隧洞工程,重点研究邻近已建隧洞管片结构对基岩和孤石爆破的振动响应特征,对监测数据进行对比分析,得出不同衬砌结构、测点位置及岩性条件下地震波衰减参数,并对现行爆破振动控制标准进行讨论。研究结果表明:地震波传播到管片壁内表面时,会发生突变放大效应,爆破振动对隧洞迎爆侧的影响要大于背爆侧,相对于其他爆破工程,无自由面条件海底孤石爆破产生的爆破振动更大。结构物的振动破坏不仅取决于地震波的质点振动速度,还与地震波的幅值、频谱、结构自身的动态特性、爆破自由面和爆破持续时间等诸多因素有关。     

盾构施工中隧道限界内基岩突起的深孔爆破预处理技术研究

针对盾构穿越上软下硬复合地层的施工技术展开研究。在盾构机到达前,于试验区段采用深孔爆破对基岩进行预处理,结合路面注浆封孔技术及变形精细化控制技术,调整优化爆破参数及掘进参数,使得隧道限界内基岩爆破后的块度满足盾构施工要求,然后进行大范围的爆破推进施工,最终保证了盾构机顺利、快速地通过该区域,大大缩短了工期。深孔爆破预处理技术的社会及经济效益显著,可为类似工程施工提供参考。     

盾构下穿大量老龄浅基民居沉降控制技术

莞惠城际GZH-6标盾构隧道穿越地质多变的复合地层,掘进过程中遇到富水软弱地层、上软下硬、全坚硬岩、孤石、漂石、砂层等不良地层,施工难度大。隧道下穿大朗镇繁华老城区,线路上方建筑物覆盖率达90%以上,多为老龄浅基民居,安全风险高。掘进过程中通过采取建筑物及地层主动注浆及跟踪注浆、沉降监测、掘进参数优化、渣土改良、同步注浆及二次注浆控制、地质探测等多种技术实现盾构掘进过程中建筑物安全。     

滨海孤石地层盾构掘进的稳定性数值分析

孤石是风化岩残留体硬度高强度大,地层存在孤石是阻碍盾构施工的危害之一。依托厦门城轨交通4号线彭厝北站~蔡厝站区间,针对滨海孤石地层盾构掘进的稳定性进行离散元数值分析,分别研究孤石与隧道距离、隧道埋深、孤石位置及盾尾空隙对地层稳定性的影响。研究结果表明:随着孤石与隧道距离增大,地层扰动范围、拱顶衬砌压力变化及地表沉降都有减小的趋势;随着隧道埋深的增大,地层扰动范围及地表沉降都呈减小趋势,衬砌土压力整体上呈现增大趋势;随着孤石位置逐步远离隧道顶部,地层扰动范围及地表沉降都呈减小趋势,孤石位于拱肩、拱脚、仰拱底时衬砌压力产生突变;随着盾尾空隙增大地层扰动程度及地表沉降也增大,衬砌拱顶土压力呈增大趋势。     

基于土压平衡模式的盾构穿越密集建筑群变形控制技术研究

沈阳地铁4号线劳动路站—望花屯站区间隧道采用盾构法施工,隧道在曲线段穿越密集建筑物群,且建筑物变形控制标准高,隧道穿越地层为富水黏土地层。根据试验段的土压平衡和泥水平衡两种模式掘进效果对比,提出采用土压平衡模式穿越建筑物。详细探讨了穿越过程的盾构掘进参数、土仓压力设定、B型管片注浆孔设置以及曲线段测量控制技术,研制了适合地层特点和盾构结构特点的同步注浆浆液及刀盘开挖轮廓与盾体外缘之间的间隙填充浆液。建筑物变形监测结果表明:隆起及沉降变形均在允许范围内,极大提高了盾构掘进工效。     

穿越湘江地层裂隙密集区域大直径泥水平衡盾构掘进参数控制

依托长沙市南湖路隧道工程,统计分析了大直径泥水盾构穿越地层裂隙密集带的掘进参数,并从理论方面分析参数变化的原因,最后对盾构穿越地层裂隙密集带掘进参数进行了控制。研究结果表明：地层裂隙密集带内裂隙的存在和不均匀分布导致岩体的整体性下降,强度降低,从而使得泥水盾构的总推力值和刀盘扭矩值降低;刀盘每转切深值参差不齐;泥水损失量比较大,裂隙密集区域内的泥浆损失量比正常区域内的大78％左右。在穿越地层裂隙密集区域时,盾构机应提高盾构总推力,防A：．2／盘每转切深的减小,从而使盾构机快速穿越裂隙带;增加泥水进浆量,弥补泥浆的损失,以保证掌子面的稳定性。这对今后泥水盾构越江穿越裂隙密集区域时掘进参数的控制有一定的指导意义。     

地铁盾构下穿高层建筑基础的扰动变形影响与实测研究

[目的]城市轨道交通建设中遇到越来越多的盾构穿越或近接高层建筑施工的案例,而盾构法因其特殊的施工工艺不可避免对地层产生扰动,严重时可能会影响既有建筑的结构安全,因此需要对盾构穿越过程中隧道及高层建筑的受力特性进行深入研究。[方法]依托济南地铁R2号线生产路站—历黄路站区间隧道工程,采用三维有限元数值方法对双线盾构隧道非同步斜交下穿高层建筑群桩及筏板承台基础的施工过程进行了模拟,并结合现场监测数据分析了地层位移规律、建筑物沉降的变形特征,以及施工时盾构掘进参数的控制效果。[结果及结论]双线盾构隧道先后下穿建筑群桩时,先行隧道开挖引起的地面沉降量较大,后开挖隧道对地层产生的扰动相对较小;盾构通过建筑物正下方时的沉降量最大,随着盾构的远离,其沉降逐渐减少并趋于稳定。由于高层建筑属框架结构,故在临近隧道一侧建筑体区域地层发生了沉降,而在远离隧道的建筑体区域地层呈上浮趋势,但二者的差异沉降量仍在可控范围内。     

不同加固方式下盾构施工对桥梁桩基影响的研究

某城市地铁盾构隧道近距离穿越城市立交桥桩基,最小净距仅1.56 m.应用 ANSYS 建立三维非线性有限元模型分析盾构隧道施工对桥梁桩基的影响.采用接触单元来模拟桩基与土体的相互作用,分析不同加固方式下盾构隧道掘进对近接桩基位移和内力的影响.计算结果表明:盾构隧道近接施工时,既有桩基会产生侧移和附加内力;对距离隧道较近且靠近隧道侧的桩基进行花管注浆加固效果不明显;对盾构隧道穿越地层进行加固能有效降低桩基的侧移和附加内力.     

清华园隧道大直径泥水盾构始发控制掘进分析

清华园隧道某区间采用泥水盾构穿越粉质黏土及砂卵石地层,是全线典型质构法施工隧道.总结清华园隧道盾构始发的经验,对其掘进参数及反力架等工程构件布置进行研究,并采用有限元软件对反力架进行静强度分析计算.研究表明:(1)盾构机在粉质黏土及砂卵石地层中掘进时,反力架最大应力为270 MPa,最大静挠度为7.77 mm;(2)掘...     

盾构区间全断面硬岩处理方法研究

盾构机开挖范围为全断面硬岩地层时,施工效率低、机身震动大、刀具磨损快一直是盾构施工中的难题。以厦门市轨道交通3号线浦边站~后村站盾构区间工程为背景,通过对左右线相似全断面硬岩段采用爆破预处理及不进行爆破处理两种不同处理方法时,盾构掘进过程中的掘进参数、刀具磨损情况、成型管片及隧道渗漏水情况进行分析对比,总结了盾构区间全断面硬岩处理方法。为今后类似工程提供了相关技术指导和实践经验,具有重要借鉴意义。     

施工参数对盾构穿越软土地层变形控制的影响分析

以盾构穿越昆明市轨道交通5号线金海新区站—福保站区间软土地层为背景,通过建立三维数值计算模型,研究施工参数对盾构穿越软土地层变形控制的影响。研究结果表明:双线盾构隧道施工,在相同施工工艺情况下,地层变形不完全对称;先掘进隧道由于开挖卸载作用,对地层原始应力产生影响,最终会产生略大于后掘进隧道的变形;盾构在软土地层中掘进,土仓压力宜略大于土体掌子面压力,即采用盈压模式掘进;盾构施工过程中,宜采用早凝浆液,同时宜使用稠浆,避免后期浆液凝固失水收缩产生地层损失,或采取其他措施达到及时填充盾尾空隙且无后期收缩作用的效果。     

盾构近距离掘进对桥梁桩基的影响分析

以深圳地铁白石洲一科技园区间盾构隧道近距离穿越沙河立交桥桩基础为研究对象，采用三维非线性有限元，对盾构掘进施工所引起的桥台桩基础的应力和变形进行了模拟计算。研究结果表明：盾构掘进过程中将会引起临近桩基发生平行盾构轴线和垂直盾构轴线方向的挠曲变形，从而导致桩基内部产生显著的附加轴力和弯矩；桩基础的应力和变形都随着盾构的推进而不断变化，在盾构尾部通过桩基平面时达到最大值。同时提出了盾构近距离掘进过程中的施工注意事项和对桩周土的加固措施。     

大型泥水盾构隧道下穿武九铁路沉降控制技术

结合武汉越江盾构隧道穿越武九铁路的施工实际经验,介绍了盾构掘进模式的选取方法,泥水压力控制,掘进方向的控制与调整,掘进速度控制,同步注浆,施工监测,以及铺设道砟等降低铁路沉降的控制措施.施工结果表明在采取这些措施后,地面沉降能够得到有效控制,从而保证铁路安全.对类似的地质条件下盾构隧道穿越铁路的设计和施工有一定的参考价值.     

软弱地层盾构隧道侧穿房屋基础沉降特性分析

以广州轨道交通21号线金坑站—镇龙南站区间土压平衡盾构下穿均和村房屋群为工程依托,采用数值模拟方法研究盾构隧道侧穿房屋群基础沉降特性,对比分析不同隧道开挖顺序下房屋基础沉降响应规律,并结合现场实测数据进行对比分析,揭示软弱地层盾构隧道侧穿房屋群施工扰动特性。研究结果表明:(1)在软弱地层双线隧道侧穿既有建筑物时,优先施作受荷载作用显著侧隧道,可有效降低既有建筑物变形;(2)在软弱地层盾构隧道掘进过程中,地表既有建筑物产生的主要沉降位于隧道穿越既有建筑物前3倍洞径至穿越建筑物后6倍洞径范围内,在此区段内可加强监测力度,根据实际需求采取降低掘进速度或适当加大注浆量的控制措施来控制既有建筑物变形;(3)受软土地层特性和施工同步注浆浆液固化的影响,在盾构穿越监测点10 m左右监测点沉降达到最大,随着浆液强度的增大,存在沉降回弹现象。     

盾构隧道掘进对建筑物的影响及其控制技术研究

以在建的深圳地铁2号线东延线为背景,对香梅北站—景田北站区间线路盾构掘进的相关问题进行研究。运用隧道工程理论、盾构技术和数值计算方法并结合地质条件与隧道条件,分析了地表建筑物特点及其与隧道的关系以及盾构隧道掘进对建筑物的影响,提出了穿越地面建筑物的工程措施和变形控制技术。工程实践表明,依据深圳地铁东延线提出的穿越地面建筑物的变形控制技术,可以确保地铁隧道本身和地表建筑物的安全。     

大粒径漂石地层盾构机刀盘及刀具选型研究

北京地铁9号线06标段军事博物馆站～东钓鱼台站区间盾构工程穿越永定河引水渠、玉渊潭公园东湖及北小湖;盾构隧道穿越的地层为含大粒径漂石的砾岩层和湖底富水卵漂石⑦层,该种地层在国内外盾构隧道施工中均无类似工程实例,盾构机选型对于该工程至关重要,尤其是盾构刀盘选型和刀具配置更是重中之重。通过总结和分析盾构在两类地层结构中掘进的施工数据,为盾构今后穿越类似地层积累宝贵的经验。