富水砂卵石地层盾构换刀方案

成都地铁1号线盾构隧道工程主要穿越地层为砂卵石地层,砂卵石对盾构机的刀具磨损较为严重,为保证盾构掘进的正常进行,需要频繁更换刀具。通过对成都地铁1号线施工中的几种盾构换刀方案进行比较,提出了富水砂卵石地质情况施工中合理换刀方案。     

砂卵石地层撕裂刀布置对刮刀磨损的影响研究

研究目的:砂卵石地层空间分布不均、磨蚀性强,盾构在该类地层中开挖时经常出现掘进效率低、刀具磨损严重的情况,为实现砂卵石地层盾构安全高效掘进,开展撕裂刀布置对刮刀的磨损影响研究。本文以北京新机场线"磁一"区间工程为背景,根据区间砂卵石地层分布特征及刀具磨损的保护需要,对撕裂刀及刮刀进行分区、分层布置设计,提出三种组合布置模式;开展盾构现场原位试验,利用现场观测断面及监测断面,对盾构掘进过程中刀具的磨损状态进行跟踪测试与分析。研究结论:(1) B模式刀具布置可以有效降低刮刀的磨损,刀具布置时应优先选用此模式;(2)撕裂刀对刮刀的保护作用随着距离的增加迅速减小,有效保护距离为单倍刀宽;(3)该研究结果可为砂卵石地层盾构刀具的布置提供理论依据及参考。     

无水砂卵石盾构施工分区注入式渣土改良技术

无水砂卵石地层力学性质不稳定,卵砾石含量高,颗粒之间空隙大,无黏聚力,盾构在此条件下掘进,渣土很难被改良成“塑流性状态”,盾构推力、扭矩大且变化异常,刀盘、刀具及螺旋输送机磨损严重,盾构掘进效率低且时常发生开挖面失稳、地表塌陷等事故.结合北京地铁十号线二期7标的工程实践,提出了“分区注入”的施工方法.即根据刀盘上的7个注入孔的位置分布情况,通过外侧孔注膨润土泥浆,而中心区域注泡沫,中间的过渡区混合注入,膨润土泥浆与泡沫的配比可以根据不同工况做实时调整.该技术的成功应用,保证了盾构机长距离在砂卵石地层中连续高效掘进.     

砂卵石地层盾构刀具磨损测试分析

结合砂卵石地层盾构区间工程掘进,对盾构施工时的刀具磨损情况进行了现场测试,计算出土压平衡盾构在砂卵石地层施工时各种刀具的磨损系数.运用统计回归分析,总结出砂卵石地层盾构刀具磨损与其掘削迹长的关系,推算出砂卵石地层盾构不换刀可掘进的最长距离,可为后续类似工程施工提供参考.     

地铁盾构刀盘改造及掘进性能对比研究

为更好地适应富水中砂地层的盾构施工,对土压平衡式盾构机原有刀盘结构、刀具布置等进行了改造。刀盘开口率由28%增加到40%;在刀盘中间增加了鱼尾刀;增加了两根长度为50 cm、直径为15 cm的主动搅拌棒;对富水中砂渣土进行了改良。对比改造前后的刀盘掘进性能发现改造后的刀盘掘进性能得到明显提升,具体表现在:盾构机掘进速度提升了4倍,刀盘平均扭矩降低了20%,土压波动范围变小,渣土温度降低了40℃,地面沉降亦得到了明显改善。     

北京地铁无水砂卵石地层盾构施工技术难点及施工对策研究

针对土压平衡盾构在砂卵石地层掘进中经常出现土压建立困难,刀盘推力与扭矩大且磨损严重,经常出现刀盘"卡死"、螺旋输送机磨损严重及抱死现象,采取对土体进行塑流化改良、刀盘改造及刀具优化、调整注浆配比等措施,很好地控制了地面沉降,确保了该区间的顺利贯通。     

砂卵石地层盾构长距离掘进先行刀优化配置研究

针对砂卵石地层盾构长距离掘进工程特点,提出先行刀多维度梯次布置的设计理念,"多维度"保证了长距离掘进中刀盘受力稳定,不同刀高的先行刀梯次布置使其合金块之间搭接形成合金块磨损接力。同时优化先行刀合金块的耐磨及耐撞击性能,避免在长距离掘进中存在的刀具冲击疲劳失效。依托北京新机场线"磁1"区间盾构工程,通过方案比选得到最终刀盘设计方案,并对掘进过程中掘进刀具磨损数据与掘进参数进行深入分析。数据分析结果表明:多层先行刀布置的盾构砂卵石地层长距离掘进可分为高刀犁松和高低刀共同犁松两个阶段,高刀犁松阶段"梯次化"布置的高刀降低了低刀的磨损系数,高低刀共同犁松阶段在一定距离内继续维持掘进效率,有效延长掘进距离。     

关于复合地层中盾构机刀具磨损的优化研究

以某地铁区间为工程背景,结合复合地层的地层条件和地层分布情况,确定硬质地层对开挖面物理特性的影响。根据适应不同单一地层的刀盘合理转速,提出适用于复合地层的刀盘设计转速的确定方法。通过监测盾构机掘进过程中的刀盘扭矩变化,实现刀盘转速提前调整。新提出的优化方法有效减小盾构刀具在复合地层的过快磨损,显著延长刀具的使用期限,有效提高盾构机在复合地层中的施工效率。     

兰州地铁1号线黄河隧道盾构施工难点及应对措施研究

兰州地铁黄河隧道为国内首条交通工程类下穿黄河隧道,地质条件极为独特。为解决盾构连续性长距离在大粒径高压富水弱胶结高硬度的砂卵石地层中如何安全顺利掘进下穿黄河,采用理论分析与现场施工反馈紧密结合的方法,研究盾构下穿黄河施工难点及应对措施。研究表明:土压盾构在穿黄施工中相继遇到刀盘卡机、刀具磨损、螺旋机喷涌、固结泥饼、地面塌陷等问题;泥水盾构相继遇到掘进困难、卵石积仓滞排堵管、破碎机故障频发、刀盘刀具管路磨损、泥浆击穿河床等问题,通过设备改造,优化掘进参数,做好区间降水、工法辅助、泥浆制配、渣土改良、刀具改进、气压稳定等工作,有效解决盾构在砂卵石地层中掘进的相关问题,确保黄河隧道顺利建成。     

砂卵石地层衡盾泥辅助盾构带压开仓技术研究

本文主要阐述盾构在兰州地区砂卵石地层掘进过程中遇到刀盘卡死、刀具磨损严重、土仓大卵石沉积固结、刀盘结泥饼等情况影响盾构正常掘进时,在富水地层中需人员带压进仓作业,利用衡盾泥辅助施工泥模护壁带压进仓作业。实践表明:"衡盾泥"泥膜护壁其气密性和隔水性强,保压效果好,耐久稳定,且对周边地层起到一定的固结作用,可极大程度地减小盾构恢复掘进后对周边地层的影响,加大了开舱作业的安全性并提高了工作效率。     

厦门越海隧道盾构施工若干技术难题及对策

针对厦门2号线越海段盾构施工过程中出现掘进参数异常、刀具磨损严重及异常失效、堵管等工程难题,通过地质补勘,发现局部存在极硬而多裂隙的破碎带复杂地层。基于此,对越海隧道盾构施工技术进行探讨研究,创造性地提出了海上注浆加固技术,并对刀盘上的滚刀结构进行重新设计。后续施工过程刀盘推力恢复至21 000~22 000 kN之间,掘进速度维持在2~4 mm/min,达到正常掘进水平,同时降低了刀具的异常磨损和消耗。有效解决了盾构海底穿越破碎带复杂地层的难题,使得盾构顺利掘进,可为后续类似盾构越海施工提供指导。     

普速铁路涵洞覆土厚度不足地段轨道减振措施研究

既有线经提速改造后,因标准提高,出现涵洞地段原有的覆土厚度不满足规范要求,列车通过时引起较大振动,必须采取相应的轨道减振措施。调研常用的轨道减振方法,结合既有宁启线200 km/h提速工程实例,运用车辆-轨道耦合动力学理论,对不同减振方案下车辆、轨道、路基的动力学指标进行仿真计算。计算结果表明:不减振措施方案,不能满足时速200 km线路要求;减振方案各项计算结果均满足相关规定要求,能满足时速200 km线路要求。根据仿真计算结果,综合分析施工方便性、整治后的工后沉降以及综合经济性指标后,对200 km/h提速工程涵洞覆土厚度不足地段得出以下结论:0.65 m≤覆土厚度h≤1.2 m地段,采用弹性长轨枕方案,覆土厚度h0.65 m地段,采取线路纵断面调整措施将覆土厚度调整至0.65 m以上。     

盾构推进过程中刀盘前方土体变形与应力特征研究

盾构法是城市地铁隧道施工的主要工法之一。盾构推进过程中不可避免地引起掌子面土体扰动,进而对盾构前方土体的稳定性产生较大影响,而目前对于盾构推进引起前方土体的位移与应力的研究较少。利用Mindlin解,基于盾构受力特点建立力学模型,推导掌子面前方地层变形与应力计算公式,并将工程实测值与理论计算值进行对比分析,得出盾构推进引起土体位移和应力的影响范围及影响程度。结果表明,掌子面前方土体变形主要受盾壳与土体之间的摩擦力影响,正面推力附加应力引起的变形较小,盾构推进对前方土体的应力主要由摩擦力引起。研究结果可为盾构现场施工控制提供理论和计算依据。     

全断面砂层土压平衡盾构施工关键技术研究

土压平衡盾构在全断面砂层施工时,通常会出现刀盘和刀具磨损严重、推力和扭矩较大、掘进困难以及沉降过大等问题。针对全断面砂层土压平衡盾构施工,对渣土改良、刀盘和刀具以及泡沫系统改造等关键技术进行研究和工程实践,并对实施效果进行评价。实践证明,膨润土泥浆和泡沫对砂层渣土改良效果及地表沉降控制效果显著;配合泡沫系统改造,盾构掘进过程中推力和扭矩减小,掘进速度提高;刀盘和刀具改造后,磨损程度明显降低。     

复合地层下超大直径泥水盾构 刀具寿命分析及预测

在复合地层中采用盾构法进行隧道施工,由于缺少有效、直观的刀具磨损检测方法,存在着刀具使用不足或磨损严重的问题,而刀具更换是否及时合理,直接关系到施工进度及工程经济效益。结合武汉三阳路长江隧道复合地层的地质特点和所使用盾构具备常压换刀功能的特殊性,对盾构刀具寿命进行分析计算,得出各类刀具在不同工况条件下使用的环数,以此对盾构刀具更换提供合理依据。     

红砂岩-卵石复合地层刀盘卡停分析及对策

富水红砂岩与大粒径砂卵石复合地层其骨架效应显著,且大粒径漂石随机分布,极易导致盾构施工过程中出现刀盘卡停等故障。本文以兰州2号线公定区间盾构刀盘卡死故障为例,结合工程实际分别从水文地质条件、盾构机性能、刀盘布局等方面分析刀盘卡死原因,并针对性提出渣土改良、盾构机自身减负及消除围岩对刀盘握裹力等技术处理措施,成功解决了红砂岩与大粒径砂卵石复合地层中盾构机卡顿问题,避免了进仓或地面加固后处理工序,实现了工期及成本效益双丰收,对同类型工程具有重要参考价值。     

泥水盾构刀具磨损机理研究

泥水盾构刀具磨损受诸多因素的影响,文章在磨损基本理论的基础上,总结得出泥水盾构刀具的磨损类型及磨损过程的3个阶段,并用ABAQUS软件对磨损过程进行了模拟计算,计算分析了不同地层条件、刀具组合配置、刀具材料选择、刀具设计与制造工艺及掘进参数等对刀具磨损的影响。     

高黏度泥岩中盾构掘进 综合技术研究

武汉地铁6号线十标琴台站～武胜路站区间是联系汉阳和汉口两个主城区的关键纽带,并下穿汉江。该区间盾构下穿汉江段具有地层复杂的特点,其开挖断面有强风化、中风化、微风化泥岩,泥岩矿物中黏土矿物含量高,这导致了在盾构掘进过程中刀盘易结泥饼,且由于微风化泥岩存在,进一步加剧了已结泥饼的刀盘的磨损,严重影响盾构掘进。本文以此为依托背景,针对在高粘度泥岩土层中掘进时遇到的掘进参数恶化、刀盘过载跳停、仓压波动大等问题,采取了泥岩的X衍射实验报告分析和电子显微镜分析其组成成分等一系列手段,并结合整个施工过程系统地分析了这些问题产生的原因;之后在实验基础上提出了一套关于泥水平衡盾构施工的物理方法+化学方法的高效组合方法,比如增加刀盘面部冲刷和优化泥浆的流变特性等。实践证明,这些措施有效的提高了掘进速度并节约了很多费用,这对类似盾构施工工程提供了一定的参考价值。     

南昌地铁砾砂层渣土改良技术试验研究

随着土压平衡盾构的广泛推广和应用,其地层适应性也越来越强,但盾构机在一些特殊地层中掘进时,渣土无法满足盾构施工对渣土流塑性的要求,易造成刀盘结饼、掌子面压力不稳定、刀盘磨损严重等问题。泡沫渣土改良技术是保证施工安全、顺利进行的关键技术之一。本文针对两种工程现场常用的泡沫进行泡沫基础性能试验,并以南昌地铁3号线盾构区间为工程背景,针对该区间砾砂地层进行改良渣土坍落度试验,对不同注入率和不同发泡剂的改良效果进行分析。研究发现,两种泡沫剂的建议使用浓度为3%;渣土流动性随泡沫注入率的增大而提高。在试验所用土样条件下,建议施工时使用的泡沫注入率为20%~30%。