泥质砂岩地层盾构掘进施工扰动效应与地表纵向变形预测方法

盾构掘进扰动引起的地表变形是施工控制的关键参数。在明确盾构施工不同阶段扰动机制与影响因素的基础上,基于半无限空间体Mindlin解,给出考虑盾构附加推力、盾壳摩擦力、同步注浆压力和地层损失多因素作用下的地表纵向变形计算公式。并通过长沙地铁6号线朝芙区间地表纵向位移实测数据验证了该文计算方法的可靠性。采用该方法分析不同施工参数对地表变形的影响。结果表明:盾构附加推力和摩擦力均造成前方地表隆起后方地表沉降,同步注浆压力使地表发生隆起并在盾尾处出现最大值,地层损失引起地表沉降占比最大;在盾构经过阶段因地层损失、盾构摩擦力和盾构推力的影响,引起的地表纵向位移最大。根据盾构掘进扰动机理及变形影响因素,对盾构掘进过程不同阶段的相关施工控制参数与措施提出了适当建议。     

砂卵石地层盾构穿越风险工程沉降控制技术研究

本文以北京地铁10号线公主坟站-西钓鱼台站工程为例,探讨研究了砂卵石地层盾构穿越多样风险源工程施工措施,并以研究成果指导工程的实践,且取得了良好效果。论文提出了不同地层同步注浆参数的控制范围,得出适应于不同地层参数的盾构同步注浆综合控制技术,同时利用数值分析软件分析了同步注浆采用单浆液与双浆液与地表沉降的关系。在工程施工中,对地铁盾构参数进行了深入研究,结合试验段相应数值统计,提出了在不同地质条件下,盾构刀盘扭矩、盾构推力以及土压力的控制范围。本文经理论分析、模拟计算及实践修正后,提出的盾构穿越重大风险工程沉降控制技术对类似工程具有较强指导意义。     

软土地层中盾构施工参数对地表沉降的影响研究

为了解决软土地层中盾构隧道施工参数对地表沉降的影响问题,通过对杭州某地铁区间盾构施工进行监测,分析软土地层地表沉降的一般规律,结合该区间盾构隧道施工,采用ABAQUS有限元软件分析了注浆压力、浆液弹性模量、土舱压力等因素对地表沉降的影响。研究表明:土舱压力对地表沉降影响最大,注浆压力次之,浆液弹性模量的影响最小。地表沉降由土体塌陷沉降和土体固结沉降2部分组成,在盾构试掘进阶段对施工参数进行调整和优化,能较好地控制地表沉降。     

成都地铁4号线砂卵石地层土压平衡盾构施工技术

针对土压平衡盾构在成都地铁4号线一期工程4标区间砂卵石地层条件下掘进的施工特点,根据工程施工经验和相关研究材料,从掘进速度、推力、刀盘扭矩、出渣量、同步注浆及土仓压力控制等方面,详细分析盾构关键掘进参数协调控制技术和相关注意事项,以实现掌子面的稳定和盾构安全、高效掘进。从施工难点、故障原因及应对措施等方面,对施工过程中遇到的管片整环旋转、小半径曲线段掘进、滞后沉降等施工难题进行分析和解决,从而更好地控制整个工程质量。     

深圳强风化砂岩地层中盾构下穿桩基的环境效应

依托深圳地铁龙岗线西延段福少区间盾构隧道施工工程,选取无桩、单桩与多桩存在条件下的三个监测断面,对盾构施工过程中的瞬时地表沉降与稳定地表沉降进行数值模拟,并与实测结果进行对比,研究桩基对盾构掘进过程引起的地表沉降的影响。结果表明:监测点距离隧道轴线的距离越近,产生的地表沉降值就越大;桩基所在位置监测点的地表沉降明显大于附近监测点,而多桩所在位置的沉降值在整个区段达到了最大值,且影响范围也更大,此外,多桩区域稳定沉降与瞬时沉降的差值也大于单桩或者无桩情况下的差值。为了防止盾构下穿桩基造成地表沉降过大、桩基失效等不良环境效应,提出了调整盾构掘进参数、跟踪注浆等施工控制措施。     

郑州地铁盾构隧道下穿加油站的沉降分析

郑州地铁1号线03区间盾构施工需下穿一加油站,该加油站平行布置3个尺寸相同的埋地储油罐,总容积为150 m3,属一级加油站。3个储油罐与左线盾构隧道的竖向净距为7.0 m,水平净距为2.7 m,该加油站属Ⅰ级风险源。为保证盾构施工的安全,提出针对性的盾构掘进控制措施,采用ANSYS通用有限元软件对盾构施工下穿加油站引起的沉降进行数值模拟,计算得到的地表最大累计沉降和倾斜率均未达到监测报警值;因此,加油站在盾构施工时可以正常营业。为了保证盾构的安全推进,提出2盾构的推进间距距离、土舱压力、同步注浆压力等控制措施。盾构掘进过程中的地表和建(构)筑物的监测结果表明:地表和建(构)筑物的最大累计沉降和沉降速率均未达到监测报警值,盾构已经安全穿越加油站,文章提出的盾构掘进措施和研究方法可为类似工程提供参考。     

富水圆砾地层土压平衡盾构停机地层变形特征实测分析

为分析盾构停机期间地层变形规律,依托某富水圆砾地层地铁区间盾构工程,对盾构停机前后地层沉降变形和掘进参数变化进行监测和研究,并计算单纯由盾体下卧层压缩引起的地层沉降。结果表明:盾构停机对盾体前方土体沉降变形影响更大,且沉降速率与停机时间密切相关;盾体后方土体沉降主要受盾构掘进地层损失影响,其沉降逐渐稳定,且土层深度越浅沉降越早稳定;对于近距离盾构下穿施工,下穿前停机造成的影响比下穿后停机造成的影响更大;盾构停机复推时由于总推力和上土舱压力大幅增大,地层沉降曲线出现先隆起再下沉的波动,深层沉降波动幅度显著大于地表沉降,表明富水圆砾地层盾构停机会放大对邻近深层土体的扰动影响,在盾构近距离下穿既有地下工程施工过程中应尽量避免停机。     

合肥地区复合地层盾构掘进参数控制研究

为保证合肥地铁盾构隧道的施工安全,基于合肥地层情况,通过PLAXIS 3D 岩土有限元软件模拟穿越软土、硬岩及复合地层 3 种不同地层条件的盾构掘进过程,研究开挖面支护力N、盾构钢壳锥度引起的收缩率C 和壁后注浆压力p 对地表沉降和围岩变形 响应的影响规律。研究结果表明: 1)支护力N 和注浆压力p 对地表沉降的影响受地层和埋深的限制较大,收缩率C 则相对较小; 2)从地表沉降上看,盾构掘进参数(N、C、p)对软土层的影响最大,复合地层次之; 3)p 对管片上浮和管片内力的影响显著,不宜设 置过高,软土层对p 最为敏感,硬岩和软硬复合地层次之。最后,将这些影响规律应用于合肥地铁4 号线某区间的盾构掘进参数控 制中,结合现场数据分析,结果表明盾构掘进姿态正确,地表沉降稳定,掘进参数合理可靠。     

复合地层盾构上方建筑物沉降特征及原因

以深圳地铁某线盾构下穿既有房屋为依托,结合既有房屋的建筑沉降监测值和出渣量、同步注浆量、土仓压力、掘进速度、推力等施工参数,分析辅助气压式土压平衡盾构在卵石-风化花岗岩复合地层下穿期间砖混结构建筑物的沉降特征及原因。盾构刀盘通过比盾尾通过引起的建筑物沉降值大,盾构从桩基中间下穿比从端头下穿引起的沉降值和影响范围大,盾构在下穿2号楼期间出现了出渣量超方,致使桩基所处地层松动和房屋沉降。由数据分析可知:出渣量超方有两方面原因:①土仓于停机期间排土却没有及时补充辅助气压,使开挖面失稳;②盾构所穿强-全风化花岗岩地层的增多造成掘进速度降低,刀盘对地层扰动的增大加剧了开挖面卵石层的塌落。     

考虑盾壳与土体摩擦力的盾构下穿既有地铁隧道施工控制研究

摩擦力是盾构下穿对既有结构施工力学行为影响的重要因素。为明确盾构下穿过程中土舱压力、注浆压力、摩擦力对既有隧道变形的影响规律,给出合理的施工技术参数,考虑盾构自重及土压力分布特征,推导了摩擦力计算公式,分析了摩擦力分布特征,将此计算结果通过Fish语言写入FLAC3D有限差分软件,结合实体工程,对盾构下穿既有地铁隧道施工技术参数进行了系统研究,并通过实测数据验证了研究成果的可靠性。研究结果表明:1)盾壳与土体之间的摩擦力沿盾壳四周不均匀分布,量值随土体内摩擦角、重度及隧道埋深的增大而增加;2)盾构下穿过程中,既有结构竖向位移表现为先隆起、后沉降,其中土舱压力、摩擦力是造成既有结构隆起的主要原因,隆起量随土舱压力、摩擦力的增大而增大;3)盾尾脱离后既有结构沉降主要受注浆压力、摩擦力的影响,沉降量则随注浆压力的增大、摩擦力的减小而减小;4)与不考虑摩擦力的数值计算模型相比,考虑摩擦力的模型计算结果与工程实测数据吻合更好,且既有2号线运营地铁隧道结构变形满足规范所要求的控制标准,验证了研究成果的合理性与适应性。     

适合极软淤泥土中掘进及适应破除混凝土纤维墙钢套筒始发接收的盾构选型

福州地铁5号线金华路站～金山站区间工程始发与接收处于富水砂层,采用钢套筒来应对涌沙涌水风险,会遇到刀盘切削玻璃纤维筋混凝土墙,此时,配有滚刀刀盘的的内置注浆盒的盾构更便于切削及穿越混凝土墙。但本区间隧道的隧底有85%为45Kpa的极软淤泥地层,会引起机头下栽、盾构姿态较难控制的状况,此时,应该选用尽可能轻的软土刮刀刀盘而非重一倍的复合滚刀刀盘。同时,注浆盒外置的盾构开挖直径较小的盾构,由于刀盘开挖轮廓与盾体的间隙较小,对地表沉降的影响也相对较小,注浆盒外置带来的问题是如何对应不被混凝土墙体卡住,因为一旦卡住,处置也是相当困难。因此,为了满足这2种互相矛盾的需求,我们进行了针对性的刀盘选型及穿越墙体时的防卡设计。     

基于Apriori算法对地面沉降影响因素的数据挖掘及分析

为有效利用盾构法施工过程中产生和积累的大量掘进历史数据、挖掘知识和信息,以优化掘进参数、控制地表沉降,采集某地铁相邻两区间的地面沉降数据及掘进参数,基于数据挖掘技术,通过对比优缺点,综合等宽离散和k-means聚类2种方法将数据离散化,并采用Aprioir算法进行关联规则挖掘。通过分析关联规则得到以下结论: 出土率、注浆填充率和俯仰角对沉降值影响较大,掘进速度和刀盘转矩对沉降值也有一定影响。根据数据离散区间和关联规则,给出穿越土层为圆砾和卵石时的注浆填充率建议值为185%~190%,注浆压力建议区间为0.16~0.22 MPa,同时建议俯仰角纠偏幅度宜平均每3环小于±0.2°。     

软硬不均地层盾构近接下穿施工掘进参数优化分析

盾构法修建城市地铁时,盾构掘进参数对于控制地表沉降、保证施工安全等具有重要影响。以深圳地铁7号线盾构隧道下穿既有2号线为工程背景,针对在软硬不均地层情况下盾构隧道下穿既有隧道及过街通道,运用ABAQUS建立三维计算模型,对盾构施工进行全过程模拟及掘进参数优化分析。研究结果表明:①土仓压力及注浆压力对过街通道沉降相对于地表影响较大,施工过程中应当注意对过街通道底部进行监测;②对于软硬不均地层盾构下穿既有隧道及过街通道采用0.30~0.40 MPa土仓压力以及采用0.25~0.30 MPa注浆压力施工较为合理     

圆砾及粉砂地层盾构下穿重要建(构)筑物施工技术研究

昆明市轨道交通首期工程得胜桥站—环城南路站区间主要地质条件为圆砾及粉砂地层，盾构需下穿文物保护建筑、老旧民房等重要建（构）筑物。通过减小刀盘直径、增大开口率、采用三步注浆模式、控制掘进参数、模拟试验段掘进等措施成功穿越了各重大风险源。实施结果表明:既有的建（构）筑物沉降量可控。     

土压平衡盾构在砂卵石地层中穿越城市河流施工关键技术

北京地铁10号线二期工程(公主坟站—西钓鱼台站区间和西钓鱼台站—慈寿寺站区间)盾构区间在砂卵石地层长距离下穿昆玉河,为了摸索出一套适合土压平衡盾构砂卵石地层下穿城市河流的施工方法,通过在穿河之前设置试验段优化施工参数,穿越期间有效控制土仓压力、盾构推进速度、螺旋输送机出土速度,调整注浆压力、注浆量和盾尾油脂用量,及时进行同步注浆和二次补浆等技术措施,盾构成功穿越河流并解决了螺旋输送机喷涌、被卡等重大风险,保证了河堤变形在产权单位要求的范围内,为今后类似工程积累了施工经验。     

土压盾构在富水粉砂地层中浓泥渣土改良技术研究

为解决土压盾构在富水粉砂地层掘进过程中存在的刀盘转矩过大、开挖面稳定难以控制及排土困难等问题,提高该地层盾构施工的安全性及稳定性,以无锡地铁3号线富水粉砂地层盾构区间为依托,提出土压盾构浓泥渣土改良技术,并开展土压盾构浓泥渣土改良现场试验,研究掘进过程中开挖面前地层中孔隙水压力、盾构掘进参数及地层沉降的变化规律。结果表明： 1）向开挖面注入4 m3/环泥浆后,能够将渣土的坍落度由原来的7.5 cm提高至14.5 cm,降低盾构闭舱和喷涌风险,且能减小土压、推力及转矩的变化波动; 2）浓泥浆在开挖面形成泥膜效应,可以有效降低掘进过程引起的孔隙水压力,最大可减小20 kPa。掘进完成地层稳定后,与未添加浓泥渣土改良掘进的地层相比,地表沉降值减小26.7%。     

复合地层盾构施工中泡沫对刀盘扭矩的影响分析及参数优化

在盾构施工过程中通常添加泡沫进行土体改良,土体的改良效果会直接影响盾构的掘进性能,而且对维持开挖面的稳定、提高掘进效率、减小刀具磨损具有至关重要的作用。依托穗莞深城际轨道交通虎门商贸城站到长安厦边站盾构区间工程,利用正交试验的方法对复合地层盾构掘进过程中土体改良效果进行研究,建立复合地层盾构施工中刀盘扭矩与其他掘进参数的数学模型,并对泡沫对刀盘扭矩的影响进行分析与参数优化。结果表明： 当添加泡沫溶液量为0.01 m3、泡沫体积分数为7%时,刀盘扭矩达到最优值2 033.1 kN·m。     

富水砂层土压平衡盾构小半径曲线始发掘进参数控制研究

盾构始发是盾构施工的关键环节，也是盾构施工时的高风险环节。为给南昌地区富水砂层条件下盾构曲线始发施工提供掘进参数设置样本，以南昌市轨道交通3号线绳金塔站—六眼井站盾构始发工程为背景，对富水砂层盾构小半径曲线始发段主要掘进参数进行统计分析，确定相关参数的优势区间，并基于盾体姿态控制参数和地表沉降进行掘进参数控制效果评价。结果表明： 1）盾构水平方向2组油缸推力在曲线段和直线段变化差异明显，线路平曲线半径越小，差值越大，在左右线曲线段和直线段水平方向2组油缸推力分别相差872%和758%； 2）线路平曲线半径越小，所需的总推力和刀盘转矩越大，而掘进速度略有降低，左右线总推力均值为1 3976 t和1 6717 t，刀盘转矩均值为3 1011 kN·m和3 7239 kN·m，掘进速度均值为388 mm/min和351 mm/min； 3）由于始发段掘进断面地层相对均一，土舱压力基本随隧道埋深呈线性增加，而由于右线曲线半径更小，因此右线土舱压力离散程度相对较高； 4）左右线盾尾注浆量差异不大，优势区间均为3~6 m3，均值约为4 m3； 5）左右线曲线始发段水平方向盾体姿态超限率分别为2%和4%，地表累积沉降最大值仅为625 mm，表明本工程小半径曲线始发段掘进参数控制效果较好，掘进参数对地层条件和线路线型具有良好的适应性。     

双线盾构隧道连续下穿老旧建筑群施工技术

盾构下穿老旧建筑群,具有施工难度大、风险高等特点,施工前可结合工程特点进行相应的数值模拟分析,并提出针对性的应对措施。结合昆明地铁某双线盾构区间连续下穿老旧建筑群工程特点,基于三维有限差分软件FLAC3D建立计算模型,对双线盾构开挖、支护等主要工序进行分析模拟,总结并提出了掘进关键参数,并在八大处空地模拟穿越三角大院试验段得以成功应用。由于地层的不确定性,盾构施工参数需要发生相应的变化,根据地表沉降的走向和趋势及时动态地调整施工参数尤为必要。工程实践证明,基于数值分析结果及试验段总结的施工参数,通过对掘进参数不断优化处理,有效确保了盾构下穿昆枢指挥部、铁路工程管理所等老旧建筑群时的高效性和安全性,为昆明地铁及类似工程施工提供了经验及依据。     

大直径盾构下穿密集建筑沉降控制技术研究

以广州地铁18号线番南中间风井—番南1号盾构井区间下穿蔡二村为例，采用Peck公式分析了盾构施工对建筑物和地表的影响程度和影响范围，提出了合理的沉降控制技术，并对施工过程中的沉降进行了监测和分析。结果表明:在双线盾构下穿后，地表会出现明显的双沉降槽变形趋势；通过合理选择掘进参数和注浆加固方案，可使地表和建筑沉降控制在安全范围以内。