土压平衡盾构机在富水砂卵石地层快速掘进施工技术

在盾构法施工中,盾构机在富水砂卵石地层中掘进,一直是一个全新的技术难题。如何处理盾构机掘进在富水砂卵石地层,沉降大、速度慢、换刀频等问题,结合在建的成都地铁4号线正在掘进的三台土压平衡式盾构机掘进技术资料,通过统计、分析,综合考虑富水砂卵石地层中土压平衡盾构掘进参数、泥浆参数、盾构姿态、地层变形机理等信息,进行了初步探讨,对盾构机的选型及施工提出建议。     

复合地层大直径盾构选型与掘进技术研究

盾构施工将不可避免遇到完整基岩地层、软硬不均地层或孤石地层,由于不同地层盾构施工的差异性,盾构机的选型和制造应考虑复合地层的特殊性,盾构掘进过程中也应提出有针对性的措施。结合实际工程,针对大直径复合地层盾构施工特点,进行了盾构选型与掘进技术相关措施的研究和分析,引入了土压—泥水双模式混合盾构机应用的理念,对盾构刀盘设计、常压换刀技术、破碎机配置和超前地质预报这几个复合地层盾构机制造的核心技术问题提出了相关要求,并对软硬不均地层和孤石地层两大复合地层盾构掘进难题提出了针对性的解决措施。文中所述的复合地层大直径盾构机选型和掘进技术方案已在实际工程中成功应用,可对类似工程提供指导。     

富水砂卵石地层盾构刀具磨损原因及改进

为研究盾构机掘进砂卵石地层时刀具的磨损机理,以福州某地铁盾构施工为例,分析原施工方案存在的问题及引起盾构刀具过度磨损的原因。为改善土壤性能,在每m~3渣土中分别添加150 L泥浆和350 L泡沫;采用辐条式刀盘代替原面板式刀盘;采用主、副切削刀,主超前刀,鱼尾刀,盘圈贝型刀,周边刮刀等刀具,并优化刀具在刀盘上的布置。测量计算刀具磨损量及磨损系数,分析土压平衡盾构穿越富水砂卵石地层段的刀具磨损量与切削轨迹的关系。分析表明:优化后刀具的平均磨损系数由0.565 mm/km降至0.013 mm/km,优化后的方案能有效减小盾构刀具在富水砂卵石地层中的过快磨损,显著延长刀具使用寿命,有效提高土压平衡盾构机的施工效率。     

大直径泥水盾构施工引起的地表沉降规律研究

对大直径泥水平衡盾构在砂卵石地层、软土地层中施工引起的地表沉降进行分析研究。通过对隧道横向沉降影响区、纵向沉降、不同时段沉降等的分析研究,得出大直径泥水盾构在砂卵石地层、软土地层中施工引起的地表沉降规律。卵石层中、软土层中,大直径泥水盾构施工引起的地表沉降在横断面方向基本上均呈正态分布,但砂卵石地层中的主沉降区范围较软土地层中的要小,且沉降值较软土中的也小;在盾构通过、盾尾通过两阶段地表沉降量比较大,软土地层中工后沉降较明显。     

盾构参数对复合地层损失率和地表沉降的影响

为研究土压平衡式盾构机穿越复合地层过程中,不同盾构掘进参数对地表沉降值和地层损失率的影响,依托湖南商学院站至白鸽咀站区间盾构工程已有的施工沉降监测数据,利用Peck公式反推得到盾构施工在此类地层条件下的地层损失率,并通过三维有限元数值模拟分析了盾构各参数对地表沉降值和地层损失率的影响程度.研究结果表明:在掘进推力增大时...     

砂卵石地层盾构刀盘有限元分析

参照北京地铁某地段砂卵石地层盾构施工中使用的盾构机刀盘刀具结构,重建了刀盘刀具的三维实体模型;根据地层特性参数计算出了切刀、先行刀和周边刀的切削力以及地层对刀盘的压力和摩擦力,建立了盾构机刀盘的有限元计算模型;针对刀盘初始切削、掘进砂卵石地层和遇到大粒径卵石三种工况,分别分析刀盘刀具的受力特性,得出了应力应变分布规律,并结合工程实例提出刀盘结构的改进措施.     

大直径盾构机常压换刀技术

近年来,大直径盾构施工应用日益广泛。在盾构施工过程中,受地质条件影响,盾构机在掘进中刀具会受到不同程度的磨损,开仓换刀是必要的处理措施。以印尼雅万高铁1号隧道为工程背景,针对大直径泥水平衡盾构机常压换刀进行分析,介绍了换刀前的加固、封堵和降水等准备措施,换刀作业程序及注意事项。1号隧道盾构常压进仓换刀作业进展顺利,为今后类似工程提供参考。     

富水砂卵石地层盾构刀具两幅检修技术

盾构在砂卵石地层施工过程中,刀具不可避免的会产生较大磨损,为了保证盾构的持续掘进能力直至完成区间施工任务,需要结合工程情况合理维修刀具。以北京地铁16号线肖家河站～西苑站区间盾构施工为例,盾构机下穿特级风险源前在联络通道处设置检修井。检修井采取倒挂井壁法施工,开挖到刀盘中心以下1m处,接收后首先检修上半部分刀具,然后旋转180°再检修剩余部分刀具。采用这种刀具两幅检修技术,减小了富水砂卵石地层检修井降水施工风险,保证了工程的顺利进行以及周边环境的安全。     

沈阳地铁盾构施工对围岩稳定性影响的数值分析

基于多年对盾构施工技术的研究,同时结合沈阳地铁二号线松陵区间盾构施工工程实例,阐述土压平衡盾构机施工对周围土体扰动的影响程度,可为类似工程参考和借鉴。     

砂卵石地层的土压平衡盾构施工土体改良试验研究

砂卵石地层土压平衡盾构掘削形成的渣土无法达到较为理想的塑性膏体状态,往往因渣土内摩擦角大而导致盾构机械过度磨损,因渣土流塑性差而导致扭矩过大、掘进效率剧降、进出土失控,甚至沉降超限、引发塌方事故。土体改良是改善渣土特性的有效方法,但砂卵石地层土体改良配比、参数用量,尚处于工程经验和现场施工试错法阶段,具有一定的不合理性和盲目性。基于此,依托成都某典型砂卵石地层工点,使用膨润土基泥浆和泡沫对土体进行改良,并对改良剂的性能和改良效果进行评价和分析。研究得出了土体改良后塑流性良好的添加剂配比和注入量,并对几种改良方案的进行分析对比,得到最优改良方案。     

地铁富水漂卵石地层盾构滚刀适应性研究

依托成都地铁6号线尚锦路站至红高路站盾构区间的施工实例,对穿越富水漂卵石地层的盾构滚刀适应性进行了研究。通过对滚刀破岩机理分析及破岩效率评价,结合工程实践经验,对盾构机及刀盘配置进行了优化改造,对滚刀刃宽及滚刀启动扭矩参数进行优化,提高了滚刀对富水漂卵石地层的适应性,降低了刀具磨耗,延长了刀具使用寿命,减少了换刀次数,值得推广应用。     

盾构通过基岩凸起地段综合施工技术

在花岗片麻岩复合地层施工中,由于存在孤石或基岩凸起,对盾构施工造成很大的困难和风险。结合广州地铁21号线中新站至中间风井盾构区间实例,介绍了土压平衡盾构机在片麻岩复合地层施工中的应用技术,遇到基岩凸起、"上软下硬"情况,采用地面爆破施工,通过对爆破时药包设计、安装及布孔方式、爆破安全距离的控制,对基岩进行预处理,爆破后检测处理效果并通过地面注浆固结裂隙。盾构机掘进时,在不同路段,通过控制盾构机的掘进参数,顺利完成盾构区间掘进任务,减少盾构开仓风险。     

富水卵漂石地层土压平衡盾构施工参数研究

针对富水卵漂石地层土压平衡盾构(EPBS)施工出土控制困难、掘进效率低问题,依托成都地铁某盾构隧道区间的现场实验段,对富水卵漂石地层中土压平衡盾构的实测关键施工参数进行了统计分析,并探索了与地层相适应的掘进参数以及提高掘进效率的途径。研究参数包括:出土量、土舱压力、贯入度、掘进速度等,研究结果表明:虽然富水卵漂石地层中的土压平衡盾构掘进易超出土,但通过适当减少土舱压力和增大贯入度能够减少超出土量,盾构法适用于该地层;改善地层可掘削性能和适当降低土舱压力是提高掘进速度有效方法,而增大总推力可能导致掘进速度下降。     

砂卵石层中盾构施工技术分析

砂卵石层中盾构施工存在很大的风险和困难,根据长沙市轨道交通2号线长沙大道~体育公园区间盾构机穿越砂卵石层的案例,对盾构机穿越砂卵石层出现的地表坍陷原因进行了分析,并通过调整盾构施工相关参数、地层加固和加强监测等措施,确保了盾构穿越过程中地表沉降均在规范允许范围内,为以后类似条件下的盾构施工提供参考。     

全断面富水砂层盾构施工盾构机选型及风险控制研究

通过结合西安地铁二号线盾构全断面砂层施工中的经验,对盾构全断面富水砂层施工中盾构机选型及风险控制进行了一定分析,并给出了土压平衡盾构机全断面富水砂层掘进过程中施工风险的控制措施。     

一种新型EPB渣土改良相似模型试验系统及功能验证

基于对国内外EPB渣土改良的研究现状以及室内试验方法的总结与分析,指出不同试验方法的局限性;研发了一种新型渣土改良相似模型试验系统——EPB渣土改良试验系统。系统集合了泡沫发生、盾构掘进、螺旋输送机输出等功能,可实现地层重塑、盾构掘进过程模拟、切土及土仓渣土搅拌;可将泡沫改良剂按设计配比加入土仓并搅拌,判断改良土体对掘进参数的影响;可模拟敞开式、半土压平衡式、土压平衡式、过压掘进模式等4种状态EPB盾构掘进;可模拟螺旋输送机出土过程及土塞效应实现过程。通过"盾构掘进模拟"和"渣土改良试验"等功能试验,验证了该试验系统各功能的准确性和可靠性。系统为研究EPB渣土改良优化配比及效果评价提供了新手段,可为大直径土压平衡盾构施工、特殊地层下盾构控制技术等条件下渣土改良提供可靠的施工参数,指导施工。     

漂石地层土压平衡盾构掘进速度模型研究

目前针对漂石地层土压平衡盾构的掘进速度模型研究比较少。借助成都地铁某区间盾构隧道工程,根据现场施工实测数据,利用统计分析、模型回归等方法分析了参数间的相关性,并依据掘进速度与其他参数间的关系建立了成都漂石地层中的掘进速度模型。研究结果表明:在成都漂石地层中,影响掘进速度最大的因素依次是贯入度、刀盘转速;掘进速度和刀盘转速、贯入度、螺旋机转速成正比,与总推力、土仓压力正反比;掘进速度与扭矩不是简单的线性关系,扭矩在一定范围时,掘进速度缓慢增加,当扭矩大于一定值后,掘进速度随着扭矩的增大而减小。这些关系对漂石地层土压平衡盾构的参数选择和匹配有重要的指导意义,所建立的模型可为盾构掘进参数的优化、预测和控制提供依据。     

土压平衡盾构机在富水砂层施工中的工艺改造

土压平衡盾构机在富水砂层中施工容易出现土仓压力难以建立、螺旋机喷涌、地表沉降难以控制等问题。为充分利用现有土压平衡盾构机,结合广州轨道交通工程掘进距离长、全断面富水砂层中施工的特点,对盾构机刀盘、螺旋机、渣土改良系统等部位进行针对性改造。实践表明,改造后的土压平衡盾构机能够高效的完成富水砂层中的施工任务,可为同类工程的盾构机改造提供参考。     

外滩通道建筑物保护及周边环境影响分析

国内采用超大直径土压平衡盾构法施工属首次,以Ф14270mm超大直径土压平衡盾构为对象,对盾构穿越建筑物的风险进行评估,采用数值模拟方法比较加固前后浦江饭店基础沉降和水平位移以及隧道轴线地表沉降;穿越中采用FCEC法对建筑物进行超前保护,使建筑物沉降控制在10mm内;在盾构推进过程中对周边环境的影响从横向和纵向两方面进行分析;通过现场监测和理论计算对照,表明建筑物在盾构穿越过程中沉降控制良好,具有一定的工程参考意义。     

地铁区间隧道穿越粉细砂地层土压平衡盾构施工技术

石家庄市城市轨道交通1号线体育场站~北宋站区间隧道穿越粉细砂地层,施工采用土压平衡盾构掘进技术,对始发洞口进行了双管旋喷桩加固,掘进过程中优化了盾构推进速度、土仓压力、出土量、推力及注浆压力等主要技术参数,保证了施工安全,区间隧道顺利贯通;采用同步注浆和二次注浆措施及优化的掘进施工参数控制了掌子面的稳定和地表沉降。工程实践证明土压平衡盾构也适用于粉细砂地层的区间隧道施工。