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。     

富水砂卵石地层盾构近距下穿混凝土拱桥施工技术

富水砂卵石地层因其富水、含大粒径卵石、开挖面易坍塌等特性一直是盾构施工的难点,极易造成地表建筑物沉降和塌陷。结合成都市富水砂卵石地层盾构近距下穿混凝土拱桥实践,通过对拱桥加固方案进行针对性设计及优化盾构掘进参数,确保盾构掘进施工质量和管片安装质量。在保证拱桥和地面交通安全的情况下顺利通过了混凝土拱桥,节约了施工成本,缩短了工期。     

砂卵石地层地铁车站地震动力响应规律研究

基于砂卵石土高摩擦性、低粘结性特点,通过ABAQUS建立二维数值计算模型,研究砂卵石地层与软黏土地层下地铁车站地震动力响应规律,结果表明:小震作用下软黏土地层对车站结构抗震有利,中震及大震时砂卵石地层对车站结构抗震有利。     

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。     

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。     

砂卵石地层地铁明挖车站动力响应分析

以某地铁明挖车站为实例,结合车站砂卵石地层的地质特色,采用MIDAS岩土隧道有限元软件GTS建立三维有限元模型,对车站结构抗震进行动力响应计算分析,并与车站结构的静力计算及反应位移法计算的结果进行对此。结果表明:在砂卵石地层下,地铁明挖车站结构的正截面承载力配筋由准永久荷载组合作用下的裂缝计算控制,抗震工况不起控制作用,在局部抗震薄弱部位需加强构造措施。     

卵石地层浅埋暗挖地铁隧道施工工法研究

以成都地铁1号线工程天府广场北侧暗挖试验段为例,采用颗粒流数值分析方法,根据现场量测数据,对砂卵石地层浅埋暗挖地铁隧道进行了施工工法研究.研究认为:在卵石土层中,采用台阶法施工引起的地表沉降量略大于CD法,应加强对支护结构变形的监测.考虑到CD法施工工序复杂,施工扰动比台阶法大,而且卵石地层在未扰动条件下的自稳性较好,...     

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.     

无水砂卵石地层土压平衡盾构刀具改造技术

分析辐条式土压平衡盾构在穿越全断面无水砂卵砾石层施工中刀具严重磨损的原因,提出拆除滚刀并对刀具进行改造以及按分层切削设计原理对刀具进行重新配置的思路。从刀具改造的总体思路、刀具改造前后对比分析和改造后掘进效果的对比等方面进行研究。结果表明:改造后的刀具以及按分层切削设计原理配置的刀具有很好的切削效果,为地铁无水砂卵石地层盾构施工刀具改造和配置提供了一种新方法。     

地铁盾构隧道施工对地层变形影响的三维数值模拟

以南京地铁玄武门—新模范马路区间隧道盾构施工工程为背景,使用FLAC3D软件在考虑盾构隧道施工中的开挖、排土、衬砌等步序的前提下,进行盾构隧道掘进施工对地层变形影响的三维数值模拟.结果表明,在盾构掘进施工过程中,地层沉降具有明显的时间效应;地表沉降量随之逐渐增大;地层横向沉降变形随着地层埋深的增加,最大沉降值逐渐增大,沉降槽宽度逐渐减小;地层沉降历时曲线呈现出反"S"形.     

基于灰色理论的砂卵石地层盾构施工参数控制对地表沉降影响分析

为了揭示地面沉降对不同盾构施工参数的敏感性,以成都地铁17号线来凤路站—凤溪站盾构区间隧道为例,采用灰色理论对总推力、刀盘扭矩、同步注浆压力等9项控制参数的实测数据进行分析.研究结果表明:地面沉降对盾构施工参数敏感性最主要的3个因素依次为推进速度、注浆压力(注浆量)和螺旋机转速;在成都地区富水砂卵石地层中进行盾构施工时,盾构总推力控制范围为19000～41000 kN,刀盘扭矩控制范围为8000～23000 kN·m,同步注浆压力为1～3 bar;灰色理论模型能客观、准确地反映富水砂卵石地层盾构施工参数控制与地面沉降之间的关系.     

富水砂卵石地层超高压旋喷桩施工技术研究

超高压旋喷桩以其优异的地基加固效果和挡土挡水性能被深基坑工程广泛使用,而该技术在富水砂卵石地层中的桩体质量及桩间咬合程度均较难控制。通过现场试验的方法,对高压旋喷桩在富水砂卵石地层中的加固效果进行验证。结果表明:超高压旋喷注浆技术基本实现了不同土层的有效土层置换加固;在合理布置旋喷桩间距的前提下,各土层中均可形成密实的咬合体;在粉细砂及粉质黏土等细颗粒土层中,加固直径可以达到2m以上;在富水砂卵石地层中,加固直径可达1.9m。根据试验结果,提出了适用于富水砂卵石地层中的高压旋喷桩施工参数建议值。     

邻近既有建筑的超深基坑开挖变形控制研究

在地铁工程建设中,深基坑工程往往会不可避免地规划并建设于城市交通干道和建筑密集区。成都地区具有砂卵石地层条件,基坑降水、开挖易导致土体发生压密作用,引起地面、周边建筑物产生差异沉降及变形。以成都轨道交通17号线城隍庙站超深基坑工程为背景,应用有限元分析软件ABAQUS,结合监测数据,对车辆荷载下半盖挖超深基坑在开挖卸荷过程中的地表沉降、围护结构变形、邻近建筑基础沉降数据进行优化分析,得到结论:注浆加固深度控制在稍密卵石上层以下时,对地表沉降及围护结构侧移控制效果最佳;适当改变围护桩的插入比、提高围护结构的刚度,可减少基坑变形,但插入比应控制在72.7% 以内。此外,对加固区合理深度、围护结构参数等进行优化,并列举了部分控制基坑变形的有效措施,以期为降低砂卵石地层条件下的深基坑开挖工程对邻近建筑的影响提供借鉴。     

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。     

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。     

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。     

砂卵石地层下伏膨胀岩土盾构隧道结构内力特征

成都地铁二号线区间盾构隧道局部穿过砂卵石下伏膨胀岩土地层,为获得下伏地层膨胀荷载对盾构隧道衬砌结构内力的影响规律,采用数值方法分析了下伏地层在不同范围发生局部膨胀时对衬砌结构外侧压力的影响.通过现场测试得到了盾尾注浆时和隧道贯通后衬砌结构荷载及内力的分布规律,并与不同膨胀荷载下结构内力的计算结果进行了比较.研究表明:膨胀圈厚度及范围对膨胀后压力增量的影响较小,膨胀力对压力增量的影响较大;局部膨胀荷载的存在将增大管片结构弯矩,对结构受力不利,负弯矩是下伏膨胀岩土地层盾构隧道结构设计的控制因素.计算砂卵石下伏膨胀岩土地层中盾构隧道结构内力时,应考虑膨胀荷载的影响,膨胀荷载可采用数值分析等手段确定.      

南京地铁4号线某砂性地层隧道抗震设计分析

南京地铁4号线某区间隧道穿越砂性地层,局部土层震动易液化.针对穿越该区间地层特点,采用反应位移法进行结构抗震分析,并与静力荷载作用下的工况相比较,根据计算结果针对结构及液化地层采取相应的设防措施,确保工程施工安全.     

基于CDEM的砂卵石地层盾构开挖面稳定性分析

为探究砂卵石地层中盾构开挖工作面失稳现象的机理,采用CDEM （continuum-based discrete element method）可变形块体离散元方法,建立准连续介质模型,对砂卵石土三轴压缩试验开展数值模拟,以分析其细观力学特性;基于“颗粒流动”、“土拱效应”、“超挖出土”等特点,通过平面三角块体离散元建立模拟砂卵石地层盾构开挖面超挖出土的二维动态离散元模型,研究土拱效应、空洞区发展等开挖面失稳的渐进演化机制. 研究结果表明:砂卵石土三轴压缩试验宏观应力应变曲线可分为线弹性阶段、弹塑性阶段、理想塑性阶段;卵石作为粗粒相颗粒存在骨架增强作用,砂卵石接触界面对宏观强度具有弱化作用;通过以土拱效应为标定准则的Hopper Flow标定试验可有效得到不同尺度平面三角形离散单元摩擦角的转换关系;土拱效应显著存在于开挖面前方并随着开挖面超挖出土渐进发展,达到极限状态后逐渐破坏消散;空洞区始于螺旋输送机底部,随超挖出土逐步向上方和前方扩展,最终在击穿承载土拱后到达地表,形成“水滴状”空洞区;从不同角度提出了三类超挖量的控制标准.      

高标贯中粗砂地层盾构法施工应对措施研究

西安地铁2号线北端盾构施工过程中全断面穿越中砂、粗砂层,其中中砂的标贯击数达到150击,砂层极为密实,且需严格控制地面沉降;盾构掘进出现极限参数,不能正常运转,同时螺旋、刀盘甚至是盾体磨损加快。通过增加开挖面积、主动铰接辅助推进、渣土改良、压缩空气辅助建压等措施来解决超密实地层盾构掘进问题,使用效果比较明显,提高了土压平衡盾构对密实砂层的适应性。