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。     

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。     

基于离散元法的不同掘进条件下盾构刀盘受力分析

参数的设置对于盾构掘进施工具有重要意义,一般需根据土层情况和盾构机性能综合考虑施工过程中的掘进速度和刀盘转速。本文以武汉地铁12号线科普公园至丹水池区间越江隧道泥水平衡盾构施工为依托,采用离散元数值模拟方法,在PFC3D软件中参照实际参数构建土层和盾构机模型,模拟盾构机掘进过程,研究不同土层参数、掘进速度和刀盘转速条件对刀盘受力的影响规律。结果表明,土层参数对刀盘受力和挖掘效率影响较大,刀盘受力与掘进速度呈正相关,而与刀盘转速呈负相关,进而与贯入度呈现负相关,这一规律主要与刀盘对土体的挤压和切削效应有关;在施工过程中调整掘进参数时应保证掘进速度和刀盘转速的平衡。     

盾构刀盘开口率对富水粉细砂层地表沉降的影响

针对盾构机在富水粉细砂层中修建地铁引起的地表沉降问题,基于地表沉降理论,以太原地铁2号线某富水粉细砂层的盾构掘进区间段为研究对象,模拟不同开口率的刀盘对地表沉降的影响.结果 表明,土压平衡式盾构机采用大开口率刀盘更适用于掘进富水粉细砂层,选用50％开口率的刀盘的土压平衡盾构机可成功将地表沉降控制在2 cm以内;推导出的经验公式适用于盾构机掘进富水粉细砂层的地表沉降计算;根据盾构实测出土量最终确定刀盘开口率为51％的盾构机更适合掘进太原地区富水粉细砂层.     

狮子洋隧道盾构段掘进工程单价分析

大直径复杂地质盾构隧道目前尚未有成熟造价标准,一般市政定额不能全面反映造价水平。狮子洋隧道是国内首座泥水平衡盾构穿越长距离基岩复合地层的隧道,通过研究狮子洋隧道掘进过程中施工方案,结合现场实际测定情况,总结分析了掘进工程的工、料、机消耗,提出了其掘进工程的单价分析,并与广东省市政盾构定额进行对比分析验证。盾构机在复合地层进行长距离掘进时,施工工效较低、设备维修量大,需多次更换刀盘、刀具、排浆泵、盾尾刷等,主要材料消耗明显高于在软土地层中掘进。     

高磨蚀复合地层盾构刀盘受力分析与计算

盾构在复合地层中施工,经常会遇到盾构姿态难以控制、刀盘刀具异常或过量磨损、刀盘变形与开裂等问题,目前是盾构施工一大难题。针对芜湖过江隧道其中一段软硬复合地层的工程地质特点,将其在盾构掘进断面内的地层简化为上软下硬的二元地层结构,对刀盘受力公式进行推导并建立刀盘受力计算模型,基于LabVIEW编制盾构刀盘受力计算程序。该程序可以计算盾构机在复合地层掘进过程中的刀盘有效推力、有效扭矩、倾覆力矩和不平衡力及它们的变化情况。最后实例计算,得出刀盘受力和力矩随软岩比、刀盘转角和贯入度的变化规律,解释了盾构在复合地层施工难题的原因,为其提供依据。     

沿海复合地层泥水盾构施工适应性分析

以沿海广深港客运专线狮子洋隧道为工程依托,分析软土地层、软硬不均地层、全断面硬岩地层、断层破碎带4种典型地层条件下,大直径盾构隧道掘进中遇到的问题。结果表明:软土地层适合采用泥水平衡盾构掘进,掘进速度较快;在软硬不均地层中掘进时须对边刀间距进行优化并适当调整刮刀与滚刀的高差;全断面硬岩地层中掘进速度较慢,刀具磨损严重;在断层破碎带施工时须加强刀盘驱动系统和推进系统的最大承受荷载,根据地层变化不断优化掘进参数,维持掌子面的泥水压力,保证复杂地质条件及恶劣工况下盾构的掘进。研究结果对类似工程特别是沿海地区盾构隧道施工有借鉴意义。     

基于滑移线场的土压平衡盾构刀具切削扭矩研究

为了较合理地估算刀盘的切削扭矩,对刀盘2种主要刀具即切刀和滚刀的切削扭矩进行研究:首先基于塑性力学中滑移线场,对滚刀和切刀分别建立与其切削机制相对应的塑性力学模型,推导具体的表达式;然后,根据盾构刀具的配置参数及红层掘进参数对刀盘的切削扭矩进行计算,分项求和得到刀盘总扭矩。最后对刀盘计算总扭矩与施工实测总扭矩相比较,并分析理论计算模型存在的误差原因。研究结果表明:滚刀在红层中受均匀磨损,磨损量小,刀盘扭矩的实际装备系数为3.2,有一定的富余。研究结果可为盾构刀盘的设计、施工提供参考。     

基于PSO-SVR与LSTM算法的复合地层下刀盘扭矩预测与分析

在盾构机实际施工过程中,对于刀盘扭矩的预估是盾构装备设计与施工调整的重要依据.地铁盾构施工区间往往穿越多个地层并历经复杂的地质环境,盾构机每掘进1环将会产生海量的地质参数与机械参数数据,对于庞大的数据体系,传统的统计分析方法已经无法满足数据量的需求.文章提出用机器学习算法结合数据预处理方法来对复合地层下的刀盘扭矩进行建...     

硬岩地层盾构正面滚刀磨损规律与预测模型

针对盾构机在全断面硬岩地层中掘进遇到的刀具磨损严重的难题，结合青岛地铁6号线朝阳路站—峨眉山路站盾构隧道工程实例，采用多元回归分析的方法分析滚刀安装半径、地层参数、掘进距离与正面滚刀磨损量之间的关系。考虑盾构总推力、刀盘转速、刀盘扭矩、掘进速度、安装半径、岩石单轴抗压强度和磨蚀性指数等多重变量，构建正面滚刀磨损预测模型，分析不同轨迹正面滚刀的磨损特征，得出以下结论：(1)在800 m的掘进距离内，平均每个刀位换刀3.18次，随着滚刀安装半径增加，单把滚刀的累计换刀次数逐渐增加、平均掘进长度逐渐降低，其累计磨损量呈幂指数增加；(2)正面滚刀平均每延米磨损量随岩石强度增加呈幂指数增长、随磨蚀性指数增加呈指数增长，且拟合相关系数较高，表明以上参数对滚刀磨损有着关键作用；(3)构建的滚刀磨损量计算模型考虑了掘进参数、刀具安装半径、岩石强度和磨蚀性指数等因素，可对硬岩地层盾构正面滚刀磨损规律进行预测，此外，验证了滚刀磨损预测模型的准确性，预测值与实测值误差不超过13%。     

昆明地铁盾构选型设计分析与探讨

研究目的:随着昆明地铁建设的快速推进,地下区间隧道陆续开工进入盾构施工阶段,在环滇池冲沉积层复杂水文地质及主城区特殊施工环境情况下,如何在盾构主要系统选型设计方面取得优势,将盾构施工对周围环境的影响降到最低成为亟待解决的问题。本文针对目前昆明地铁掘进中的盾构施工情况及其他城市地铁盾构施工经验,对昆明地铁特殊地质情况下盾构主要系统选型设计进行了比较、分析和探讨。研究结论:昆明地铁除施工过程中采取必要的技术措施外,首先在盾构机机体尺寸结构、刀盘、推进及掘进等主要系统选型设计上保证良好的施工环境适应性,而从根本上降低掘进过程中的风险才是关键。     

武汉天兴洲长江大桥3号主塔墩Ф3．40m大直径深孔钻孔设备选型

武汉天兴洲长江大桥3号主塔墩基础为40根Ф3．40m大直径钻孔桩，桩孔深度达105．5m，下伏基岩为软硬不均的胶结砾岩。此文从钻机类型、重型刮刀钻头与滚刀钻头的结构形式，以及滚刀钻头的刀具布置、刀头型式、使用效果等方面介绍Ф3．40m大直径深孔钻孔桩钻孔设备的选型过程。     

卵石层中长距离大直径盾构换刀地面加固研究

研究目的:卵石层中长距离大直径盾构掘进是盾构施工的世界性难题。某工程采用一台12 m的大直径盾构独头掘进5.2 km,卵石地层中盾构掘进,刀具(盘)磨损严重,须有计划地设置盾构停机点和对盾构刀盘进行全面检修并更换刀具,为确保施工安全,需对配套的地面加固措施进行研究。研究结论:无论是带压进仓作业,还是常压进仓作业,为确保施工安全,都需采取辅助的地面加固措施,以提高盾构机周围地层的稳定性和密实性;带压进仓换刀,可采用后退式分段注浆地面加固措施;常压进仓换刀,可采用钻孔桩+桩间注浆地面加固措施。     

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。     

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。     

大粒径富水砂卵石地层泥水盾构刀盘脱困技术

泥水盾构穿过大粒径砂卵石地层时刀盘被卡住的情况很容易出现,不仅延误工期还会给工程增加预算。以兰州地铁1号线I期工程为依托,总结并分析已建地铁项目以及本项目实际施工中遇到的刀盘卡住情况及处理措施,形成一套对于大粒径砂卵石地层的刀盘脱困技术。相关技术经验可以为后续大粒径砂卵石隧道以及类似工程中刀盘脱困以及盾构安全快速掘进提供借鉴和指导。     

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。     

苏州轨道交通2号线盾构区间隧道设计的特点与难点

结合苏州轨道交通2号线盾构区间隧道的设计,针对盾构隧道下穿沿线大量房屋,深入研究不同房屋建筑的沉降控制标准、盾构同步注浆和二次注浆参数、盾构掘进参数、监控方案等,提出了明确的保护实施方案;对线路绕避桥梁、桥梁拆除和盾构机直接切割桥桩方案做了技术比选,重点介绍盾构机切割桥桩的实施要求如盾构机刀盘改造、桥梁截桩保护、掘进施工和盾构隧道加强措施等;对盾构隧道下穿铁路站场,根据城际高速铁路和普速铁路不同的沉降控制标准,研究制定了不同的加固方案,结合铁路站场改造协调制定了具体的加固实施方案。     

超大直径泥水盾构机始发技术

以扬州市瘦西湖隧道工程为例,详细阐述了在老黏土地层条件下,超大直径泥水平衡式盾构机始发详细流程、重点技术控制措施,并介绍了针对黏土地层对泥水平衡式盾构机刀盘刀具的改造情况,可供类似工程借鉴。     

冲洪积复杂地层大直径盾构机长距离掘进关键设备配置设计研究

为避免出现大直径土压平衡盾构机长距离掘进复杂地层时设备配置不当导致渣土改良效果差的问题,以太原铁路枢纽西南环线东晋隧道盾构区间为工程背景,通过采用可变开口率完整直角型式复合刀盘,布设"立体分层"式刀具,土仓壁安装 3 个固定的主动搅拌装置,按照刀盘的旋转轨迹布置 16 路泡沫、膨润土喷嘴,设置 U 型转渣螺旋机,并在箱体上设计喷水口及改良口等措施,获得大直径土压平衡盾构机在冲洪积复合地层渣土改良的良好效果。