泥水平衡混合式盾构机施工中的设备泄漏问题及解决方案

针对南京长江隧道项目泥水平衡混合式盾构机施工期间出现的盾尾漏泥浆、主驱动与盾体块连接部位漏泥浆、主驱动密封泄漏腔漏油和推进油缸漏油等问题进行了研究和分析,制订了解决方案并处理了这些问题,对类似的泥水平衡混合式盾构的保养维护具有借鉴意义。     

盾构施工对盾尾浆液压力波动变化的影响

为探明盾构隧道同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的原因,通过对珠海马骝洲隧道工程进行现场测试及施工参数统计,获得了盾构掘进过程中管片外荷载的变化规律与注浆滞后时间;将盾尾视为充满高压液体的密闭容器,盾构推进视为改变容器的边界条件,推导了盾尾体积应变与浆液压力的关系式;并用钱江隧道及Sohpia隧道的监测结果对其适用性进行了验证. 研究结果表明:造成同步注浆过程中管片壁后浆液压力不稳定变化的因素主要包括浆液注入口压力的波动变化,管片脱离盾尾过程中浆液的扩散及施工过程中同步注浆相较于盾构行程的滞后效应;马骝洲隧道注浆相较于盾构推进的平均滞后时间为86 s,当盾尾间隙体积变量为1 × 10–4时浆液压力变化值达到了0.218 MPa,盾构机从静止到掘进的短时间内滞后效应会使管片壁后浆液压力急剧降低的现象得到了验证.      

Back-analysis of the response of shield tunneling by 3D finite element method

This paper presents a numerical back-analysis of the response of a shield tunnel during construction. An important issue in the construction of shallow tunnels, especially in soft ground conditions, is the surface settlement caused by shield tunneling. The tunnel test system with 10 m length, 7 m width and 6.7 m height, which was completed in China in 2009, is a research shield tunnel system. Using shield tunneling technique known as earth pressure balance (EPB) and slurry shield method, it could be excavated in a region consisting of original soft soils, such as silty clay, and different types of underlain soft soils. Based on the test results, the real-life tunnel response can be analyzed by back-analysis technique. The back-analysis technique is adapted to the three-dimensional finite element method (FEM). Parameter analyses are calibrated to study the behavior of the multi-scale diameter tunnel under various conditions. The suggested multi-scale model results show a well agreement between the prediction and the measurement.     

盾构隧道开挖面稳定研究进展

在复杂地质条件下,盾构隧道开挖面失稳可导致地表沉降过大,从而破坏地表建(构)筑物及地下管线.通过微观破坏分析模型、塑性极限分析模型及楔形体极限平衡模型对盾构隧道开挖面稳定的理论研究现状进行了详述,并指出了今后应深入研究的几个重点:应考虑水土耦合作用;应考虑开挖面地层的变异性;应考虑掘进参数对开挖面稳定性的影响;应加强研究进出洞的切口压力控制.分析结果为完善盾构隧道开挖面稳定理论及指导现场实践提供了有益的方向.     

盾构隧道开挖面稳定研究进展

在复杂地质条件下,盾构隧道开挖面失稳可导致地表沉降过大,从而破坏地表建(构)筑物及地下管线.通过微观破坏分析模型、塑性极限分析模型及楔形体极限平衡模型对盾构隧道开挖面稳定的理论研究现状进行了详述,并指出了今后应深入研究的几个重点:应考虑水土耦合作用;应考虑开挖面地层的变异性;应考虑掘进参数对开挖面稳定性的影响;应加强研究进出洞的切口压力控制.分析结果为完善盾构隧道开挖面稳定理论及指导现场实践提供了有益的方向.     

盾构刀具异常磨损及改进研究

针对南京长江隧道大直径泥水盾构在穿越砾砂-砂卵石地层时刀具出现异常磨损,从刀具设计和工艺等方面对磨损原因进行分析,提出刀具的改进方案。工程应用表明,改进后的刀具其使用寿命是原装刀具的6倍,工程效益明显,对类似工程有很好的借鉴作用。     

南京长江隧道泥水盾构机状态监测方案设计与实施

以南京长江隧道直径为14．93m的泥水平衡式盾构机为研究对象,根据施工过程中盾构机主轴承、大齿圈、变速箱、主电机和液压系统等主要设备易出现的故障,选取了合适的状态监测手段,确定了故障诊断方案,并提出了关键设备各参数的判断标准,应用于实际机械维修保养。设备状态监测与故障诊断方案的实施保证了盾构机高效、顺利推进,为南京长江隧道的顺利贯通提供了保障。     

下穿建筑物土压平衡盾构土仓土压力参数研究

采用现场监测和理论分析相结合的方法,对盾构穿越既有建筑过程中控制沉降措施进行了分析,分析结果表明：盾构开挖时,土仓土压应该大于开挖前地层侧向土压力的理论值,在本工程中,通过现场试验和监测,得出土压系数取实测侧压力系数的1.2~1.3倍时,盾构开挖时地表沉降达到较好的控制。当盾构穿越既有建筑物时,应考虑建筑物附加应力对地应力的影响,调整土仓中土压参数。从现场监测结果表明,调整前后地表沉降量有较显著的变化。     

浅埋盾构穿越渗透性地层时极限支护压力分析

基于半承压水模型综合考虑土压盾构穿越渗透性地层时覆土层及下卧层的渗透性,推导了盾构穿越层中沿掘进方向的水头分布的解析解,将其与现有的二维渗流场的解析解结合扩展为相应的三维近似解. 同时采用数值仿真得到稳态渗流条件下浅埋渗透性地层的主、被动破坏模式,建立了相应的柱体+弧形转角体模型,将前述三维渗流场引入该模型,通过力矩平衡法得到了相应两种极限状态下开挖面支护压力的计算公式,与既有结果进行对比,此计算方法更接近数值解. 研究发现:施工对开挖面前方渗流场的扰动基本局限在3倍洞径以内,主、被动极限支护压力的值随水头差的增大均线性增加,盾构直径和水头差是影响主动极限支护压力的主要因素,拱顶埋深与盾构直径是影响被动极限支护压力的主要因素,实际施工过程中,支护压力值应尽可能接近水土分算下的土体原始地层侧压力值,并在其附近（最好在其上方）小幅度波动,波动范围应以变形控制标准为依据.      

砂土地层盾构隧道稳定性三维离散元研究

为探明砂土地层盾构隧道掌子面的稳定性,以Chambon和Corté开展的模型试验为基础,采用三维离散元方法研究了隧道埋深对隧道掌子面稳定性的影响规律,并从细观角度解释了开挖面失稳机理.离散元模型引入了三维柔性应力边界,将模型试验中空气或流体压力对掌子面的支撑效应抽象为作用在掌子面颗粒上的指定支护压力,逐步减少该压力,结合地层变形精确得到极限支护压力.通过删除进入隧道轮廓内的砂土颗粒模拟盾构开挖,以考虑该施工力学行为对掌子面稳定性的影响.研究结果表明:隧道埋深与隧道直径之比小于等于1.0时,掌子面极限支护压力随埋深增加而增加,此后趋于稳定,砂土地层中极限支护压力比随埋深增加而减少,地表沉降突增点对应的支护压力小于掌子面极限支护压力,失稳区直接发展到地表,工程中应同时关注地表沉降与仓内支护压力以保证开挖面稳定;隧道埋深与隧道直径之比大于等于2.0时拱顶上方形成了稳定的塌落拱,延伸高度分别约为0.7D（隧道直径）~1.3D与0.9D~2.3D.      

超大盾构始发洞门密封技术

洞门密封施工是确保盾构安全始发、正常掘进的关键环节之一,南京长江隧道作为超大直径盾构隧道,盾构始发技术难度大,安全风险突出。工程实践中采用预埋密封钢环、橡胶帘布密封、二次密封及注高分子堵漏材料等技术措施确保了盾构安全始发,对今后类似工程的施工有较好借鉴意义。     

南京长江隧道原型管片结构破坏试验研究

为探明南京长江隧道管片衬砌结构的破坏特征,采用"多功能盾构隧道结构体试验系统",对其原型管片衬砌结构进行了试验研究.将结构承受的水压力与土压力分离加载,并对大型水下盾构隧道结构在通缝和错缝拼装方式下的不同破坏特征进行了探讨.研究结果表明:南京长江隧道管片衬砌的破坏主要以弯曲开裂为主;结构裂缝扩展往往伴随着结构变形和纵缝张开量的显著发展;不同拼装方式的结构变形、裂缝扩展与纵缝张开量存在较大差异,与通缝拼装管片结构相比,错缝拼装管片结构变形、纵缝张开量较小,而裂缝扩展较快.     

南京长江隧道复合地层及江中冲槽段施工技术研究

水下盾构隧道施工风险控制是工程成败的关键问题,以南京长江隧道为工程背景,对大型泥水盾构特殊地段施工重大风险及应对措施进行分析和探讨,为类似工程施工风险控制提供参考。     

超大直径盾构试掘进施工关键技术研究

试掘进施工是泥水盾构施工的一项关键技术,该文以南京长江隧道Φ14.93 m 泥水盾构施工为背景,对试掘进的工作内容和主要目的进行介绍,并结合距离始发井 75 m 的一处池塘的原位试验,对盾构施工引起的地表沉降变化规律和泥水压力的取值进行了研究。     

复合地层下泥水盾构管片上浮规律及影响因素分析

针对在盾构隧道施工中经常出现的管片上浮问题,以南昌轨道交通4号线泥水盾构过江隧道为工程依托,通过数理统计方法对泥水盾构穿越不同地层时管片上浮量进行归纳分析,探讨地层参数以及盾构掘进参数对管片上浮的影响规律。研究结果表明:在全断面砂层中掘进,管片上浮量小且上浮值变化稳定;而当进入上软下硬地层和泥质粉砂岩层,管片上浮量急剧变化,尤其是在过江段中风化泥质粉砂岩中掘进,管片上浮量最大。考虑盾构掘进参数单因素影响,随着注浆压力、泥水压力和盾构推力的增大,管片上浮量均会出现增大,而掘进速度的变化对施工期间管片上浮影响较小。在掘进过程中需要结合地层特性对管片上浮影响并且对主要掘进参数进行实时调整,在一定程度上可以实现对管片上浮的有效控制。     

船用柴油机燃油管路脉动现象对油耗测量影响的试验分析

燃油经济性是评价柴油机综合性能的指标之一。在实船测试柴油机燃油消耗中,由于油管压力脉动会导致测试结果的偏差,加装稳压腔能有效避免油管压力脉动的影响。台架和实船测试结果表明,合理的稳压腔布置能明显降低进、回油流量计的燃油波动率,提高船舶柴油机燃油油耗测量的准确性     

"简易盾构"在郑州电缆隧道穿越熊耳河施工中的应用

介绍分析了郑州电缆隧道的工程概况,结合熊耳河底软弱围岩的实际情况,从结构设计、顶进方法和技术措施三个方面,对电缆隧道采用“简易盾构”穿越熊耳河的施工方法进行了探讨,可为今后类似工程的设计和施工提供借鉴。     

水下盾构隧道施工管片上浮控制

以天津地铁3号线13标段盾构穿越新开河为背景,研究了盾构穿越河底粘土层、粉质粘土层条件下的管片上浮控制问题.研究结果印证了粘土、粉质粘土地层条件下注浆扩散跨过渗透注浆阶段,直接进入压密注浆阶段的结论;同时表明：在河底土层为粘土、粉质粘土地层条件下,管片上浮以局部管片上浮为主,局部管片上浮控制的决定性因素为壁后注浆动态上浮力和连接螺栓抗剪力,控制局部管片上浮的根本性方法是控制壁厚同步注浆压力.笔者还提出,盾构穿越新开河河底时,控制管片上浮的注浆压力不超过0.25 MPa,实际注浆压力为0.15~0.20 MPa,并在实践中取得了良好效果.     

基于压缩和油脂逃逸试验的盾尾刷密封性分析

为研究盾尾刷质量问题对盾尾刷密封系统工作性能的影响，基于动态压缩试验与油脂逃逸试验，探讨了盾尾刷长期挤压、磨损程度、砂浆渗入对盾尾刷密封性能的影响机理.首先，通过动态压缩试验，获得各个影响因素下盾尾刷贴合力变化规律；其次，利用油脂逃逸试验获取不同工况下盾尾刷的油脂逃逸量；最后，以贴合力为媒介，将影响盾尾刷质量的因素与油脂逃逸量联系起来，探讨盾尾刷的密封性能.研究结果表明：长期挤压、盾尾刷磨损程度、砂浆渗入等因素对盾尾刷弹性性能的影响显著，尤其是砂浆渗入，盾尾刷弹性性能损失最大可达90%；油脂压力存在一临界压力，盾尾间隙为50、70、90 mm的临界油脂压力分别为0.4、0.3、0.2 MPa，低于临界压力时油脂逃逸量极少，超过临界压力时油脂逃逸量陡增，油脂压力增加0.1 MPa，油脂逃逸量增加4倍以上；在盾构平均盾尾间隙（70 mm）条件下，当保护板磨损超过1/2与砂浆渗入比超过10%时，油脂逃逸将超过工程容许上限.     

高性能管片混凝土强度质量监控方法

混凝土强度质量监督是工程质量控制的重点,文章以南京长江隧道盾构管片混凝土为例,通过对施工单位、监理单位以及质量监督单位对盾构管片混凝土标准强度检测数据的概率统计分析,提出基于施工方、监理方检测数据的改进混凝土强度质量监督标准,为高性能混凝土强度的快速监督提供有效手段。