盾构下穿楼房桩基主动托换优化技术研究

研究目的:随着城市地铁的快速发展,盾构机在下穿楼房过程中需对侵入隧道的桩基进行切除,减少盾构掘进施工对所下穿楼房安全的影响,因此对建筑物基础沉降与变形控制进行研究显得尤为重要。本文以某煤厂宿舍下部盾构施工为研究对象,探究隧道盾构穿越时的结构安全,基于现场实际施工条件,研究优化主动托换技术。通过设计"一梁托多柱"的主动托换体系,并集成静力水准测量技术和PLC位移自动控制技术,开发沉降监测和自动调控系统,分析地基处理和托换桩组合工作效应。研究结论:(1)盾构下穿对建筑物造成扰动,影响原有的支护稳定,致使地下隧道下部工程结构受到破坏;(2)采用主动托换优化技术可以解决施工中的稳定问题;(3)运用PLC系统可以有效的对沉降变形进行监测;(4)通过后期监测结构可知,沉降量控制在合理范围以内,满足施工要求;(5)本研究成果可为具有相同施工条件的工程施工提供参考。     

低速泵在盾构磨桩过程中的应用

盾构机磨桩主要是以"磨削"为理念,对盾构机的速度和推力进行控制,在以往施工中都是靠盾构操作手来电动调节推进泵控制推进速度,对操作手技术经验要求很高。本文以杭州地铁2号线SG2-14标段区间隧道磨桩为例,讲述了采用低速泵代替原推进泵在盾构机磨桩中控制推进速度,来降低操作手电动控制偏差。并可为今后类似工程提供借鉴和参考。     

砂卵石地层盾构微扰动施工及掘进控制研究

研究目的:针对北京地铁8号线天桥～永定门外区间右线隧道试验段1～160环掘进施工,结合地层条件分析掘进参数和地表变形间的关系,并对土压平衡盾构微扰动施工控制进行初步探索,以期为砂卵石地层盾构隧道的设计与施工提供借鉴和参考。研究结论:(1)相对于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层,盾构施工在砂卵石地层引起的沉降更大,对地层的扰动也更大;(2)盾构在砂卵石地层中掘进时,按照太沙基松动土压力理论计算得到的开挖面支护压力更加贴合现场实际情况;(3)千斤顶推进速度与螺旋机转速对于调节开挖面支护压力至关重要;(4)盾构在砂卵石地层中掘进所需的推力和扭矩要高于粉质黏土与砂卵石组成的复合地层中的相应值;(5)由于砂卵石土孔隙率较大,故需要及时调整注浆压力以保证注浆量,从而控制地表沉降;(6)对于砂卵石地层中的盾构施工,通过合理控制盾构掘进参数,可以较好地减小地表沉降和地层损失。     

地铁双线盾构近距下穿盾构隧道施工沉降控制

研究目的:为研究双线盾构下穿时既有地铁盾构隧道的沉降规律及控制措施,以北京地铁14号线隧道近距下穿地铁15号线隧道工程为依托,通过对既有隧道沉降的数值模拟,结合现场监测数据及盾构施工参数的分析,阐明既有隧道的沉降规律,总结控制沉降的盾构施工参数经验,验证沉降控制措施的有效性。研究结论:(1)既有隧道的沉降始于盾构刀盘距既有隧道1.5～2.0倍洞径处,在既有隧道前后1.1～1.3倍洞径范围变化最大,但受先后施工的二次扰动影响并不明显;(2)盾构掘进速度保持60～80 mm/min,合理且较高的顶推力、土仓压力、注浆量,可确保在快速通过穿越区域的同时抑制既有隧道的沉降;(3)通过注入双液浆、克泥效浆液对土层进行加固改良,设置聚氨酯隔离环,可减小既有隧道的后期沉降;(4)本研究成果可为盾构穿越施工影响下既有隧道的沉降控制提供借鉴。     

地铁盾构掘进进度三维非线性控制方法研究

研究目的:地铁区间盾构掘进过程中,工程水文地质条件复杂且需穿过各种建筑物群,施工环境复杂,实际作业管理难度大。为优化控制盾构掘进进度,本文以福州地铁2号线过闽江区间盾构掘进进度控制为例,综合运用BP神经网络、灰色预测理论、动态优化预警控制方法、BIM虚拟优化方法以及OA远程辅助办公系统,以实现对地铁区间盾构掘进进度的三维非线性控制。研究结论:(1)运用BP神经网络、灰色预测理论进行盾构进度目标估算,提高了盾构机进度目标非线性估算的准确性和可靠性;(2)通过综合运用BIM、PDCA、预警等动态优化管理方法,循环控制盾构施工的掘进过程,实现进度信息的直观可视化、施工进度的动态优化;(3)以实际工程盾构掘进进度控制为例,建立BIM、OA办公自动化等信息集成系统,实现对区间盾构进度的实时、远程、三维动态优化控制;(4)本文研究可为类似工程的进度管理提供参考。     

盾构连续切削穿越大直径桥桩施工安全技术

盾构直接切削穿越桩基技术与传统工法相比具有显著的社会及经济效益。苏州轨道交通2号线采用盾构切桩技术穿越侵入区间隧道的14根直径1.0～1.2m钻孔灌注桩,连续切削多根大直径桩基,施工难度和风险极大。通过国内外调研和理论分析,结合盾构切桩试验进行优化,进一步从盾构机改造方案、掘削施工参数、风险应对措施等方面研究提出相应的安全保障措施,并成功应用于实际工程,实施效果良好,可供今后类似工程借鉴。     

盾构区间隧道水平近距离施工方案研究

研究目的：盾构区间隧道水平近距离施工在国内尚无成熟的技术方案,对其进行研究,为同类工程的设计与施工提供借鉴和参考。研究方法：结合天津地铁2号线工程,采用结构平面有限元数值模拟计算与数据分析,并同国内相似工程的经验进行类比。研究结果：分析了盾构区间隧道水平近距离施工存在的风险,研究得到了相邻隧道开挖前后的结构内力、变形及其分布特征,以及沉降曲线,并提出安全施工方案。研究结论：盾构水平近距离施工时需加长对盾构周边土体的加固范围,在相邻两隧道之间设置隔离桩,同时在施工过程中需严格控制施工参数并加强监测。     

土压平衡式盾构穿越建筑群施工控制技术

以杭州某盾构隧道穿越建筑群为背景,通过理论分析和数值模拟,分析穿越过程中的盾构主要施工参数:土仓压力、推进速度和同步注浆量。研究表明:穿越段土仓压力的设置宜取为静止土压的1.2～1.3倍,推进速度应保持在2 cm/min匀速通过,同步注浆率需达到200%左右。结合施工监测数据表明,合理的施工参数配以相关辅助措施,能够保证穿越工程的安全。     

大直径浅埋隧道下穿运营高铁防护措施研究

研究目的:由于技术规程对受下穿工程影响引起高铁桥墩的位移要求高,为保证盾构施工期间运营高铁的安全,必须要对大直径浅埋隧道盾构下穿高铁段采取可靠的防护措施。本文依托国内首个下穿运营高速铁路的大直径盾构项目——苏州市城市主干道下穿沪宁城际铁路工程,针对其软土地区及高铁桥墩变形高等特点,研究盾构施工中地层损失率、隔离桩桩径及桩长、钢护筒内灌注材料等参数对高铁桥墩的影响,提出安全可靠的加固方案。研究结论:(1)隧道盾构下穿饱和粉、细砂土层,建议对隔离桩内的土体进行加固,提高土体稳定性;(2)隔离桩刚度随着直径的增加而增加,盾构施工对高铁桥墩的影响随之减小;(3)根据不同桩长的隔离桩水平变形和对高铁桥墩的影响,结合嵌入土层类型和深度,确定了合理的隔离桩桩长;(4)钢护筒内灌注不同材料的隔离桩,组合刚度主要由钢护筒的直径和壁厚决定,钢护筒内土体注浆对高铁桥墩影响比灌注混凝土的小;(5)提出软土地区下穿运营高铁工程的加固方案和安全评估思路,可以确保工程实施中和实施后沪宁城际铁路的运营安全,可为以后类似工程提供参考。     

武汉地铁首条过汉江隧道若干关键技术问题

研究目的:武汉地铁3号线王家湾站～宗关站越江隧道是武汉地铁首条过汉江的隧道,过江两岸工程地质差异性大,汉口段为富水砂层,汉阳段为老黏土、石英砂岩、灰岩(溶洞)等,同时周边紧邻江汉二桥和下穿多层老旧建筑,隧道设计工法选择难度大;江中段为富含蒙脱土的泥岩,盾构强结泥饼,对盾构选型和盾构施工要求高。针对本项目的特点,经过理论研究和现场施工问题研究,本文总结过汉江隧道的总体设计、盾构施工等方面的关键技术。研究结论:(1) 3号线越江隧道长约2.3 km,采用双洞单线隧道+1座区间风井方案,满足行车通风排烟要求;(2)越江隧道汉阳、江底和汉口各段地层差异性较大,因地制宜选用矿山法和盾构法组合方案,包含平纵断面设置、盾构选型、盾构空推、盾构始发接收等关键技术的运用;(3)本工程在具体实施过程中,遇到富含蒙脱土的泥岩强结泥饼难题,探索出了相关盾构施工处理措施;(4)本研究成果可供类似复杂地层的越江隧道设计和施工参考及借鉴。     

青藏铁路开心岭1#特大桥桩基、承台施工技术

研究目的:多年冻土区的工程建设是世界性难题之一。在青藏高原冻土区的桥梁施工中,作者在如何制订合理的施工组织设计、钻孔机械的选型、工序衔接等方面进行探讨,为类似工程的施工提供经验。研究结果:在青藏铁路开心岭1#特大桥的桩基、承台施工中,应用相应的施工技术,使工程建设顺利且质量可靠,解决了冻土区的桥梁桩基钻孔难等施工难题。研究结论:在冻土区的桥梁桩基施工中,最好采用大功率旋挖钻机干法快速成孔,混凝土灌注过程不得中断。各项准备要充分,工序衔接要合理,挖土(钻孔)要快速,土体开挖(钻孔)后暴露时间要短,必要时采取防晒措施,尽最快速度灌注混凝土,混凝土养护措施要可靠。     

地铁隧道下穿高速铁路联络线路基安全影响分析

为研究地铁盾构法隧道穿越高速铁路联络线路基的沉降问题,铁路行车对地铁隧道结构产生的安全问题以及地铁隧道施工过程中的安全控制措施,采用理论计算和数值模拟相结合的方法,对南京地铁4号线下穿京沪高铁联络线路基段进行探讨和分析。结果表明:在地层损失率不大于8‰并考虑铁路行车限速的情况下,地铁隧道下穿高铁路基引起的线路变形满足高铁静态管理标准要求,并给出盾构机的掘进参数建议值。为达到地铁盾构隧道施工对铁路的影响最小,保证施工期间铁路的安全运营,提出施工期间高铁运营速度应控制在120 Km/h以内,盾构机应匀速不间断掘进,推进速度应控制在1.0~1.5 cm/min,每日推进5~6环。     

挤密桩复合地基原位测试检测方案

研究目的:要准确判断挤密桩处理地基的效果,就需要选择一种有效的方法进行测试。本文介绍的原位测试检测方法是在施工现场进行的一种检测方法。研究方法:原位测试是在挤密桩固化前进行静力触探测试,通过桩体不同固化材料的对比试验确定桩体比贯入阻力值和桩间土的比贯入阻力值的关系,利用这种对比关系便可进行施工过程的复合地基质量检测和控制。研究结果:文章就相对关系的建立和检测的程序、时间等都做了比较详细的说明,其中桩体比贯入阻力值的测试时间应先经室内试验,再经现场试验来确定,桩间土的比贯入阻力值则一般在成桩5~15 d内进行。原位测试方法速度快、费用低,可提高检测的频数,利于全面质量控制,且对桩的破坏很小。该方法目前已在郑西ZXZQ04标工艺试验中得到应用。研究结论:挤密桩复合地基原位测试检测方法简便、准确,符合现场实际情况,希望得到推广。     

广州轨道交通五号线盾构施工关键技术

研究目的：解决广州轨道交通五号线盾构施工面临的诸多难题，总结在复合地层中盾构施工的若干经验，为类似工程提供借鉴。研究方法：通过工程类比、现场试验及监测等手段，对盾构施工相关工法、材料及技术等进行了引进、研究和实践。研究结果：广州地铁五号线大坦沙南-中山八站盾构区间首次成功应用了盾构始发SEW工法，并完成江中超浅埋泥水盾构过江掘进；火车站-小北站盾构区间顺利通过溶洞群，填补该项国内空白；动物园站-杨箕站盾构区间超小曲线半径掘进技术实现了新的突破；车陂南站-东圃站盾构区间首次成功应用了TAC高分子聚合物，辅助盾构顺利通过浅埋砂层。研究结论：广州地铁五号线盾构施工关键技术，有效控制了土体稳定和变形，在环境岩土工程问题防治方面取得了较大进步。     

盾构机在长距离硬岩中掘进的探讨

研究目的：盾构机目前已广泛应用于各种土建工程领域。利用盾构技术解决地铁工程中长距离硬岩掘进的工程实例不多见。本文主要研究运用盾构机在硬岩段掘进的适应能力以及在硬岩段掘进可能出现的问题和需采取的措施。研究方法：文章通过广州地铁1个长距离硬岩掘进的工程实例，收集施工过程中相关的数据、出现的问题以及所采取的对策等资料，并对这些信息进行分析。研究结果：根据该工程的施工过程得出盾构机在硬岩中的掘进是可行的，出现的问题能够通过采取相应的措施予以克服。研究结论：由于本段硬岩有极细小裂隙且裂隙多被石英细脉充填，因此盾构能够顺利掘进。可以得出结论：只要裂隙发育，即使岩石单轴抗压强度高，可以通过选用适宜的盾构机型、合理地进行刀盘和刀具配置，完全可以顺利地在硬岩中掘进，而且比其它工法掘进速度更高。     

盾构可编程控制器(PLC)系统设计研究

研究目的：自主开发设计盾构可编程控制器（PLC）系统，掌握盾构国产化研究的关键技术。 研究方法：针对盾构的结构特点，进行可编程控制器（PLC）的选型；通过对土压平衡盾构的工况、工作流程及功能要求分析，从系统设计、硬件配置、程序编写等方面对PLC控制系统的设计研究进行详细阐述，体现了检修维护方便，扩充灵活，降低造价的设计优点；从土压平衡控制、姿态控制、推进缸速度与压力协调控制等方面，对盾构的主要动作的控制原理进行了说明；并介绍了计算机控制系统对盾构进行参数设置、故障诊断，远程监视、数据采集分析的基本功能。 研究结果：已基本完成PLC控制系统的设计，为实现盾构可编程控制器（PLC）控制系统的国产化打下了基础。 研究结论：对盾构可编程控制器（PLC）系统的设计研究，已列入国家“863”攻关计划，为国产盾构的开发提供了试验参考。     

客运专线无砟轨道施工平面控制网优化设计

研究目的:本文通过对客运专线无砟轨道施工平面控制网设计的研究,提出平面控制网的布网方法、精度设计准则。研究方法:采用仿真实验的方法,通过误差理论分析,反演推算各级控制网精度,研究控制网的布网方法和精度设计准则。研究结果:提出了客运专线无砟轨道平面控制网的布网方法及精度设计准则。研究结论:客运专线无砟轨道施工平面控制网的坐标投影长度变形限定值应不大于10 mm/km;控制网沿线路应不大于5 km布设1对相距1 km左右且相互通视的GPS点,在GPS点之间布设近似直伸附和导线,导线边长400~600 m;任意3个相邻控制基桩点位误差引起的角度中误差应不大于8″。     

盾构近距离穿越群桩旋喷加固效果分析

研究目的:在关键部位采用旋喷加固法减小盾构近接穿越过程中对已建构筑物的影响,是工程界较为普遍的施工保护措施。具体施工过程中加固效果如何,加固对已有构筑物应力及变形影响机理如何以及穿越过程中构筑物变形发生、发展规律是怎样的,均值得深入细致研究。研究结论:通过采用有限元法对盾构开挖近距离穿越群桩过程的模拟,并与实测数据进行对比,得到:在盾构穿越桩基过程中,桩体的变形主要体现在上浮及侧向弯曲上;在未采用旋喷加固体的开挖过程中,计算与实测得到的桩体的最大上浮量均约为2 mm,而侧向变形最大约5.7 mm;对比分析采用旋喷加固对桩基变形影响效果,得到旋喷加固可有效减小盾构穿越过程中桩基的侧向变形,其中加固后1号桩体减小侧向变形达28.5%,2号桩体减小侧向变形达42.2%。     

盾构下穿新建铁路站场地基预处理技术研究

研究目的:某地铁区间隧道工程为双线隧道,按规划线路需要下穿沪宁铁路轨道,盾构推进施工将引起上方铁路线路的轨面变形,影响铁路行车安全或速度,同时铁路行车也影响地铁隧道的安全。因此本文提出了采取"桩+板"方案地基预处理方案解决施工困难,并为同类下穿项目提供借鉴。研究结论:研究表明,对本地铁隧道采用"桩+板"方案加固,且采用加强配筋管片,有效控制了盾构时的铁路地面变形;施工过程中,同步注浆是关键,比正常注浆量增加0.1～0.2 m3为宜,且及时进行二次注浆,以保证地面建筑物的安全。