京张高铁清华园隧道建造关键技术创新与应用

京张高铁清华园隧道位于北京城市核心区,频繁穿越地铁、城市主干道和重要市政管线,周边建(构)筑物密集。存在周边环境复杂、环保要求严格、盾构始发接收难度大、安全风险高、工期紧张、防灾救援难度大等工程难题,设计及施工采用大直径盾构隧道、机械化全预制拼装、泥浆高效环保处理、大直径盾构变形控制及安全保障等技术,实现了盾构隧道施工可视化动态预测、动态监控与动态管理、盾构隧道结构机械化预制拼装,泥浆处理采用绿色快速絮凝压滤,形成了一套盾构隧道智能建造技术体系。     

复杂城市环境泥水盾构泥浆绿色处理技术分析

泥水平衡盾构法修建隧道,在施工阶段会产生大量的废浆,如果废浆没有得到科学、妥善的处理,对环境的污染是无法估计的。本文以新建京张高铁清华园隧道工程为依托,结合在城市复杂繁华地区施工场地狭小、泥浆处理难度大等工程难题,对盾构掘进产生的废弃泥浆绿色处理技术进行了适应性研究,分析了综合处理之后泥浆循环利用的应用效果。泥水处理设备、压滤设备及离心设备相结合的泥浆综合处理技术,有效地实现了盾构施工"零排放",为今后类似施工条件的工程提供了技术参考。     

泥水盾构废弃泥浆处理工艺研究

大直径泥水盾构机在施工过程中会产生大量废弃泥浆,为不影响城市环境,需要将其进行科学排放和妥善处理。本文系统阐述泥水盾构机施工过程中废弃泥浆处理需遵循的原则,即环保性、及时性和经济性,并结合已完成的大直径泥水盾构项目,对目前主流应用的压滤和离心两种废浆处理工艺进行对比分析,从处理总体效率、场地要求、成本等方面提出废浆处理实用性工艺,进而寻求一种综合性强、性价比高的解决方案,为泥水盾构施工提供借鉴和参考。     

京张高铁大直径泥水盾构施工泥浆环保处理措施研究

在城市建筑物密集区,采用泥水盾构进行隧道施工往往面临泥浆无处排放的难题。以新建京张高铁清华园隧道为背景,通过对地质状况的分析和研究,采用了泥浆环保综合处理的方法:(1)以泥水分离设备为核心,对泥浆进行总体处理;(2)处理后合格的泥浆通过制、调浆系统的补充和调整进行再利用;(3)处理后不合格的弃浆则通过压滤设备、离心设备和化学药品进行环保处理;(4)对泥浆处理设备进行噪声控制。研究表明,通过上述措施,实现了废弃泥浆的无污染处理,使盾构施工对于环境的影响降低到最小程度。     

全黏土地层泥水盾构环流系统泥浆处理关键技术研究

不同盾构工程对泥水系统的处理能力有不同要求,通常盾构直径越大、掘进速度越快,对泥水处理能力要求越高。在大直径盾构的施工中,若要全断面对膨胀性黏土地层进行穿越,那么就很容易产生大产量且难以分离的泥浆,还会使黏土块在刀盘上黏附,此外,也会产生排泥系统的堵塞等问题,施工效率也会被以上问题所影响。针对扬州瘦西湖工程地质特性,针对环流系统施工面临问题,对冲刷、环流系统进行改进,对盾构穿越泥水进行计算,并提出保证泥浆处理采取的各种措施,保证了超大直径泥水盾构穿越全黏土地层顺利实施。     

泥水盾构废弃泥浆絮凝脱水试验研究

为解决泥水盾构产生大量废弃泥浆严重影响环境与施工进度的问题,选取广州地铁8号线亭岗—白云湖区间泥水盾构废弃泥浆,对添加单一絮凝剂、复合絮凝剂泥浆及不同相对密度和黏度的泥浆开展试验研究,对比其絮凝效果。结果表明:复合絮凝剂的絮凝效果优于单一絮凝剂,高分子量聚丙烯酰胺絮凝效果优于低分子量的絮凝效果;每500 mL泥浆粉煤灰最佳掺量为1.0～2.0 g,聚丙烯酰胺最佳掺量为1.5～2.0 g,随着相对密度及黏度的提高可以适当减小复合絮凝剂掺量和降低聚丙烯酰胺分子量以节约成本。     

砂卵石地层泥水盾构泥浆配制及渗透试验研究

研究目的:本文以北京地下直径线盾构隧道为工程背景,针对北京砂卵石地层大直径泥水盾构泥浆的配制及成膜问题,采用室内试验研究泥浆特性的影响因素,从泥浆渗流量、孔隙水压力、泥膜抗渗性及渗透距离方面对试验泥浆的作用效果进行分析和评价。研究结论:(1)泥浆添加剂宜采用聚丙烯酰胺、正电胶干粉和羧甲基纤维素钠的组合形式;(2)配制的红色改性钠膨润土泥浆,对开挖面的稳定和渣土运输方面的作用效果显著,但泥浆形成泥膜的时间并不明显;(3)华北油田Ⅲ型泥浆能够快速地封堵地层的孔隙,降低水的滤失,所形成的泥膜抗渗性较好,是北京砂卵石地层泥水盾构最理想的泥浆类型;(4)本研究结果可对类似的砂卵石地层泥水盾构工程施工提供一定的参考及借鉴。     

穿越湘江地层裂隙密集区域大直径泥水平衡盾构掘进参数控制

依托长沙市南湖路隧道工程,统计分析了大直径泥水盾构穿越地层裂隙密集带的掘进参数,并从理论方面分析参数变化的原因,最后对盾构穿越地层裂隙密集带掘进参数进行了控制。研究结果表明：地层裂隙密集带内裂隙的存在和不均匀分布导致岩体的整体性下降,强度降低,从而使得泥水盾构的总推力值和刀盘扭矩值降低;刀盘每转切深值参差不齐;泥水损失量比较大,裂隙密集区域内的泥浆损失量比正常区域内的大78％左右。在穿越地层裂隙密集区域时,盾构机应提高盾构总推力,防A：．2／盘每转切深的减小,从而使盾构机快速穿越裂隙带;增加泥水进浆量,弥补泥浆的损失,以保证掌子面的稳定性。这对今后泥水盾构越江穿越裂隙密集区域时掘进参数的控制有一定的指导意义。     

大直径泥水平衡盾构适应性改造技术研究

研究目的:盾构完成一个工程项目后转移到另一个项目应用时,由于工程地质条件发生变化,为增强适应性,应进行相应的改造。为提高盾构设备使用率、降低工程成本、保证施工顺利进行,结合天津地下直径线工程,本文对黏性土层中大直径泥水平衡盾构适应性改造技术进行研究,并结合工程应用情况对改造效果进行分析。研究结论:(1)泥水平衡盾构适应性改造应结合工程地质情况和工程条件来进行,重点考虑刀盘及刀具、主驱动配置、泥水循环系统、冲刷系统的适应性;(2)在刀盘中心区域增加泥水冲刷系统,可有效防止泥饼的形成;(3)根据天津地下直径线工程经验,黏性土层中应保证盾构进泥泵可泵送泥浆密度不低于1.3 t/m3,排泥泵可泵送泥浆密度不低于1.4 t/m3;(4)该研究成果可为大直径泥水平衡盾构在黏性土层盾构选型及改造提供工程借鉴。     

超大直径泥水平衡盾构设备选型及应用

本文针对豫机城际铁路工程线路设计、工程及水文地质特点,全面分析了盾构设备选型情况,重点介绍了超大直径泥水平衡盾构泥水压力控制模式、刀盘刀具、物料运输系统、泥浆环流系统、耐磨性等针对性选型设计,最后介绍了在豫机城际铁路工程的应用,为具有类似工程的盾构机选型设计提供参考依据。     

南京长江隧道泥浆处理技术分析

介绍了南京长江隧道泥水平衡盾构施工中泥浆处理的工艺流程,系统阐述了泥浆处理的数量、粘度、密度和含砂率等技术要求,泥浆处理的预筛分、一级分离、二级分离的多级分离原理,泥浆处理设备的泥浆处理数量、筛分能力、泥浆循环的流速、渣料的含水量及制新浆的能力,分析了泥浆处理设备的各种性能指标,全面列举了加强值班巡视、配备设备时考虑了一定的富余系数、不同地层时的分级分离设备的选用、补充新浆能力、液位自动平衡装置、泥浆防溢装置等保证泥浆处理正常运转的保障措施,进而总结出泥浆正常处理对保证盾构施工进度、成本及提高经济效益的作用。     

全断面黏土地层泥水盾构改造及高效环流出渣技术研究

扬州瘦西湖隧道采用旧泥水盾构设备全断面穿越膨胀性黏土地层,施工过程中泥浆产量大、难以分离,并且容易引发黏土块黏附刀盘、堵塞排泥系统等问题,从而影响施工的正常进行。针对扬州瘦西湖隧道工程环流系统面临的难题,对盾构刀盘的刀具进行重新选型和配置,对冲刷系统和环流管路进行一系列改造,通过室内模拟实验揭示黏土块溶崩破碎规律,实现了黏土块的块状切削和泥浆减量化,防止了刀盘结饼、泥水管路堵塞,形成了全断面黏土地层高效环流及出渣技术,保证了工程的顺利实施,产生了极大的经济效益。     

大直径泥水盾构长距离 下穿棚户区沉降分析及控制

大直径盾构长距离下穿老旧棚户区的沉降控制一直是地铁盾构施工的一大难题,本文以武汉地铁8号线Φ12.55m大直径泥水盾构长距离穿越长江隧道项目为工程背景,对大直径盾构下穿浅覆土棚户区沉降控制展开研究。根据工程实际情况按照沉降形成机理,首先对沉降控制方案进行分析,进而对现场4个试验段近40米的盾构施工现场监控反馈,分析沉降规律对实际施工参数进行调整和优化。通过对泥浆、压力、克泥效、砂浆等关键步序的精细化施工把控,实现了下穿754m、460余座棚户沉降控制在2mm以内的目标,得到宝贵施工经验,对类似工程有一定借鉴意义。     

钢套筒辅助技术在透水卵石地层泥水盾构接收中的应用

泥水盾构隧道的始发与到达控制一直是盾构掘进施工中的关键步骤,其难度较大且风险较高。为了保证盾构接收过程的安全、快速与经济,结合某地铁区间工程,对强透水砂卵石地层条件下的泥水平衡盾构钢套筒辅助接收技术进行试验。针对强透水砂卵石地层透水性强、被扰动性强以及地层不稳定等特点,对钢套筒设计、端头井加固、盾构机姿态校核、洞门处破除、到达洞门的掘进参数控制以及洞门注浆堵水处理等方面进行分析并形成一整套相关控制技术。从实际施工效果可知,采用该技术进行盾构接收具有安全性高、工期短、施工成本低以及适应性强等优点。     

断层破碎地层泥水盾构泥浆渗透试验研究

为解决泥水盾构在断层破碎地层施工所需泥浆的配制问题,依托长沙地铁6号线桐文区间穿越湘江段工程,采用室内试验研究方法,对断层破碎地层泥水盾构泥浆配比、泥浆渗透及泥浆与地层适应性进行系统研究,研究结果表明:泥浆在断层破碎地层渗透时,超静孔隙水压力和滤水量稳定所需时间以及稳定后数值随着泥浆黏度、比重增大而减小,随着泥浆滤失量降低而减小;基于泥浆与地层适应性分析结果,得到泥浆配比为水:黏土:膨润土:羧甲基纤维素:腐殖酸钠=720:131:73:3.6:1.8;得到泥浆特性值泥浆黏度为30～35 s,泥浆比重为1.133～1.145 g/cm~3,泥浆滤失量在13.5 mL以下;以NDSY-3型泥浆在断层破碎地层渗透试验为研究对象,利用荧光素对泥浆渗透路径进行研究,得出泥浆渗透模型。     

饱和粉细砂地层中泥水平衡盾构施工泥浆配制室内试验研究

在高渗透性富水饱和粉细砂地层中进行泥水平衡盾构施工时,确定合理的泥浆参数是保障盾构前方泥膜质量的关键。本文以膨润土、羧甲基纤维素钠及纯碱为试验材料,采用交叉设计方法制备了30个试样,通过室内泥浆配比试验,得到了不同配比下泥浆试样的相对密度、黏度及失水量,分析了不同材料配比对泥浆参数的影响,并结合现场盾构隧道试验段出渣量确定了最佳泥浆配比。     

超大直径越江隧道泥水盾构掘进模型试验研究

使用超大直径泥水盾构在砂土地层高水压条件下修建越江隧道,施工技术难点多、风险大,类似工程实例不多,施工经验难以借鉴,相关研究较少。介绍利用400 mm盾构模型机,针对南京长江隧道高水压、超大直径、地质复杂和局部超浅埋等工程条件,进行泥水平衡盾构施工室内模型试验,重点研究分析盾构掘进时的地表沉降与掘进参数之间的关系,得出地表沉降和土仓压力的波动变化等规律,研究成果对实际施工有直接的指导意义。     

全断面黏土地质条件下超大直径盾构泥浆绿色处理技术

扬州瘦西湖隧道工程穿越国家5A级景区风景区核心地段,环保文保要求高,超大直径盾构机在全断面黏土地质中掘进产生了颗粒极细、黏度极高的泥浆,如何实现该种黏土细颗粒的绿色有效分离,成为该领域的一个全新课题。对扬州瘦西湖隧道在全断面黏土地质条件下超大直径盾构隧道产生的泥浆分离方法进行研究,经过实践得到一种泥浆绿色处理技术。     

泥水盾构钢套筒接收技术研究

本文以武汉地铁六号线琴台站~武胜路站区间泥水盾构左线接收为工程背景,针对武胜路站到达端头具有水位较高、埋深较大以及场地狭小等特点,泥水盾构到达接收过程容易发生漏水、涌砂等风险,选用素墙+钢套筒+辅助降水接收方案。对钢套筒进行了设计研究,包括筒体、后端盖、反力架等方面设计,详尽论述了泥水盾构法施工钢套筒接收关键技术,主要包括确定端头加固的合理方法、钢套筒安装工艺流程、钢套筒各部件详细安装工法及流程、泥水盾构接收段的掘进工法等,可以为类似泥水盾构接收提供工程借鉴。     

高含水率盾构废弃泥浆固化及强度特性研究

泥水盾构隧道施工会产生大量废弃泥浆，易引起环境污染等问题。为了提高废弃泥浆的力学性能，以济南某隧道泥水盾构施工过程产生的废弃泥浆为研究对象，研制了一种新型固化剂，以解决废弃泥浆再利用问题。在室内制作水泥固化土及新型固化土试样进行强度特性测试，并用扫描电镜对试样的微观结构和孔隙特征进行了研究。研究结果表明：当水泥掺量为15%时，新型固化土7 d抗压强度约为水泥固化土的3.5倍；外掺剂的最佳掺入比为水泥掺量的12%,可提高固化土的早期抗压强度及抗剪强度；新型固化土中生成了水化硅酸钙、水化铝酸钙等水化产物，形成了较好的骨架结构；废弃泥浆属于黏塑性宾汉流体，固化过程中发生了聚并和固化等复杂作用，逐渐向弹塑性流体过渡。